細(xì)胞自噬在甲狀腺相關(guān)眼病中的作用

袁善思，劉 薇，馬 超，陳 蘭，李凱軍

0引言

甲狀腺相關(guān)眼病(thyroid-associated ophthalmopathy，TAO)，又稱Graves眼病，是一種可導(dǎo)致眼外肌、眼眶脂肪和結(jié)締組織炎癥的自身免疫性疾病[1]，是目前臨床上最常見的眼眶疾病[2]。其主要的臨床表現(xiàn)為眼球突出、暴露性角膜炎、特征性的眼瞼征及視神經(jīng)壓迫等多方面，嚴(yán)重者可致盲[3]。TAO的發(fā)病機(jī)制極為復(fù)雜，其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。有學(xué)者認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制主要涉及以下三個(gè)方面：炎癥、脂肪形成和糖胺多糖(glycosaminoglycans,GAG)聚集[4]。自噬存在于細(xì)胞內(nèi)，它既是維持細(xì)胞正常生理學(xué)功能的基礎(chǔ)，也是細(xì)胞面對(duì)內(nèi)外微環(huán)境刺激或壓力的一種防御方式[5]，具有非選擇性。自噬是一把雙刃劍，適當(dāng)水平的自噬可以幫助機(jī)體抵御外部壓力，如機(jī)體通過在饑餓、化療、感染、衰老和缺氧等環(huán)境下提高細(xì)胞自噬水平來保護(hù)機(jī)體免受傷害，但過高的自噬水平則會(huì)使病情惡化，引起機(jī)體損傷[6]。自噬介導(dǎo)了細(xì)胞成分的降解，維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)所需的營養(yǎng)，促進(jìn)細(xì)胞成分循環(huán)利用[7]。本文主要討論在TAO疾病中產(chǎn)生過度的自噬水平對(duì)疾病的影響。有研究表明[8-10]，自噬水平的升高在TAO的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，可導(dǎo)致眼眶炎癥增強(qiáng)、脂肪形成增多和GAG聚集。而適當(dāng)降低自噬，可減弱眼眶炎癥、減少脂肪形成和GAG聚集，從而緩解TAO的發(fā)展。現(xiàn)將從眼眶炎癥、脂肪形成和GAG聚集三個(gè)方面討論自噬在TAO中的作用。

1自噬在TAO中的作用

自噬是一種高度保守的分解代謝過程，宿主細(xì)胞可以通過溶酶體降解蛋白質(zhì)聚集物和受損的細(xì)胞器來維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)[11]。細(xì)胞發(fā)生自噬后，細(xì)胞漿中出現(xiàn)大量游離的膜性結(jié)構(gòu)，稱為前自噬泡。前自噬泡逐漸發(fā)展，成為由雙層膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的空泡,包裹變性壞死的細(xì)胞器和部分細(xì)胞漿,這種雙層膜被稱為自噬泡。自噬泡的外膜與溶酶體膜融合后,內(nèi)膜及其包裹的物質(zhì)進(jìn)入溶酶體,被溶酶體中的酶水解[12]。目前已研究出自噬有3種類型：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬，其中巨自噬為最主要的類型。巨自噬形成具有特殊結(jié)構(gòu)的自噬小體，以捕獲細(xì)胞內(nèi)容物和目標(biāo)蛋白。隨后，捕獲的細(xì)胞內(nèi)容物和目標(biāo)蛋白被包裹在自噬小體的胞質(zhì)雙膜遞送囊泡中。接下來，自噬小體隨后與溶酶體融合，將內(nèi)容物分解成可回收利用的大分子成分[13]。自噬途徑的調(diào)控主要包括三個(gè)大分子復(fù)合物：哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)(mammalian target of rapamycin,mTOR)復(fù)合物、類UNC-51自噬激活蛋白激酶1(unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1)復(fù)合物和Beclin 1/PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)經(jīng)典復(fù)合物(圖1)[14-16]。

