陈华玲,马晓鹂,袁圣亮

(1广东医科大学，广东湛江 524023；2广东医科大学附属医院)



自噬与炎症的关系研究进展

陈华玲1,马晓鹂2,袁圣亮1

(1广东医科大学，广东湛江 524023；2广东医科大学附属医院)

自噬与炎症有密切联系，炎症介质中的细胞因子、活性氧和炎症相关转录因子可调控自噬反应，而自噬又可通过Toll样受体(TLR)、Nod样受体(NLR)信号通路来调节炎症反应，且自噬具有双向调节功能，在促炎和抗炎反应中发挥至关重要的作用。

自噬；炎症；炎症介质；炎症性疾病

自噬是真核细胞中高度保守的维持内环境稳态和适应微环境改变的生命现象[1]。在饥饿、缺氧或接触有毒分子应激情况下，细胞启动自噬通路，通过溶酶体介导将细胞内成分进行自我消化和循环利用以应对不利环境。根据被降解物传送至溶酶体方式的不同，自噬主要分为大自噬、小自噬、分子伴侣介导的自噬[2]。近年来研究[1]表明，细胞自噬与炎症之间有密切联系。虽然炎症反应可先天保护感染或组织损伤的机体，但是持续或过度的炎症反应可能导致机体不可逆的损伤。研究[3]已发现自噬可抑制炎症反应，可能通过直接抑制炎性复合物和间接清除炎症刺激物如受损的细胞器或病原微生物，从而保护细胞免于过度持久炎症。炎症介质中的细胞因子、活性氧(ROS)和炎症相关转录因子可调控自噬反应，而自噬又可通过TLR、NLR信号通路来调节炎症反应，且自噬缺损是诱发炎症性疾病的重要因素。现将自噬与炎症的关系综述如下。

1　自噬与炎症介质

炎症介质一般是指参与诱发炎症发生的具有生物活性的化学物质。目前，炎症介质与自噬关系研究较多的是细胞因子、ROS和炎症相关转录因子等，并且这些炎症介质可调控自噬反应。

1.1自噬与细胞因子炎症细胞因子通过与细胞质膜的特异性受体结合以调节自噬反应。在一般情况下，辅助性T细胞(Th1)衍生的细胞因子如IL-2、TNF-α、IFN-γ被认为是自噬诱导剂。细胞因子诱导自噬在消除病原体入侵中发挥重要作用，如IFN-γ可通过诱导自噬促进细胞内结核分枝杆菌和沙眼衣原体的降解[4]。IFN-γ激活自噬可能通过免疫相关的GTP酶功能和死亡相关蛋白激酶1(DAPK1)BH3结构域Thr119的Beclin1磷酸化，使Beclin1从它的抑制剂Bcl-2解离，导致Beclin1活化[5]。相似地，TNF-α激活的细胞自噬可消除细胞内细菌如志贺菌、李斯特氏菌等[6]。相反，Th2细胞相关的细胞因子如IL-4、IL-10、IL-13可产生抑制自噬功能，已被证明这些细胞因子是通过激活PI3K/Akt信号通路抑制饥饿诱导的自噬[7]。13(7):601-607.

1.2自噬与ROS线粒体产生ROS是激活自噬的主要来源，在正常情况下，细胞内ROS和自噬处于平衡状态，并不会对机体造成损伤。而在受到外来刺激时，ROS和自噬均升高。研究表明细胞内ROS至少通过两种途径激活自噬。一种分子机制是AMPK作为细胞能量传感器，通过S-谷胱甘肽半胱氨酸激活，S-谷胱甘肽蛋白质翻译修饰经常诱导细胞ROS的产生。AMPK诱导自噬通过磷酸化TSC2(结节性硬化症2)，抑制mTORC1复合物组分raptor和磷酸化激活ULK1[8]。另一种机制是通过氧化半胱氨酸残基附近的半胱氨酸蛋白酶ATG4催化位点，从而刺激其酶活性和增强自噬作用[9]。然而，另有研究表明自噬作为细胞存活的机制，可通过清除ROS损伤的细胞器以保护细胞。当ROS积累过多超出自噬所能承受的范围时，自噬不但不能清除细胞内ROS，还会导致细胞过度自噬引起自噬性死亡[10]。

