肺缺血再灌注損傷炎癥與自噬相關(guān)性的研究進(jìn)展

龍嘉琪 李躍兵

1浙江中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院（杭州 310053）；2浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院麻醉科（杭州 310005）

肺缺血再灌注損傷（lung ischemia reperfusion injury，LIRI）是一類具有高致死率的無菌性肺部損害疾病，主要發(fā)生在肺移植、心肺復(fù)蘇、體外循環(huán)和肺栓塞等疾病。LIRI 本質(zhì)上是缺血期可逆性肺損傷的進(jìn)一步發(fā)展，由再灌注血流引起的炎癥細(xì)胞、炎性因子、氧自由基等因素作用下轉(zhuǎn)化為不可逆的肺組織損傷。LIRI 的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，涉及炎癥損傷、細(xì)胞自噬、氧化應(yīng)激損傷、鈣超載、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激損傷等多種途徑和病理生理過程。其中，炎性相關(guān)因子和自噬相關(guān)分子等扮演著重要角色。

自噬與炎癥是人體各種病理生理機(jī)制中的一個重要組成部分，二者并非獨(dú)立的兩個過程，而是存在著相互的關(guān)聯(lián)，了解二者的關(guān)聯(lián)可為臨床治療提供一定的參考。在LIRI 引起的肺組織炎癥反應(yīng)中，自噬活性會因?yàn)榧膊√攸c(diǎn)及發(fā)展階段的不同而發(fā)生變化。因此，深入研究自噬與炎癥的關(guān)系，明確二者在LIRI 發(fā)生發(fā)展中的變化，對維持細(xì)胞自噬穩(wěn)態(tài)，改善缺血再灌注所導(dǎo)致的肺損傷具有重要的意義。本文從炎癥和自噬的角度，綜述LIRI 中炎癥和自噬的變化及二者交互作用的相關(guān)機(jī)制，以期為預(yù)防LIRI 尋找新靶點(diǎn)提供線索和思路。

1 LIRI 引起炎性反應(yīng)及其炎性介質(zhì)釋放

肺由于其雙重血液供應(yīng)系統(tǒng)和持續(xù)的氣體交換生理需求，似乎特別容易受到缺血/再灌注（ischemic reperfusion，I/R）損傷，其損傷的分子機(jī)制被認(rèn)為比其他器官更復(fù)雜。從分子層面、細(xì)胞層面和臨床層面來看，缺氧與炎癥反應(yīng)具有很大的相關(guān)性［1］。在肺組織I/R 期間，肺組織產(chǎn)生大量氧自由基，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、肺間質(zhì)細(xì)胞和肺泡細(xì)胞等細(xì)胞膜脂質(zhì)的氧化降解，并產(chǎn)生許多炎癥介質(zhì)，導(dǎo)致微血管損傷及細(xì)胞的破壞，通過氧化反應(yīng)與炎癥反應(yīng)相互作用促使LIRI 發(fā)生。

在肺損傷中許多炎性介質(zhì)基因的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄都有核轉(zhuǎn)錄因子（nuclearfactor-kappa B，NF-κB）的參與。NF-κB 在調(diào)控炎癥介質(zhì)中具有十分重要的作用，是眾多炎癥信號傳導(dǎo)通路的關(guān)鍵作用靶點(diǎn)［2］。在彭堅(jiān)等［3］建立的小鼠LIRI 模型中，通過RNA干擾技術(shù)沉默NF-κB基因，肺組織中的腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的含量明顯下降，說明抑制NF-κB 的表達(dá)可以減少下游TNF-α 等炎性介質(zhì)基因的表達(dá)，從而緩解LIRI。研究表明，腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子1（Tumor necrosis factor receptor-associated factor 1，TRAF1）基因被敲除的肺損傷的小鼠，可使肺組織中性粒細(xì)胞浸潤減少；同時，TRAF1的缺失顯著下調(diào)了促炎細(xì)胞因子水平，NF-κB 失活，有效地減輕了肺損傷，顯著地降低了小鼠的死亡率［4］。

