商益瑋 何強

長期以來，人們認(rèn)為脂質(zhì)不能作為自噬底物被選擇性降解，直到2009年Singh等[1]在培養(yǎng)的肝細(xì)胞中第一次明確定義了自噬在調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)儲存中的作用。隨后，脂噬在下丘腦細(xì)胞、紋狀體神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和腸細(xì)胞等不同種類的細(xì)胞中也被發(fā)現(xiàn)[2-5]。在不同類型的細(xì)胞中，脂噬對脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)起了重要的調(diào)節(jié)作用，并且與許多疾病的病理、生理有關(guān)。脂質(zhì)的異常累積也參與了許多腎臟疾病的病理過程，且大多數(shù)腎臟疾病目前并無根治方法，通過尋找可靠靶點改善相關(guān)疾病的脂質(zhì)累積，或許能成為延緩疾病發(fā)展，改善疾病預(yù)后的可靠途徑。本文就脂噬在腎臟疾病中的作用研究進(jìn)展，包括脂噬維持腎臟生理功能、降低腎透明細(xì)胞癌（clear cell renal cell carcinoma,CCRCC）和糖尿病腎?。╠iabetic kidney disease,DKD）中脂質(zhì)累積的作用作一綜述。

1 脂噬的概述

1.1 自噬 自噬是由Ashford等[6]在1962年發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)有“自己吃自己”的現(xiàn)象后提出的。1963年De Duve[7]將自噬描述為細(xì)胞的某些部分不知何故在細(xì)胞自身的溶酶體中找到了自己的路徑，并被分解。自噬是細(xì)胞在一定刺激下將其細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)傳遞到溶酶體并在溶酶體中降解的動態(tài)過程。哺乳動物中有3種主要的自噬類型，包括巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬[8]。巨自噬是最普遍的自噬形式，在此過程中，細(xì)胞形成一個稱為自噬體的雙膜隔離室，成熟為自噬體。這是巨自噬最明顯的特征，并且有許多研究者認(rèn)為在電鏡下觀察這種現(xiàn)象是判斷巨自噬活性的“金標(biāo)準(zhǔn)”。自噬體在輸送到液泡或溶酶體后，內(nèi)容物被降解，產(chǎn)生的大分子被釋放回細(xì)胞質(zhì)中供再次使用[9]。巨自噬的底物包括多余和受損的細(xì)胞器、胞質(zhì)蛋白、部分細(xì)胞核、入侵微生物甚至溶酶體本身，以適應(yīng)細(xì)胞面對的各種應(yīng)激條件，包括饑餓、缺氧、激素刺激和微生物入侵，以此來保護(hù)細(xì)胞[10]。相反，微自噬不涉及自噬體作為運輸中間產(chǎn)物，而是由溶酶體單獨以溶酶體包裹機(jī)制完成吞噬過程[11]。而熱激同源蛋白70（heat shock cognate protein 70,HSC70）通過微自噬可以介導(dǎo)選擇性的蛋白降解[12]，微自噬的主要作用是維持細(xì)胞器的大小、膜內(nèi)穩(wěn)態(tài)和氮限制下的細(xì)胞存活。微自噬與巨自噬、分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy,CMA）和其他自噬途徑相互協(xié)調(diào)并互為補充[13]。CMA是目前研究較少的一種自噬類型。CMA以蛋白質(zhì)為唯一降解底物，蛋白質(zhì)必須在其氨基酸序列中包含特定的靶向基序才能成為CMA底物，該基序與HSC70結(jié)合，后者將底物蛋白帶到溶酶體表面內(nèi)化然后進(jìn)行快速的溶酶體內(nèi)降解[14]。CMA通過降解受損蛋白質(zhì)，有助于細(xì)胞質(zhì)量控制。此外，CMA還能降解未受損的蛋白質(zhì)以終止其功能，通過這種方式，它有助于調(diào)節(jié)多種細(xì)胞活動（包括T細(xì)胞活化、細(xì)胞周期、細(xì)胞代謝、細(xì)胞生長和存活等）[15]。非選擇性自噬用于饑餓條件下大量細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)換，而選擇性自噬專門針對受損或多余的細(xì)胞器以及入侵的微生物。根據(jù)特定細(xì)胞器的不同，選擇性自噬擁有各種特征性的名字，比如以線粒體為目標(biāo)的線粒體自噬（mitophagy）、以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)為目標(biāo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬（ER-phagy）、以溶酶體為目標(biāo)的溶酶體自噬（lysophagy）和以脂滴（lipid droplets,LDs）為目標(biāo)的脂噬等[16]。

