孫 鵬，張 倩

南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州第二人民醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，江蘇 常州 213164

細胞自噬（autophagy）又稱Ⅱ型細胞死亡，是一種高度保守的維持細胞穩(wěn)態(tài)的生物學(xué)現(xiàn)象，細胞自噬有3 種：大自噬（macroautophagy）、微自噬（micro?autophagy）和伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone?mediated autophagy，CMA），雖然他們的機制不同，但最終都是把“貨物”運送到溶酶體，利用溶酶體的相關(guān)降解酶進行降解，從而實現(xiàn)對吞噬的“貨物”進行再循環(huán)利用［1］。自噬受多種因素調(diào)控，適度的自噬水平有利于細胞的存活，然而過度的自噬也會引起細胞的程序性死亡［2-3］。自噬的失調(diào)參與某些疾病的發(fā)生發(fā)展，如腫瘤、神經(jīng)退行性病變、代謝相關(guān)性疾病、免疫相關(guān)性疾病等［4-5］。越來越多的研究表明自噬與支氣管哮喘之間存在密切關(guān)系［6］，本文就自噬和哮喘的關(guān)系作一綜述。

1 大自噬和支氣管哮喘

1.1 大自噬

自噬、凋亡和壞死是目前公認的細胞的3 種程序性死亡方式［7］。大自噬是普遍存在于真核動物細胞內(nèi)的一種高度保守的分解代謝途徑，其主要功能是應(yīng)對缺氧、營養(yǎng)缺乏等應(yīng)激反應(yīng)來維持細胞的穩(wěn)態(tài)。正常情況下，細胞內(nèi)的大自噬處于低水平，當(dāng)在缺氧或者營養(yǎng)缺乏等條件下，大自噬被進一步激活［8］。大自噬的起始首先是細胞內(nèi)吞噬泡的形成，關(guān)于該吞噬泡的來源目前仍有爭議，有學(xué)者認為其來自細胞內(nèi)某個具有膜結(jié)構(gòu)的細胞器的雙層膜，也有學(xué)者認為其不是源于細胞膜內(nèi)的細胞器［9-11］。吞噬泡形成后在細胞內(nèi)自噬相關(guān)蛋白作用下進行膨脹延伸并靶向細胞內(nèi)的某些物質(zhì)（如受損的細胞器、感染的微生物等），最后閉合形成獨特的具有雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小體，自噬小體隨后與溶酶體進行融合并將吞噬的物質(zhì)輸送到溶酶體，利用溶酶體的相關(guān)降解酶對其進行降解，降解產(chǎn)物如氨基酸可以釋放到細胞質(zhì)中供細胞的生命活動再利用［12］。由此可見大自噬主要是通過3 種方法參與維持細胞內(nèi)的穩(wěn)態(tài)，首先是大自噬為細胞內(nèi)新陳代謝提供原料；其次大自噬去除受損的一些細胞成分，比如對細胞具有毒性作用的受損蛋白質(zhì)和細胞器；最后大自噬在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)水平和凋亡具有交叉通路，并且參與細胞程序性死亡的決策。

大自噬的過程主要需要unc?51 樣激酶1（unc?51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）、VPS34復(fù)合物的激活以及兩個泛素樣結(jié)合系統(tǒng)的參與，大自噬的起始受到多因素調(diào)控，比如能量狀態(tài)、營養(yǎng)狀態(tài)和氧化應(yīng)激。在自噬的任意發(fā)生階段都可以受到調(diào)控，但大部分自噬的調(diào)節(jié)發(fā)生在自噬的起始階段［13］，主要通過哺乳動物雷帕霉素靶信號激酶（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路，尤其是mTOR 復(fù)合物1（mTORC1）。mTORC1 是Ⅰ類磷脂酰肌醇信號3?kinase（phosphatidylinositol 3?ki?nase，PI3K）通路和AMP活化蛋白激酶（adenosine 5′?monophosphate?activated protein kinase，AMPK）通路的交叉點，整合上述2 個通路，通過磷酸化ULK1 或ULK2 激酶復(fù)合物阻斷自噬通路。上游信號抑制mTORC1可以激活ULK復(fù)合物，進而激活Ⅲ類PI3K或VPS34 復(fù)合物，其可被跨膜蛋白1（vacuole mem?brane protein 1，VMP1）招募到吞噬泡促進自噬小體的形成。參與大自噬發(fā)生的還有2個泛素樣結(jié)合系統(tǒng)，ATG8（LC3）泛素樣結(jié)合系統(tǒng)和ATG12泛素樣結(jié)合系統(tǒng)。首先LC3經(jīng)過ATG4切割成為LC3?Ⅰ，LC3?Ⅰ經(jīng)過ATG3、ATG7 和ATG12?ATG?5?ATG16L1 復(fù)合物處理并經(jīng)磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanol?amine，PE）酯化變?yōu)長C3?Ⅱ，LC3?Ⅱ插入大自噬雙層膜的兩側(cè)促進其延伸以及閉合，隨后自噬小體和溶酶體融合，將包裹的“貨物”釋放入溶酶體降解，嵌插在自噬小體內(nèi)側(cè)膜的LC3?Ⅱ被溶酶體降解，外側(cè)的LC3?Ⅱ與自噬小體外側(cè)膜分離，隨后被ATG4還原為LC3供下次再利用［14］。