研究表明[17]，自噬在TAO患者中的表達(dá)水平較非TAO患者高，且在甲狀腺相關(guān)眼病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。IL-1β可以導(dǎo)致眼眶成纖維細(xì)胞中炎癥因子增加，而這種IL-1β引起的炎癥伴隨著自噬活動(dòng)的增加，導(dǎo)致自噬相關(guān)蛋白Beclin-1和Agt-5表達(dá)增加，LC3-I到LC3-Ⅱ的轉(zhuǎn)化增強(qiáng)[8]。自噬也可以根據(jù)環(huán)境調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生和分泌，如IL-6、IL-8、巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF)和I型干擾素等[18]。長期的炎癥環(huán)境可導(dǎo)致膠原蛋白和糖胺聚糖沉積，導(dǎo)致組織擴(kuò)張和纖維化[10]。除此之外，大量研究[19-21]表明自噬也參與脂肪形成。自噬水平增高會(huì)促進(jìn)脂肪分化，異常增生的脂肪組織可直接導(dǎo)致眼眶壓力增高，眼球突出，不僅如此，脂肪組織還可作為一種新的內(nèi)分泌器官，分泌多種脂肪細(xì)胞因子、生長因子及蛋白分子等，其中部分因子可能參與了TAO的發(fā)病過程[22]。因此，自噬在TAO的發(fā)生發(fā)展中起著十分重要的作用，對(duì)自噬進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)或可緩解TAO進(jìn)程。

1.1自噬對(duì)TAO中炎癥的影響在TAO的發(fā)生發(fā)展過程中，T細(xì)胞在抗原的刺激下不斷地進(jìn)行遷徙并高度增殖，分化成多種多樣的效應(yīng)T細(xì)胞，如CD4+輔助T細(xì)胞(Th1/Th2/Th17)、CD8+T細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)等。T細(xì)胞通過雙重信號(hào)識(shí)別抗原并活化自身，活化后的T細(xì)胞分化形成效應(yīng)T細(xì)胞發(fā)揮作用。Th1細(xì)胞因子在TAO早期起主導(dǎo)作用，促進(jìn)了從早期炎癥向晚期慢性炎癥的過渡，晚期則出現(xiàn)Th2細(xì)胞因子富集[23]。除此之外，TAO患者的眼眶成纖維細(xì)胞可分泌IL-6、IL-8等炎癥因子，其炎癥因子的分泌水平明顯比正常患者高；成纖維細(xì)胞與Th17細(xì)胞的相互作用促進(jìn)了成纖維細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，而且它還能吸引Th17細(xì)胞，導(dǎo)致TAO的進(jìn)一步惡化[24]。因此，炎癥在TAO的發(fā)病過程中起著重要作用。有研究表明[25]，自噬是控制免疫性炎癥的關(guān)鍵因素。Li等[8]研究表明，IL-1β刺激可引起眼眶成纖維細(xì)胞炎性細(xì)胞因子如圖1自噬通路圖。

IL-6、TNF-α、MCP-1的mRNA表達(dá)增加，這種IL-1β引起的炎癥伴隨著自噬水平的升高，自噬相關(guān)蛋白Beclin-1和Agt-5表達(dá)增加，LC3-I向LC3-Ⅱ轉(zhuǎn)化增多；用自噬抑制劑3-MA bafilomycin A1處理眼眶成纖維細(xì)胞，或沉默自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、Atg-5可減弱IL-1β誘導(dǎo)的眼眶炎癥，而自噬激活雷帕霉素則導(dǎo)致眼眶成纖維細(xì)胞炎癥增強(qiáng)，該研究表明自噬水平與眼眶成纖維細(xì)胞的炎癥水平呈現(xiàn)相同的變化趨勢，黃芪甲苷Ⅳ可通過抑制自噬減弱TAO患者眼眶炎癥。因此，對(duì)自噬的合理調(diào)控可以減弱TAO患者眼眶炎癥，緩解疾病進(jìn)程。

