中樞神經系統損傷中自噬通量相關研究進展

倪貴平 趙志成 沈劍虹

[摘 ? 要] ? 自噬是通過溶酶體途徑降解衰老或受損細胞器的過程，自噬過程又稱為自噬通量，作為一種自我保護機制是細胞正常生長所必需的，對保護細胞免受代謝應激和氧化損傷、維持細胞內環境穩定以及產物的降解和循環再利用具有重要作用。自噬通量受損在中樞神經系統損傷的發生和發展中起著至關重要的作用。本文系統介紹近年來關于創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）和脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）不同中樞神經系統損傷模型中自噬通量的變化、自噬的好壞與自噬通量閾值及其與預后的關系。

[關鍵詞] ? 自噬；自噬通量；中樞神經系統損傷

[中圖分類號] ? R393 [文獻標志碼] ? B [DOI] ? 10.19767/j.cnki.32-1412.2023.03.007

自噬是一種由溶酶體介導的細胞自我消化功能，廣泛存在于真核細胞中。自噬主要有3種形式：微自噬、巨自噬和分子伴侶介導的自噬[1]，通常所說的自噬是指巨自噬。自噬作為一種自我保護機制是細胞正常生長所必需的，對保護細胞免受代謝應激和氧化損傷、維持細胞內環境穩定以及產物的降解和循環再利用具有重要作用。有研究表明，在特定的情況下適當誘導自噬可通過調節細胞內外動態平衡而促進細胞存活，然而自噬水平過度升高會嚴重影響細胞的生長發育，誘導細胞程序性死亡，即自死亡[2]。

自噬通量是指自噬產生和發展的整個過程，包括自噬啟動、隔離膜產生、自噬體形成、自噬溶酶體形成以及包裹物的降解與再循環[3]。上述任何環節受阻，自噬的穩態都會發生紊亂，近年來的研究多以自噬通量而不是自噬小體的多寡來評價自噬水平[4-5]。從自噬通量的角度分析，自噬體增多既可能是因為形成增多，也可能是降解減少，若只是自噬體形成增加，則表示通過該途徑的流量增加，導致自噬體周轉率提高，自噬增強，若只是自噬體降解減少，則表示自噬減弱[5]。

自噬通量涉及多個環節和關鍵蛋白，因此影響中樞神經系統自噬通量功能的因素很多，包括內質網應激、氧化應激和衰老等[6]。神經系統損傷中自噬通量的變化更是復雜，病情輕重、病程長短、藥物干預等都會影響自噬通量的變化。本文主要對不同模型、不同干預措施自噬通量的改變及其與預后的關系的新近研究進行綜述。

1 ? 神經系統損傷后自噬通量的變化

中樞神經系統損傷包括創傷性腦損傷（traumatic brain injuries，TBI）和脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）。在創傷后受損的中樞神經系統中自噬失調，并可能發揮有益或有害的功能。恢復和（或）增強適當的自噬功能，例如通過誘導溶酶體發生，可能是TBI和SCI潛在治療靶點[7-8]。

1.1 ? 脊髓損傷與自噬通量 ? 在大鼠、小鼠、家兔急性脊髓挫傷模型、小鼠神經結扎模型以及大鼠和小鼠慢性脊髓壓迫模型中自噬小體增加[7，9-10]，但是不同動物模型，不同損傷方式和嚴重程度自噬小體大量生成的時間存在差異。LIU等[11]在小鼠SCI模型中發現自噬體標記物LC3-II在損傷后24 h內顯著增加，隨后逐漸降低，而GU等[9]卻發現在SCI后3～7天LC3-II才達到峰值。P62/SQSTM1蛋白隨著自噬小體的降解而減少，因此P62水平通常可以用來近似反映自噬小體的降解率。大多數報道都描述LC3-II和P62在受損脊髓組織中積聚[7，9-10]，表明脊髓損傷后自噬小體的積累可能是由于自噬體的降解受到抑制，即自噬通量受阻。有報道GFP-LC3轉基因小鼠脊髓中度挫傷后自噬通量受阻，并證明GFP-LC3陽性自噬小體和P62在損傷部位附近的同一細胞中積累[12]。盡管自噬的變化在不同損傷模型和損傷嚴重程度間存在差異，但大多數證據表明脊髓損傷后自噬通量受阻。

ZHENG等[13]通過研究動脈瘤夾加壓家兔脊髓挫傷模型發現，Tubasatin A（選擇性HDAC6抑制劑）可促進脊髓損傷小鼠的微管乙酰化和穩定化，減少自噬結構蛋白LC3 II和P62表達，從而恢復自噬通量，提示脊髓損傷后自噬通量的恢復有助于神經元軸突長度的增加。YU等[14]通過原代神經元液壓損傷模型發現神經元損傷后存在自噬通量受阻，還發現神經元自噬存在“調控窗”，在損傷后24 h用PTEN抑制劑bpv進行干預，不僅可抑制損傷后自噬的發生，還可減輕細胞凋亡的發生，這或許可以為神經系統外傷治療提供新的思路。

1.2 ? 腦損傷與自噬通量 ? 在人腦損傷尸檢樣本及腦脊液中，自噬關鍵分子明顯增加[15]。腦損傷后腦組織中P62的積聚與損傷嚴重程度有關，這可能反映自噬通量受阻與預后存在關聯[16]。在老鼠受控皮質撞擊（CCI）模型和液壓沖擊模型中，可以觀察到自噬小體的積聚[17]。這表明與脊髓損傷不同，腦損傷自噬通量的改變可能取決于損傷的嚴重程度[17]。在大鼠CCI模型中，中、重度損傷后自噬啟動無明顯改變，而輕度損傷后在同側皮質中P62減少，同時伴有Beclin 1、ATG5和ATG12增加，表明自噬啟動增強，自噬通量未受損[18]。盡管如此，大多數研究證明重度腦損傷模型中自噬通量確實受阻[16-18]。