1.3自噬与炎症相关转录因子一些转录因子可协调炎症反应，如核转录因子κB(NF-κB)p65/RelA家族成员可上调自噬蛋白Beclin1和SQSTM1/p62转录[11]。此外，低氧诱导因子1(HIF-1)通过增强BCL2/腺病毒E1B19 kDa蛋白相互作用蛋白3(BNIP3)和BNIP3L编码基因的转录，导致Bcl-2-Beclin1复合物裂解从而诱导自噬[12]。调节自噬基因转录的其他炎症相关转录因子还包括信号传感器JUN、转录激活因子(STAT)1和STAT3[13]。

2　自噬与细胞炎症反应的相关信号通路

自噬过程主要由自噬相关基因(ATG)调控。目前已发现Toll样受体(TLR)、Nod样受体(NLR)信号通路可正向或负性调控自噬，在自噬的调控中扮演着极其重要的角色。

2.1自噬与TLR信号通路TLR作为病原相关分子模式(PAMP)的主要细胞传感器，可能通过促进衔接蛋白MyD88或TRIF与Beclin1相互作用，并减少Beclin1结合Bcl-2，从而诱导细胞自噬[14]。Xu等[15]首次报道TLR4可激活VPS34形成胞质LC3聚集体，这可能表明自噬体的形成，并增强巨噬细胞消除吞噬的分枝杆菌；在这个过程中，LC3聚集体的形成需要的是TRIF而不是MyD88，并且RIP1和p38募集可诱导细胞自噬。已有研究[16]表明刺激TLR9的人结肠上皮细胞细菌CpG基序可诱导细胞自噬。激活TLR2依赖性自噬，可使巨噬细胞消除入侵病原体如李斯特菌和金黄色葡萄球菌[17]。通过TLR激动剂激活自噬也可消除非同源细胞内病原体[16]。此外，研究[18]发现，自噬对TLR7依赖的Ⅰ型干扰素和促炎性细胞因子的产生是必不可少的，这暗示自噬在先天性免疫反应的正调节作用。事实上，TLR7是自噬最有力的激活剂。然而，有其他研究指出，下调自噬作用会增强促炎性细胞因子的分泌。LPS刺激ATG16L1基因缺陷型巨噬细胞TLR4受体，通过caspase-1的过度活化产生大量IL-1β、IL-18[19]。一般来说，TLR不直接激活caspase-1，而是与其他刺激如胞外ATP(激活P2X7受体)，通过形成NLRP3炎症小体激活caspase-1产生IL-1β、IL-18[20]。因此，在炎症反应的不同作用表明自噬作为双重功能调节先天性免疫的稳态。

2.2自噬与NLR信号通路NLR是天然免疫系统中一类重要的模式识别受体，能够感应各种结构不同的PAMPs、损伤相关分子模式(DAMPs)和环境刺激。NLR家族可分为NLRA、NLRB、NLRC、NLRP、NLRX五个亚家族。NLRP3为NLR家族中典型代表，在细胞应激条件下募集接头蛋白ASC和caspase-1形成炎性体复合物，控制促炎性细胞因子IL-1β和IL-18的分泌[21]。

目前已发现NLR家族可参与炎症正向调节自噬。激活AIM2或NLRP3介导的炎症触发小G蛋白RalB活化和自噬体的形成[22]。通过结合Exo84，RalB诱导具有催化活性的ULK1和Beclin1-Vps34复合物[23]。与此相反，NLRC4和NLRP4通过与Beclin1作用负性调控自噬过程。此外，NLRP4与C-VPS络合物(VPS11、VPS16、VPS18和RAB7)相互作用，控制膜牵引和液泡膜融合，从而阻断自噬体到自噬溶酶体的成熟[24]。Beclin1和LC3B基因缺陷的小鼠单核巨噬细胞会增加IL-1β、IL-18的分泌。这是由于缺乏自噬会增强NLRP3炎症通路的激活，通过线粒体ROS生成增多和线粒体膜通透性增高而下调线粒体的稳定性[25]。这表明自噬可通过控制线粒体稳态抑制炎症活化。