1.2自噬對(duì)TAO中脂肪形成的影響脂肪形成是TAO發(fā)病機(jī)制的重要過程，Nishida等[26]測量了TAO患者和正常人的眼眶，發(fā)現(xiàn)TAO患者的眼眶組織容量較正常人顯著增加，且眼眶脂肪組織的增加量明顯大于眼外肌的增加量，并在一定程度上決定了眼球的突出程度。不僅如此，脂肪組織還可作為一種新的內(nèi)分泌器官分泌細(xì)胞因子，部分可能參與了TAO的發(fā)病過程[22]，因此，脂肪形成是TAO的重要發(fā)病過程。脂肪細(xì)胞的形成是一個(gè)多階段的過程，涉及前脂肪細(xì)胞的增殖、生長停滯和終末分化，是前脂肪細(xì)胞向成熟脂肪細(xì)胞的分化過程[27]。大量研究[19-21]表明脂肪形成的過程需要自噬參與。電鏡顯示，自噬體在脂肪分化的早期和中期大量形成，最終消失，細(xì)胞形態(tài)由長梭形變?yōu)榍蛐?，分化的后期，?xì)胞質(zhì)內(nèi)形成脂滴[17]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明：特異性敲除自噬基因atg5或atg7在白色脂肪組織中的表達(dá)可導(dǎo)致突變小鼠脂肪細(xì)胞形態(tài)異常、脂肪沉積減少[19-21]，通過對(duì)3T3-L1前脂肪細(xì)胞和小鼠胚胎成纖維細(xì)胞的體外研究也證明從遺傳和藥理學(xué)等方面抑制自噬可阻斷脂肪細(xì)胞分化，例如淫羊藿苷可通過抑制AMPK/mTOR通路的激活來抑制自噬，從而抑制前脂肪細(xì)胞向成熟脂肪細(xì)胞的分化。Li等[8]研究表明用自噬抑制劑處理，或沉默自噬相關(guān)蛋白Beclin-1和Atg-5，可顯著減少體外眼脂肪積聚、膠原沉積和體內(nèi)巨噬細(xì)胞浸潤。

1.3自噬對(duì)TAO中GAG聚集的影響在眾多導(dǎo)致TAO患者眼球突出的因素中，GAG的聚集也是其重要原因之一[28]。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)，GAG為重復(fù)的二糖單元組成的線性多糖，其以游離形式以透明質(zhì)酸的形式存在，或者共價(jià)連接到蛋白多糖上。GAG的組成具體包括透明質(zhì)酸(HA)、硫酸軟骨素(CS)、硫酸皮膚素(DS)、硫酸角質(zhì)素(KS)、硫酸乙酰肝素和肝素[29]。炎癥浸潤學(xué)說認(rèn)為，炎癥介質(zhì)如IL-1、TNF-α、IFN-γ、TGF-β、IGF-1、PDGF(血小板衍生生長因子)和前列腺素可刺激眼眶成纖維細(xì)胞產(chǎn)生HA[28]。機(jī)械致病機(jī)制認(rèn)為，TAO發(fā)病過程中的免疫性炎癥可導(dǎo)致眶內(nèi)成纖維細(xì)胞增殖并產(chǎn)生大量的GAG，其主要成分為HA，后者吸水強(qiáng),使眶內(nèi)容物體積過度膨脹[30]。此外，HA的產(chǎn)生還與TAO成纖維細(xì)胞促甲狀腺激素受體(TSHR)的表達(dá)存在一定關(guān)系，在細(xì)胞功能模型中發(fā)現(xiàn)，TSHR可能介導(dǎo)活化眼眶成纖維細(xì)胞中的GD-IgG，GD-IgG可通過IGF-IR促進(jìn)眼眶成纖維細(xì)胞生成HA[10]。對(duì)TAO患者的眶內(nèi)組織學(xué)研究表明[31]，GAG主要聚集在眼眶脂肪和眼外肌結(jié)締組織成分中，這種聚集造成脂肪體積增大，而GAG在眼外肌結(jié)締組織內(nèi)的積聚，也導(dǎo)致了眼外肌肌體明顯增粗。與此同時(shí)，GAG生成的增加和組織的水腫，增寬了眼眶結(jié)締組織的間隔。以上因素加劇了眼球被動(dòng)向前移位，進(jìn)而形成突眼。由于自噬水平與炎癥程度的密切相關(guān)性，因此，自噬對(duì)TAO中GAG聚集的影響可通過對(duì)炎癥的控制來實(shí)現(xiàn)。由此可見，對(duì)TAO患者自噬活性的合理調(diào)節(jié)可降低眼眶炎癥反應(yīng)，從而減少GAG聚集，進(jìn)而緩解TAO進(jìn)程。

