細(xì)胞自噬在機(jī)體免疫防御中識(shí)別范文

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《中國免疫學(xué)雜志》2015年第十一期

細(xì)胞自噬(Autophagy)是通過細(xì)胞質(zhì)中的酸性溶酶體對(duì)異常細(xì)胞器、蛋白質(zhì)以及病原體的吞噬、降解，從而形成一種胞內(nèi)環(huán)境分解代謝的平衡機(jī)制。細(xì)胞自噬對(duì)機(jī)體的保護(hù)與防御尤為重要，特別在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要的生物學(xué)作用，是鏈接先天性免疫與適應(yīng)性免疫的重要組成部分。當(dāng)抗原表達(dá)時(shí)，細(xì)胞自噬還可通過先天免疫與適應(yīng)性免疫的交叉途徑而潛在的獲得抗原，并在胸腺中調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞的克隆，除此以外，樹突細(xì)胞交叉激活CD8+T細(xì)胞，促進(jìn)淋巴細(xì)胞尤其是T細(xì)胞的存活，骨髓B細(xì)胞發(fā)育以及細(xì)胞因子的產(chǎn)生。細(xì)胞自噬是細(xì)胞饑餓或低氧等不良條件下的應(yīng)激反應(yīng)，是眾多應(yīng)激反應(yīng)中第一個(gè)被描述的，可以說自噬形成了最古老的免疫防御。在真核細(xì)胞早期演化的活動(dòng)中細(xì)胞自噬可能是保護(hù)細(xì)胞質(zhì)免受外來生物侵入的重要途徑，這種原始免疫功能進(jìn)化的殘余物可以觀察到自噬能有效地去除線粒體。應(yīng)對(duì)復(fù)雜的環(huán)境與脊椎動(dòng)物的自身免疫系統(tǒng)疾病，自噬發(fā)揮了很多方面的作用，是一個(gè)真正的監(jiān)管機(jī)制和免疫系統(tǒng)效應(yīng)器。

1細(xì)胞自噬的有效機(jī)制

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中多個(gè)自噬途徑(微小細(xì)胞自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬)存在退化模式，只有巨自噬(以下簡(jiǎn)稱為“自噬”)有明確的免疫作用。自噬溶酶體不像蛋白酶，降解泛素標(biāo)記的短鏈蛋白，自噬可以去除大的蛋白質(zhì)聚合物和整個(gè)細(xì)胞器，傳遞到溶酶體。細(xì)胞自噬相關(guān)蛋白(Autophagy-relatedgeneproduct，Atg)控制吞噬并把目標(biāo)吞噬到雙層囊泡中，稱為自噬體，之后與溶酶體融合，從而形成一個(gè)單膜的自溶酶體。而這里的腔內(nèi)容物消化再生返回給細(xì)胞質(zhì)重新利用。自噬起始時(shí)，活化的UNC-51-樣激酶(ULK)(在酵母中稱為Atg1)與Ⅲ型的磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)hVPS34、Beclin1和Atg14一起，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成隔離膜。hVPS34產(chǎn)生磷脂酰肌醇3-磷酸(PI3P)招募PI3P-結(jié)合效應(yīng)因子WIPI-1和WIPI-2，有利于進(jìn)一步形成隔離膜［1］。微管相關(guān)的輕鏈3(LC3)，產(chǎn)生兩個(gè)蛋白共軛系統(tǒng)和自噬體原型標(biāo)志，隨后新生的自噬體被拉長(zhǎng)。共軛結(jié)合物Atg-5-Atg-12結(jié)合Atg16L1形成E3樣酶，有助于LC3與共軛腦磷脂(PE)形成LC3-PE(也簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)C3-Ⅱ)。Atg5-Atg12-Atg16L1復(fù)合物也有利于定位第二共軛體系的隔離膜。LC3首先被Atg7激活，然后通過Atg3到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工。之后LC3-Ⅱ可以插入隔離膜并促進(jìn)其伸長(zhǎng)成一個(gè)封閉雙膜的自噬體。最后，自噬體融合晚期內(nèi)體或溶酶體細(xì)胞器，以形成終端消化室。