3　自噬在炎症反应调节中的双重作用

越来越多研究表明自噬具有双向调节功能，在促炎和抗炎反应中发挥至关重要的作用。一方面，自噬可通过清除炎性蛋白聚集体和下调组织损伤的促炎性细胞因子来对抗炎症反应；另一方面，自噬可通过激活炎性体产生大量炎症因子而加快炎症进程。缺乏ATG16L1小鼠的克罗恩病模型中生成IL-1β、IL-18增多表明自噬具有抗炎功能[19]。小鼠肝组织Beclin1基因突变，不仅增加细胞凋亡和组织损伤，还促使炎症发展为脂肪性肝炎和肝细胞癌[26]。因此，适度自噬有助于抑制炎症反应。抑制细胞自噬，则会导致去极化线粒体积累激活NLRP3炎性体。自噬负性调控炎症机制可能通过清除内源性NLRP3炎性体激动剂如去极化线粒体ROS、线粒体DNA(mtDNA)和氧化的线粒体DNA(22，23)，自噬还可清除聚集炎性结构，从而防止炎症激活。此外，自噬下调IFN应答病毒感染和促炎因子对入侵病原体的应答，抑制分泌促炎细胞因子如IL-1、IL-18，从而保护线粒体功能[25]。然而，还有研究表明自噬可加快炎症进程，包括炎性体激活产生大量炎症因子。虽然自噬已被视为一种生存机制，但当不能适当控制炎症过程时，自噬对机体是有害的。研究[27]表明，在动脉粥样硬化过程中，过度刺激自噬可导致内皮细胞死亡，从而促进斑块不稳定，使斑块维持炎症状态。因此，需要充分了解细胞自噬在炎症中的状况，从而有效调节炎症反应，但是具体机制还需进一步研究。

近几年发现自噬基因多态性与炎症性疾病相关，未来将基因组研究策略应用于自噬和炎症的研究，有助于深入了解自噬调控炎症涉及的分子机制，并有望开辟操纵自噬治疗炎症性疾病的新用途。

[1] Jones SA, Mills KH, Harris J. Autophagy and inflammatory diseases[J]. Immunol Cell Biol, 2013,(91):250-258.

[2] Parzych KR, Klionsky DJ. An Overview of Autophagy: Morphology, Mechanism, and Regulation[J]. Antioxid Redox Signal, 2014,20(3):460-473.

[3] Lapaquette P, Guzzo J, Bretillon L, et al. Cellular and molecular connections between autophagy and inflammation[J]. Mediators Inflamm, 2015,2015:398483.

[4] Gutierrez MG, Master SS, Singh SB, et al. Autophagy is a defense mechanism inhibiting BCG and Mycobacterium tuberculosis survival in infected macrophages[J]. Cell, 2004,119(6):753-766.

[5] Zalckvar E, Berissi H, Mizrachy L, et al. DAP-kinase-mediated phosphorylation on the BH3 domain of beclin 1 promotes dissociation of beclin 1 from Bcl-XL and induction of autophagy[J]. EMBO Rep, 2009,10(3):285-292.

[6] Mostowy S, Shimizu VS, Hamon MA, et al. p62 and NDP52 proteins target intracytosolic shigella and listeria to different autophagy pathways[J]. J Biol Chem, 2011,286(30):26987-26995.

[7] Park H, Lee SJ, Kim S, et al. IL-10 inhibits the starvation induced autophagy in macrophages via class Ⅰ phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) pathway[J]. Mol Immunol, 2011,48(4):720-727.

[8] Inoki K, Ouyang H, Zhu T, et al. TSC2 Integrates Wnt and energy signals via a coordinated phosphorylation by AMPK and GSK3 to regulate cell growth[J]. Cell, 126(5):955-968.

