高書峰，郭亞民

(1青海大學醫(yī)學院，青海 西寧 810000；2青海省人民醫(yī)院，青海 西寧 810000)

--綜述--

細胞自噬與抗病毒天然免疫

高書峰1，郭亞民2

(1青海大學醫(yī)學院，青海 西寧 810000；2青海省人民醫(yī)院，青海 西寧 810000)

細胞自噬(autophagy)是一種主要由溶酶體介導的細胞程序性死亡方式，作為一種保護性機制來維持細胞內環(huán)境穩(wěn)態(tài)，亦可作為抵抗病原微生物感染和寄生的防御機制。細胞一旦檢測到病毒入侵，胞漿模式識別受體等病原體的受體可以上調自噬，并能進一步加強模式識別受體依賴的天然免疫信號。 自噬或自噬蛋白也有助于抗病毒先天I型干擾素的細胞因子的合成，以及增強抗病毒干擾素γ信號，在病毒感染過程中起到至關重要的作用。 其結果是病毒進化出通過操縱細胞自噬以抵消抗病毒天然免疫的策略。本文擬就細胞自噬與抗病毒免疫的關系加以綜述。

細胞自噬;模式識別受體 ;抗病毒天然免疫

自噬 (autophagy)是一種亞細胞水平的細胞降解過程，廣泛存在于真核生物細胞中，屬于Ⅱ型細胞程序性死亡[1]。自噬可以緩解多種條件對細胞的不利影響，在細胞的分化和發(fā)育過程中起著至關重要的作用。其生理功能作用廣泛，在低等真核生物中可應答饑餓，在高等真核生物中自噬具有氨基酸池的維持、細胞內質量控制、發(fā)育、細胞死亡、腫瘤抑制和抗衰老的作用，甚至能促進白血病腫瘤的形成，其與纖毛生成之間的互惠關系也促進了人們對人類纖毛疾病的認識。同時，越來越多的研究也在提示自噬參與了天然免疫應答和特異性免疫應答[2]。自噬還能通過SLAM結合Beclin-1來聯(lián)合吞噬以達到殺菌的目的[3]。也能介導絲狀真菌米曲霉全核的降解[4]，許多病毒感染細胞均與自噬相關聯(lián)，并影響自噬通路，本文擬就細胞自噬和抗病毒天然免疫間的研究進行綜述。

1 細胞自噬概述

1.1 自噬的分類 根據(jù)吞噬物進入溶酶體的途徑不同，真核生物細胞中主要存在三種自噬形式，即大自噬 (macroautophagy)、微自噬 (microautophagy)和分子伴侶介導的自噬 (chaperone-mediated autophagy)，通常所說的自噬即指大自噬，其與人類健康和疾病的關系最為密切。

1.2 自噬的過程 自噬是一種在真核生物細胞進化過程中高度保守的物質降解途徑，Christian de Duve最初于20世紀50年代通過電鏡在哺乳動物細胞中鑒定到自噬的形態(tài)學證據(jù)，而后漸漸明確了自噬的3個基本步驟：自噬的啟動、延伸和成熟活化。首先,細胞在接受饑餓、低氧等自噬誘導信號后，激酶GSK3的活性增強后磷酸化，并激活乙酰轉移酶TIP60，增強蛋白激酶ULK1的乙酰化水平，從而啟動細胞自噬，調控自噬相關基因(Autophagy-related genes,Atgs)，隨后,呈杯狀結構的分離膜(isolation membrane)包裹細胞質，延伸形成雙層膜結構的自噬前體(phagophore)，自噬前體不斷延伸，將待降解成分全部包含于膜內形成自噬體，自噬體沿著微管網(wǎng)絡朝微管組織中心(MTOC)方向運輸，與溶酶體融合形成自噬溶酶體(Autophagosome)，其內容物被溶酶體酶降解后返回胞漿重新被利用，同時溶酶體也通過自噬溶酶體重構(Autophagic lysosome reformation,ALR)得以循環(huán)。在自噬過程中，Atg5-Atg12-Atg16蛋白共軛體系、Atg8/LC3與磷脂酰乙醇胺(PE)形成的蛋白共軛體系是自噬體形成過程中必不可少的兩套泛素樣蛋白共軛體系。