1.2 大自噬與哮喘氣道免疫炎癥

目前哮喘的發(fā)病機制尚未闡明，但氣道炎癥學(xué)說被廣泛認可，哮喘氣道炎癥免疫反應(yīng)中，Th1/Th2介導(dǎo)的免疫失衡是主要機制［15］。Th2細胞分泌的白介素（interleukin，IL）?4、IL?5等細胞因子促進氣道炎癥的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上發(fā)生氣道重塑、氣道高反應(yīng)性、黏液高分泌和組織損傷［16］。氣道上皮細胞和樹突狀細胞對哮喘的發(fā)生具有重要作用，上皮細胞可以對吸入性變應(yīng)原作出反應(yīng)，產(chǎn)生上皮細胞源性細胞因子（包括IL?25、IL?33、胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素），從而增強樹突狀細胞的抗原遞呈功能，促進T淋巴細胞向Th2細胞極化，以啟動Th2免疫反應(yīng)［17］。氣道上皮細胞釋放的細胞因子也會導(dǎo)致如肥大細胞、嗜堿性粒細胞和中性粒細胞向氣道募集，募集到氣道的免疫細胞可以釋放炎性介質(zhì)和細胞因子，從而導(dǎo)致IgE產(chǎn)生增加、嗜酸性粒細胞黏附、黏液生成增加以及氣道纖維化［18］。

哮喘中Th2 型免疫可以由樹突狀細胞、B 細胞等抗原遞呈細胞激活，所以有學(xué)者提出大自噬可以影響相關(guān)免疫細胞的抗原遞呈功能來調(diào)控炎癥反應(yīng)［19］。研究發(fā)現(xiàn)IL?4 體外可以誘導(dǎo)B 細胞大自噬，促進B 細胞的抗原遞呈，在B 細胞大自噬缺陷的哮喘小鼠中IL?4 介導(dǎo)的B 細胞抗原遞呈能力減弱，使活化的T 細胞數(shù)量較少、哮喘小鼠的免疫病理生理特征減輕［20］。環(huán)境超微顆粒物可以誘發(fā)支氣管上皮細胞自噬小體的產(chǎn)生，自噬小體通過NF?κB1 通路誘導(dǎo)IL?8、IL?6等炎性細胞因子的產(chǎn)生，導(dǎo)致支氣管上皮細胞損傷，特異性敲除自噬相關(guān)基因BECN1或者LC3B 之后，可以顯著逆轉(zhuǎn)相關(guān)炎性細胞因子的表達以及小鼠的氣道炎癥［21］，大自噬抑制劑spau?tin?1 和3?MA 也可以抑制NF?κB1 通路誘導(dǎo)的炎性細胞因子的產(chǎn)生和小鼠氣道炎癥［22］。進一步研究發(fā)現(xiàn)超微顆粒物可以滅活mTOR 激酶來激活自噬，從而增加IL?6 等Th2 細胞因子的表達，自噬相關(guān)基因ATG5 的特異性缺失可逆轉(zhuǎn)上述結(jié)果［23］。Toll 樣受體（toll like receptor，TLR）在哮喘的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用，研究證實TLR2 可以通過PI3K/AKT 通路促進大自噬，從而促進哮喘小鼠的氣道炎癥［24］。