類似地，ZHANG等[8]在對大鼠液壓沖擊TBI模型的研究中發現，自噬標記物增加可能起到神經保護作用。此外，已證明自噬誘導劑雷帕霉素可為小鼠TBI后提供神經保護，并降低繼發性損傷的發生率[19]。相反，一項在CCI小鼠模型中使用3-MA抑制自噬的研究發現，自噬途徑參與TBI后病理生理反應，抑制自噬可能有助于減輕創傷性損傷和改善神經功能[20]。對這一矛盾現象的一種解釋是，當自噬通量通暢時自噬可能起到神經保護作用，但當自噬通量受阻時自噬可能起到神經毒性作用[21]。自噬受損的Becn1+/-小鼠P62水平增加，LC3-II水平降低，神經元存活率及神經恢復程度明顯低于野生型小鼠，認為自噬通量受阻對大腦有害；與未接受雷帕霉素干預的野生型小鼠相比，雷帕霉素治療的野生型小鼠神經元存活率和神經恢復程度更高；與未接受雷帕霉素干預的Becn1+/-小鼠相比，雷帕霉素治療的Becn1+/-小鼠神經元存活率無改善，甚至下降，提示當自噬通量不受干擾時自噬具有神經保護作用，但自噬通量受阻時，自噬具有神經毒性[21]。另一種解釋可能是損傷后溶酶體的破裂或滲漏導致細胞死亡[22-23]。腦損傷的嚴重程度和類型可能影響自噬的作用[24]。還有學者認為，自噬被誘導的時間可能決定自噬的神經保護作用[25]。

2 ? 自噬的好壞與自噬通量閾值

2.1 ? 自噬的好壞 ? 自噬在中樞神經系統損傷早期被快速誘導，而且長期存在并影響疾病的發展。關于自噬到底扮演什么樣的角色，存在自噬好壞兩種對立的觀點。一方面可能是由于部分研究忽視了自噬是一個過程，沒有考慮自噬通量，僅從自噬體的多寡來評判自噬水平。自噬不僅有自噬體生成還有溶酶體降解，只有兼顧兩者才能全面評估自噬水平。另一方面可能是因為自噬是多步驟的動態過程，涉及多個系統，影響因素復雜。可能是損傷嚴重程度、損傷模型和損傷后時間點不同等原因，導致自噬通量阻滯程度和環節不同。當損傷程度較輕時，自噬通量尚未發生阻滯，提高自噬可能具有神經保護作用，當損傷嚴重時細胞自噬通量發生阻滯，如促進自噬產生，則無法有效降解底物，導致有害蛋白沉積、炎癥因子析出，反而會損傷細胞。

2.2 ? 自噬通量閾值 ? 為了更直觀評價自噬，有學者提出“自噬通量閾值”概念[25]。自噬通量包括自噬體的生成和降解，自噬體生成和降解的速率是否存在極限值，超過極限值便會誘導細胞自死亡，低于極限值則減少細胞死亡。KAPUY等[26]通過研究外界壓力增加對自噬和凋亡信號的影響，發現在細胞應激過程中，起初的自噬活性增強可以減少細胞凋亡，隨著應激強度的增加，caspase介導的Beclin1裂解，最終導致細胞凋亡，同時伴有自噬減少。這一結果表明確實存在一個自噬水平的最大值和新穩定狀態的時間點。LAMY等[27]在骨髓瘤細胞中發現抑制caspase10會降解bcl-2相關轉錄因子1，自噬活動異常增強，從而導致非凋亡細胞死亡，此時自噬通量明顯超過峰值，因而支持“自噬通量閾值”的存在。

然而，目前無實驗可以判斷確切的自噬通量閾值，“自噬通量閾值”仍只是一個概念。自噬介導的細胞死亡的一個特征就是內質網結構的耗盡和內、外核膜的分離。內質網是自噬體產生的關鍵來源和平臺，它的耗盡可以作為自噬通量的相對指標。LEVINE等[28]推測由于內質網耗盡，外核膜被用作支持自噬小體產生的“最后手段”，內外核膜消失不可避免導致細胞死亡。自噬小體生成過度或降解減少會導致自噬小體蓄積，從而耗盡內質網和核膜，誘導細胞程序性死亡。自死亡是否可以歸因于自噬體生成速率和降解速率的差值過大，這個過大的差值是否就等于“自噬通量閾值”，有待進一步研究。

3 ? 總結與展望

越來越多的證據揭示了自噬和自噬通量在中樞神經系統損傷中的重要作用，然而其中有很多問題目前尚無定論。大多數研究表明，當自噬通量暢通時，將原有水平的自噬向反方向誘導，多數情況下有助于內環境平衡和疾病恢復，當自噬通量受阻時，恢復自噬通量、促進自噬多數情況下有益于疾病預后。更詳細深入地了解不同疾病下自噬通量的變化和自噬水平，對疾病發生和發展的不同時間進行針對性干預，可能有利于疾病預后。此外，目前上市的自噬調節劑如雷帕霉素、氯喹、羥氯喹等缺乏專一性，會產生一些副作用，有必要進一步研發高效、安全的自噬調節劑。

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[收稿日期] 2022-08-31

（本文編輯 ? 王曉蘊）