2 自噬促進抗病毒天然免疫

2.1 病毒的天然免疫識別 天然免疫(innate immunity)是宿主進行抗病毒感染的第一道防線，其利用模式識別受體(PRRs)識別病原體相關分子模式(PAMPs)進而刺激1型干擾素(interferon-1,IFN-1)表達，激發(fā)促炎癥細胞因子及趨化因子應答，上調抗原遞呈細胞表面共刺激分子的表達，誘導T或B淋巴細胞向效應T或B細胞分化，最終強化特異性免疫和觸發(fā)一系列抗病毒反應。作為一種重要的病原體，病毒可以感染細菌、真菌和動植物細胞，并利用宿主細胞體系進行自身合成和復制。自噬可以選擇性地針對病原體的重要組成部分發(fā)揮作用。此外，除直接的天然免疫功能外，自噬還能與 PRRs合作調節(jié)天然免疫信號。細胞內的PRRs主要包括Toll樣受體，維甲酸誘導基因I(RIG-I)樣受體和NOD樣受體。其中抗病毒的PRRs大體可以分為兩類并行發(fā)揮識別入侵病原體的功能，并分別通過相應的信號通路誘發(fā)細胞的抗病毒天然免疫反應。TLR中的TLR3、TLR7、TLR8、TLR9在內體中檢測內體環(huán)境中的病毒核酸，識別與病毒基因組或與其復制相關的產(chǎn)物，如TLR3識別雙鏈RNA( dsRNA)、TLR7識別單鏈RNA(ssRNA)、TLR9識別雙鏈DNA(dsDNA)。第二類在胞漿中監(jiān)測病毒核酸的PRRs分屬RLR家族和DNA感應器，RLR家族中的RIG-I識別特定ssRNA病毒基因組中的5’ppp ssRNA，MDA-5識別小核糖核酸病毒的RNA及其合成的dsRNA。模式識別體系廣泛地監(jiān)測病毒的核酸，作為專職病毒感應器的漿細胞樣樹突細胞(pDC)依賴TLR7和TLR9檢測ssRNA和dsDNA病毒的基因組及相關結構，并旺盛的分泌IFN-1以誘導被感染宿主局部或全身的抗病毒狀態(tài)，而自噬與TLR家族、RLR家族和 pDC的關系十分密切。

2.2 自噬與TLR 自噬及其相關蛋白對TLR信號具有明顯的負調控作用[5]。當病毒感染細胞后，自噬有助于溶酶體上的TLR識別與其相應的配體，促進機體的抗病毒天然免疫進程。此外，Beclin-1可能與髓樣分化因子初次應答基因88(MyD88)和TRIF形成復合物后觸發(fā)TLR參與自噬。pDC利用自噬把胞漿病毒復制的中間體運送到含有TLR7的內體區(qū)室中，從而將胞漿中的配體和內體區(qū)室中的感應器連接在一起，通過TLR7識別RNA病毒的ssRNA，促進宿主免疫系統(tǒng)對病毒核酸的檢測。在RNA病毒感染細胞后，pDC中依賴TLR7產(chǎn)生IFN-1和細胞因子離不開自噬。通過篩選果蠅的9種TLR，依賴于TLR7的自噬是果蠅抗VSV所必需的，TLR7沉默的果蠅并不能抵抗非致死性VSV的感染；而VSV在細胞表面與TLR7發(fā)生作用會誘導不依賴于經(jīng)典信號通路的自噬發(fā)生。雖然連接TLR7和自噬的信號通路仍有待完全確定，但這項研究支持了PRRs在病毒感染細胞后所發(fā)揮的自噬誘導作用。當HIV-1入侵pDC時，自噬相關蛋白參與IFN-1的產(chǎn)生，其可能是通過促進病毒ssRNA傳遞到胞內TLR來發(fā)揮作用[6]。作為TLR9配體的細菌CpG基序，同樣能夠誘導人和鼠的腫瘤細胞發(fā)生自噬[7]。

