宣瑩，鄭華川

(中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院a.腫瘤科，b.實驗腫瘤學實驗室，沈陽 110004)

自噬是一種高度保守的自我消化過程，可降解溶酶體中的細胞內成分[1]，對維持細胞穩(wěn)態(tài)和細胞質量的控制至關重要[2-3]?；诘鞍踪|被遞送至溶酶體的方式以及是否形成雙膜囊泡，自噬可分為3種基本類型，即巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)[4]。其中，巨自噬是目前研究最多且了解最深刻的自噬類型，它在細胞質及其內容物的周圍形成雙膜自噬體，與溶酶體融合并降解內容物；微自噬通過溶酶體膜本身的內陷直接吞噬細胞溶質[5]。CMA被認為是一種具有嚴格選擇性的蛋白質降解過程，包括三個階段：①底物蛋白在去折疊過程中暴露其KFERQ基序并被熱激蛋白(heat shock protein，Hsp)70識別，底物-Hsp70復合物轉運至溶酶體膜并與溶酶體相關膜蛋白2A(lysosome associated membrance protein 2A，Lamp2A)結合；②在其他分子伴侶的輔助下，Lamp2A聚化形成功能性易位復合物，在功能性易位復合物的介導下，底物去折疊并借助溶酶體內的Hsp70轉移至溶酶體腔中；③底物在溶酶體腔內被降解，易位復合物解體[6]?，F(xiàn)就CMA及其生理病理作用予以綜述。

1 CMA的生理調節(jié)

CMA具有選擇性降解特定蛋白質的功能，在控制蛋白質穩(wěn)態(tài)中起重要作用，因此其能夠調節(jié)維持細胞和全身生理平衡至關重要的代謝途徑?；ACMA的活性可以在不同的組織中檢測到，表明在正常營養(yǎng)狀態(tài)下CMA途徑在某些蛋白質的調節(jié)中具有恒定作用[7]。在長時間饑餓的條件下，CMA可促進氨基酸的再循環(huán)，這是CMA最大程度激活的條件；饑餓已成為CMA最具特色的刺激因素之一，對于蛋白質降解，與饑餓后不久(4～6 h)即被激活并達到峰值的巨自噬不同，CMA在饑餓8～10 h后逐漸被激活且持續(xù)最大活性達3 d[8]。在饑餓條件下降解的蛋白質被認為是細胞不再需要的，可以被分解為氨基酸，用來維持蛋白質合成；然而，在長期饑餓條件下，這種調節(jié)形式也可能改變蛋白質組成，使細胞適應新的環(huán)境[9]。研究已證實，在長期饑餓條件下，CMA在某些特定的轉錄程序中可降解轉錄因子抑制因子[10]。

1.1參與代謝 CMA通過選擇性降解或影響相關途徑中的關鍵酶[11-13]或相關基因[14]等，參與糖、脂代謝的調節(jié)。研究表明，在禁食期間小鼠肝臟中許多通過CMA降解的代謝相關酶增加了幾倍，10種糖酵解酶中至少有8種含有CMA靶向基序[12]。甘油醛-3-磷酸脫氫酶是最先被鑒定為CMA底物的一種糖酵解酶[13]。雖然CMA對葡萄糖代謝的調節(jié)機制目前尚不完全清楚，但有證據(jù)表明，溶酶體在葡萄糖穩(wěn)態(tài)中起核心作用的原因可能為葡萄糖饑餓誘導的溶酶體酸化[15]。溶酶體在葡萄糖穩(wěn)態(tài)中的作用可能涉及通過轉錄因子EB對溶酶體生物合成進行調節(jié)，因為轉錄因子EB能激活與脂質分解代謝及糖酵解相關的基因的表達，且轉錄因子EB功能具有葡萄糖依賴性[16]。CMA活性的異常上調也可能對細胞能量學有害，如三肽基肽酶Ⅱ缺乏的患者，其細胞內氨基酸水平降低，細胞通過增加溶酶體數(shù)量和蛋白水解活性來進行補償，但過量的溶酶體通過CMA消耗大量關鍵的糖酵解酶-己糖激酶-2，進一步干擾正常的免疫反應和神經發(fā)育，損害細胞的能量代謝[17]。

