吳旦，李清初

(通信作者*)(桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541000)

1 自噬概述

自噬是真核細胞中普遍的細胞生物學(xué)過程。它消除了受傷的細胞器和生物大分子。它被證明是維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要且高度保守的調(diào)節(jié)機制。與選擇性降解短壽蛋白的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)相比，自噬更傾向于衰老和功能異常的細胞質(zhì)蛋白[1]。通常，哺乳動物的基線自噬是一個生理過程，但可以由饑餓或各種條件觸發(fā)，包括缺血性，毒性，免疫性和氧化性損傷。自噬過程包括兩個主要步驟：自噬體的誘導(dǎo)和自噬體與溶酶體的融合[2,3]。自噬過程涉及大量自噬相關(guān)(ATG)蛋白。ATG蛋白可分為五類，即ATG1激酶復(fù)合物(ATG1 / Unc-51樣激酶(ULK)1/2)，ATG9，III類磷酸肌醇3-激酶復(fù)合物(PI3KC3)，ATG12綴合系統(tǒng)和ATG8共軛系統(tǒng)[1]。

2 免疫細胞中的自噬

免疫細胞中的自噬會顯著改變免疫活性。在先天免疫中，自噬可增強免疫細胞的活性并有助于抵抗感染。細菌，病毒和寄生蟲可通過自噬降解，其中自噬對這些病原體起保護作用。自噬還通過與某些信號傳導(dǎo)途徑相互作用和吞噬炎癥觸發(fā)因素來限制炎癥。在自噬溶酶體中，toll樣受體(TLR)可能會將損傷相關(guān)分子模式分子(DAMPs)和病原體相關(guān)分子模式分子(PAMPs)識別為自體抗原，并導(dǎo)致免疫反應(yīng)的有效激活[4]，破壞免疫耐受并導(dǎo)致自身免疫的發(fā)展[5]。先天性免疫系統(tǒng)中的一些分子通過自噬在一定程度上受到調(diào)節(jié)，例如巨噬細胞和樹突狀細胞。巨噬細胞通過細胞內(nèi)消化幫助消除病原體。自噬缺陷型巨噬細胞在通過TLR途徑引起炎癥刺激時上調(diào)IL-18和IL-1β的產(chǎn)生[6]。自噬還有助于不依賴半胱天冬酶的巨噬細胞死亡，從而減輕炎癥[7]。在樹突狀細胞中，自噬是病毒檢測，抗原呈遞和干擾素生產(chǎn)所必需的[8,9]。自噬活性可以增強幾種適應(yīng)性免疫反應(yīng)，例如淋巴細胞發(fā)育和抗原呈遞[10]。自噬介導(dǎo)的II類MHC呈遞就是一個例子。細胞外抗原被捕獲到抗原呈遞細胞的自噬體中。然后，自噬體將抗原降解成免疫原性肽，并將其加載到CD4+T細胞的MHCII分子上。越來越多的證據(jù)表明自噬在T細胞的選擇和存活中起著關(guān)鍵作用。例如，在選擇胸腺中幼稚的T細胞庫時，胸腺上皮細胞中的高自噬活性可將內(nèi)源蛋白傳遞給MHC-II分子并有助于TCR選擇，從而消除了自身反應(yīng)性CD4 + T細胞[11]。活化的T細胞中的自噬可促進細胞因子(例如IL-2和IFN-γ)的存活和分泌，從而影響Th細胞的極化。對于B細胞，自噬起著復(fù)雜的作用。與成熟的T細胞不同，成熟的外周B細胞的存活似乎不一定需要自噬。一方面，自噬是B細胞分化過程中必不可少的，即Atg5缺失會導(dǎo)致B-1細胞死亡[12]。另一方面，自噬也可以誘導(dǎo)自噬相關(guān)的細胞死亡[13]。因此，B細胞受體結(jié)扎誘導(dǎo)的自噬可能在消除自身反應(yīng)性B細胞，從而降低自身免疫力中至關(guān)重要。另外，最近的數(shù)據(jù)表明自噬調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)以控制漿細胞中免疫球蛋白(Ig)的分泌，而刪除Atg5可能導(dǎo)致過量的Ig產(chǎn)生[14]。