1.2 脂噬 LDs是可以儲存脂質(zhì)的真核細(xì)胞器。脂噬是指LDs被自噬體隔離，與溶酶體融合形成自噬溶酶體。LDs中的TG和膽固醇酯隨后被自溶酶體中的溶酶體水解酶降解為游離脂肪酸（free fatty acids,FFAs），這些FFAs被再循環(huán)回細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行線粒體β-氧化[17]。脂噬主要是通過巨自噬和CMA兩種途徑完成的。脂肪組織甘油三酯脂肪酶（adipose triglyceride lipase,ATGL）和磷脂酶patatin樣域包含蛋白8（patatinlike phospholipase domain-containing enzyme 8,PNPLA8）被認(rèn)為是脂噬的選擇性自噬受體[18-19]。自噬相關(guān)基因（autophagy related gene,ATG）14內(nèi)的磷酯酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine,PE）與Unc-51樣自噬激活激酶1（unc-51-like kinase 1,ULK1）和微管相關(guān)蛋白Ⅰ輕鏈3（microtubule associated protein Ⅰ light 3,LC3）相互作用，誘導(dǎo)脂噬，導(dǎo)致FFAs的釋放。腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase,AMPK）可以通過抑制雷帕霉素靶蛋白促進(jìn)自噬起始復(fù)合物（ULK1、ATG13、ATG101、200 kDa的FAK家族激酶相互作用蛋白）的表達(dá)從而調(diào)節(jié)脂噬。CMA同樣也在脂噬中起到了重要作用，CMA可以通過HSC70和溶酶體相關(guān)膜蛋白2A（lysosomeassociatedmembraneprotein2A,LAMP2A）受體的協(xié)同作用降解LDs的外殼蛋白脂滴包被蛋白（perilipin,PLIN）2和PLIN3，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)儲存[20]。Kaushik等[21]發(fā)現(xiàn)，CMA活性受損時，無法從LDs表面移除PLIN，會阻止ATGL和自噬相關(guān)蛋白進(jìn)入脂質(zhì)核心，并通過兩種途徑（胞質(zhì)脂肪酶和巨自噬）的調(diào)節(jié)抑制脂肪分解。不同的PLIN成員似乎可以識別不同大小或成熟狀態(tài)的LDs進(jìn)行結(jié)合[22]，但至今每個PLIN家族成員調(diào)節(jié)脂噬的機(jī)制尚未明確。脂噬作為一種選擇性自噬，對LDs降解的調(diào)節(jié)作用已得到充分證明，在營養(yǎng)缺乏或者細(xì)胞脂質(zhì)積聚過多時，脂噬可以被刺激，從而降解LDs并為細(xì)胞提供能量來源。在不同類型的細(xì)胞中，脂噬對脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)起了重要的調(diào)節(jié)作用，并與酒精性和非酒精性脂肪肝、肝纖維化、肝細(xì)胞癌、動脈粥樣硬化等多種疾病的病理生理有關(guān)[23-27]（圖1）。