CMA在脂質代謝中也起調節(jié)作用。選擇性阻斷動物肝臟CMA途徑，肝臟外組織的脂肪儲存減少，脂肪在肝細胞內積累，即使營養(yǎng)缺乏時，也未能動員分配到其他器官；進一步溶酶體差異蛋白質組學分析顯示，很多參與脂肪生成(三酰甘油合成)和肝臟脂質攝取的酶為CMA的底物；特異性下調小鼠肝臟中的Lamp2A，可觀察到顯著的脂肪變性，但三酰甘油的合成卻未顯著增加[12]。此外，敲除Lamp2A的細胞對饑餓誘導的脂肪分解不敏感，且脂滴的密度、大小和面積均增加；進一步研究發(fā)現(xiàn)，CMA通過降解脂滴表面的脂周素使脂滴中脂質外露進而降解[18]。研究者還發(fā)現(xiàn)，經AMP活化蛋白激酶途徑的脂周素2的磷酸化是脂周素2與Hsp70結合的必要修飾，其過程依賴于CMA活化[19]。因此，CMA可以作為一種營養(yǎng)傳感途徑，溶酶體亦可作為脂質體內平衡的初始感受器和整合體而發(fā)揮作用。

CMA與細胞代謝的作用是相互的，其既可調節(jié)細胞代謝，又受細胞代謝的控制和影響，因此進一步研究CMA與細胞能量平衡之間信號轉導的機制，有助于了解這種雙向作用。同時，CMA對細胞質量控制或細胞能量調節(jié)可能具有細胞或組織依賴性，未來的實驗可以以組織特異性方式進行研究。另外，對可調節(jié)性CMA系統(tǒng)阻滯小鼠模型的研究將有助于研究CMA失常對機體能量產生的整體影響。

1.2參與免疫應答 T淋巴細胞可表達自噬相關基因并具有自噬活性。有研究發(fā)現(xiàn)，Lamp2A的過表達增強了細胞質自身抗原的表達，而Hsp70也能改變細胞質Ⅱ類肽的表達，這些結果證明了CMA在促進免疫識別和抗原呈遞中的作用[20]。同時，CMA對CD4+T細胞的活化也很重要，因為CMA可以選擇性降解T細胞抗原受體信號通路的兩個負向調節(jié)劑，即ITCH(又稱atrophin 1相互作用蛋白4，是一種高度保守的HECT家族E3泛素連接酶)和鈣調神經磷酸酶調節(jié)因子1(regulator of calcineurin 1，RCAN1)[21-22]。在不具備CMA功能的T細胞中，ITCH和RCAN1水平持續(xù)升高是導致細胞增殖和細胞因子分泌減少的原因；同時，缺少CMA功能的T細胞小鼠感染病原體(如單核細胞增生性李斯特菌)時免疫反應也減弱[21]。干擾素基因刺激因子是一種介導胞內DNA誘導固有免疫應答的重要接頭蛋白，在機體抗病毒免疫中起重要作用。研究表明，CMA可通過降解干擾素基因刺激因子的刺激物對先天免疫進行調節(jié)，干擾素基因刺激因子降解的誘因是去磺?；?，在病毒感染的晚期暴露其KFERQ樣基序，從而關閉先天免疫反應[23]。CMA對先天性免疫和獲得性免疫均具有調節(jié)作用，因此可能成為免疫治療的靶標或靶點。