3 腎駐留細胞自噬

3.1 足細胞終末分化的足細胞易受各種損傷的影響

從病理學(xué)的角度來看，足細胞的丟失被認為是進行性腎小球疾病的關(guān)鍵特征。足細胞損傷是蛋白尿的關(guān)鍵因素，而由于細胞死亡或脫離引起的足細胞損失是腎小球疾病進展和衰老的關(guān)鍵步驟[15]。自噬似乎可以“監(jiān)視”生理和病理生理條件下足細胞的質(zhì)量。與局灶性節(jié)段性腎小球硬化癥(FSGS)的患者相比，患有最小變化疾病(MCD)的患者的足細胞顯示更高水平的Beclin 1介導(dǎo)的自噬活性[7,16]。此外，MCD患者足細胞自噬水平高通常預(yù)示疾病狀態(tài)穩(wěn)定，而自噬水平降低的MCD患者則進展為FSGS[17]。

足細胞自噬的喪失導(dǎo)致對各種腎臟疾病模型的易感性明顯增加。最近的研究表明，具有Atg5或Atg7功能喪失突變的小鼠具有人類FSGS的組織學(xué)和臨床特征。分別沉默Atg5或Atg7，也顯示出明顯的足細胞交替。腎切除術(shù)后一天，Atg7缺乏的足細胞小鼠在腎臟活檢中表現(xiàn)出更高的蛋白尿，足突改善和足細胞丟失[18]。足細胞特異性Atg5基因敲除小鼠在8至12個月大時出現(xiàn)輕度蛋白尿，并通過線吞噬作用降解受損的線粒體軟骨[19]。通過沉默其他ATG基因抑制自噬也破壞了足細胞的功能。足細胞特異性缺失Vps34的小鼠在9周時發(fā)展為早期蛋白尿，進行性腎小球硬化和腎功能衰竭[20]。這些基因敲除小鼠的足細胞表現(xiàn)出自噬通量受損的表型，并帶有增大的液泡積累，表明Vps34參與維持足細胞自噬通量。

同樣，足細胞特異性腎上腺素受體(PRR-)敲除小鼠在出生后2-3周內(nèi)發(fā)展為腎病綜合征，并在第4周時死亡。電子顯微鏡顯示，小鼠表現(xiàn)出進行性足細胞損傷，足突增生和空泡化以及足細胞死亡[21,22]。泛素化蛋白和泛素結(jié)合型突觸蛋白p62/螯合物1(SQSTM1)的大量積累進一步表明，泛素化蛋白聚集體的自噬清除受到阻滯[23]。這些研究共同強調(diào)了自噬作為關(guān)鍵的特殊重要性生理和應(yīng)激條件下足細胞的穩(wěn)態(tài)機制。

調(diào)節(jié)mTOR以改變自噬活性也影響足細胞的結(jié)構(gòu)和功能。Mtor基因小鼠的足細胞選擇性敲除在3周齡時發(fā)展為蛋白尿，并在5周齡時進行性足細胞損傷和終末期腎衰竭[24]。同樣，在永生化的人足細胞中，用mTOR抑制劑雷帕霉素治療可誘導(dǎo)不完全自噬，顯示出良好的細胞保護作用。然而，還需要mTOR來再生功能性溶酶體并完成自噬過程[25]。因此，mTOR的長時間激活可能導(dǎo)致自噬底物的缺乏，從而導(dǎo)致自噬的不足?？紤]到自噬途徑的破壞可能在蛋白尿的發(fā)病機制中起作用，因此使用mTOR抑制劑進行治療可能會導(dǎo)致持續(xù)時間不同的有利和不利結(jié)果。

簡而言之，自噬對足細胞的存活和生理功能至關(guān)重要。通過抑制ATG5，ATG7，mTOR，Vps34和PRR阻斷自噬可導(dǎo)致足細胞損傷，死亡或功能失調(diào)，并最終導(dǎo)致腎功能下降。

