吳東升 張 彧 陳大光 曹 暉

湖南中醫(yī)藥大學(xué)1(410208) 湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院肛腸科2

自噬是一種細(xì)胞存活機(jī)制，大量細(xì)胞質(zhì)材料通過該機(jī)制被溶酶體降解代謝。自噬在代謝應(yīng)激、神經(jīng)變性、癌癥、衰老、免疫以及炎癥性疾病等不同細(xì)胞過程中的作用越來越受到重視[1]。自噬缺陷涉及諸多病理過程，其在炎癥性腸病(IBD)發(fā)生、發(fā)展中的作用是當(dāng)下研究熱點(diǎn)。目前普遍認(rèn)為，腸道黏膜屏障破壞或腸道微生物平衡紊亂對(duì)IBD的發(fā)病和疾病進(jìn)展具有較大影響[2]。近年來，研究表明，自噬參與了IBD腸黏膜屏障損傷的發(fā)生、發(fā)展過程。本文就自噬在IBD腸黏膜屏障損傷中的作用作一綜述。

一、自噬及其功能

自噬是一種細(xì)胞自我分解代謝的過程，其通過降解和回收蛋白質(zhì)聚集體和受損的細(xì)胞器促進(jìn)細(xì)胞存活[3]。根據(jù)細(xì)胞物質(zhì)到達(dá)溶酶體腔途徑的不同，自噬一般分為三種類型：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬[4-5]。巨自噬是當(dāng)前研究最多的類型，亦是通常所說的“自噬”。

自噬過程涉及兩個(gè)關(guān)鍵步驟。在第一步中，杯狀雙膜吞噬細(xì)胞在細(xì)胞質(zhì)中形成，通過吞噬異常的蛋白質(zhì)、受損的細(xì)胞器或病原體，成為球狀雙膜自噬體。自噬體常被認(rèn)為是由吞噬泡的核和膜擴(kuò)張產(chǎn)生的。在第二步中，自噬體與溶酶體和內(nèi)體融合形成自噬性溶酶體，此被認(rèn)為是自噬降解代謝的基本單位[6]。自噬通過調(diào)節(jié)各種生理過程維持細(xì)胞與組織穩(wěn)態(tài)平衡，其中包括病原體清除、抗原呈遞、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞因子的形成以及先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)[7]。自噬被廣泛認(rèn)為是各種疾病的重要調(diào)節(jié)因子。其中，自噬與IBD間的相互作用較為復(fù)雜，近年來日益受到關(guān)注。

二、自噬在IBD中的作用

IBD是一組病因尚未完全明確的腸道慢性非特異性炎癥性疾病，主要由克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎兩種類型組成。自噬以多種方式影響IBD的發(fā)生、發(fā)展，包括清除入侵病原體、干預(yù)抗原呈遞、調(diào)節(jié)Paneth細(xì)胞分泌抗菌肽以及影響巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子等[8]。

自噬作用增強(qiáng)可促進(jìn)自噬體與溶酶體融合，引起致病微生物分解代謝。多項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了自噬在腸巨噬細(xì)胞清除真菌、細(xì)菌和寄生蟲中的作用[9-10]。Kanayama等[11]的研究表明，A20的自噬降解對(duì)于巨噬細(xì)胞產(chǎn)生清除白色念珠菌所需的細(xì)胞因子極為必要。Adolph等[12]的研究表明，Paneth細(xì)胞是腸道炎癥的起源部位，在IBD中其通過調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)抗菌肽的表達(dá)，從而調(diào)控抗炎因子與促炎因子的平衡。亦有研究[13]表明自噬增加了適應(yīng)性免疫反應(yīng)，在被溶酶體降解后，抗原呈遞給主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(MHC-Ⅱ)，之后被T細(xì)胞識(shí)別并引起適應(yīng)性免疫反應(yīng)。研究表明，自噬受損可擾亂腸上皮細(xì)胞功能，并影響先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)、活性氧簇(ROS)的產(chǎn)生以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)，導(dǎo)致異常炎性反應(yīng)發(fā)生，最終促進(jìn)IBD的發(fā)生、發(fā)展[14-15]。鑒于自噬在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和免疫調(diào)節(jié)中的重要作用，明確自噬在IBD中的作用對(duì)人類健康具有顯著價(jià)值。