2先天免疫中的細(xì)胞自噬

在先天免疫中，自噬有助于模式識(shí)別受體下游的效應(yīng)反應(yīng)，繼而促進(jìn)吞噬作用和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。

2.1自噬與模式識(shí)別受體模式識(shí)別受體(Patternrecognitionreceptor，PRR)是一組先天受體，其通過對(duì)外源微生物特定基序來確定檢測(cè)入侵的病原體。這些基序被統(tǒng)稱為病原體相關(guān)分子模式(Pathogen-associatedmolecularpattern，PAMP)，并且當(dāng)他們結(jié)合同源PRR的同時(shí)也刺激了無數(shù)的效應(yīng)反應(yīng)。Toll樣受體(TLRs)是一組與PRRs緊密相連的自噬途徑。在脂多糖(LPS)刺激后TLR4能夠誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞的自噬。LPS刺激TLR4的結(jié)果表明，細(xì)胞自噬可以增加結(jié)核分枝桿菌細(xì)胞間隙［7］。自噬不僅充當(dāng)TLR下游信號(hào)，而且在TLRs識(shí)別PAMPS中也發(fā)揮作用。Lee等的研究表明，自噬能夠在漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞(pDCs)中為TLR7提供病毒配體，且能誘導(dǎo)感染水泡性口炎病毒和仙臺(tái)病毒后的機(jī)體產(chǎn)生Ⅰ型干擾素。NOD樣受體(NLRs)是一組先天受體，負(fù)責(zé)感應(yīng)胞內(nèi)細(xì)菌，代表第二類PRRS并且鏈接自噬。自噬也可以充當(dāng)RIG樣受體(RLRS)介導(dǎo)病毒檢測(cè)的下游通路。Tormo等［9］人的結(jié)果表明，用dsRNA模擬聚肌苷胞苷酸，通過RLRMDA-5治療，能夠在黑色素細(xì)胞中誘導(dǎo)自噬，導(dǎo)致自噬依賴性細(xì)胞死亡。多個(gè)研究表明自噬負(fù)調(diào)控RLRS，自噬在通過PRRS感染的途徑下，呈現(xiàn)出復(fù)雜的調(diào)節(jié)作用，在某些情況下，通過RLRS對(duì)病毒識(shí)別的處理，可有效調(diào)節(jié)和清除細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌，但其功能上卻以被動(dòng)形式存在。

2.2自噬和細(xì)菌處理雖然自噬經(jīng)典定義為無針對(duì)性大批量降解途徑，自噬的形式卻演變?yōu)榫哂羞x擇性，如線粒體(線粒體自噬)，過氧化物酶(過氧化物自噬)和胞內(nèi)細(xì)菌(異體吞噬)持續(xù)在細(xì)胞質(zhì)中躲過了內(nèi)吞途徑。自噬是由稱為P62(又稱為SQSTM1)的中央接頭器蛋白質(zhì)介導(dǎo)，識(shí)別細(xì)菌的聚泛素，并且通過其LC3相互作用區(qū)(LIR)鏈接到LC3陽性吞噬泡，攝取胞內(nèi)細(xì)菌。通過這種方式，自噬體靶向定位胞內(nèi)病原體李斯特菌。在這種細(xì)胞中，P62識(shí)別被多聚泛素標(biāo)記的李斯特菌，反過來又結(jié)合LC3，在細(xì)菌表層形成多聚泛素-P62-LC3從而允許自噬體吞噬。自噬能促進(jìn)B細(xì)胞融合，促進(jìn)卡介苗空泡與溶酶體的融合，從而殺滅分枝桿菌。結(jié)核分枝桿菌、沙門氏菌、幽門螺旋桿菌的吞噬體的相關(guān)研究證明，自噬是破壞胞內(nèi)細(xì)菌的替代方法［12-15］。大多數(shù)細(xì)菌特異性自噬包括胞內(nèi)細(xì)菌的捕獲，同時(shí)也可以消除胞內(nèi)細(xì)菌。Yuan等的研究表明，假單胞菌屬能誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞株MH-S自噬。中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(NETs)是由外染色質(zhì)構(gòu)成的，通過中性粒細(xì)胞的釋放，促進(jìn)細(xì)胞死亡的過程，區(qū)別于細(xì)胞凋亡和壞死。Itakura等［17］對(duì)NET形成自噬的重要性進(jìn)行了驗(yàn)證，表明自噬可誘發(fā)或抑制NET形成且是調(diào)節(jié)NET功能的重要因素。