3.2 腎小球毛細血管的內(nèi)皮細胞

在來自法布里病的培養(yǎng)細胞的報告中，來自患者的細胞顯示出自噬增加，LC3的基礎(chǔ)水平更高。在這項研究中，在治療3年之前和之后都進行了腎臟活檢。結(jié)果表明，經(jīng)過3年的治療，內(nèi)皮細胞和腎小球系膜細胞中的液泡積累大大減少了[26]。這些數(shù)據(jù)表明，內(nèi)皮細胞自噬過程中的損傷可能是Fabry疾病引起的內(nèi)皮細胞損傷。近期研究還表明，自噬可以保護腎小球內(nèi)皮細胞與活性氧化劑(ROS)發(fā)生反應(yīng)[27]。腎小球內(nèi)皮細胞和造血細胞特異性Atg5缺陷型小鼠腎小球和ROS積累表現(xiàn)出異常形態(tài)，可通過施用ROS清除劑來減輕。這些數(shù)據(jù)表明上皮細胞中的自噬可以保護腎小球毛細血管免受氧化應(yīng)激并保持其完整性。

3.3 腎小球系膜細胞

腎小球系膜細胞位于稱為腎小球膜的小葉中心區(qū)域，為腎小球結(jié)構(gòu)提供支持并調(diào)節(jié)腎小球濾過[28]。腎小球系膜細胞還產(chǎn)生組成mesan-gium的細胞外基質(zhì)，從而維持腎臟間質(zhì)的穩(wěn)態(tài)。但是，它們也可以作為許多腎小球疾病即IgA腎病發(fā)展中的惡化因素。當腎臟患有進行性腎臟疾病時，腎小球膜細胞增殖并產(chǎn)生過多的細胞外基質(zhì)，從而導(dǎo)致腎小球硬化和腎臟纖維化的發(fā)展。

觀察到鎘誘導(dǎo)腎小球膜細胞自噬和凋亡。但是自噬的阻斷導(dǎo)致細胞活力的增加而沒有影響細胞凋亡，這表明自噬在暴露于鎘的系膜細胞中在細胞死亡中起作用[29]。據(jù)報道，鎘通過鈣外細胞信號調(diào)節(jié)的激酶依賴性途徑，部分通過增加活性氧(ROS)的產(chǎn)生和糖原合酶激酶3b(GSK-3b)的活化來誘導(dǎo)自噬細胞死亡[30]。

自噬也有助于腎小球系膜細胞的存活。在血清剝奪的情況下，系膜細胞發(fā)生凋亡。轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)通過抑制腎小球系膜細胞凋亡，促進自噬并提高細胞存活率。LC3-/-腎小球系膜細胞消除了TGF-β1從血清剝奪誘導(dǎo)的細胞凋亡中解救出來，表明自噬在腎小球膜細胞中的細胞保護作用[31]。自噬還通過促進降解由腎小球膜細胞產(chǎn)生的細胞內(nèi)I型膠原蛋白(Col-I)的降解過程，在下調(diào)腎小球膜細胞中基質(zhì)的產(chǎn)生中也發(fā)揮作用[31]。Beclin 1 +/-小鼠的腎臟膠原蛋白沉積明顯增加。從Beclin 1 +/-小鼠分離或用Beclin 1 siRNA轉(zhuǎn)染的腎小球系膜細胞表達較高的基礎(chǔ)水平的Col-1。同樣，用自噬抑制劑處理的腎小球系膜細胞顯示Col-1蛋白水平升高。因此，用三氟哌嗪(自噬的誘導(dǎo)劑)處理導(dǎo)致由TGF-β1誘導(dǎo)的Col-1蛋白水平降低。

因此，提示自噬可以通過抑制細胞凋亡和促進腎小球系膜細胞的存活而構(gòu)成對腎小球損傷的適應(yīng)性機制。這些發(fā)現(xiàn)還暗示了自噬作為一種細胞保護機制的新作用，可以負調(diào)節(jié)并防止腎小球中過多的膠原蛋白積聚，并有望成為減輕腎小球硬化和纖維化發(fā)病機理的新治療靶標。