此外，一些植物提取物或藥物的抗炎作用可能與大自噬有關(guān)，如柚皮素可以通過抑制支原體感染的小鼠大自噬水平，降低小鼠的氣道相關(guān)炎性因子的表達和氣道炎癥反應(yīng)［25］；氯胺酮可以激活mTOR激酶抑制大自噬從而減低哮喘小鼠的氣道炎癥［26］；平喘寧湯可以通過激活PI3K/AKT/MTOR 通路抑制大自噬以及抑制HMGB1/TLR4/NF?κB 信號通路，減輕哮喘大鼠肺部的炎癥反應(yīng)和降低炎性細胞因子的產(chǎn)生［27］。

1.3 大自噬與哮喘氣道重塑

1.3.1 大自噬與平滑肌細胞增生肥大

氣道重塑是指氣道在慢性炎癥基礎(chǔ)上發(fā)生的一系列的結(jié)構(gòu)性改變，主要包括氣道平滑肌細胞的增生肥大、氣道纖維化、上皮細胞的杯狀化生和黏液腺體增生導(dǎo)致黏液分泌增多等，這一系列結(jié)構(gòu)性改變可導(dǎo)致哮喘可逆性氣流受限惡化為不可逆性氣流受限［28］。

McAlinden 等［29］在對哮喘患者的肥大氣道平滑肌束進行分析發(fā)現(xiàn)，哮喘患者肺組織中的大自噬關(guān)鍵蛋白的表達，如Beclin?1、ATG5、LC3B，較非哮喘患者明顯升高；在支氣管平滑肌細胞中，大自噬的上調(diào)或是抑制都可以改善哮喘癥狀和病理特征，這可能是因為大自噬的雙面性，適度的大自噬有利于細胞的生存，然而過度的大自噬又會引起細胞程序性死亡。miR?384過表達可以顯著抑制平滑肌細胞大自噬相關(guān)蛋白beclin?1的表達而顯著改善哮喘小鼠的肺功能［30］。miR?192?5p可以靶向ATG7抑制平滑肌細胞的大自噬水平，減輕哮喘小鼠的氣道炎癥和氣道重塑［31］。但辛伐他汀卻通過上調(diào)哮喘小鼠氣道平滑肌細胞的大自噬水平而降低氣道平滑肌細胞的數(shù)量來逆轉(zhuǎn)氣道重塑［32］。平滑肌細胞增生肥大的原因之一是由于Th2 細胞分泌的IL?4、IL?5等細胞因子的作用［28］，已證實調(diào)控大自噬可以逆轉(zhuǎn)平滑肌細胞增生肥大，所以大自噬可能參與了各種細胞因子促進平滑肌細胞增生肥大的過程，但是其中具體的信號通路機制仍有待闡明。

1.3.2 大自噬和氣道纖維化

氣道上皮下纖維化是促使氣道重塑的重要原因，有觀點認為是上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial?mesen?chymal transition，EMT）增強上皮下纖維化，從而加重氣道重塑［33］。EMT包括一系列的改變，在此過程中，上皮細胞失去上皮細胞的特征，如緊密和黏附的連接以及上皮標(biāo)志物，并獲得間充質(zhì)特性［34-35］，并且EMT 的失調(diào)可能導(dǎo)致器官纖維化［36］。EMT 可分為3個功能不同的類別，其中Ⅱ型EMT與哮喘相關(guān)，Ⅱ型EMT 通過產(chǎn)生組織再生所需的間充質(zhì)細胞池參與組織修復(fù)和傷口愈合。在哮喘發(fā)病機制中，過敏原、感染、香煙煙霧等應(yīng)激對支氣管上皮細胞的反復(fù)損傷導(dǎo)致慢性炎癥，并通過Ⅱ型EMT導(dǎo)致無法控制的組織修復(fù)，從而使肌纖維細胞增多，分泌更多的膠原蛋白，最終導(dǎo)致哮喘氣道重塑和纖維化［37］。Liu 等［38］研究發(fā)現(xiàn)抑制哮喘小鼠大自噬可以顯著降低FSTL?1（follistatin?like protein1）誘導(dǎo)的哮喘小鼠上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和氣道重塑。Poon 等［39］發(fā)現(xiàn)從哮喘患者支氣管活檢組織中分離的上皮細胞和成纖維細胞與健康人相比具有更多的自噬小體。另有研究發(fā)現(xiàn)，miR?34/449 可通過抑制（insulin growth factor binding protein?3，IGFBP?3）的表達來降低支氣管上皮細胞的大自噬進而降低氣道纖維化程度［40］。

