細(xì)胞自噬與缺血性腦血管病

孫李晴 張智博南華大學(xué)附屬長(zhǎng)沙醫(yī)院 長(zhǎng)沙 410005 長(zhǎng)沙市第一醫(yī)院 長(zhǎng)沙 410005

·綜述與講座·

細(xì)胞自噬與缺血性腦血管病

孫李晴1）張智博2）
1）南華大學(xué)附屬長(zhǎng)沙醫(yī)院 長(zhǎng)沙 410005 2）長(zhǎng)沙市第一醫(yī)院 長(zhǎng)沙 410005

細(xì)胞自噬是胞漿內(nèi)長(zhǎng)壽命蛋白質(zhì)或過(guò)表達(dá)、功能失常的細(xì)胞器經(jīng)自噬體被大量降解的生物學(xué)過(guò)程，是生物體內(nèi)適應(yīng)惡劣環(huán)境、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要方式。目前的研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬和缺血性腦血管病也存在著一定的關(guān)聯(lián)，如果能夠通過(guò)對(duì)細(xì)胞自噬分子機(jī)制的深入研究來(lái)尋找治療缺血性腦血管病的相關(guān)方法，無(wú)疑能夠拓展研究的面向。為了更好地將研究成果運(yùn)用臨床，本文對(duì)目前的研究相關(guān)的研究進(jìn)行了總結(jié)，梳理研究成果，現(xiàn)將研究成果綜述如下。

細(xì)胞自噬；缺血性腦血管病；綜述

細(xì)胞自噬是胞漿內(nèi)長(zhǎng)壽命蛋白質(zhì)或過(guò)表達(dá)、功能失常的細(xì)胞器經(jīng)自噬體被大量降解的生物學(xué)過(guò)程，是生物體內(nèi)適應(yīng)惡劣環(huán)境、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要方式，其作為Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡方式，在自噬的過(guò)程中通過(guò)部分的細(xì)胞死亡實(shí)現(xiàn)了自我保護(hù)。細(xì)胞自噬可分為分子伴侶介導(dǎo)的自噬、小分子自噬和大分子自噬3種方式，其具體的劃分依據(jù)主要是物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體腔的方式的不同和自身生理功能的差異［1］。最早提出細(xì)胞自噬概念的應(yīng)該是比利時(shí)科學(xué)家ChristiandeDuve，早年20世紀(jì)的60年代的溶酶體國(guó)際會(huì)議，他就指出細(xì)胞自噬是因?yàn)橐恍┬杞到獾牡鞍踪|(zhì)和細(xì)胞器等胞漿成分被包裹，并最終運(yùn)送至溶酶體降解的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程之后會(huì)產(chǎn)生一些其他的氨基酸和小分子物質(zhì)，并且能夠被再利用。同時(shí)隨著近年來(lái)多個(gè)實(shí)驗(yàn)的證明，細(xì)胞自噬在細(xì)胞增殖和凋亡發(fā)生紊亂的疾病中如腫瘤、老化和神經(jīng)退化病癥發(fā)揮著重要作用。最近幾年研究者對(duì)細(xì)胞自噬的發(fā)生機(jī)制給予了關(guān)注，并取得較為豐碩的成果，需要指出的是這些成果中更多的是對(duì)大分子自噬的研究，因?yàn)樵谡婧思?xì)胞中最常見(jiàn)的就是這種類型的自噬。缺血性血管病是一種腦血管官腔狹窄，腦部血液循環(huán)障礙，血流減少或完全阻塞發(fā)生的一系列癥狀，是由于現(xiàn)代生活水平的提高，人生的生活和飲食在不斷地轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的，目前已經(jīng)成為了我國(guó)重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題和難題，給患者及其家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)與精神負(fù)擔(dān)。

目前的研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬和缺血性腦血管病也存在著一定的關(guān)聯(lián)，如果能夠通過(guò)對(duì)細(xì)胞自噬分子機(jī)制的深入研究來(lái)尋找治療缺血性腦血管病的相關(guān)方法，無(wú)疑能夠拓展研究的面向，更好地將研究成果運(yùn)用臨床。筆者通過(guò)檢索發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)文獻(xiàn)相對(duì)較少，主要的研究成果分布在細(xì)胞自噬與腫瘤疾病、缺血性血管病治療等相關(guān)的領(lǐng)域中。在外文文獻(xiàn)庫(kù)的檢索中發(fā)現(xiàn)了一些相關(guān)的研究資料，相關(guān)性的研究還并不是非常豐富，下面筆者就細(xì)胞自噬在缺血性腦血管病中的作用研究進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞自噬的相關(guān)機(jī)制研究