2 CMA與衰老

在嚙齒動物和人類的幾乎所有細胞類型和組織中，年齡依賴性CMA的活性均降低。雖然Lamp2A的轉錄、合成和溶酶體靶向功能從年輕人到老年人保持不變，但Lamp2A在溶酶體膜上的穩(wěn)定性隨著年齡的增加而顯著受損[24]。溶酶體膜的脂質組成影響Lamp2A的降解，導致底物蛋白的結合和易位在老年生物體中顯著減少，有實驗證實，高膽固醇飲食的小鼠和老年小鼠Lamp2A水平、CMA活性均降低，而溶酶體膜膽固醇水平均升高[25]。通過高脂飲食可以誘導溶酶體膜發(fā)生類似的脂質變化，強調了飲食CMA的重要性。保持老年小鼠肝臟中的CMA功能可以改善細胞的穩(wěn)態(tài)和肝功能，進一步強調了CMA在衰老中的重要作用[26]。使用雙轉基因小鼠模型調節(jié)Lamp2A的表達，防止年齡依賴性CMA活性的降低，可減少受損蛋白的氧化和積累，保持線粒體活性，并維持肝功能；同時，轉基因小鼠的巨自噬和泛素-蛋白酶體的功能也同樣得到維持，在此之前已經證實，巨自噬和泛素-蛋白酶體的功能也是具有年齡依賴性降低的[27]。

CMA的年齡依賴性降低可能是許多年齡相關性疾病的重要病因，與疾病的病理生理變化密切相關。通過在小鼠肝臟中表達外源性Lamp2A來保護CMA功能，可使蛋白質穩(wěn)態(tài)和器官功能得到全面改善[26]。因此，隨著年齡的增長，預防CMA的全身衰退可能是對抗機體功能喪失和年齡相關疾病的有效策略。

3 CMA與疾病

3.1CMA與神經退行性疾病 CMA是許多人類疾病發(fā)病機制的關鍵因素，包括神經退行性疾病、傳染病、心血管疾病、代謝疾病以及癌癥等。錯誤折疊的蛋白質聚集積累是神經變性過程的重要特征，因此具有功能完備的蛋白質降解途徑以確保健康蛋白質組和細胞穩(wěn)態(tài)顯得至關重要。

3.1.1帕金森病(Parkinson′s disease，PD) 第一個被發(fā)現(xiàn)與CMA失調相關的人類疾病為PD[28]。PD的一個重要病理標志為Lewy小體，主要由α-突觸核蛋白聚集組成。α-突觸核蛋白已被鑒定為CMA的底物，通過靶向敲除神經元細胞中的Lamp2A抑制CMA，可導致泛素化α-突觸核蛋白的積累[29]，而通過Lamp2A過表達提高CMA活性，可抵消α-突觸核蛋白水平升高的不利影響[30]。大鼠黑質致密部位中Lamp2A的靶向敲除可導致泛素化α-突觸核蛋白的累積和多巴胺能神經元功能的進行性喪失，這兩者均是PD的主要特征[31]。與遺傳性PD相關的幾種蛋白質突變已被證明可阻斷CMA[32]。一些突變形式的α-突觸核蛋白通過結合Lamp2A影響CMA功能，在這種情況下，不僅α-突觸核蛋白易位和溶酶體降解受損，也損害了其他CMA底物的降解[28]。同樣，富含亮氨酸的重復激酶2和泛素C末端水解酶L1的突變通常與PD相關，也是通過抑制易位復合物阻斷CMA[33]。除了由蛋白質聚集體積累誘導的損傷外，CMA的抑制還可能因關鍵CMA底物的積累而導致細胞保護途徑的損害[34]。

3.1.2阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD) AD是一種中樞神經系統(tǒng)退行性變疾病，特征性病理改變?yōu)棣?淀粉樣蛋白異常聚集，進而上調RCAN1的表達，由此導致高度磷酸化的Tau蛋白累積，最終出現(xiàn)AD癥狀的細胞改變[35]。有研究證實，β-淀粉樣蛋白和RCAN1中均含有類似的KFERQ基序，能夠通過CMA降解；此外，抑制CMA途徑升高RCAN1蛋白水平，可降低活化T細胞核因子活性[36]。而活化T細胞核因子參與了Lamp2A基因的轉錄調控[21]。因此，通過升高RCAN1水平可進一步增強對CMA活性的抑制，同時降低活化T細胞核因子依賴性Lamp2A的轉錄活性。另一方面，與AD相關的另一主要因素Tau蛋白也是CMA底物，Tau蛋白被自噬-溶酶體系統(tǒng)降解，產生不同的片段，這些片段不僅能與Hsp70結合并成為CMA底物，還能夠到達溶酶體，與溶酶體膜結合，形成病理性的Tau聚集體，導致溶酶體損傷并阻斷其他CMA底物的降解[37]。