3.4 腎小管上皮細胞

TEC與足細胞不同，在正常情況下，腎小管顯示低水平的基礎(chǔ)自噬。在近端腎小管中具有Atg5缺失的小鼠逐漸形成變形的線粒體并積累胞質(zhì)內(nèi)含物，從而導(dǎo)致近端腎小管細胞肥大并最終導(dǎo)致變性。末梢小管中Atg5缺失的小鼠也顯示出p62 / SQSTM1和氧化應(yīng)激標志物的大量積累，直至12個月大時腎功能沒有明顯改變[32]。整個腎小管系統(tǒng)中Atg5的缺失導(dǎo)致p62 / SQSTM1在整個腎小管節(jié)段中積累，并在5個月時血清肌酐顯著增加[32]。因此，雖然僅在近端或遠端腎小管細胞中的ATG5缺乏并不會引起明顯的腎功能不全，但所有腎小管節(jié)段中的ATG5缺乏都導(dǎo)致了腎功能的損害，這表明腎小管自噬對于腎臟功能的維持至關(guān)重要。

在面對環(huán)境毒素的暴露中，在管狀細胞中也觀察到活化的自噬。在注射順鉑的小鼠近端小管中檢測到凋亡之前，自噬的上調(diào)。抑制自噬增強了順鉑處理的近端腎小管細胞中胱天蛋白酶的激活和凋亡。這表明自噬保護了腎小管細胞免于凋亡[33]。順鉑治療后，近端小管特異性自噬缺陷小鼠發(fā)展為更嚴重的AKI和凋亡增加[34,35]。此外，自噬缺陷型近端小管顯示出增加的DNA損傷，p53和c-Jun N末端激酶(JNK)活化以及順鉑處理后有毒蛋白質(zhì)聚集物和ROS的積累。當用馬兜鈴酸或環(huán)孢菌素A處理TECs時，也觀察到類似現(xiàn)象。當施用毒素時，自噬活性被激活，抑制自噬可誘導(dǎo)更高水平的細胞凋亡[36-38]。

在單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)誘發(fā)的梗阻性腎病模型中，可以觀察到mTOR被抑制，細胞自噬活性增強，以去除異常的細胞內(nèi)成分。類似地，自噬被確認為面對腎臟I / R損傷的保護作用。它表明，阻斷自噬可增強缺氧誘導(dǎo)的腎近端腎小管細胞凋亡[35]。使用在近端小管中有條件的Atg5或Atg7基因缺失的小鼠進行的研究證實，自噬可保護近端小管免受I / R損傷。這些結(jié)果為自噬在腎小管中的細胞保護作用提供了進一步的支持。

在其他情況下，腎小管中的自噬是疾病發(fā)展的一個重要因素。小鼠的另一種UUO模型顯示自噬與腎纖維化有關(guān)。抑制自噬可通過下調(diào)纖維化因子來抑制腎臟纖維化[39]。抑制自噬可降低胱氨酸癥腎近端TECs的細胞凋亡率。亞砷酸鈉在體外和體內(nèi)均可誘導(dǎo)腎小管細胞自噬細胞死亡，并抑制自噬減弱細胞死亡。自噬還與近端腎小管細胞中納米材料的細胞毒性有關(guān)。毫摩爾濃度的富勒烯醇暴露誘導(dǎo)的細胞死亡與細胞骨架破壞，自噬空泡積累和線粒體功能障礙有關(guān)。此外，自噬抑制劑3-MA改善了線粒體膜電位的喪失和ATP耗竭，表明自噬可能有助于富勒烯醇誘導(dǎo)的細胞死亡。

4 總結(jié)

總之，在目前階段，自噬在腎臟損傷反應(yīng)和發(fā)病機理中的精確作用尚不清楚。已經(jīng)有研究提供證據(jù)支持自噬的細胞保護作用，而其他研究則支持自噬的有害作用?？赡苁巧舷挛南嚓P(guān)的。損傷類型和損傷嚴重程度的不同可能會導(dǎo)致自噬的不同結(jié)果，因為一定程度的自噬活性可以維持組織穩(wěn)態(tài)，而過多的自噬活性則導(dǎo)致細胞死亡。