膠原蛋白沉積是上皮下纖維化的重要特征，膠原蛋白可以由平滑肌細胞和肌成纖維細胞產(chǎn)生，自噬溶酶體降解時產(chǎn)生的氨基酸可以為膠原蛋白的合成提供原料。Li等［41］研究發(fā)現(xiàn)miR?30a過表達可以顯著降低膠原蛋白Ⅰ、Ⅲ的沉積以及α?SMA在肺組織中的表達，其機制可能是miR?30a 靶向大自噬相關(guān)蛋白ATG5，抑制IL?33誘導(dǎo)的大自噬而改善哮喘小鼠的氣道炎癥和纖維化。

1.3.3 大自噬和氣道黏液高分泌

氣道黏液高分泌也是哮喘的重要病理生理特征，氣道黏液的分泌主要是由氣道壁中的杯狀細胞分泌的，杯狀細胞的高分泌，產(chǎn)生大量黏液致使氣道狹窄，患者肺功能下降。當(dāng)變應(yīng)原進入氣道，樹突狀細胞捕獲變應(yīng)原將其遞呈給Th2 細胞，促進其表達相關(guān)因子受體（如IL?33R）和分泌IL?13，進而促進杯狀細胞的增生和黏液分泌［16］。體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，IL?33可通過IL?13依賴的途徑促進小鼠氣道杯狀細胞分泌增生，而在大自噬相關(guān)基因ATG16L1缺乏的小鼠中卻出現(xiàn)黏液分泌阻滯現(xiàn)象，體外實驗也證實大自噬基因缺乏的支氣管上皮細胞黏蛋白5AC（mucin?5 subtype AC，MUC5AC）分泌阻滯［42］。研究進一步發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化生長因子β3（transforming growth factor?β3，TGF?β3）可以通過激活大自噬而促進支氣管上皮細胞MUC5AC的分泌，抑制大自噬對于TGF?β3誘導(dǎo)的黏液分泌具有改善作用［43］。

2 CMA和支氣管哮喘

CMA是一種高度選擇性降解胞漿蛋白的過程，據(jù)估計，約有1/3 的胞漿蛋白通過這種降解途徑降解。在缺氧、長期饑餓等應(yīng)激條件下，CMA 可被激活，參與CMA的關(guān)鍵蛋白主要是熱休克同源蛋白70（heat shock cognate protein 70，Hsc70）和溶酶體相關(guān)膜蛋白2A（lysosomal associated membrane protein 2A，LAMP2A）。CMA 起始階段，一些輔助伴侶蛋白，如Hsp40（heat?shock protein of 40 kDa）、Hop（Hsp70/Hsp90?organizing protein）、Cdc48（cell divi?sion cycle 48）等，與Hsc70 結(jié)合形成伴侶蛋白復(fù)合物并且促進Hsc70 特異性識別帶有KFERQ 序列蛋白能力，隨后形成的大分子復(fù)合物中的Hsc70 可以與溶酶體膜蛋白LAMP2A 單體特異性結(jié)合，促進LAMP2A的聚合形成一個將蛋白質(zhì)底物轉(zhuǎn)運到溶酶體的三聚體通道，胞質(zhì)中膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fi?brillary acidic protein，GFAP）因子負責(zé)維護該通道的穩(wěn)定，當(dāng)攜帶有底物蛋白的Hsc70 轉(zhuǎn)運到溶酶體內(nèi)，底物蛋白很容易被溶酶體內(nèi)的水解酶水解，水解產(chǎn)物可以釋放到胞質(zhì)內(nèi)供細胞生命活動利用，待降解蛋白質(zhì)在從胞質(zhì)到管腔轉(zhuǎn)位結(jié)束后，胞質(zhì)內(nèi)延伸因子1?α（elongation factor 1?α，EF1?α）蛋白結(jié)合并磷酸化膠質(zhì)纖維酸性蛋白，使GFAP 與LAMP2A 的親和力降低，促進GFAP/LAMP2A蛋白復(fù)合體的解離和p?GFAP 二聚體的形成［44］。溶酶體外膜GFAP 蛋白解離導(dǎo)致LAMP2A 的異三聚體形成的通道解離。解離后LAMP2A 的單體被降解或回到溶酶體表面儲存用于下面的CMA誘導(dǎo)［45］。