Interleukin-6（IL-6）能夠刺激參與免疫反應(yīng)的細(xì)胞的增殖和分化，是組織損傷程度和炎癥反應(yīng)的重要指標(biāo)。NAKATA 等［5］通過阻斷和開放小鼠肺門建立了肺缺血再灌注模型，其肺組織中編碼IL-6 的mRNA 的表達(dá)水平顯著高于假手術(shù)組。IL-10 是一種在LIRI 中起保護(hù)作用的細(xì)胞因子，是體內(nèi)促炎和抗炎平衡的關(guān)鍵參與部分，起著減弱炎癥反應(yīng)程度、抑制炎癥反應(yīng)進(jìn)展的作用。研究顯示，敲除了IL-10 基因的I/R 模型小鼠，促炎細(xì)胞因子和促凋亡因子的表達(dá)明顯增多［6］。IL-8 是一種重要的促炎細(xì)胞因子，在LIRI 中發(fā)揮著促進(jìn)炎癥反應(yīng)的生物學(xué)作用，其主要由單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞激活后分泌。通過下調(diào)IL-8 的表達(dá)，可抑制中性粒細(xì)胞的趨化性，改善小鼠肺缺血再灌注后的炎癥損傷［7］。

2 LIRI 引起自噬及其作用影響

2.1 肺缺血再灌注后自噬與肺損傷的關(guān)系自噬是一種自我分解代謝的過程，是應(yīng)急情況下維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)及代謝平衡的重要機(jī)制。自噬是把“雙刃劍”，LIRI 后肺泡巨噬細(xì)胞、肺泡內(nèi)皮和上皮細(xì)胞等自噬可能加重肺損傷，也可能對肺組織具有保護(hù)作用。大部分研究指出，LIRI 誘導(dǎo)的自噬活性增加，那么這種增長趨勢引出了一個關(guān)鍵問題：自噬增加對肺組織細(xì)胞是“有益”還是“有害”？多數(shù)研究認(rèn)為在肺組織缺血階段，誘導(dǎo)適度的自噬水平可能對肺組織細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用，然而在再灌注期間激活過度的自噬水平可能對肺組織細(xì)胞起到有害作用［8］。

2.2 自噬對組織缺血期和再灌注期的影響自噬在肺組織I/R 的不同階段可能發(fā)揮著不同的作用。在肺組織缺血階段，LIU 等［9］在小鼠肺移植所致的LIRI 模型中發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬抑制細(xì)胞凋亡，起到肺保護(hù)作用；相反的是，在供體肺再灌注階段，線粒體自噬繼續(xù)增加，卻伴隨著細(xì)胞凋亡的增加和肺功能的惡化。赫卯林等［10］在研究小鼠LIRI模型中觀察到，使用自噬激活劑（rapamycin，RAPA）后會加重肺組織損害，然而使用自噬抑制劑（3-Methyladenine，3-MA）則可以顯著改善小鼠肺組織的缺血再灌注損傷。類似的結(jié)果在心、腦和腎I/R 損傷中也有發(fā)現(xiàn)［11-13］。以上研究表明，在缺血期機(jī)體適度的自噬可能對肺組織發(fā)揮著積極的作用，而在再灌注期間過度激活的自噬則會對肺組織造成不利的影響。

有趣的是，自噬的這種雙向性可能與實(shí)驗(yàn)動物種屬差異、模型建立的不同有關(guān)，另外一些研究表明，在再灌注過程中自噬可能起到機(jī)體保護(hù)效應(yīng)，在心、腦、腎臟器官中同樣可以觀察到。HONG等［14］發(fā)現(xiàn)，七氟烷預(yù)處理后的心肌I/R 的大鼠，通過激活自噬，使缺血再灌注后的自噬通量得到修復(fù)，延緩了心肌的損傷。CHEN 等［15］發(fā)現(xiàn)，上調(diào)Lin28a 可促進(jìn)小鼠神經(jīng)細(xì)胞自噬，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，減輕I/R 所致的腦損傷。在小鼠腎缺血再灌注模型中，誘導(dǎo)線粒體自噬可保護(hù)腎免受I/R 損傷［16］。因此，在自噬的不同階段其活性可能由于實(shí)驗(yàn)物種來源的不同、各器官之間的差異、動物模型造模的不同以及介導(dǎo)的相關(guān)信號通路的差異而受到影響，使自噬的活性上調(diào)或者下調(diào)，從而對疾病的進(jìn)展發(fā)生著有益或者有害的作用。