細(xì)胞自噬是生物進(jìn)化中的一個(gè)保守過(guò)程，細(xì)胞自噬的相關(guān)反應(yīng)機(jī)制是國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)注的。細(xì)胞自噬分為非選擇性自噬和選擇性自噬。其中非選擇性自噬是指雙層膜結(jié)構(gòu)隨機(jī)包裹細(xì)胞質(zhì)形成自噬體，以Atgl2-Atg95-Atgl6復(fù)合物為支架形成自噬體［2］。在形成的整個(gè)過(guò)程中，自噬前體的雙層膜結(jié)構(gòu)上會(huì)附集到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的一些相關(guān)物質(zhì)如Atg12、Atgl6和Atg95，使自噬前體雙層膜結(jié)構(gòu)不斷延長(zhǎng)，進(jìn)而形成自噬體。同時(shí)這些被募集到的物質(zhì)還能夠決定雙層膜的曲度［3］。而選擇性自噬主要是游離膜結(jié)構(gòu)識(shí)別并包裹胞質(zhì)內(nèi)的特殊底物形成自噬體，游離膜結(jié)構(gòu)以底物作為骨架添加到自噬前體上，從而使自噬前體逐漸形成自噬體。Simonsen A等人在研究中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞自噬的誘導(dǎo)因素，其中氧化應(yīng)激、饑餓、損傷等惡劣環(huán)境往往會(huì)導(dǎo)致粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等這些自噬體膜脫落，從而進(jìn)一步的形成杯狀分隔膜，包繞被降解物形成自噬前體［4］，無(wú)論是在選擇性細(xì)胞自噬過(guò)程中，還是非選擇性自噬的過(guò)程中，都是要完全包繞將要被降解的胞漿成分形成自噬體。在這些完成之后自噬體最終被運(yùn)送至細(xì)胞的溶酶體，形成自噬溶酶體，進(jìn)入到了細(xì)胞自噬體內(nèi)容物的降解過(guò)程中，過(guò)程中被溶酶體內(nèi)的酶系統(tǒng)降解成小分子有機(jī)物，之后自噬體膜與溶酶體膜分離再循環(huán)利用［5］。另外，研究者還就細(xì)胞自噬與細(xì)胞死亡的關(guān)系展開(kāi)了研究，自噬性細(xì)胞死亡是指當(dāng)自噬水平持續(xù)上調(diào)時(shí)引起的細(xì)胞死亡，可以通過(guò)促進(jìn)凋亡來(lái)實(shí)現(xiàn)大量細(xì)胞成分被降解的結(jié)果［6］。然而，RNA干擾自噬基因Atg7或Beclin-1能抑制由caspase抑制劑ZVAD處理的鼠L929纖維母細(xì)胞的死亡［7］。下調(diào)Atg5的表達(dá)或Atg5突變體顯性失活能阻斷IFN-α誘導(dǎo)的HeLa細(xì)胞的死亡［8］。

這些研究均表明有自噬基因參與了細(xì)胞死亡的過(guò)程，但是自噬和細(xì)胞凋亡通路的具體復(fù)雜關(guān)系研究者在論述中的報(bào)道還不多，但是研究發(fā)現(xiàn)絲氨酸／蘇氨酸死亡激酶（serine／threonine death kinases，DAPk和DRP-1），死亡受體信號(hào)分子（TRAIL和FADD），鞘脂（sphingolipid），神經(jīng)酰胺二糖（ceramide）等凋亡活動(dòng)的調(diào)節(jié)因子，對(duì)凋亡和自噬均有抑制作用。自噬不僅可促進(jìn)凋亡，而且抑制自噬基因也會(huì)促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)缺乏的哺乳動(dòng)物細(xì)胞發(fā)生凋亡［9］。此外還有研究者指出自噬誘發(fā)的細(xì)胞死亡具有明顯的凋亡特征，這在Scott等［6］的研究中得到了證實(shí)，發(fā)現(xiàn)Atg1高表達(dá)對(duì)控制細(xì)胞生長(zhǎng)具有顯著的作用，其所誘導(dǎo)的自噬可使細(xì)胞明顯縮小，這樣通過(guò)誘發(fā)凋亡而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的。

2 細(xì)胞自噬的信號(hào)調(diào)控分子機(jī)制

在細(xì)胞自噬的過(guò)程中信號(hào)調(diào)控分子發(fā)揮著重要的作用，具體看來(lái)主要包括兩個(gè)類別，一是依賴?yán)着撩顾匕械鞍祝╩TOR）途徑的細(xì)胞自噬，還有不依賴于mTOR途徑的細(xì)胞自噬。