2.3自噬和細(xì)胞因子自噬只有在細(xì)胞因子和免疫相關(guān)的細(xì)胞表面受體的調(diào)控下才能發(fā)揮作用，且在各種促炎性細(xì)胞因子的生物合成和分泌中也發(fā)揮積極作用。IFN-γ是一類強(qiáng)效的Th1類自噬誘導(dǎo)劑，而Th2細(xì)胞IL-4和IL-13對(duì)其具有抑制作用。LPS刺激ATG16L1缺陷型巨噬細(xì)胞，IL-1β和IL-18的分泌都增加［4］。多種細(xì)胞因子在自噬缺乏時(shí)分泌增加，Atg5fl/flLysM-Cre重組小鼠感染結(jié)核分枝桿菌較野生小鼠，IL-1α、IL-12、IL-17和CXCL1分泌量增加［18］，TNF-α和IL-6的分泌亦受自噬的調(diào)控。用3-MA抑制自噬或敲除beclin1基因和ATG7，從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞與DC分泌的IL-1α、IL-1β和IL-23，這反過來又增強(qiáng)了γδT細(xì)胞的IL-17、IFN-γ和IL-22。

3獲得性免疫的自噬

3.1自噬與抗原呈遞抗原提呈是指有效地參與并提供抗原到主要組織相容性復(fù)合體(MHC)分子的途徑，往往需要細(xì)胞因子和細(xì)胞器之間復(fù)雜的相互作用。自噬在傳統(tǒng)的MHCⅠ類途徑中，通過高爾基體裝載到MHCⅠ類分子的細(xì)胞表面并在表達(dá)之前進(jìn)行抗原加工(TAP)，蛋白酶體加工相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)成肽運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)。自噬涉及MHCⅠ類呈遞的另一種途徑，存在于樹突細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，稱為交叉呈遞。交叉呈遞，MHCⅠ類分子通常會(huì)通過MHCⅡ類途徑形成通路提供細(xì)胞外源抗原，從而誘導(dǎo)的CD4+T細(xì)胞免疫應(yīng)答。通過這個(gè)機(jī)制CD8+T細(xì)胞可以對(duì)外源性抗原和吞噬成分進(jìn)行免疫應(yīng)答［21］。CD4+T細(xì)胞識(shí)別MHCⅡ類分子表達(dá)于專職抗原呈遞細(xì)胞(APC)和上皮細(xì)胞上的抗原。與通過蛋白酶體產(chǎn)生的內(nèi)源性MHCⅠ類肽不同，外源抗原在胞質(zhì)溶膠中的溶酶體內(nèi)被溶酶體蛋白酶降解并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中轉(zhuǎn)運(yùn)到MHCⅡ類隔室(MHCs)，裝配載成MHCⅡ分子。溶酶體系統(tǒng)在MCHⅡ類分子中有突出作用，并聯(lián)系著自噬的抗原遞呈。自噬體輸送物質(zhì)到溶酶體，是胞內(nèi)MHCⅡ類抗原的重要來源。最近研究報(bào)道DCs中從MHCs發(fā)出，形成自噬體樣結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)同時(shí)參與抗原處理以及自噬體標(biāo)志物L(fēng)C3和Atg16L1的分子機(jī)制。自噬的一種特殊形式細(xì)胞APCs，對(duì)特定抗原進(jìn)行呈遞時(shí)，自噬又進(jìn)一步增加遞送抗原的MHC分子的復(fù)雜性。