研究證實，CMA 的活性與溶酶體膜上的LAMP2A 的數(shù)量成正比，LAMP2A 是調(diào)控CMA 的關(guān)鍵步驟［46］，這為以后研究CMA的生理功能提供了極大的幫助；雖然伴侶介導(dǎo)的自噬在支氣管哮喘中鮮有研究，但目前研究表明CMA對于支氣管哮喘的發(fā)病具有一定的潛在價值；CMA對B細胞的抗原提呈和T細胞活化都有調(diào)節(jié)作用［47-48］，另外核轉(zhuǎn)錄因子B（NF?κB）是由p50 和p65 蛋白組成的異源二聚體形成的轉(zhuǎn)錄因子，其可誘導(dǎo)涉及免疫和炎癥反應(yīng)的基因表達，并且已被證明參與哮喘的發(fā)生發(fā)展［49］。在正常情況下，NF?κB 被抑制因子IκB 隔離到胞漿中；在應(yīng)激條件下，I κB 被降解，允許NF?κB 在細胞核內(nèi)遷移，發(fā)揮其對基因轉(zhuǎn)錄的作用。研究證實在營養(yǎng)缺乏的條件下，CMA 觸發(fā)I κB 的特異性降解，允許NF?κB 激活并將其移位到細胞核［50］，以上研究揭示CMA 調(diào)控NF?κB 可能與哮喘氣道炎癥的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，但需要進一步研究證明，CMA 是否參與哮喘發(fā)生發(fā)展中的Th1/Th2 型免疫失調(diào)也有待進一步探討。

3 微自噬和支氣管哮喘

微自噬是溶酶體主動通過內(nèi)陷或者凸起的方式，特異性或者非特異性地包裹貨物，隨后利用溶酶體的水解酶實現(xiàn)對“貨物”的降解。這種形式的自噬主要集中在酵母中，在哺乳動物中鮮有研究。目前對于哺乳動物中微自噬的分類大致分為3 類：①溶酶體凸起型微自噬。溶酶體膜主動向外凸起延伸，將待降解“貨物”包繞進自身；②溶酶體凹陷性微自噬。溶酶體主動向內(nèi)凹陷，將待降解“貨物”報燃盡自身；③內(nèi)小體型微自噬。內(nèi)小體通過內(nèi)小體分選復(fù)合物（endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）將選擇性待降解蛋白質(zhì)通過適配器蛋白特異性招募進內(nèi)小體形成多囊體（晚期內(nèi)小體），隨后多囊泡體將“貨物”輸送入溶酶體，其中內(nèi)小體招募蛋白時還需要適配蛋白的參與，目前已知的適配蛋白有Nbr1 和Hsc70，其中Hsc70 也被證明是伴侶介導(dǎo)自噬不可缺少的關(guān)鍵蛋白［51］。對于哺乳動物微自噬的具體機制仍未闡明，微自噬與哮喘之間的關(guān)系尚無文獻報道，但已有研究揭示糖皮質(zhì)激素可負性調(diào)控微自噬［52］，這表明微自噬在支氣管哮喘的治療中可能發(fā)揮一定作用。

4 展 望

細胞自噬是所有真核細胞的一個再循環(huán)機制，在細胞的生理活動、代謝以及生存中起著十分重要的作用。許多學(xué)者的研究表明大自噬和哮喘氣道炎癥、氣道重塑有關(guān)，這揭示了調(diào)控大自噬具有診治哮喘的潛力，未來闡明哮喘中大自噬激活或者抑制的機制將會為哮喘的診治提供另外的途徑，例如對于輕度哮喘、中度哮喘以及重癥哮喘患者氣道大自噬的激活或者抑制程度分析會為哮喘的診斷帶來新的可能，另外，開發(fā)大自噬調(diào)節(jié)劑作為治療哮喘的新策略，鑒于大自噬確實是一把“雙刃劍”，可以考慮氣道靶向的方法，開發(fā)一種新的吸入器，或基于納米粒子的細胞靶向方法，將調(diào)控大自噬藥物有效專門傳遞給上皮細胞、平滑肌細胞或者上皮下成纖維細胞等來實現(xiàn)對哮喘的精準(zhǔn)治療，減少藥物的不良反應(yīng)。關(guān)于伴侶介導(dǎo)的自噬，近年來它與臨床疾病的關(guān)系不斷涌現(xiàn)，盡管尚無研究報道其和哮喘的關(guān)系，但目前研究已揭示其在哮喘中應(yīng)用的可能性，隨著未來的深入研究，探索伴侶介導(dǎo)的自噬在氣道上皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞等中的生理以及在哮喘病理生理發(fā)生發(fā)展中作用，將會為哮喘的診治提供一個新線索。參考大自噬以及伴侶介導(dǎo)的自噬，微自噬未來也會在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中提上日程。