圖1 脂噬的模式圖（LDs表面蛋白PLIN2和PLIN3在CMA途徑中被HSC70識別并結(jié)合形成復(fù)合物，HSC70和PLIN復(fù)合物與LAMP2A結(jié)合，導(dǎo)致它們被溶酶體攝取并降解。這有助于其脂質(zhì)核心進(jìn)入胞質(zhì)脂肪酶ATGL降解或被自噬小體錨定進(jìn)入巨自噬途徑被降解。在巨自噬途徑中經(jīng)過隔離膜形成、隔離膜的伸長和閉合導(dǎo)致自噬體的形成、自噬體隨后與溶酶體融合形成自噬溶酶體等，最終被吞噬的LDs降解為FFAs成為供能來源）

2 脂噬與腎臟生理

腎臟雖然只占人體0.5%的體重，但其耗氧量卻占到了人體總耗氧量的10%。FFAs的β-氧化是腎ATP產(chǎn)生的主要來源，尤其是在近端小管，因為近端小管具有較高的能量需求和相對較小的糖酵解能力[28]。FFAs是代謝中間產(chǎn)物，可通過飲食獲得或內(nèi)源性合成。它不僅是脊椎動物能量生產(chǎn)的最有效基質(zhì)，也是構(gòu)成生物膜脂質(zhì)的基本成分[29]。除了作為一種重要的能源外，它還產(chǎn)生各種有益和有害的影響，通過與核受體或膜受體結(jié)合在調(diào)節(jié)代謝途徑的信號分子中發(fā)揮重要作用。然而，在FFAs超負(fù)荷的情況下，它們會變得有毒，誘導(dǎo)活性氧（reactive oxygen species,ROS）產(chǎn)生、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和炎癥[30]。LDs的存在不僅可以作為能量儲存的倉庫，還可以防止由FFAs過量產(chǎn)生的細(xì)胞毒性，而這些儲存的能量可以通過脂肪酶的活性迅速降解。根據(jù)目前的研究，主要有3種脂肪酶參與LDs中TG的降解：ATGL、激素敏感性脂肪酶和單酰甘油脂肪酶，分別在降解途徑中催化TG、甘油二脂和單酰甘油[31]。但最近的研究表明，在腎臟LDs的降解中，除了傳統(tǒng)的脂肪分解外，脂噬也發(fā)揮著重要作用。Minami等[32]發(fā)現(xiàn)，在長期饑餓時，腎近端小管細(xì)胞的免疫熒光中可以看到氟硼二吡咯標(biāo)記的LDs和微管相關(guān)蛋白1A/1B輕鏈3B標(biāo)記的自噬體的共定位明顯增多，并且使用自噬抑制劑氯喹后，共定位增多更加明顯。說明在長期饑餓的情況下腎近端小管細(xì)胞發(fā)生了脂噬，電子顯微鏡的觀察結(jié)果也印證了這一現(xiàn)象。使用ATP比色/熒光分析試劑盒和細(xì)胞活力測定四氮唑藍(lán)法檢測發(fā)現(xiàn)，對照組比脂噬抑制組（atg5-/-）ATP含量和細(xì)胞存活率更高。經(jīng)過可以促進(jìn)LDs形成的油酸處理后，對照組ATP含量再次上升，而脂噬抑制組無變化。說明在長期饑餓時，脂噬可以維持腎近端小管的能量穩(wěn)態(tài)，提高腎近端小管的存活率。并且該研究還發(fā)現(xiàn)在腎臟中脂噬和傳統(tǒng)的自噬具有不同的階段周期，但脂噬和傳統(tǒng)自噬之間的分子轉(zhuǎn)換機(jī)制仍有待闡明。

