張紅雨, 馬興璇, 柯柳華, 梁 卡, 易 娟, 黃伊軒, 蔣 桂, 閆曉雅
(柳州市中醫(yī)醫(yī)院,柳州 545001)
細(xì)胞自噬(autophagy)是一種膜介導(dǎo)時(shí)將細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的物質(zhì)輸送至溶酶體進(jìn)行降解的過程。有研究[1]指出,多種細(xì)胞器和細(xì)胞質(zhì)膜可以為自噬體膜的形成提供脂類或重要蛋白質(zhì),這些膜形成完整的雙層膜,該膜內(nèi)包裹部分胞質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)需降解的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等成分形成自噬體,而后自噬體的外膜與溶酶體膜融合形成自溶體,并降解內(nèi)膜中所含的物質(zhì);產(chǎn)生的降解產(chǎn)物(如氨基酸)被循環(huán)回到細(xì)胞質(zhì)中,并再次用于合成和分解代謝過程,從而促進(jìn)細(xì)胞的修復(fù)和平衡[2]。
自噬是由營(yíng)養(yǎng)缺乏(如氨基酸缺乏、生長(zhǎng)因子缺乏等)引起的,并且受各種生理信號(hào)的調(diào)節(jié),如細(xì)胞低能量水平、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、缺氧和氧化應(yīng)激[3]。在正常生長(zhǎng)條件下,巨噬細(xì)胞自噬可通過特異性降解受損或多余的細(xì)胞器來輔助細(xì)胞穩(wěn)定,因此,自噬是一種主要的細(xì)胞保護(hù)機(jī)制。但是,過度的自噬可能是有害的,自噬功能異常與多種人類疾病有關(guān),包括肺、肝和心臟疾病,神經(jīng)退行性疾病、肌病、癌癥、衰老和糖尿病等[4]。
自噬相關(guān)基因16 L1(ATG16L1)位于2 號(hào)染色體(2q37.1)的長(zhǎng)臂上,編碼ATG16L1,是自噬過程中必不可少的大型蛋白質(zhì)復(fù)合物的重要組成部分[5]。ATG16L1 在調(diào)節(jié)LC3 脂化及脂化LC3 的形成和插入雙膜自噬體中起重要作用[6]。ATG16L1也參與許多癌癥的癌變調(diào)節(jié),自噬基因ATG16L1多態(tài)性與人類腫瘤的發(fā)生有關(guān)[7-10],也與克羅恩?。–D)[11]、動(dòng)脈粥樣硬化[12]、尿路感染[13]、胰腺炎[14]、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[15]等疾病密切相關(guān)。本研究就ATG16L1 結(jié)構(gòu)、功能及其與相關(guān)性疾病的研究進(jìn)展作一綜述。
自噬過程包括起始、細(xì)胞伸長(zhǎng)、閉合、自噬體成熟和降解[16]。自噬的過程與幾條信號(hào)通路有關(guān),雷帕霉素靶蛋白(mTOR)在許多通路中都是自噬調(diào)節(jié)的關(guān)鍵樞紐,整合了能夠控制自噬的幾種不同途徑的信號(hào)傳導(dǎo),包括磷酸肌醇3 激酶(PI3K)-Akt 途徑,PI3K-Akt-mTOR 可以被多種生長(zhǎng)因子激活,并通過mTOR 激活來促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化,以及抑制細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)[17-18],PI3K-AktmTOR 軸在腫瘤的發(fā)生過程中已經(jīng)得到印證,并有可能成為癌癥的治療靶標(biāo)[19]。另外一條信號(hào)通路于能量耗盡的情況下,在高環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,CAMP)水平激活CAMP依賴的蛋白激酶(AMPK)使unc-51 樣激酶(unc-51 like autophagy activating kinase 1,ULK1)磷酸化并阻斷mTOR 的抑制作用,AMPK-mTOR-ULK1/2軸在自噬的起始階段得到深入的研究[20]。自噬的信號(hào)通路有很多[21],自噬起始階段的信號(hào)通路目前還無(wú)定論,但是在吞噬細(xì)胞伸長(zhǎng)、閉合、自噬體成熟及降解過程方面的研究觀點(diǎn)一致:在自噬過程中,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或其他膜狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)通過產(chǎn)生雙膜結(jié)構(gòu)對(duì)刺激做出反應(yīng)。在該過程中,ATG16L1 與ATG5-ATG12 形成共軛物復(fù)合物,該復(fù)合物使LC3(LC3-Ⅱ)聚合并脂化。同時(shí),吞噬細(xì)胞伸長(zhǎng)包膜以包裹要降解的細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞器,形成一種獨(dú)特的雙膜細(xì)胞器,即自噬體,然后自噬體的外膜與溶酶體融合形成自溶體,隨后內(nèi)膜降解并吸收其內(nèi)含物(圖1)[22]。