2.3 自噬與RLR 在pDC中，TLR介導的病原體識別至關重要；而在其他類型的細胞中，RLR被廣泛用于檢測胞漿中病毒的存在[8]。位于細胞質中的RLR負責識別胞漿病毒的dsDNA，其中的RIG-I和MDA-5通過CARD結構域與位于線粒體膜上的接頭分子IPS-1相互作用，活化TBK1/IKK-i，引起IRF3/IRF7的磷酸化進而誘導炎癥細胞因子和IFN-1產(chǎn)生[9]。RIG-I作為RNA病毒感染的細胞傳感元件，它與線粒體銜接蛋白IPS-1相互作用，誘導IFN-1介導的宿主抗病毒天然免疫。RLR誘導自噬發(fā)生，負性調節(jié)IFN-1的產(chǎn)生。在小鼠成纖維細胞(MEF)中，Atg5-Atg12蛋白共軛體系可調節(jié)RIG-I對VSV的天然免疫識別和MDA-5對polyI:C的天然免疫識別。與pDC不同的是，MEF可能利用細胞自噬過程的蛋白分子來抑制IFN-1的產(chǎn)生。

3 病毒負調控細胞自噬

不同的病毒已經(jīng)進化出多種多樣的策略以避免和/或逃避自噬降解和自噬介導的免疫激活機制。這些病毒的的對立策略包括劫持自噬以逃避天然免疫和促進自噬來實現(xiàn)增殖。

3.1 病毒負調控自噬 一些病毒能通過病毒蛋白和宿主細胞的自噬結構蛋白相互作用來抵消自噬。目前，普遍認為Beclin1是病毒調節(jié)自噬的主要靶點。HHV-8和HV-68表達vBcl-2和M11，通過和Beclin1的相互作用來抑制宿主細胞自噬的起始。在艾滋病病毒感染DC的早后期，由觸發(fā)信號事件的病毒包膜蛋白部分通過CD4受體來介導宿主細胞的自噬抑制。事實上，自噬下調將導致DC中HIV-1含量的增加和HIV-1向CD4+T細胞轉移能力的提高。最重要的是，在DC中，HIV-1介導的自噬下調會顯著降低TLR受刺激后TNF-α的表達量，削弱天然免疫反應。

3.2 病毒誘導自噬 丙型肝炎病毒(Hepatitis B Virus, HCV)可以誘導自噬小體的積累，并抑制IFN-I的表達。事實上，丙型肝炎病毒感染誘導未折疊蛋白反應(UPR)，同時，一個完整的自噬潮也是促進HCV人肝癌細胞中實現(xiàn)RNA制所必需的。HCV一旦感染細胞，便會活化IFN-1β啟動子。在使用雷帕霉素治療時，則會促進自噬潮，降低IFN-1β表達，該過程可能有助于HCV持續(xù)感染。麻疹病毒(Measles virus,MeV)可以通過不同的分子途徑誘導細胞自噬，持續(xù)的自噬不但可以降低宿主細胞的死亡率，還能促進病毒顆粒的成熟。在哺乳動物中，脂滴可以選擇性地通過自噬溶酶體降解釋放出游離脂肪酸，該有選擇性的自噬過程稱為脂肪分解。登革熱病毒(Dengue virus,DENV)也能夠通過激活自噬途徑來實現(xiàn)其自身RNA的復制，與HCV不同的是，DENV會誘導晚期自噬小體，DENV-3會利用自噬小體和自噬溶酶體開啟病毒RNA的復制和翻譯。DENV感染誘導自噬依賴于脂滴加工和甘油三酯生成游離脂肪酸，從而增加細胞β-氧化和ATP的生成能力。抑制自噬則會大大降低脂肪分解能力和DENV的產(chǎn)量，但這并不影響病毒侵入或翻譯，病毒復制的缺陷完全由外生游離脂肪酸所彌補。乙型肝炎病毒(Hepatitis B Virus,HBV)可誘導自噬，且自噬對HBV的DNA復制十分重要，使用siRNA沉默Atg7或hpvs34來抑制自噬，或者使用3-MA抑制PI3KC3均可抑制HBV的DNA復制。