3 脂噬與CCRCC

CCRCC是成人腎細(xì)胞癌（renal cell carcinoma,RCC）的最常見形式，約占RCC的75%。CCRCC的一個明確的形態(tài)學(xué)特征是脂質(zhì)的異常細(xì)胞質(zhì)積累，包括膽固醇、膽固醇酯和中性脂質(zhì)，這一特征是“透明細(xì)胞”名稱的由來[33]。近35%的腎切除術(shù)后CCRCC患者有局部浸潤或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，需要進(jìn)一步化療或放療，不幸的是，CCRCC對目前的化療和放療方式并不敏感[34]。Wettersten等[33]發(fā)現(xiàn)CCRCC通常伴隨著葡萄糖和脂肪酸代謝以及三羧酸循環(huán)的改變，這些變化為CCRCC新的治療策略、生物標(biāo)志物和成像方式提供了機(jī)會。研究證明，脂質(zhì)代謝在腫瘤生長和轉(zhuǎn)移中具有關(guān)鍵作用，而他汀類等藥物可以通過干擾脂質(zhì)代謝影響腫瘤生長[35]。微管相關(guān)蛋白1S（microtubule associated protein1S,MAP1S）是微管相關(guān)蛋白家族1的成員，可以與LC3-Ⅰ和LC3-Ⅱ亞型相互作用，已被證實是自噬的積極調(diào)節(jié)因子[36]。Xu等[37]發(fā)現(xiàn)正常組織、癌旁組織和CCRCC組織中MAP1S含量呈遞減變化，并且擁有更好預(yù)后的CCRCC患者M(jìn)AP1S水平往往更高。在小鼠腎上皮細(xì)胞中，敲除MAP1S基因后發(fā)現(xiàn)自噬通量下降，脂質(zhì)累積也伴隨增多，轉(zhuǎn)染MAP1S基因后發(fā)現(xiàn)自噬通量上升，脂質(zhì)累積伴隨減少。說明由MAP1S缺陷引起的脂噬缺陷可能促進(jìn)CCRCC的發(fā)生和發(fā)展，降低CCRCC患者的生存率。而提高M(jìn)AP1S的表達(dá)可以通過增強脂噬作用改善CCRCC患者的預(yù)后。近年來，首次從傳統(tǒng)中草藥雷公藤根中分離出的活性成分雷公藤紅素已被發(fā)現(xiàn)在各種癌癥中的潛在抗腫瘤特性，包括胃癌、鼻咽癌和肝細(xì)胞癌[38-40]。Zhang等[41]發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素可以濃度依賴性地通過上調(diào)腫瘤組織中的肝X受體α和三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1(ATP binding cassette transporter A1,ABCA1)增強脂噬作用以及促進(jìn)ABCA1介導(dǎo)的膽固醇外流改善CCRCC患者的脂質(zhì)累積，抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的進(jìn)展，最終抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲以及腫瘤生長。但脂噬作用的增強在CCRCC中并不全是正向作用。索拉非尼作為CCRCC治療的一線藥物長期被其獲得性耐藥機(jī)制所困擾[42]。Liu等[43]研究顯示，與非耐藥細(xì)胞相比，索拉菲尼耐藥細(xì)胞具有較高的自噬水平，LDs儲存水平降低，F(xiàn)FAs含量上升，并且自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-Methyladenine,3-MA）的使用可以降低其耐藥性，表明索拉非尼耐藥細(xì)胞可能通過增強脂噬作用代謝LDs以適應(yīng)腫瘤細(xì)胞大量的能量消耗。而蛋白激酶B通路在耐藥細(xì)胞中被明顯激活，可能對自噬起負(fù)調(diào)控作用，使耐藥細(xì)胞不至于過度自噬。

