自噬與細胞因子協同維持肝臟穩態

朱婭梅 王嘉睿 馬世武

細胞自噬(autophagy)是細胞內容物在溶酶體降解的過程中實現物質、能量再循環，是細胞應對各種應激的保護機制。自噬受自噬相關基因(Atg)調控，在人類和酵母菌中已發現30多種Atg協同參與自噬過程。根據自噬體和溶酶體的結合途徑可將自噬分為三類：巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)、分子伴侶介導的自噬(CMA)。肝臟是人體物質代謝、解毒的器官，以維持機體穩態。生理情況下肝細胞的自噬可調節肝細胞穩態。在病理狀態下，不同原因的肝損傷存在壞死、凋亡、焦亡、鐵亡、自噬等不同的死亡方式。新近研究發現，自噬可影響細胞對炎性因子(IL-1β、TNF)的敏感性，影響損傷相關分子模式的釋放，以調節肝臟炎癥，對肝臟起保護作用或促進疾病的進展[1-2]。本文主要探討巨自噬與細胞因子對肝臟穩態的調節作用。

一、自噬參與多種肝臟疾病進程

在特異性敲除小鼠Atg7基因阻斷基礎水平自噬后，肝臟明顯腫大，肝細胞中異常線粒體和過氧化物酶增加，大量泛素化蛋白積聚，導致肝細胞死亡和血清轉氨酶升高。在肝缺血再灌注模型中，自噬水平明顯增加，明顯抑制肝細胞的死亡[3]。在酒精性肝病的研究中，乙醇可以抑制肝細胞內自噬，引起Mallory-Denk小體聚集，使用雷帕霉素人工誘導自噬，減少細胞內Mallory-Denk小體[3]。在非酒精性脂肪性肝病中，自噬可通過降解脂滴、調節胰島素抵抗、調節免疫等功能阻止疾病進程，預防肝纖維化、肝癌等并發癥的發生[4]。在肝癌中，隨著病情的進展，自噬有雙重作用，在腫瘤發生的早期，自噬可以維持正常細胞的基因組穩定，抑制腫瘤進展；在后期，自噬可為癌細胞提供能量，提高生存能力，誘導細胞黏附信號改變，進而促進腫瘤細胞的侵襲和遷移[6]。另有研究發現，索拉非尼通過內質網應激誘導人肝癌細胞凋亡與自噬，自噬的發生弱化了索拉非尼的促凋亡作用，聯合應用自噬抑制劑氯喹可明顯促進腫瘤細胞凋亡[7]。通過系列研究，可以看到自噬在維持肝臟細胞穩態和引起肝細胞損傷中發揮雙刃劍作用。

二、自噬缺陷是肝細胞穩態失調的主要原因

肝細胞的基礎自噬是維持肝臟蛋白質、脂質和細胞器穩態的必要條件[8]。自噬對急、慢性肝損傷都有預防作用，自噬基因的沉默會導致不同表型的肝損傷，對自噬缺陷的小鼠模型的持續觀察，小鼠會表現出復雜的病理學變化，包括肝腫大、炎癥、纖維化、腫瘤的發生，表明自噬缺陷是肝臟穩態失調的主要原因[2]。

三、自噬缺陷與炎癥細胞因子協同參與肝損傷

(一)自噬缺陷使肝細胞對細胞因子IL-1β、 TNF的毒性敏感性增加 近年來研究發現，在正常的肝細胞中IL-1β、TNF并不引起細胞損傷，而自噬缺陷的肝細胞對IL-1β、TNF的損傷敏感性增加，在兩者共存的情況下，有更高的細胞死亡率，以及體內血清學指標的異常；肝細胞自噬可抵抗酒精、半乳糖胺(GalN)和對乙酰氨基酚等毒素導致的肝損傷。在半乳糖胺誘導的肝損傷中，自噬可預防TNF引起的肝細胞損傷和細胞死亡[9]。有研究表明，IL-1β參與了非酒精性和酒精性脂肪性肝炎的病理生理過程，在慢性酒精性肝炎中，受損細胞釋放ATP和尿酸這兩種內源性無菌信號增強了IL-1β的活性，引起炎癥[10]。 在正常的細胞中，IL-1β并不引起明顯的細胞死亡，而在自噬缺陷的細胞或TNF存在的情況下出現細胞損傷， 提示IL-1β誘導的肝損傷可能發生在自噬缺陷或TNF共存的情況；而在自噬缺陷的細胞內，IL-1β、TNF表現出一定的協同作用。

(二)細胞能量失衡引起組織蛋白酶依賴的壞死 在siAtg5細胞中，經IL-1β/ TNF處理后并未發現凋亡相關因子、半胱氨酸蛋白酶、線粒體細胞色素C的釋放， 而在放線菌素D / TNF的作用下存在以上因子參與凋亡， 提示IL-1β/ TNF介導的死亡并未通過TNF導致的線粒體死亡途徑發生凋亡。而進一步使用壞死性凋亡抑制劑處理細胞，證實在自噬缺陷的細胞內，IL-1β/TNF的肝毒性是細胞壞死引起的[2]。與Vec細胞相比，siAtg5細胞經單獨TNF和IL-1β處理有輕度的ATP減少，但在兩種細胞內，IL-1β/TNF的協同處理則導致ATP大量減少。通過補充丙酮酸或油酸，可顯著減少IL-1β/TNF誘導的siAtg5細胞死亡。通過ATP的耗竭會導致溶酶體通透性改變，水解酶(組織蛋白的釋放)引起細胞死亡。在IL-1β/TNF處理的siAtg5細胞的組織蛋白酶B和L活性增加，而組織蛋白酶抑制劑可阻止siAtg5細胞死亡，在組織蛋白酶相關基因去除后，細胞死亡水平明顯降低。另一項研究表明，TNF-α相關的溶酶體通透性是組織蛋白酶B依賴的；而鞘氨醇與組織蛋白酶B的活性有關，通過用靶向鞘氨醇或促進鞘氨醇產生的神經酰胺酶抑制組織蛋白酶B的活性，或使用溶酶體穩定劑可以抑制TNF介導的肝細胞凋亡[11]。而在體內實驗中，在IL-1β/ TNF處理的Atg5Δhep小鼠肝臟中檢測到組織蛋白酶B和L，用組織蛋白酶抑制劑可以減輕小鼠血清ALT和TUNEL水平。這些研究表明，IL-1β/ TNF處理的siAtg5細胞ATP失衡可引起溶酶體依賴的壞死。

(三)自噬缺陷促進DAMPS的釋放，調節肝臟炎癥 經IL-1B/TNF處理的Atg5Δhep小鼠，IL-16、干擾素、cox-2的水平明顯增加，提示肝細胞自噬缺陷可放大炎癥效應。 經IL-1β/TNF處理的siAtg5細胞外囊泡(EV)中檢測到DAMPs高遷移率族1(HMGB1)和熱休克蛋白90(HSP90)，而Vec細胞不存在。將野生型庫普弗細胞暴露于IL-1β/ TNF處理的siAtg5細胞EV中，庫普弗細胞促炎基因和Cox2的mRNA水平顯著提高[2]。因此，在自噬減少的細胞在IL-1β/TNF應答時DAMP分泌，擴大炎癥反應，表明自噬可通過調節細胞因子而調節肝細胞炎癥。

IL-1β在自噬缺陷、與TNF共存的情況下介導肝細胞死亡路徑。目前的研究對增加自噬和肝臟疾病(例如脂肪性肝炎)治療的療法開辟了新視角，將來仍需進一步研究正常情況及肝臟疾病狀態下肝細胞自噬和炎癥的關系。