第一類依賴mTOR途徑的細(xì)胞自噬中，據(jù)報(bào)道m(xù)TOR激酶能夠幫助調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)，如上游整個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上存在著的結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物（TSC1／2）蛋白、ClassⅢ磷酯酰肌醇激酶／蛋白酶B（PI3K／PKB）、磷酸酶張力蛋白同源物（PTEN）磷酸酶等，對(duì)抑制細(xì)胞自噬具有重要的作用［10］。而目前的研究中只發(fā)現(xiàn)下游分子核糖體蛋白質(zhì)S6（p70S6）也存在類似的功能，但是具體的作用機(jī)制研究者還在探討之中［11］。

其中不依賴mTOR途徑的細(xì)胞自噬研究相對(duì)充分的，主要集中在以下幾個(gè)方面。首先是Beclin1與Bcl-2調(diào)控下的細(xì)胞自噬。細(xì)胞自噬過(guò)程中最重要的正性調(diào)節(jié)因子Beclin1，作為Atg6的同源體，Beclin-1和它的上下游信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白組成重要的自噬調(diào)節(jié)通路，調(diào)解中主要是通過(guò)其BH3結(jié)構(gòu)域白BCL-2基因的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)［12］。研究認(rèn)為饑餓時(shí)二者的相互作用明顯減少，提高細(xì)胞自噬的水平，此外其他的BCL-2磷酸化［13］、DAPK介導(dǎo)的Beclin-1磷酸化［14］抑制自噬作用。

另外p53對(duì)自噬的雙重調(diào)節(jié)作用也是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)所在，對(duì)自噬調(diào)節(jié)發(fā)揮不同的作用，研究認(rèn)為細(xì)胞核中的p53可以反式激活A(yù)MPK的β1和β2兩個(gè)亞單位以及TSC2，通過(guò)抑制mTOR來(lái)上調(diào)細(xì)胞自噬的水平。p53定位在細(xì)胞質(zhì)時(shí)抑制自噬，其主要的機(jī)制是激活細(xì)胞自噬抑制AMPK的作用、抑制因子mTOR以及p53的直接作用［15］。

3 細(xì)胞自噬與缺血性腦血管病的關(guān)系

最近幾年來(lái)，研究者通過(guò)缺血缺氧動(dòng)物模型和體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬對(duì)神經(jīng)細(xì)胞起保護(hù)性作用，一般認(rèn)為細(xì)胞自噬中可以獲得產(chǎn)生ATP、保證基本代謝的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，細(xì)胞能夠募集Atg8到自噬液泡中以增強(qiáng)自身抵抗外界環(huán)境的能力，通過(guò)這個(gè)過(guò)程能夠幫助促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞存活［16］，另一方面可能促進(jìn)細(xì)胞的死亡［17］。其他一系列的研究中，如Spencer等［18］通過(guò)3-MA抑制細(xì)胞自噬證明能夠能輕微的加強(qiáng)細(xì)胞的死亡；應(yīng)用3-MA可減少神經(jīng)細(xì)胞自噬發(fā)生［19］。Carloni等［20］通過(guò)制作了小鼠腦缺血缺氧模型來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，海馬和大腦皮質(zhì)神經(jīng)元在腦缺血后Beclin-1表達(dá)上調(diào)，在實(shí)驗(yàn)1h后達(dá)高峰。在不同的模擬處理中效果，經(jīng)側(cè)腦室注入自噬激活劑雷帕霉素（rapo-mycin）可顯著上調(diào)Beclin-1表達(dá)，同時(shí)在觀察中發(fā)現(xiàn)海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元死亡顯著減少。而如果在缺血前20min經(jīng)側(cè)腦室注入自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-MA）則會(huì)有相反的效果，可顯著下調(diào)Beclin-1表達(dá)，海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元死亡呈現(xiàn)增多趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞自噬的參與對(duì)神經(jīng)元起保護(hù)作用。