4 脂噬與DKD

DKD是糖尿病的一種嚴(yán)重并發(fā)癥，已成為世界范圍內(nèi)最常見的導(dǎo)致慢性腎臟?。╟hronic kidney disease,CKD）和終末期腎病的原發(fā)疾病，也與心血管疾病和高昂的公共衛(wèi)生保健費用有關(guān)[44]。盡管有研究表明腎小球腎炎是發(fā)展中國家導(dǎo)致CKD更主要的病因[45]，但根據(jù)Zhang等[46]的研究，在最近幾十年中國糖尿病患病率不斷上升的背景下，中國普通人群和城市住院人群與糖尿病相關(guān)的CKD比與腎小球腎炎相關(guān)的CKD更為常見。DKD的特征是GFR降低、腎小球肥大、蛋白尿、腎小球基底膜增厚、系膜擴(kuò)張、足細(xì)胞減少、腎小球硬化和間質(zhì)纖維化[47]。導(dǎo)致DKD發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制目前尚不清楚，盡管血糖控制和腎素-醛固酮系統(tǒng)拮抗劑有一定的作用，但大多數(shù)DKD患者的病情仍會進(jìn)展。遺傳學(xué)因素可能在DKD發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用，但除此之外，血脂的異常代謝可能也是一個重要機(jī)制[48]。血漿中TG和FFAs水平過高會導(dǎo)致非脂肪組織中的脂質(zhì)積累和脂毒性[49]，并且腎臟細(xì)胞會因異位脂質(zhì)沉積而受損，與DKD腎臟中的炎癥、ROS生成、線粒體功能障礙和細(xì)胞死亡有關(guān)[50]。據(jù)此，脂噬可能通過清除腎臟的脂質(zhì)累積對DKD的進(jìn)展起調(diào)控作用。Han等[51]發(fā)現(xiàn)電鏡下可以看到DKD患者腎臟切片LDs數(shù)量和大小明顯多于對照組，自噬體數(shù)量少于對照組，并且免疫熒光顯示DKD患者自噬相關(guān)蛋白表達(dá)也明顯低于對照組，說明在DKD患者的腎臟中，脂噬顯著減弱了。研究證實脂聯(lián)素可以激活A(yù)MPK和過氧化物酶體增殖物激活受體-α通路上調(diào)自噬水平[52]。在db/db DKD小鼠模型中使用脂聯(lián)素受體激動劑Adipo-Ron后發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)蛋白明顯上調(diào)、脂噬作用增強，并且DKD小鼠的腎臟損傷、細(xì)胞凋亡、ROS含量、脂質(zhì)沉積都明顯好轉(zhuǎn)。更出乎意料的是，通過對纖維化相關(guān)的纖維粘連蛋白和Ⅰ型膠原進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)加強脂噬作用對DKD患者腎臟的改善作用不僅發(fā)生在脂質(zhì)沉積上，也發(fā)生在纖維化上[51]。Lee等[53]發(fā)現(xiàn)給DKD小鼠補充維生素D3可以上調(diào)脂噬表達(dá)，從而改善DKD患者的生化指標(biāo)和腎臟損害。脂噬缺陷在DKD的脂質(zhì)沉積和脂肪相關(guān)的腎損害中至關(guān)重要。因此，脂噬作用的加強有望成為治療DKD或者延緩其發(fā)展的一大靶點。

5 小結(jié)

脂噬在腎臟的生理和病理過程中具有一定的調(diào)控作用，可以清除腎臟的脂質(zhì)累積并為饑餓狀態(tài)下的腎臟提供能量來源。在許多與脂質(zhì)累積相關(guān)的腎臟疾病中，脂噬可以通過對脂質(zhì)的清除作用改善疾病的進(jìn)展和預(yù)后。但目前對脂噬作用機(jī)制的研究仍不完善，比如在索拉非尼耐藥的CCRCC細(xì)胞中，通過烏苯美司促進(jìn)細(xì)胞脂噬或通過3-MA抑制脂噬都可導(dǎo)致耐藥細(xì)胞耐藥性的減弱[43]。且目前的研究多關(guān)注于脂噬對單一器官或細(xì)胞的作用，但許多疾病的改變并不是發(fā)生在單一器官上的，脂噬的作用也并不止于此，比如脂噬不僅可以作用于DKD的脂質(zhì)沉積，也有大量證據(jù)證明脂噬對糖尿病的胰島抵抗也有改善作用[54]。因此，脂噬對腎臟的確切機(jī)制和與整個機(jī)體的動態(tài)關(guān)系有待于進(jìn)一步探索。