圖1 自噬途徑
炎癥性腸病包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和CD,CD 的病因尚未完全清楚,但眾所周知,CD 是一種復(fù)雜的疾病,由遺傳、環(huán)境和微生物因素相互作用產(chǎn)生。其中,遺傳可能是疾病易感性的主要因素[23]。有研究[24-26]證實(shí),ATG16L1 基因多態(tài)性會(huì)增加CD 的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn),而Zhang 等[27]關(guān)于ATG16L1基因多態(tài)性與CD 風(fēng)險(xiǎn)的薈萃分析結(jié)果顯示,在所有4 個(gè)遺傳模型中,ATG16L1 與CD 之間都存在顯著關(guān)聯(lián)。遺傳易感性(先天和后天免疫力、細(xì)胞因子和種族差異)和環(huán)境因素(膳食、藥物、吸煙和感染)以,及由營(yíng)養(yǎng)不良引起的腸道免疫異常均與CD 的發(fā)病有關(guān)。腸道的免疫學(xué)異常與自噬功能障礙一樣,都與炎癥性腸病的病理有關(guān),在CD 中,ATG16L1,IRGM,NOD2 等與自噬相關(guān)的基因已被發(fā)現(xiàn),并且這些基因在免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞及Paneth 細(xì)胞中起重要作用,尤其是ATG16L1 基因異常會(huì)導(dǎo)致自噬功能障礙,引起巨噬細(xì)胞炎性因子的增加以及Paneth 細(xì)胞功能異常,腸道免疫細(xì)胞與自噬之間存在復(fù)雜的關(guān)系,自噬相關(guān)基因ATG16L1 在CD 的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[28-29]。Pugazhendhi 等[30]研究發(fā)現(xiàn),rs6737398 的G 等位基因模型與CD 和UC 均表現(xiàn)出保護(hù)性關(guān)聯(lián),rs4663402 處的T 等位基因和rs4663421 處的C 等位基因與CD 和UC 呈正相關(guān),rs2241877 的T 等位基因僅與UC 具有保護(hù)性關(guān)聯(lián),而rs4663402 的AA 基因型和rs4663421的GG 基因型與CD 和UC 都有保護(hù)性關(guān)聯(lián)。Serbati 等[31]發(fā)現(xiàn),在摩洛哥人群中ATG16L1(T300A)突變的等位基因存在與CD 類型有關(guān),但與臨床特征無(wú)關(guān),而攜帶T300A 變異等位基因在UC 中具有保護(hù)作用。國(guó)內(nèi)的研究與上述結(jié)果并不完全相同,智佳等[32]發(fā)現(xiàn),ATG16L1 rs2241880 多態(tài)性與CD 患者的易感性無(wú)關(guān);陳蘭等[33]的研究結(jié)果顯示,ATG16L1 基因SNP 位點(diǎn)rs2241880 與廣西壯族炎癥性腸病患者的易感性無(wú)關(guān)。目前ATG16L1 基因多態(tài)性與炎癥性腸病的關(guān)系存在一些爭(zhēng)議。
細(xì)菌病原體是選擇性自噬的目標(biāo),稱為異種吞噬,這是一種先天免疫機(jī)制。在大多數(shù)情況下,自噬小體會(huì)在目標(biāo)細(xì)菌周圍形成,然后將其遞送至溶酶體進(jìn)行降解。ATG16L1 與細(xì)菌感染的關(guān)系報(bào)道較多,Tanaka 等[34]研究發(fā)現(xiàn),幽門螺桿菌陽(yáng)性標(biāo)本中ATG16L1 的水平低于幽門螺桿菌陰性標(biāo)本,ATG16L1 mRNA 水平與幽門螺桿菌密度成反比,而且ATG16L1 rs2241880 GG 基因型中幽門螺桿菌感染的情況明顯低于AA/AG 基因型(OR=0.40,95% CI:0.18~0.91)。Rosentul 等[35]發(fā)現(xiàn),在人類免疫缺陷病毒(human immuno deficiency virus,HIV) 感染人群中,ATG16L1(Thr300Ala,rs2241880)的多態(tài)性與念珠菌感染的敏感程度不存在關(guān)聯(lián)性,同時(shí)把研究對(duì)象按CD4+與CD4-進(jìn)行分組,但是在所有研究組中均未發(fā)現(xiàn)相關(guān)性。Raju 等[36]也發(fā)現(xiàn),自噬基因ATG16L1 可以促進(jìn)人類幽門螺桿菌感染。Savva 等[37]發(fā)現(xiàn),ATG16L1 rs2241880 基因多態(tài)性與呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎存在一定的關(guān)系,共有155 例患者參加了研究,攜帶ATG16L1 A 等位基因與伴有至少一個(gè)器官衰竭的敗血性休克相關(guān)。