3 LIRI 中自噬與炎癥的關(guān)系

自噬是一種在細(xì)胞生存進(jìn)化期間較為保守的調(diào)節(jié)模式，參與眾多疾病病理的發(fā)生發(fā)展。在LIRI 引起肺組織炎癥反應(yīng)中，其自噬活性隨疾病特點(diǎn)及發(fā)展階段而發(fā)生著變化。因此，深入研究自噬與炎癥的關(guān)系，對維持細(xì)胞自噬穩(wěn)態(tài)，改善I/R 所導(dǎo)致的肺損傷具有重要的意義。

3.1 LIRI 中自噬對炎癥的調(diào)節(jié)自噬促進(jìn)細(xì)胞存活或死亡取決于特定的刺激和環(huán)境條件。在疾病的不同發(fā)展階段，自噬對于炎癥的調(diào)節(jié)發(fā)揮著雙重的作用：一方面，適度水平的自噬可以通過清除錯誤折疊的蛋白、抑制炎癥小體的活化以及保持線粒體穩(wěn)態(tài)來對抗肺組織I/R 炎癥反應(yīng)。JIANG等［17］發(fā)現(xiàn)，通過激活SIRT1-PINK1 信號通路介導(dǎo)的線粒體自噬可以調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的釋放，減輕2型糖尿病大鼠的I/R 肺損傷。另一方面，自噬在某些情況下也可促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生。在豬的LIRI模型中，損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）觸發(fā)的自噬通過增強(qiáng)NFκB 等信號通路放大炎癥反應(yīng)，而敲除自噬相關(guān)的ATG7 基因抑制自噬，可顯著減少由DAMPs 觸發(fā)的炎癥細(xì)胞因子的釋放［18］。在肺組織缺血再灌注損傷的疾病中，自噬一方面能抑制炎癥反應(yīng)的進(jìn)展，另一方面也會促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生。適度水平的自噬可以清除病原體，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。然而當(dāng)機(jī)體處于平衡的自噬水平被打破時，則可能導(dǎo)致細(xì)胞功能發(fā)生異常。過低水平的自噬不能及時清除堆積蛋白，會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)加重。而過度激活的自噬水平，則可能誘導(dǎo)許多實(shí)質(zhì)細(xì)胞非程序性死亡，導(dǎo)致相關(guān)組織細(xì)胞病理損害甚至死亡。

3.2 LIRI 中炎癥對自噬的調(diào)節(jié)近年來，研究表明：自噬和炎癥有著緊密聯(lián)系，自噬可以激活或抑制炎癥反應(yīng)；同樣，炎癥也可以誘導(dǎo)或抑制自噬。一些調(diào)控炎癥的轉(zhuǎn)錄因子，也調(diào)控著自噬核心基因的轉(zhuǎn)錄。最典型的代表就是NF-κB 家族，其可以上調(diào)Beclin1 和其他自噬相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄，使自噬增強(qiáng)，加重小鼠肺組織I/R 損傷［19］。此外，自噬同樣也受廣泛的炎癥相關(guān)因子的調(diào)節(jié)。促炎細(xì)胞因子如IL-6 與干擾素-γ 會促進(jìn)自噬的發(fā)生，而抗炎細(xì)胞因子如IL-4、IL-10 則能夠抑制自噬的活性［20］。因此，缺血再灌注肺損傷后細(xì)胞自噬和炎癥之間的聯(lián)系并不是互相獨(dú)立的，而是存在著相互促進(jìn)和相互制約的關(guān)系，如果兩者平衡的關(guān)系被破壞則可能導(dǎo)致肺組織損傷。

