細(xì)胞自噬與缺血性腦血管病

孫李晴 張智博南華大學(xué)附屬長沙醫(yī)院 長沙 410005 長沙市第一醫(yī)院 長沙 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)附屬長沙醫(yī)院 長沙 410005 2）長沙市第一醫(yī)院 長沙 410005

細(xì)胞自噬是胞漿內(nèi)長壽命蛋白質(zhì)或過表達、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)，如果能夠通過對細(xì)胞自噬分子機制的深入研究來尋找治療缺血性腦血管病的相關(guān)方法，無疑能夠拓展研究的面向。為了更好地將研究成果運用臨床，本文對目前的研究相關(guān)的研究進行了總結(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)長壽命蛋白質(zhì)或過表達、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，在自噬的過程中通過部分的細(xì)胞死亡實現(xiàn)了自我保護。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)該是比利時科學(xué)家ChristiandeDuve，早年20世紀(jì)的60年代的溶酶體國際會議，他就指出細(xì)胞自噬是因為一些需降解的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器等胞漿成分被包裹，并最終運送至溶酶體降解的過程，這個過程之后會產(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。同時隨著近年來多個實驗的證明，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。最近幾年研究者對細(xì)胞自噬的發(fā)生機制給予了關(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大分子自噬的研究，因為在真核細(xì)胞中最常見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)成為了我國重要的公共衛(wèi)生問題和難題，給患者及其家庭和社會帶來沉重的經(jīng)濟與精神負(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)，如果能夠通過對細(xì)胞自噬分子機制的深入研究來尋找治療缺血性腦血管病的相關(guān)方法，無疑能夠拓展研究的面向，更好地將研究成果運用臨床。筆者通過檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)的相關(guān)文獻相對較少，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。在外文文獻庫的檢索中發(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行綜述。

1 細(xì)胞自噬的相關(guān)機制研究

細(xì)胞自噬是生物進化中的一個保守過程，細(xì)胞自噬的相關(guān)反應(yīng)機制是國內(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］。在形成的整個過程中，自噬前體的雙層膜結(jié)構(gòu)上會附集到細(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，進而形成自噬體。同時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，從而進一步的形成杯狀分隔膜，包繞被降解物形成自噬前體［4］，無論是在選擇性細(xì)胞自噬過程中，還是非選擇性自噬的過程中，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送至細(xì)胞的溶酶體，形成自噬溶酶體，進入到了細(xì)胞自噬體內(nèi)容物的降解過程中，過程中被溶酶體內(nèi)的酶系統(tǒng)降解成小分子有機物，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)時引起的細(xì)胞死亡，可以通過促進凋亡來實現(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），死亡受體信號分子（TRAIL和FADD），鞘脂（sphingolipid），神經(jīng)酰胺二糖（ceramide）等凋亡活動的調(diào)節(jié)因子，對凋亡和自噬均有抑制作用。自噬不僅可促進凋亡，而且抑制自噬基因也會促進營養(yǎng)缺乏的哺乳動物細(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，發(fā)現(xiàn)Atg1高表達對控制細(xì)胞生長具有顯著的作用，其所誘導(dǎo)的自噬可使細(xì)胞明顯縮小，這樣通過誘發(fā)凋亡而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的。

2 細(xì)胞自噬的信號調(diào)控分子機制

在細(xì)胞自噬的過程中信號調(diào)控分子發(fā)揮著重要的作用，具體看來主要包括兩個類別，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)報道m(xù)TOR激酶能夠幫助調(diào)節(jié)細(xì)胞生長，如上游整個信號轉(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)胞自噬研究相對充分的，主要集中在以下幾個方面。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)解中主要是通過其BH3結(jié)構(gòu)域白BCL-2基因的相互作用來實現(xiàn)［12］。研究認(rèn)為饑餓時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對自噬的雙重調(diào)節(jié)作用也是研究者關(guān)注的熱點所在，對自噬調(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β2兩個亞單位以及TSC2，通過抑制mTOR來上調(diào)細(xì)胞自噬的水平。p53定位在細(xì)胞質(zhì)時抑制自噬，其主要的機制是激活細(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，研究者通過缺血缺氧動物模型和體外細(xì)胞培養(yǎng)實驗發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬對神經(jīng)細(xì)胞起保護性作用，一般認(rèn)為細(xì)胞自噬中可以獲得產(chǎn)生ATP、保證基本代謝的營養(yǎng)物質(zhì)，細(xì)胞能夠募集Atg8到自噬液泡中以增強自身抵抗外界環(huán)境的能力，通過這個過程能夠幫助促進神經(jīng)細(xì)胞存活［16］，另一方面可能促進細(xì)胞的死亡［17］。其他一系列的研究中，如Spencer等［18］通過3-MA抑制細(xì)胞自噬證明能夠能輕微的加強細(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］通過制作了小鼠腦缺血缺氧模型來進行實驗，在實驗中發(fā)現(xiàn)，海馬和大腦皮質(zhì)神經(jīng)元在腦缺血后Beclin-1表達上調(diào)，在實驗1h后達高峰。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，同時在觀察中發(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）則會有相反的效果，可顯著下調(diào)Beclin-1表達，海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元死亡呈現(xiàn)增多趨勢。實驗證明細(xì)胞自噬的參與對神經(jīng)元起保護作用。

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）能夠抑制哺乳動物mTOR通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，在整個過程中也實現(xiàn)了對小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元的保護，這對于醫(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作用提出了質(zhì)疑，而且不同的結(jié)合差異性很大，其中爭議最大的就是過度激活的自噬會引起Ⅱ型細(xì)胞程序性死亡。國外的研究中有使用成年大鼠大腦中動脈閉塞模型進行了分析，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)使用自噬抑制劑來打斷細(xì)胞自噬的時候，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分析展開調(diào)查分析，腦缺血缺氧后細(xì)胞自噬的產(chǎn)生可能會加重神經(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，通過對照組（正常鼠）和實驗組（Atg7缺失的新生鼠）的對比發(fā)現(xiàn)自噬基因Atg7表達陰性的大鼠海馬錐體細(xì)胞自噬受到明顯抑制，同時海馬區(qū)神經(jīng)元死亡較對照組明顯減少，由此得出實驗結(jié)論認(rèn)為實驗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，在國外研究者Park等人的實驗中得到了驗證，他們通過體外對細(xì)胞進行缺血缺氧預(yù)處理，在結(jié)果中證實，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)保護作用。但是在具體的細(xì)胞自噬對細(xì)胞缺氧的保護作用是如何發(fā)生的研究者還沒有足夠的證據(jù)進行論證。

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制和調(diào)控機制等方面，在其他的細(xì)胞自噬的起源，細(xì)胞自噬的信號轉(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)胞自噬是起保護作用還是損傷作用，仍然沒有定論，還需要進一步的研究證實。國內(nèi)在這方面的研究還較為少見，可能和國內(nèi)的分子生物學(xué)研究基礎(chǔ)相對薄弱有關(guān)。目前細(xì)胞自噬作用機制的更深入研究還有待于進一步發(fā)掘，特別需要找準(zhǔn)找到自噬通路中某些關(guān)鍵的靶點，只有打通了這些關(guān)鍵性的研究盲點才能夠逆轉(zhuǎn)某些缺血性腦血管病病人的神經(jīng)功能損害，真正彌補臨床研究的空缺，從而提高患者生活質(zhì)量。

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（收稿2014-04-11）

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1673-5110（2015）02-0137-02