3.1.3亨廷頓病 亨廷頓病是一種與衰老相關的神經退行性疾病，它是由亨廷頓蛋白N端的聚谷氨酰胺序列異常擴增并在神經元中積累引起，而亨廷頓蛋白已被證實是CMA的底物[38]。在亨廷頓病的小鼠模型中，無論是天然的亨廷頓蛋白還是異常的亨廷頓蛋白，均能觀察到Lamp2A和Hsp70間的強共定位與增強的溶酶體降解相關[39]。此外，在體內進行的其他研究還表明，通過在亨廷頓蛋白氨基酸序列中使用含有KFERQ結構域的聚谷氨酰胺結合蛋白，可以迫使聚集的亨廷頓蛋白通過CMA降解[40]。因此，Lamp2A可能成為亨廷頓病診斷及治療的靶點，而CMA選擇性活化劑可能成為亨廷頓病有效治療的藥物。

3.2CMA與癌癥 在大多數(shù)癌細胞系中，CMA活性均顯著上調，且CMA組分(主要是Lamp2A)水平也異常升高[41]。某些糖酵解酶(如乙酰化丙酮酸激酶)的CMA降解導致糖酵解中間體水平升高，從而促進腫瘤的生長和增殖[11]。CMA可通過降解抗增殖蛋白(如Rho相關的GTP結合蛋白RhoE)[42]、腫瘤抑制蛋白(如哺乳動物不育系20樣激酶1)[43]、15kDa富含星形膠質細胞的磷蛋白[44]、突變型p53[45]以及促凋亡蛋白(如Bcl-2結合成分3)[46]等來維持腫瘤生長；同時，CMA還可以上調某些癌基因的蛋白穩(wěn)定性(如誘導髓樣細胞白血病1)[47]，通過增加腫瘤化療藥物抵抗，進而促進腫瘤生長[48]。巨噬細胞是腫瘤微環(huán)境中存在的主要細胞類型之一，通過釋放白細胞介素-17，促進細胞存活和化療耐藥，激活其他腫瘤駐留細胞中的CMA[49]。無論以何種方式參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，CMA的阻斷均可降低惡性細胞的增殖和轉移能力，由此確立了CMA抑制劑作為抗癌藥物的潛力。

3.3CMA與其他疾病 在免疫系統(tǒng)疾病(如狼瘡病)中觀察到Lamp2A表達增加[50]；在沙門氏菌感染的患者中，Lamp2A和Hsp70的募集增多[51]。在肺部疾病(如肺氣腫)中，患者的CMA活性被保護性上調[52]。在軟病毒感染的患者中，Lamp2A和Hsp70的表達保護性增多[53]。另外，心臟疾病(如心力衰竭)[54]、達農病[55]、肝臟疾病(如酒精性脂肪性肝炎[56]、急性肝衰竭[57])等患者的CMA活性均下調。而糖尿病患者的CMA活性下調可導致腎臟肥大[58]。另外，在溶酶體貯積癥中CMA活性異常[59]?？梢?，CMA通過各種方式參與人類疾病的過程，探索CMA在不同疾病中的作用可以更深入地了解疾病的病理生理過程，發(fā)現(xiàn)新的治療靶點。

4 小 結

近年來，大量CMA底物的發(fā)現(xiàn)以及與不同疾病相關的CMA途徑的變化均拓展了人們對CMA重要功能的理解。通過對轉基因小鼠模型的研究，人們進一步了解到CMA底物降解的獨特動力學特點及其對整個生物體的影響。雖然人們已經認識到CMA功能失常與疾病之間的聯(lián)系，但具體分子機制目前仍不明確。隨著研究的不斷深入，針對CMA的調節(jié)劑的研發(fā)也發(fā)展迅速。目前CMA選擇性活化劑的研發(fā)取得了一定進展，但CMA選擇性抑制劑仍然缺乏。相信隨著CMA研究的逐漸成熟，終將揭示CMA失調與人類疾病之間的關聯(lián)，為疾病的診治提供新的幫助。