4 相關(guān)信號調(diào)節(jié)通路

細(xì)胞自噬程度與LIRI 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，可能涉及多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和細(xì)胞因子的相互作用。在LIRI 疾病的炎癥反應(yīng)中，自噬與炎癥的交互作用對其的調(diào)控起到了重要的作用。因此，深入探討LIRI 不同發(fā)展階段下細(xì)胞自噬的進(jìn)展機(jī)制，特別是炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的相關(guān)信號通路和分子機(jī)制，對該疾病的防治具有重要的意義。

4.1 AMPK-mTOR 信號通路哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是機(jī)體內(nèi)一種與細(xì)胞的凋亡、增殖、自噬和炎癥密切相關(guān)的信號傳導(dǎo)分子；一磷酸腺苷活化蛋白激酶（Amp-activated protein kinase，AMPK）是調(diào)節(jié)代謝穩(wěn)態(tài)的能量傳感器，它的代謝調(diào)節(jié)作用與mTOR有著緊密的聯(lián)系。赫卯林等［10］證實(shí)，在建立的缺血再灌注肺損傷的小鼠模型中AMPK/mTOR 信號通路介導(dǎo)了自噬的上調(diào)，促進(jìn)了炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致肺組織損傷的加重。WANG 等［21］表明，氫鹽水可通過調(diào)節(jié)AMPK/mTOR 信號通路來抑制自噬過度激活，減少炎癥介質(zhì)釋放，從而減輕小鼠的急性肺損傷。這提示AMPK-mTOR 信號通路在LIRI 中發(fā)揮著重要的作用。

4.2 PI3K/AKT/mTOR 信號通路激酶磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）/mTOR 通路是在機(jī)體發(fā)生感染、氧化應(yīng)激和衰老等特定狀態(tài)下調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。LIANG 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，右美托咪定可通過在轉(zhuǎn)錄水平激活PI3K/AKT/mTOR 信號通路抑制自噬，減輕小鼠的肺缺血再灌注損傷。ZENG 等［23］報道，用PI3K 抑制劑LY294002 預(yù)處理LIRI 的小鼠，可下調(diào)p-AKT的表達(dá)促進(jìn)自噬，激活炎癥反應(yīng)，使肺損傷程度增加。因此，通過作用于PI3K/AKT/mTOR 信號通路，可以抑制細(xì)胞過度自噬并減輕炎癥反應(yīng)，從而緩解肺損傷。

4.3 TLR4-NF-κB 信號通路Toll 樣受體（TLRs）是一種高度保守的細(xì)胞表面受體，它參與了非特異性免疫系統(tǒng)的激活。NF-κB 的特異性靶點(diǎn)是多種調(diào)節(jié)因子的編碼基因，如炎性因子TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8 等。LIU 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，LIRI 小鼠模型中自噬水平升高，經(jīng)銅綠假單胞菌外膜囊泡（OMVs）預(yù)處理后顯著降低了TLR4 和p-NF-κB 的表達(dá)，炎癥因子分泌減少，減輕了肺組織的損傷。進(jìn)一步研究證實(shí)，采用TLR4-小干擾RNA（siRNA）干擾TLR4 表達(dá)后LIRI 大鼠肺組織細(xì)胞自噬水平下降，相關(guān)炎性因子表達(dá)減少［25-26］。由此可見，在肺組織I/R 損傷中，TLR4-NF-κB 參與了炎癥反應(yīng)和自噬調(diào)控，抑制該通路，可有效減輕缺血再灌注肺損傷。

4.4 miRNA 途徑的調(diào)控miRNA 通過降解mRNA或抑制mRNA 翻譯來調(diào)控基因表達(dá)，在肺損傷的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸中發(fā)揮著重要的作用。ZHANG等［27］研究表明，丙泊酚通過上調(diào)miR-144 表達(dá)水平抑制肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的自噬活性，減少炎癥因子的釋放，減輕LIRI 小鼠模型的肺損傷。miRNA 除了對細(xì)胞自噬有抑制作用外，還可增強(qiáng)細(xì)胞自噬水平。DAI 等［19］發(fā)現(xiàn)，在建立LIRI 小鼠模型中，miR-145 在I/R 損傷小鼠和肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞中大量表達(dá)，NF-κB 轉(zhuǎn)錄活性增加，TNF-α、IL-6 和Beclin-1 的表達(dá)上調(diào)，表明miR-145 促進(jìn)細(xì)胞自噬和炎癥因子的釋放，加重肺損傷。