2其他發(fā)病機(jī)制研究

除了自噬對(duì)TAO的影響，有學(xué)者認(rèn)為TAO是由甲狀腺和眼眶都表達(dá)的共同抗原導(dǎo)致的位點(diǎn)特異性自身免疫性疾病，并且以細(xì)胞免疫為主[32]。T淋巴細(xì)胞浸潤眼眶后，T細(xì)胞及其細(xì)胞因子可能通過激活B細(xì)胞，刺激自身抗體的產(chǎn)生，促進(jìn)黏附分子的表達(dá)，產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子等途徑參與TAO的發(fā)病[2]。不僅如此，這個(gè)過程所分泌的細(xì)胞因子可刺激成纖維細(xì)胞合成和分泌GAG，導(dǎo)致眼球突出等眼眶癥狀[33]。同時(shí)，TAO也被認(rèn)為是由于通過TSHR介導(dǎo)的病原性抗體的作用所致的疾病[34]，Wakelkamp等[35]研究發(fā)現(xiàn)，TSHR mRNA在TAO患者眶減壓術(shù)的離體脂肪細(xì)胞中高表達(dá)，且與TAO患者的臨床活動(dòng)度成正比。在TAO的發(fā)生過程中，TSHR與其他因子和信號(hào)分子之間的相互作用導(dǎo)致眼眶自身免疫反應(yīng)，眼眶成纖維細(xì)胞增殖，前脂肪細(xì)胞分化為脂肪細(xì)胞，自身抗體產(chǎn)生，細(xì)胞因子分泌和眼外肌浸潤[10]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)TAO患者心臟鈣固蛋白基因上調(diào)，提示自身對(duì)鈣固蛋白的免疫可能是TAO發(fā)病機(jī)制的觸發(fā)因素[36]。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，TAO患者血清免疫球蛋白(IgG)可結(jié)合并激活眼眶成纖維細(xì)胞(OFs)中的胰島素樣生長因子1受體(IGF-1R)，認(rèn)為IGF-1R參與了TAO的發(fā)病機(jī)制；隨后的研究還證明，IGF-1R也在免疫系統(tǒng)水平上發(fā)揮作用，并且在B細(xì)胞和T細(xì)胞以及單核細(xì)胞中都有表達(dá)；來自TAO患者的IGF-1RAbs可以誘發(fā)甲狀腺細(xì)胞和眼眶成纖維細(xì)胞釋放吸引T細(xì)胞的細(xì)胞因子[37]。

此外，遺傳和環(huán)境因素也在TAO的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著作用。在一項(xiàng)評(píng)估TAO、Graves病和橋本甲狀腺炎患者一、二級(jí)親屬眼部和眼瞼表現(xiàn)的研究中，33%甲狀腺功能正常的親屬存在上瞼退縮等TAO表現(xiàn)[38〗。吸煙、應(yīng)激、感染、放射性碘治療、干擾素和白細(xì)胞介素治療等均可對(duì)TAO的發(fā)生與發(fā)展產(chǎn)生作用[39]。其中，吸煙是TAO的獨(dú)立致病因素，且發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)與吸煙的數(shù)量呈正比，Kau等[40]研究發(fā)現(xiàn)，TAO的眼眶成纖維細(xì)胞對(duì)香煙煙霧提取物的刺激反應(yīng)過度，造成氧化應(yīng)激增加，纖維化相關(guān)基因表達(dá)，尤其是使結(jié)締組織生長因子以及細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化生長因子-β1和白細(xì)胞介素-1β水平升高。Cawood等[41]在體外TAO模型中證明，香煙提取物作用下，GAG的產(chǎn)生和脂肪生成以劑量依賴的方式增加。而與以往吸煙者相比，吸煙者的甲狀腺眼病嚴(yán)重程度取決于目前吸煙者每天吸煙的數(shù)量[42]。

3總結(jié)與展望

綜上所述，細(xì)胞自噬在TAO的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，適當(dāng)降低自噬水平可減弱TAO患者眼眶炎癥、減少脂肪形成和GAG聚集，從而緩解TAO的進(jìn)程。目前對(duì)自噬的研究多集中在其對(duì)炎癥和脂肪形成中的作用，對(duì)GAG聚集和成纖維細(xì)胞分泌的其他細(xì)胞外因子的影響報(bào)道尚少，如自噬對(duì)1型膠原蛋白分泌的影響等。自噬是一把雙刃劍，適當(dāng)水平的自噬可以幫助機(jī)體抵御外部壓力，但自噬水平過高則會(huì)使病情惡化，對(duì)機(jī)體起損害作用。因此，對(duì)自噬活性的合理把握需要進(jìn)一步研究。同時(shí)，纖維化也是TAO發(fā)病機(jī)制中的一部分，且自噬對(duì)纖維化作用報(bào)道也尚少。為此，我們期待對(duì)細(xì)胞自噬的深入研究可以為TAO提供新的診療思路。