4 結語

自噬的抗病毒作用表明，自噬誘導可能是一個治療某些病毒感染的可行策略。在這個概念的支持下，在初級人類巨噬細胞的體外實驗中，在雷帕霉素或維生素D的作用下誘導的自噬治療已被證明是能夠限制艾滋病毒復制的[10]。因此，自噬上調可能是一種將來廣泛使用的廣譜抗病毒治療新策略。同時，對自噬和抗病毒天然免疫之間的關系的認識還不夠深入，尤其在天然免疫信號的“對話”(cross-talk)方面還知之甚少。雖然我們已知一些PRRs識別病毒的組份后能夠誘導細胞自噬，但具體機制仍有待澄清。目前已報道多種病毒對自噬具有雙向調節(jié)功能，且自噬對凋亡的細胞具有清除作用[11]，避免炎癥反應，其中的抗病毒天然免疫機制亦應是研究的重點。

[1]Augusstine MK Chio,Stefan W.Ryter,Beth Levine.Autophagy in human health and disease.The New England Journal of Medicine[J].2013,68（7）:651-662.

[2]Choy A,Roy CR.Autophagy and bacterial infection:an evolving arms race[J].Trends Microbiol,2013,21(9): 451-456.

[3]Berger SB,Romero X,Ma C,et al.SLAM is a microbial sensor that regulates bacterial phagosome functions in macrophages[J].Nat Immunol,2010,11(10):920-927.

[4]Shoji JY,Kikuma T,Arioka M,et al.Macroautophagy-Mediated Degradation of Whole Nuclei in the Filamentous Fungus Aspergillus oryzae[J].PloS One,2010,5 (12):e15650.

[5]Jones SA，Milis KH，Harris J．Autophagy and inflammatory diseases[J].Immunol Cell Biol,2013,91(3):250-258．

[6]Zhou D,Kang KH,Spector SA.Production of interferon-α by human immunodeficiency virus type 1 in human plasmacytoid dendritic cells is dependent on induction of autophagy[J].J Infect Dis,2012,205(8):1258-1267.

[7]Bertin S,Samson M,Pons C,et al.Comparative proteomics study reveals that bacterial CpG motifs induce tumor cell autophagy in vitro and in vivo[J]. Mol Cell Proteomics,2008,7(12):2311-2322．

[8]Foy E,Li K,Sumpter RJr,et al.Control of antiviral defenses through hepatitis C virus disruption of retinoicacid-induciblegene-Ⅰsignaling[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2005,102(8):2986-2991．

[9]Co JG,Witwer KW,Gama L,et al.Induction of innate immune responses by SIVin vivo and in vitro:differential expression and function of RIG-I and MDA5[J].The Journal ofInfectious Diseases,2011,204(7):1104-1114.

[10]Campbell GR,Spector SA.Hormonally active vitamin D3 (1alpha,25-dihydroxycholecalciferol)triggersautophagy in human macrophages that inhibits HIV-1 infection[J].J Biol Chem,2011,286（21）:18890-18902.

[11]ChengS,WuY,LuQ,etal.Autophagygenescoordinate with the class II PI/PtdIns 3-kinase PIKI-1 to regulate apoptotic cell clearance in C[J].elegans.Autophagy，2013,9(12):2022-2032.

Regulation of antiviral innate Immune Response by Autophagy

Gao Shu-feng1Guo Ya-min2
(1 Qinghai University Medical College,Xining,Qinghai,810000,China；2 Qinghai People，s Hospital, Xining，Qinghai,810000,China)

As a protective mechanism to sustain cellular homeostatic,cellular autophagy is a type of programmed cell death mediated by lysosome.Meanwhile,autophagy can repress the pathogenic infection and parasitization.Ongoing autophagy can be upregulated upon virus detection by pathogen receptors,including membrane bound and cytosolic pattern recognition receptors,and may further facilitate pattern recognition receptor-dependent signalling.Autophagy or autophagy proteins also contribute to the synthesis of antiviral innate type I interferon cytokines as well as to antiviral interferon γ signalling,autophagy may play a crucial role during viral infections.As a consequence,viruses have evolved strategies to counteract antiviral innate immunity through manipulation of autophagy.In this review,we summarized the relationship between the autophagy and the antiviral innate immune response．

Autophagy;PRRs;Antiviral innate immune response

10.3969/j.issn.1009-4393.2017.02.102

青海省科技廳資助項目（2014-ZJ-745）

高書峰,E-mail:37317423@qq.com