Tizon等人的小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)半胱氨酸蛋白酶抑制劑C（CysC）能夠抑制哺乳動(dòng)物mTOR通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，在整個(gè)過(guò)程中也實(shí)現(xiàn)了對(duì)小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元的保護(hù)，這對(duì)于醫(yī)治缺血性腦血管病，CysC有望在臨床治療中發(fā)揮更大作用［21］。然而，也有研究者在研究中得出相異的結(jié)論，認(rèn)為細(xì)胞自噬在腦缺血后的保護(hù)作用提出了質(zhì)疑，而且不同的結(jié)合差異性很大，其中爭(zhēng)議最大的就是過(guò)度激活的自噬會(huì)引起Ⅱ型細(xì)胞程序性死亡。國(guó)外的研究中有使用成年大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞模型進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)缺血半暗帶區(qū)域的細(xì)胞自噬顯著激活。但是當(dāng)使用自噬抑制劑來(lái)打斷細(xì)胞自噬的時(shí)候，能夠收到良好的效果，能夠減輕大鼠腦水腫，使梗死體積顯著縮小［22］。還有研究者也在自噬基因缺陷大鼠模型來(lái)分析展開(kāi)調(diào)查分析，腦缺血缺氧后細(xì)胞自噬的產(chǎn)生可能會(huì)加重神經(jīng)元損害。KoikeM等人在研究中密切觀察缺血缺氧性損傷后的神經(jīng)元死亡情況，通過(guò)對(duì)照組（正常鼠）和實(shí)驗(yàn)組（Atg7缺失的新生鼠）的對(duì)比發(fā)現(xiàn)自噬基因Atg7表達(dá)陰性的大鼠海馬錐體細(xì)胞自噬受到明顯抑制，同時(shí)海馬區(qū)神經(jīng)元死亡較對(duì)照組明顯減少，由此得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論認(rèn)為實(shí)驗(yàn)組的老鼠更能耐受減少神經(jīng)元的自噬性死亡和凋亡、腦缺血缺氧后的損傷。

有些專家認(rèn)為腦缺血缺氧后細(xì)胞自噬的激活是導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的重要原因，在細(xì)胞輕度缺血情況下，細(xì)胞自噬能夠?qū)ι窠?jīng)起到一定的保護(hù)作用，如果在再灌注或致死性缺血情況下就可能起到相反的作用，在國(guó)外研究者Park等人的實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，他們通過(guò)體外對(duì)細(xì)胞進(jìn)行缺血缺氧預(yù)處理，在結(jié)果中證實(shí)，細(xì)胞自噬在細(xì)胞缺血缺氧癥狀中能夠發(fā)揮雙重的作用。研究認(rèn)為在未給予預(yù)處理的情況下，細(xì)胞自噬具有損害神經(jīng)的作用；在細(xì)胞給予預(yù)處理的情況下，細(xì)胞自噬具有神經(jīng)保護(hù)作用。但是在具體的細(xì)胞自噬對(duì)細(xì)胞缺氧的保護(hù)作用是如何發(fā)生的研究者還沒(méi)有足夠的證據(jù)進(jìn)行論證。

總之，目前研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞自噬在真核細(xì)胞中是一種常態(tài)性的存在，目前的研究者研究主要集中在心腦血管缺血缺氧、缺血再灌注及細(xì)胞程序性死亡等疾病與細(xì)胞自噬的關(guān)系方面。目前研究中取得較大的成就主要集中在自噬的分子機(jī)制和調(diào)控機(jī)制等方面，在其他的細(xì)胞自噬的起源，細(xì)胞自噬的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及細(xì)胞自噬與凋亡、壞死等死亡模式之間的依存、轉(zhuǎn)化關(guān)系等許多問(wèn)題上尚不清楚，仍然存在著很多需要繼續(xù)研究的領(lǐng)域。細(xì)胞自噬的同缺血性腦血管病的內(nèi)在關(guān)系被逐漸的關(guān)注。在缺血性腦血管病中，細(xì)胞自噬是起保護(hù)作用還是損傷作用，仍然沒(méi)有定論，還需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。國(guó)內(nèi)在這方面的研究還較為少見(jiàn)，可能和國(guó)內(nèi)的分子生物學(xué)研究基礎(chǔ)相對(duì)薄弱有關(guān)。目前細(xì)胞自噬作用機(jī)制的更深入研究還有待于進(jìn)一步發(fā)掘，特別需要找準(zhǔn)找到自噬通路中某些關(guān)鍵的靶點(diǎn)，只有打通了這些關(guān)鍵性的研究盲點(diǎn)才能夠逆轉(zhuǎn)某些缺血性腦血管病病人的神經(jīng)功能損害，真正彌補(bǔ)臨床研究的空缺，從而提高患者生活質(zhì)量。

［1］Mijaljica D，Prescott M，Devenish RJ.Autophagy in disease ［J］.Methods Mol Biol，2010，648：79-92.

