細胞自噬在動物病毒侵染增殖中的研究

孟凡娟，張廣成，尹文娟，王麗燕

（天津師范大學生命科學學院天津市動植物抗性重點實驗室，天津300387）

自噬是細胞的主要代謝通路，其過程通過溶酶體降解，并對細胞內部的細胞器以及部分蛋白具有回收作用，用于實現細胞內部能量的再次循環，在維持細胞內穩態以及細胞健康方面起著重要作用。目前，已有30多個基因被鑒定為酵母自噬調控過程中的關鍵基因，被稱為atg(自噬相關基因），其中許多基因在哺乳動物中有同源基因，根據自噬途徑不同階段的表達和參與程度而被分類[1]，并通過包括自噬體和自噬溶酶體的形成等多種機制嚴格調控細胞自噬[2]。在真核細胞內，依據吞噬物進入溶酶體的路徑，自噬主要分為巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）和分子伴侶介導的自噬（chapeonmediatedautophagy）三類[3]。自噬不僅是保持胞內穩態的一個平衡機制，還通常作為一種應對外界各種刺激的防御機制，可以作為對細胞內病原體的天然免疫和適應性免疫的反應，通過自噬達到清除病毒的作用，但有些病毒在與細胞博弈的過程中會進化出一系列逃逸甚至利用自噬的機制[4]。

1 病毒與自噬

作為真核細胞早期的保護防御機制，細胞自噬可用于清除胞內病原體，例如水泡性口炎病毒（VSV）的復制過程可被病毒誘導的自噬有效抑制[5]。但某些RNA病毒具有快速進化以應對宿主細胞免疫作用的能力[6]，例如柯薩奇病毒B3（CVB3）、丙型肝炎病毒（HCV）、乙型腦炎病毒（JEV）均進化出各種不同的機制來逃避細胞自噬，更有甚者會利用自噬來增強病毒的增殖[7-10]。而自噬機制的激活是否能促進病毒復制，取決于病毒類型[11-12]和感染的細胞類型。

2 病毒誘導自噬發生

2.1 病毒通過內質網應激反應引發自噬

內質網對于細胞內能量變化、鈣離子濃度的異常等現象具有一定的應激反應[13]。當細胞受到不同程度的刺激后，內質網腔內部環境遭到破壞，使其細胞功能發生變化，引起折疊錯誤的蛋白質在內質網發生聚集，即內質網應激（ERS）[14]，并激活未折疊蛋白反應（UPR）信號通路以保護由ERS所引起的細胞損傷，恢復細胞的正常功能[15]。內質網應激具有三條信號通路，分別為RE1-XBP1通路、PERK-eIF2α通路及ATF6通路[16]，介導信號通路的應激轉導因子分別為肌醇需求酶1（IRE1）、PKR樣ER蛋白激酶（PERK）、激活轉錄因子6（ATF6）。在應激條件過強或ERS長期未得到良好解決的情況下細胞凋亡程序終將被激活[17]。

已有文獻報道發現，乳腺癌細胞在經衣霉素藥物處理后可通過內質網應激通路（IRE1-JNK-Beclin1）對自噬的水平起到上調作用[18]；而對丙型肝炎病毒（HCV）對自噬的誘導機制的研究中發現，丙型肝炎病毒通過激活ATF6途徑引起內質網應激并激活UPR引號通路，最終自噬基因LC3-Ⅱ的表達得以上調從而促進自噬的水平[19]；同時已有實驗證實在IFN-γ依賴的自噬誘導中，ATF6是死亡相關蛋白激酶1（DAPK1）表達得以上調的關鍵因子[20]，并利用UPR信號通路-自噬途徑逃避先天免疫。

2.2 病毒通過受體途徑引發自噬

最近的許多研究將焦點集中于自噬在病毒感染中的作用即自噬可能提供了一種抵御入侵病毒的防御機制[21]，一些病毒在進化過程中獲得了利用自噬的能力，從而利于自身的復制[22]。病毒誘導細胞凋亡的研究最早見于Ezoe等[23]的報道，通過能產生Cyt/Dey的腺病毒突變體感染細胞后發現，伴隨著宿主和病毒DNA的降解細胞迅速死亡。自此以后，越來越多的研究表明病毒具有誘導細胞凋亡的能力，說明這是病毒感染過程中的普遍現象。病毒的病原相關分子模式PAMP可被細胞內的模式識別受體（PRRs）識別并結合，誘導的自噬影響PRR信號通路，利于病毒與細胞表面受體進行結合，進一步病毒的復制產生影響作用。