[9] Yu Z, Ni T, Hong B, et al. Dual roles of Atg8-PE deconjugation by Atg4 in autophagy[J]. Autophagy, 2014,8(6):883-892.

[10] Dadakhujaev S, Jung EJ, Noh HS, et al. Interplay between autophagy and apoptosis in TrkA-induced cell death[J]. Autophagy, 2009,5(1):103-105.

[11] Copetti T, Bertoli C, Dalla E, et al. p65/RelA modulates beclin1 transcription and autophagy[J]. Mol Cell Biol, 2009, 29(10): 2594-2608.

[12] Bellot G, Medina R, Gounon P, et al. Hypoxia-induced autophagy is mediated through hypoxia-inducible factor induction of BNIP3 and BNIP3L via their BH3 domains[J]. Mol Cell Biol, 2009,29(10):2570-2581.

[13] Fullgrabe J, Klionsky DJ, Joseph B, et al. The return of the nucleus: transcriptional and epigenetic control of autophagy[J]. Mol Cell Biol, 2014,15(1):65-74.

[14] Shi CS, Kehrl JH. MyD88 and trif target beclin1 to trigger autophagy in macrophages[J]. J Biol Chem,2008,283(48):33175-33182.

[15] Xu Y, Jagannath C, Liu XD, et al. Toll-like Receptor 4 is a sensor for autophagy associated with innate immunity[J]. Immunity, 2007,27(1):135-144.

[16] Bertin S, Carle V. Autophagy and toll-like receptors[J]. Autophagy, 2008,4(8):1086-1089.

[17] Anand PK, Tait S, Lamkanfi M, et al. TLR2 and RIP2 pathways mediate autophagy of listeria monocytogenes via extracellular Signal-regulated Kinase (ERK) activation[J]. J Biol Chem, 2011,286(50):42981-42991.

[18] Lee HK, Lund JM, Ramanathan B, et al. Autophagy-dependent viral recognition by plasmacytoid dendritic cells[J]. Science, 2007,315(5817):1398-1401.

[19] Saitoh T, Fujita N, Jang MH, et al. Loss of the autophagy protein Atg16L1 enhances endotoxin-induced IL-1β production[J]. Nature, 2008,456(7219):264-268.

[20] Martinon F, Mayor A, Tschopp J. The inflammasomes: guardians of the body[J]. Annu Rev Immunol,2009,27:229-265.

[21] Zhou R, Yazdi AS, Menu P, et al. A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation[J]. Nature, 2010,469(7329):221-225.

[22] Shi C, Shenderov K, Huang N, et al. Activation of autophagy by inflammatory signals limits IL-1β production by targeting ubiquitinated inflammasomes for destruction[J]. Nat Immunol, 2012,13(3):255-263.

[23] Bodemann BO, Orvedahl A, Cheng T, et al. RalB and the exocyst mediate the cellular starvation response by direct activation of autophagosome assembly[J]. Cell, 2011,144(2):253-267.

[24] Jounai N, Kobiyama K, Shiina M, et al. NLRP4 negatively regulates autophagic processes through an association with beclin1[J]. Immunol, 2011,186(3):1646-1655.

[25] Nakahira K, Haspel JA, Rathinam V, et al. Autophagy proteins regulate innate immune responses by inhibiting the release of mitochondrial DNA mediated by the NALP3 inflammasome[J]. Nat Immunol, 2010,12(3):222-230.

[26] Mathew R, Karp C, Beaudoin B, et al. Autophagy suppresses tumorigenesis through elimination of p62[J]. Cell, 2009,137(6):1062-1075.

[27] Martinet W, Meyer G. Autophagy in Atherosclerosis: A cell survival and death phenomenon with therapeutic potential[J]. Circ Res, 2009,104(3):304-317.

广东省自然科学基金资助项目(S2012010008145)。

马晓鹂(E-mail: mxlorczb@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.23.035

R392.12

A

1002-266X(2016)23-0100-03

2016-01-25)