三、自噬在IBD腸黏膜屏障損傷中的多重作用

腸黏膜屏障由腸黏液層和腸上皮兩層組成，腸道內(nèi)的多種特異性和非特異性保護(hù)機(jī)制共同形成有效的腸黏膜屏障[8]。腸黏膜屏障功能異常是IBD發(fā)病的重要基礎(chǔ)。自噬被認(rèn)為是包括IBD在內(nèi)的諸多慢性炎癥性疾病的促成因素。自噬通過調(diào)節(jié)腸上皮連接、參與病原體清除、調(diào)控炎癥信號(hào)表達(dá)和免疫功能、干預(yù)腸黏液分泌以及ERS等多種途徑介導(dǎo)IBD腸黏膜屏障損傷。

1.自噬調(diào)節(jié)腸上皮機(jī)械屏障：細(xì)胞連接發(fā)生于組織的細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)接觸點(diǎn)，尤其在上皮細(xì)胞中多見[1]。在脊椎動(dòng)物中，腸上皮細(xì)胞主要存在三種類型的細(xì)胞連接：緊密連接(TJ)、黏連連接(AJ)和間隙連接(GJ)。

研究[16]指出自噬可顯著增強(qiáng)TJ屏障功能，其通過誘導(dǎo)claudin-2降解導(dǎo)致TJ屏障功能增強(qiáng)。腸上皮TJ屏障對(duì)維持腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)具有重要意義。AJ是一種古老的連接復(fù)合體，可促進(jìn)和維持上皮細(xì)胞間的連接。自噬通過調(diào)節(jié)AJ主要蛋白鈣黏蛋白表達(dá)水平，影響鈣黏蛋白與p120、β-連環(huán)蛋白和α-連環(huán)蛋白結(jié)合形成細(xì)胞表面的保護(hù)性復(fù)合物，介導(dǎo)鈣依賴性同型細(xì)胞間的AJ屏障，從而影響上皮屏障功能[17]。此外，自噬可下調(diào)SNAIL、SLUG兩種關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄抑制因子，從而調(diào)節(jié)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中鈣黏蛋白的表達(dá)[18]。自噬在腸上皮細(xì)胞GJ的降解中起重要作用，在腸道炎癥等的刺激下，自噬體與GJ連接蛋白形成復(fù)合體誘導(dǎo)GJ連接蛋白降解，引起GJ屏障改變，使腸上皮適應(yīng)腸道應(yīng)激刺激或損傷[17,19]。上述研究表明，自噬對(duì)維持和調(diào)節(jié)腸黏膜屏障功能具有重要作用，其通過調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞連接，維持腸黏膜穩(wěn)態(tài)，參與腸黏膜機(jī)械屏障的損傷修復(fù)。

2.自噬清除病原體調(diào)控腸黏膜屏障：自噬可通過清除入侵病原體影響IBD的發(fā)病過程。腸上皮細(xì)胞對(duì)細(xì)胞內(nèi)微生物的感知和處理受損是IBD發(fā)生、發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。Burger等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，微生物可通過干擾素(IFN)-γ誘導(dǎo)基底細(xì)胞自噬，從而維持腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)。IBD患者體內(nèi)受損的Paneth細(xì)胞可產(chǎn)生低水平的防御素和溶菌酶，導(dǎo)致腸黏膜抵抗腸腔中定植細(xì)菌的能力減弱，使細(xì)菌清除受阻，腸黏膜生物屏障損傷[21]。Lee等[22]亦指出自噬在先天性防御途徑中的重要性。自噬的誘導(dǎo)對(duì)防御病原體入侵具有重要作用。上述研究提示自噬通過監(jiān)測(cè)和清除腸道病原體，維持腸道穩(wěn)態(tài)平衡，進(jìn)而保護(hù)腸黏膜屏障。