多種病毒與存在于細胞表面的受體CD46進行不同程度的結合作用從而誘導自噬的發生，如麻疹病毒（MeV）囊膜糖蛋白HN[24]、HBV的產物X蛋白（HBX）[25]均通過與CD46受體的結合激活自噬的法發生。另外，Dreux等人[26]的研究表明，流感病毒的入侵過程也受到PI3K-Akt信號通路的調控。另外還有很多病毒，如柯薩奇B3病毒（Coxsackievirus B3，CVB3）、風疹病毒（Rubella virus，RV）的侵染都是通過PI3K-Akt信號通路誘導自噬的發生。除RNA病毒外，DNA病毒的侵染也受到PI3K-Akt信號通路的調控，如抑制該通路的活性，牛痘病毒（Vaccinia virus）的增殖水平有所降低[27]。

3 病毒抑制自噬過程

一般而言，病毒侵染宿主細胞后會引發自噬。對某些病毒種類來說，自噬的發生會起清除病毒的作用，因此為了躲避細胞自噬的作用，某些病毒通過阻斷自噬的發生或阻斷自噬的過程以調控自噬機制，從而進化出了一些對策來抑制細胞的自噬。

它們容易誘發不完全的自噬即在自噬發生后阻礙自噬小體與溶酶體的融合致使病毒利用自噬小體進行自身的復制增殖[28]。在對流感病毒的研究中發現，流感病毒的M2蛋白刺激自噬體形成的初始階段，但抑制自噬體-溶酶體融合的終末階段而導致產生大量自噬體，在此研究發現的基礎上進行進一步的研究發現，流感病毒M2蛋白與Beclin-1具有結合能力從而阻斷自噬溶酶體的成熟[29]。Beclin-1是自噬重要參與蛋白，通過與蛋白分子的結合對細胞自噬進行正調節或者負調節[30]。目前有研究表明，皰疹病毒屬卡波西肉瘤病毒（KSHV），小鼠γ皰疹病毒68（γHV 68）和HSV-1均可編碼蛋白，通過結合beclin-1進而阻礙beclin-1-Vps34的作用，對自噬的啟動產生抑制作用[31]。除了與Beclin-1靶蛋白作用之外，病毒還存在很多不同的機制用于抑制細胞自噬，HIV-1進入細胞后可激活mTOR通路，從而抑制自噬過程[32]。

另外也有研究報道，某些病顯示在自噬被激活后對自噬體的降解產生抑制作用，如乙肝病毒[33]、丙肝病毒[34]。不同的病毒進化出不同的方法用以抑制自噬體的降解，HPIV 3病毒感染通過抑制自噬體-溶酶體融合來阻止自噬體的降解，而使病毒的增殖得已提高[35]；T細胞白血病通過Tax蛋白阻斷自噬小體與溶酶體的融合，通過增加自噬小體的積累用于促進病毒的復制[36-37]，采用相同機制的還有MeV[38]。此外，對脊髓灰質炎病毒的研究表明，當自噬體與質膜融合時自噬體內的病毒離子可以直接進行釋放[39]。

4 討論

細胞自噬是真核細胞中的生物學行為，是一種高度保守的細胞內蛋白質再循環機制，作為重要的物質降解過程，其分子細胞機理和生理病理意義逐漸得到重視[40]。隨著對自噬的深入研究發現，自噬在病原體侵入宿主細胞的過程中發揮的作用不容小覷，既可識別病原物入侵也可清除細胞內病原物質，在調節和控制固有免疫適應性免疫應答過程中起重要作用。病毒入侵誘導自噬產生的方式大致可分為兩種：（1）受體配體互作，包括膜表面受體和胞內的模式識別受體（PRRs）；（2）胞內壓力的產生，包括內質網應激以及ROS水平上調等。目前有很多報道表明病毒與自噬具有雙向調節的功能，這可能是由于病毒本身結構和感染病毒粒子數量差異導致其誘導通路不同所致，也可能是由于機體免疫系統在與病毒對抗過程中出現的逆轉造成的。綜合現在已有的研究報道，發現病毒侵染宿主后大多會以自噬小體作為病毒增殖的平臺而誘導不完全的自噬。盡管不同的病毒誘發自噬發生的機制不盡相同，但在病毒感染初期誘導自噬的發生后都會抑制自噬溶酶體的形成，從而促進病毒的增殖。那么，針對不同的病毒采取特定的方法對自噬進行調控將有利于控制病毒的增殖從而達到控制病毒感染的目的。總之，隨著對病毒與自噬關系研究的不斷深入，將會越來越多地了解這方面的知識，為最終控制病毒感染找到有效的措施。