胃癌是消化系統(tǒng)中最常見的腫瘤之一,由于其早期缺乏特異性表現(xiàn),因此胃癌的早期檢出率較低,大約為10%[38]。隨著分子診斷和基因測(cè)序的不斷發(fā)展,胃癌的早期診斷成為可能。幽門螺桿菌感染可引起慢性胃炎,是人類胃癌發(fā)展最重要的單一危險(xiǎn)因素。Raju 等[39]研究指出,ATG16L1基因多態(tài)性增加了幽門螺桿菌的易感性,強(qiáng)調(diào)了宿主和細(xì)菌自噬因子對(duì)幽門螺桿菌發(fā)病機(jī)制的協(xié)同作用,并確定了幽門螺桿菌感染后影響自噬途徑的機(jī)制以及隨后發(fā)生癌癥的可能性。Burada等[7]研究發(fā)現(xiàn),ATG16L1 T300A 基因多態(tài)性與胃癌易感性存在潛在關(guān)聯(lián),尤其是在顯性模型中關(guān)聯(lián)最強(qiáng),G 等位基因的存在與降低胃癌風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),對(duì)機(jī)體有保護(hù)作用。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),胃癌和胃癌周圍組織中均檢測(cè)到ATG16L1 基因表達(dá),但胃癌組織中mRNA-ATG16L1 水平升高,ATG16L1 基因在胃癌和胃癌周圍組織中的表達(dá)也有差異。但也有一些不同意見的報(bào)道,Casta?o-Rodríguez 等[40]認(rèn)為,自噬是一種溶酶體水解酶吞噬和降解細(xì)胞質(zhì)的途徑,在感染和炎癥中起關(guān)鍵作用,自噬缺陷會(huì)增加感染的敏感性,其研究結(jié)果顯示,ATG16L1 rs2241880 增加了胃癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)(OR=2.38,95% CI:1.34~4.24)和幽門螺桿菌感染的風(fēng)險(xiǎn)(OR=1.49,95% CI:1.02~2.16)。兩個(gè)研究結(jié)果相悖,可能與二者研究的人群、地域以及檢測(cè)方法等不同有關(guān)。ATG16L1 與胃癌化療過程中的多重耐藥有關(guān),Huang 等[41]的研究指出,ATG16L1 被確定為miR-874 的直接靶標(biāo);miR-874-ATG16L1 自噬在胃癌化療過程中的多重耐藥中起重要作用,miR-874 可以通過靶基因ATG16L1 抑制自噬,并使胃癌細(xì)胞對(duì)化療敏感。張玉梅等[42]指出,靶向干擾ATG16L1 可以抑制胃癌細(xì)胞自噬,并可以通過調(diào)控細(xì)胞凋亡提高胃癌細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性。
由于人類頭頸部的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此頭頸部腫瘤的原發(fā)部位和病理類型也較復(fù)雜。流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示[43],我國(guó)近年來頭頸部腫瘤的年發(fā)病率呈上升趨勢(shì),約占全身惡性腫瘤的4.45%。頭頸部腫瘤是全球第6 大癌癥,吸煙和飲酒是其發(fā)生的危險(xiǎn)因素;此外,環(huán)境和遺傳因素也可能與頭頸部腫瘤相關(guān)。Fernández-Mateos 等[44]納入450 例患者(喉癌213 例,咽癌165 例,口腔癌72例),并通過調(diào)整性別、年齡、煙草和乙醇攝入量后發(fā)現(xiàn),在所有的模型中ATG16L1 rs2241880 的多態(tài)性與喉癌和咽癌的易感性不相關(guān),但ATG16L1 rs2241880 的多態(tài)性和口腔癌的易感性相關(guān),在顯性模型中明顯增加了口腔癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。而Song 等[45]納入576 例頭頸部鱗狀細(xì)胞癌患者(口腔鱗狀細(xì)胞癌462 例,口咽癌9 例,喉癌102 例,其他3 例)和1 552 例健康對(duì)照者,通過調(diào)整模型中的年齡、性別、吸煙和飲酒狀況后發(fā)現(xiàn),在加法模型中ATG16L1 rs4663402 可以明顯增加頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。Tang 等[46]納入90 例口腔鱗狀細(xì)胞癌患者,結(jié)果發(fā)現(xiàn),有27例患者(30%)出現(xiàn)ATG16L1 過表達(dá),并且指出ATG16L1 過表達(dá)與疾病階段、腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和組織學(xué)等級(jí)有關(guān);Kaplan-Meier 生存曲線分析顯示,ATG16L1 過表達(dá)顯著影響口腔鱗狀細(xì)胞癌患者的總生存期(P=0.020)和復(fù)發(fā)時(shí)間(P=0.031),認(rèn)為ATG16L1 可作為口腔鱗狀細(xì)胞癌的生物標(biāo)志物。