3.自噬雙向調(diào)節(jié)炎性信號(hào)調(diào)控腸黏膜免疫穩(wěn)態(tài)：腸上皮細(xì)胞屏障損傷是IBD的特征性變化。腸單核吞噬細(xì)胞(MP)的抗原呈遞對(duì)黏膜的保護(hù)至關(guān)重要。炎性細(xì)胞因子可影響MP自噬。細(xì)菌感染時(shí)分泌的IFN-γ以及其他輔助性T細(xì)胞1(Th1)型細(xì)胞因子可誘導(dǎo)自噬發(fā)生，而Th2型細(xì)胞因子則抑制自噬[23]。自噬可下調(diào)鼠和人巨噬細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(IL)-1β和IL-18[8]。此外，活化的自噬缺陷型巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的IL-1β可促進(jìn)IL-23分泌，從而進(jìn)一步加強(qiáng)炎性反應(yīng)[24]。然而，自噬在炎性反應(yīng)中亦可參與不同階段的負(fù)性調(diào)節(jié)。研究[25]顯示，由營(yíng)養(yǎng)缺乏誘導(dǎo)的自噬可導(dǎo)致炎性小體觸發(fā)、巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18分泌增加。炎性細(xì)胞因子在IBD發(fā)病中的作用明確，自噬可雙向調(diào)節(jié)促炎因子和抗炎因子分泌，從而參與腸黏膜炎癥的調(diào)控，兩者間的相互抗衡決定著疾病的發(fā)展。

4.自噬調(diào)節(jié)腸免疫功能干預(yù)腸黏膜屏障功能：自噬參與多種適應(yīng)性免疫功能，包括抗原呈遞、T細(xì)胞和B細(xì)胞發(fā)育、增殖、分化等免疫過程。MP包含樹突細(xì)胞(DC)和巨噬細(xì)胞。這些細(xì)胞是腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵參與者，并維持全身和黏膜免疫系統(tǒng)的正常功能。DC可捕獲、清除破壞腸黏膜屏障的病原體[26]。自噬除了參與介導(dǎo)抗原呈遞，亦參與影響T細(xì)胞的增殖和存活。敲除Atg5和Atg7的T細(xì)胞由于線粒體自噬缺乏引起胸腺和外周T細(xì)胞數(shù)量減少，亦導(dǎo)致記憶CD8+T細(xì)胞的形成受損[27]。記憶T細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)與IBD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。B細(xì)胞在腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)和炎癥控制中亦起重要作用。腸上皮中的B細(xì)胞群主要由分泌IgA的漿細(xì)胞組成。IgA水平與IBD有關(guān)，IgA可阻斷病原體黏附、促進(jìn)細(xì)菌清除、抑制病原體毒力以及控制腸道微生物群，是腸道第一道防線的關(guān)鍵組分[28]。綜上所述，上述研究提示自噬通過參與免疫功能調(diào)節(jié)維持腸道穩(wěn)態(tài)，從而保護(hù)腸黏膜屏障功能。