4.5 TRAF6 泛素化途徑的調(diào)控TRAF6 通過自身泛素化調(diào)控相關(guān)信號通路因子，影響著機(jī)體多種生理病理活動的發(fā)生和發(fā)展。LIU 等［18］發(fā)現(xiàn)，在肺泡巨噬細(xì)胞中，抑制自噬相關(guān)基因ATG7 顯著減弱了I/R 損傷引發(fā)的肺組織中TRAF6 泛素化，NFκB 的激活受到明顯抑制，以及炎性細(xì)胞因子顯著減少。這表明TRAF6 的泛素化水平與I/R 引發(fā)的自噬密切相關(guān)，在調(diào)控炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

以上研究表明，炎性相關(guān)因子和自噬相關(guān)分子可能通過AMPK-mTOR、PI3K/AKT/mTOR、TLR4-NF-κB、miRNA 及TRAF6 泛素化等途徑來影響LIRI疾病的發(fā)生與發(fā)展（圖1）。進(jìn)一步說明，炎癥信號通路在LIRI 中受自噬調(diào)節(jié)，而自噬的活性亦受炎癥相關(guān)因子的影響。由此可見，通過調(diào)控細(xì)胞自噬和炎癥相關(guān)信號通路使自噬恢復(fù)到正常水平，可能對LIRI 的臨床治療起著重要的作用［8］。因此，深入研究肺缺血再灌注疾病中自噬分子與炎癥因子調(diào)控的相關(guān)作用靶點(diǎn)，并在以后的研究中對該靶點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)從而維持細(xì)胞自噬穩(wěn)態(tài)，將對提高LIRI 患者的治愈率以及減少其致死率具有十分積極的作用。

圖1 自噬與炎癥相關(guān)信號通路的示意圖Fig.1 Schematic diagram of autophagy and inflammation related signaling pathways

5 結(jié)語與展望

肺組織缺血再灌注損傷后會促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，釋放大量炎性介質(zhì)，加劇肺組織的損傷。同時，LIRI 后細(xì)胞通過一系列信號通路啟動自噬，自噬的上調(diào)或者下調(diào)對肺組織起著保護(hù)和損害的作用。炎癥與自噬的關(guān)系并不是單一的，而是相互制約、相互促進(jìn)的，炎癥可以促進(jìn)或抑制自噬的發(fā)生，自噬亦可以促進(jìn)或抑制炎癥反應(yīng)。此外，自噬活性和炎癥水平在不同疾病、疾病的不同發(fā)展階段以及不同器官之間發(fā)揮的作用也可能不相同。這其中涉及了許多復(fù)雜的信號通路和作用機(jī)制。在LIRI 早期即可檢測到肺組織自噬水平的升高，較多的研究顯示，缺血期適度的自噬可以減輕肺損傷，而再灌注期過度的自噬則會加劇肺損傷。隨著對自噬分子和炎性因子的作用機(jī)理的不斷深入，通過調(diào)節(jié)自噬的啟動來限制炎癥反應(yīng)的擴(kuò)散，以及通過抑制自噬的過度放大來抑制細(xì)胞凋亡，已成為當(dāng)前備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。已有數(shù)據(jù)顯示，干預(yù)自噬對于改善LIRI 損傷具有很好的治療前景，而如何評價自噬強(qiáng)度和炎癥反應(yīng)之間的關(guān)系，以及尋找特異的干預(yù)措施也將成為當(dāng)前研究的主要方向。本文圍繞炎癥與自噬及二者交互作用在LIRI 發(fā)生發(fā)展中的作用進(jìn)行了闡述，可為預(yù)防和治療LIRI 奠定一定的理論基礎(chǔ)。在今后的研究中若能找到控制自噬的適宜時機(jī)和靶點(diǎn)將自噬恢復(fù)到生理水平，減少炎癥反應(yīng)對組織和細(xì)胞的功能損害，將有利于改善LIRI 患者的預(yù)后。