Huijbers 等[47]研究指出,ATG16L1 的遺傳變異可影響上皮細(xì)胞源性甲狀腺癌的易感性和結(jié)局,該研究以人群為基礎(chǔ),ATG16L1 Thr300Ala 在雜合子和純合子模型中顯示出對(duì)上皮細(xì)胞源性甲狀腺癌具有明顯的保護(hù)作用,比值分別為0.67 和0.57,而在隱性模型中沒有觀察到明顯的關(guān)聯(lián)性,將性別等可能的混雜因素排除后,發(fā)現(xiàn)ATG16L1 與患者的臨床參數(shù)在腫瘤大小和當(dāng)前疾病狀態(tài)方面的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
泌尿系統(tǒng)腫瘤是較為常見的一種疾病,以膀胱癌最常見,膀胱癌的死亡率居第13 位[48]。腎癌是第7 大最常見的惡性腫瘤,其發(fā)病率在全球范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì),而死亡率在下降[49]。前列腺癌是男性癌癥的第5 大死因,在亞洲(尤其是在東亞)有很大比例的前列腺癌男性被診斷時(shí)已經(jīng)處于晚期,預(yù)后較差[50]。因此,早期診斷可以延長(zhǎng)泌尿系統(tǒng)腫瘤患者的生存時(shí)間,節(jié)約社會(huì)醫(yī)療資源。Budak 等[9]進(jìn)行了ATG16L1 多態(tài)性與土耳其人群的人類前列腺癌和膀胱癌關(guān)聯(lián)的研究,該研究包含131 例患者(前列腺癌62 例,膀胱癌69例)和269 例健康對(duì)照者,使用聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)擴(kuò)增,通過限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)ATG16L1(T300A)的基因型和等位基因頻率在前列腺患者和健康對(duì)照者之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;膀胱癌患者和健康對(duì)照者之間ATG16L1 基因型和等位基因頻率的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,他們認(rèn)為在土耳其人群中,ATG16L1(Thr300Ala)多態(tài)性與前列腺癌和膀胱癌患者無(wú)關(guān)聯(lián)。Huang 等[51]分析了ATG16L1 的遺傳變異與前列腺癌預(yù)后的關(guān)系,指出在調(diào)整已知臨床因素后,ATG16L1 rs78835907 的多態(tài)性與晚期前列腺癌的疾病進(jìn)展顯著相關(guān);通過隨訪發(fā)現(xiàn),與具有純合子野生型(GG)相比,rs78835907 A 等位基因的患者疾病進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)降低了22%,ATG16L1 表達(dá)水平降低與預(yù)后較差相關(guān)。
結(jié)直腸癌(CRC)是僅次于肺癌的美國(guó)第4大常見癌癥,且是僅次于肺癌的第2 大致命惡性腫瘤,是由于結(jié)腸鏡檢查的增加,2017 年美國(guó)大腸癌發(fā)病率下降,新診斷的結(jié)直腸癌患者中年齡<45 歲占5.7%,而年齡<55 歲占20.5%,對(duì)于50歲以下的人群,大腸癌的發(fā)病率上升了22%[52]。Nicoli 等[10]發(fā)現(xiàn),在羅馬尼亞人群中,攜帶突變GG 基因型者與野生AA 基因型相比患大腸癌的風(fēng)險(xiǎn)更高,而且這種表現(xiàn)在男性受試者中更為一致,女性受試者中則更為不一致,這也證實(shí)了在中度和低分化的CRC 患者中ATG16L1 GG 基因型與腫瘤分期之間存在相關(guān)性。Grimm 等[53]也證實(shí)了ATG16L1 Thr300Ala 與延長(zhǎng)CRC 患者的整體生存周期有關(guān),也與減少遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移以及Ⅰ型干擾素(IFN-Ⅰ)活性增加有關(guān),這種相關(guān)性表明,自噬基因ATG16L1 Thr300Ala 多態(tài)性在人類大腸癌發(fā)展過程中的可能作用。ATG16L1 Thr300Ala也被報(bào)道與肺癌的轉(zhuǎn)移及預(yù)后有關(guān),Li 等[8]的研究指出,ATG16L1 rs2241880 基因型與非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)的腦轉(zhuǎn)移(BM)有關(guān),AG/GG 基因型與降低BM 風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),Cox 多變量風(fēng)險(xiǎn)分析表明,AG/GG 基因型BM 的風(fēng)險(xiǎn)顯著較低(HR=0.655,95% CI:0.438~0.978,P=0.039)。