5.自噬調(diào)節(jié)腸腔黏液分泌，干預(yù)腸黏膜屏障形成：當(dāng)病原體侵入時(shí)，腸黏液層與腸上皮細(xì)胞層一起形成物理和化學(xué)屏障，通過各種特異性和非特異性機(jī)制產(chǎn)生各種炎性反應(yīng)和免疫反應(yīng)[29]。自噬參與腸杯狀細(xì)胞、Paneth細(xì)胞等分泌腸黏液的過程，也參與腸黏液的降解代謝，兩者間處于一定的動(dòng)態(tài)平衡。杯狀細(xì)胞可儲(chǔ)存和分泌大量含有黏蛋白和黏液交聯(lián)蛋白的黏蛋白顆粒，其與腸上皮結(jié)合形成對(duì)腸道菌群的第一道防線[30]。研究提示，自噬可控制杯狀細(xì)胞的分泌功能。NLRP6炎癥小體通過促進(jìn)NLRP6缺陷小鼠的細(xì)胞自噬，促進(jìn)杯狀細(xì)胞黏蛋白顆粒胞吐作用，自噬受損后將不能有效地分泌黏蛋白。這種分泌的改變導(dǎo)致腸黏膜與微生物相互作用，使上皮屏障明顯受損[31-32]。Paneth細(xì)胞分泌的抗菌肽顆粒是腸黏液層的重要組成部分，其主要影響炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)。研究指出，由自噬相關(guān)基因突變引起的Paneth細(xì)胞自噬功能障礙可能影響入侵病原體的定位、細(xì)菌的識(shí)別、抗菌反應(yīng)的激活以及各種抗菌肽的釋放，同時(shí)調(diào)節(jié)腸道炎癥和免疫反應(yīng)，進(jìn)而影響腸黏膜屏障功能[4]。

6．自噬通過調(diào)節(jié)ERS保護(hù)腸上皮細(xì)胞屏障：腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)依賴內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)折疊、修飾和分泌[33]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙引起異常未折疊蛋白滯留并聚集于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，稱為ERS。ERS對(duì)IBD發(fā)病機(jī)制的影響主要包括損害黏膜屏障功能、調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞的先天性或適應(yīng)性免疫應(yīng)答以及調(diào)節(jié)腸道微生物群[34]。研究指出ERS可通過各種途徑在Paneth細(xì)胞中啟動(dòng)自噬[35]?；蛞蛩匾鸬墓δ苁д{(diào)自噬可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎動(dòng)物模型和IBD患者出現(xiàn)過度觸發(fā)的ERS，從而加劇IBD的嚴(yán)重程度[36]。此外，有諸多研究顯示，自噬可抑制多種炎癥性和免疫性疾病的ERS水平[37-38]。近期一項(xiàng)研究[39]表明，腸上皮細(xì)胞中自噬缺陷可引起ERS時(shí)肌醇需求酶1(inositol-requiring enzyme 1,IRE1)聚集，從而導(dǎo)致IBD易感。上述研究表明，自噬具有抗ERS作用，直接參與應(yīng)激細(xì)胞的轉(zhuǎn)歸，如適應(yīng)、損傷或凋亡，進(jìn)而影響IBD腸黏膜屏障功能?；谝陨献C據(jù)，利用自噬過程抑制ERS有望成為治療IBD的潛在療法。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自噬可通過調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞連接、參與病原體清除、調(diào)控炎癥信號(hào)表達(dá)和免疫功能、干預(yù)腸黏液分泌以及ERS等多種途徑介導(dǎo)IBD腸黏膜屏障損傷。自噬參與調(diào)節(jié)的途徑繁多，而這些途徑在體內(nèi)相互促進(jìn)又相互制約，彼此間的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究證明。后期進(jìn)行自噬與腸黏膜相關(guān)研究時(shí)應(yīng)注意對(duì)自噬參與的多個(gè)途徑綜合分析評(píng)價(jià)。自噬利弊共存，適度自噬能使體內(nèi)異常蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器得以清除，從而維持腸道穩(wěn)態(tài)，保護(hù)腸黏膜屏障；而過度自噬可引起腸腔內(nèi)自噬性細(xì)胞異常死亡，使腸道穩(wěn)態(tài)失衡，導(dǎo)致腸黏膜屏障受損[40]。因此，探究自噬與IBD黏膜屏障間的相互作用，了解與腸黏膜屏障相關(guān)的自噬的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，明確自噬相關(guān)的黏膜屏障調(diào)節(jié)特點(diǎn)及其相關(guān)機(jī)制，將有助于探索IBD的有效治療方式，有利于發(fā)現(xiàn)新的治療方法和治療靶點(diǎn)。