［2］Axe EL，Walker SA，Manifava M，et al.Autophagosome formation from membrane compartments enriched in phosphatidylinositol 3-phosphate and dynamically connected to the endoplasmic reticulum［J］.J Cell Biol，2008，182（4）：685-701.

［3］Klionsky DJ.The molecular machinery of autophagy：unanswered questions［J］.J Cell Sci，2009，118（7）：7-18.

［4］Simonsen A，Tooze SA.Coordination of membrane events during autophagy by multiple classⅢP13-kinase complexes［J］.J Cell Biol，2009，186（2）：773-82.

［5］杜海磊，邱偉華．細(xì)胞自噬與腫瘤［J］.中國(guó)病理生理雜志，2010，26（2）：401-402.

［6］Scott R C，Juhasz G，Neufeld T P.Direct induction of autophagy by Atg1inhibits cell growth and induces apoptotic cell death［J］.Curr Biol，2007，17（1）：1-11.

［7］Yu L，Alva A，Su H，et al.Regulation of an ATG7-beclin 1 program of autophagic cell death by caspase 8［J］.Science，2008，304（5 676）：1 500.

［8］Pyo J O，Jang M H，Kwon Y K，et al.Essential roles of Atg5 and FADD in cell death：dissection of autophagic cell death into vacuole formation and cell death［J］.J Biol Chem，2005，280 （21）：20 722-20 729.

［9］Luo S，Rubinsztein D C.Apoptosis blocks Beclin 1-dependent autophagosome synthesis：an effect rescued by Bcl-xL［J］.Cell Death Differ，2010，17（2）：268-277.

［10］Djeddi A，Michelet X，Culetto E，et al.Induction of autophagy in ESCRT mutants is an adaptive response for cell survival in C elegans［J］.J CellSci，2012，125（3）：685-94.

［11］Rosello A，Wames G，Meier UC.Cell death pathways and autophagy in the central nervous system and its involvement in neurodegeneration，immunity and central nervous system infection：to die or not to die-that is the question［J］.Clin Exp Immunol，2012，168（1）：52-57.

［12］Sinha S，Levine B.The autophagy effector Beclin-1：a novel BH3-only protein［J］.Oncogene，2008，27（1）：137-148.

［13］Wei Y，Sinha S，Levine B.Dual role of JNK1-mediated phosphorylation of Bcl-2in autophagy and apoptosis regulation ［J］.Autophagy，2008，4（7）：949-951.

［14］Zalckvar E，Berissi H，Mizrachy L，et al.DAP-kinase-mediated phosphorylation on the BH3domain of Beclin-1promotes dissociation of Beclin-1from Bcl-XL and induction of autophagy［J］.EMBO Rep，2009，10（3）：285-292.

［15］Levine B，Abrams J.p53：the Janus of autophagy［J］.Nat Cell Biol，2008，10（6）：637-639.

［16］Ginet V，Puyal J，Clarke PG，et al.Enhancement of autophagic flux after neonatal cerebral hypoxia-ischemia and its regionspecific relationship to apoptotic mechanisms［J］.Am J Pathol，2009，175（5）：1 962-1 974.

［17］Chen Y，McMillan-Ward E，Kong J，et al.Oxidative stress induces autophagic cell death independent of apoptosis in transformed and cancer cells［J］.Cell Death Differ，2008，15（1）：171-182.

［18］Spencer B，Potkar R，Trejo M.Beclin 1gene transfer activates autophagy and ameliorates the neurodegenerative pathology in alpha-synuclein models of Parkinson＇s and Lewy body diseases ［J］.J Neurosci，2009，29（43）：13 578-13 588.

［19］Sadasivan S，Zhang Z，Larner SF.Acute NMDA toxicity in cultured rat cerebellar granule neurons is accompanied by autophagy induction and late onset autophagic cell death phenotype［J］.BMC Neurosci，2010，18（11）：21.

［20］Carloni S，Buonocore G，Balduini W.Protective role of autophagy in neonatal hypoxia-ischemia induced brain injury［J］.Neurobiol Dis，2008，32（3）：329-339.

［21］Tizon B，Sahoo S，Yu H，et al.Induction of autophagy by cystatin C：a mechanism that protects murine primary cortical neurons add neuronal cell lines［J］.PLOS One，2010，5（3）：9 819.

［22］Puyal J，Vaslin A，Mottier V，et al.Postischemic treatment of neonatal cerebral ischemia should target autophagy［J］.Ann Neurol，2009，66（3）：378-389.

（收稿2014-04-11）

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1673-5110（2015）02-0137-02