Yuan 等[54]研究指出,ATG16L1 基因多態(tài)性可以提高肺癌患者晚期的生存率,ATG16L1 rs2241880 與吉非替尼治療的晚期肺腺癌患者的整體生存率有關(guān),其也與表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)突變患者的不良預(yù)后有關(guān)。有研究證實(shí)[55],ATG16L1 rs4663402基因多態(tài)性與肝細(xì)胞癌(HCC)風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān),并部分解釋了HCC 遺傳易感性,為肝癌早期診斷提供了思路。
ATG16L1 基因多態(tài)性也與其他腫瘤的易感性存在關(guān)系,White 等[56]發(fā)現(xiàn),在墨西哥人群中,ATG16L1 基因多態(tài)性與黑色素瘤存在關(guān)系,該研究納入911 例黑色素瘤患者,發(fā)現(xiàn)ATG16L1 rs2241880 AG 雜合基因型與黑色素瘤臨床病理特征呈負(fù)相關(guān),而GG 基因型與Breslow 厚度的減少有關(guān),在早期確診的患者中更明顯。此外,rs2241880 AG 雜合型基因與年輕患者的確診相關(guān)。Chen 等[57]的研究指出,ATG16L1 是miR-410的潛在目標(biāo)基因,miR-410 通過靶向調(diào)控其3’-非翻譯區(qū)而直接降低ATG16L1 的表達(dá),從而影響自噬,miR-410 通過抑制骨肉瘤細(xì)胞中的自噬而增強(qiáng)了對(duì)化療藥物(雷帕霉素、阿霉素和順鉑)治療的敏感性,miR-410 可能是抗化療性骨肉瘤的潛在生物標(biāo)志物。ATG16L1 與乳腺癌、髓母細(xì)胞瘤和淋巴瘤也存在一定的關(guān)系[58-60],主要與ATG16L1 在自噬過程中的表達(dá)有關(guān),從而被串聯(lián)到信號(hào)通路軸上,影響腫瘤發(fā)生及藥物的敏感性。劉亞敏等[61]收集宮頸癌患者和健康對(duì)照者100 例,通過基因分型發(fā)現(xiàn),病例組與健康對(duì)照組的ATG16L1 基因型及等位基因頻率分布的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
強(qiáng)直性脊柱炎(AS)是一種慢性炎癥性關(guān)節(jié)炎,會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的殘疾并影響患者的生活質(zhì)量。Li 等[62]研究發(fā)現(xiàn),在中國(guó)漢族女性人群中,兩個(gè)ATG16L1 rs4663421 基因的TT 單倍型可能與AS 易感性有關(guān)。但Chatzikyriakidou 等[15]發(fā)現(xiàn),ATG16L1 rs2241880 基因多態(tài)性與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎沒有關(guān)系。Paget 骨病(PDB)是一種局部性的局灶性骨病,Usategui-Martín 等[63]發(fā)現(xiàn),ATG16L1 rs2241880 的C 等位基因攜帶者與PDB 的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)。Lee 等[64]發(fā)現(xiàn),ATG16L1 rs2241880 的基因多態(tài)性可能與男性痛風(fēng)的易感性無(wú)關(guān)。
ATG16L1 是調(diào)節(jié)自噬體生成的關(guān)鍵蛋白,在自噬的過程中發(fā)揮重要作用。ATG16L1 前期的研究主要集中于ATG16L1 在降解細(xì)胞內(nèi)病原體中的主要作用,而最新的研究報(bào)道了ATG16L1 的新功能,包括抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)介導(dǎo)的炎性反應(yīng),調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。此外,很多研究報(bào)道了ATG16L1 基因多態(tài)性與炎性腸炎、細(xì)菌感染、骨性炎癥和腫瘤等疾病的發(fā)病和臨床進(jìn)程有關(guān)。盡管如此,我們必須清楚這些ATG16L1 基因多態(tài)性也是健康個(gè)體中常見的遺傳變異,僅這些單核苷酸基因位點(diǎn)突變可能不足以誘發(fā)相關(guān)疾病。因此,進(jìn)一步從遺傳方面揭示疾病的誘因并充分與自噬途徑相結(jié)合,將會(huì)從新的角度為疾病的診斷及治療提供新的思路。