3.2T細(xì)胞中的自噬自噬可以通過影響細(xì)胞表位的呈現(xiàn)，從而影響隨后的T細(xì)胞應(yīng)答的性質(zhì)與強(qiáng)度，因此認(rèn)為自噬作用是T細(xì)胞活化的重要調(diào)節(jié)器。雖然較小細(xì)胞的胞漿有限，但T細(xì)胞也進(jìn)行自噬和自噬基因的表達(dá)。在小鼠和人的CD4+和CD8+T細(xì)胞進(jìn)行低水平自噬，并且可以隨著TCR刺激［24，26］和HIV感染而在體外誘導(dǎo)。小鼠胸腺的皮質(zhì)胸腺上皮細(xì)胞(cTECs)上已經(jīng)觀察到高水平的自噬，并表明自噬在T細(xì)胞的發(fā)育和選擇上有作用。基質(zhì)中Thymi(胸腺嘧啶)缺失Atg5表現(xiàn)出特異性CD4+T細(xì)胞的多器官炎癥，表明自噬在T細(xì)胞中具有選擇性與中樞耐受性，但觀察到CD8+T細(xì)胞的選擇性沒有任何變化。一些遺傳模型系統(tǒng)已經(jīng)被用來研究體內(nèi)自噬在T細(xì)胞中的特定角色，例如在Atg5－/－胎兒肝臟嵌合體，Atg7flox/floxLck-Cre和Vps34flox/floxCD4－Cre自噬缺陷小鼠中，T細(xì)胞在胸腺內(nèi)正常發(fā)育，但外周血中的T細(xì)胞失去自噬的效果更明顯。在T細(xì)胞特異性缺失的Atg5－/－，ATG7－/－，ATG3－/－和VPS34－/－小鼠脾臟和淋巴結(jié)中T細(xì)胞數(shù)減少，與此同時(shí)觀察到Atg5－/－，ATG7－/－和VPS34－/－細(xì)胞凋亡水平的增加，激活后T細(xì)胞也不能有效地增殖。這些缺陷的出現(xiàn)來源于自噬缺陷的T細(xì)胞調(diào)節(jié)細(xì)胞器質(zhì)量的控制。最近發(fā)現(xiàn)自噬能夠調(diào)節(jié)T細(xì)胞的能量代謝，T細(xì)胞活化中溶酶體抑制劑阻斷自噬，抑制ATP的增加。胸腺早期發(fā)展的iNKT(階段0)，小鼠的特異性缺失VPS34的T細(xì)胞表現(xiàn)出阻斷作用［31］。同樣的研究也報(bào)道了自噬在FOXP3+Treg細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和功能上起至關(guān)重要的作用，表明自噬的影響力在T細(xì)胞生物學(xué)中延伸到多個(gè)方向。

3.3B細(xì)胞的自噬Miller等［32］采用Atg5－/－Rag－/－小鼠和特異性Atg5vB細(xì)胞缺失小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)自噬缺陷B祖細(xì)胞無法在骨髓B祖細(xì)胞和前B細(xì)胞之間過渡，表明自噬是B細(xì)胞發(fā)育的必要條件。與T細(xì)胞相同，當(dāng)自噬受到周圍環(huán)境的影響，B細(xì)胞也隨之受到嚴(yán)重影響。而缺失Atg5的B細(xì)胞小鼠表現(xiàn)為B-1a中的B細(xì)胞動(dòng)態(tài)平衡。體外LPS刺激缺陷型Atg5的B細(xì)胞能有效地分化成漿細(xì)胞(PCs)，表現(xiàn)出正常的增殖、細(xì)胞腫大和CD138的表達(dá)。

4結(jié)語

現(xiàn)在我們知道，自體吞噬與免疫系統(tǒng)有很重要的聯(lián)系，并且免疫系統(tǒng)的許多方面依賴于自噬的調(diào)控和一些效應(yīng)功能的介導(dǎo)。先天免疫系統(tǒng)最為明顯，并且自噬在固有免疫和適應(yīng)性免疫中抗原加工和呈遞途徑上起支點(diǎn)作用。但對(duì)于MHCⅠ類的自噬不是很清楚。在適應(yīng)性免疫中，自噬是淋巴細(xì)胞體內(nèi)平衡必不可少的。相比其他免疫細(xì)胞，自噬可應(yīng)對(duì)ROS的水平增加;或者在免疫細(xì)胞中，自噬相關(guān)的細(xì)胞器具有相對(duì)寬泛的動(dòng)態(tài)平衡。在淋巴細(xì)胞感染反應(yīng)中，我們隊(duì)B細(xì)胞的自噬進(jìn)行了描述，而對(duì)于T細(xì)胞的自噬仍然缺乏了解。在B細(xì)胞中，我們?cè)诹馨图?xì)胞感染反應(yīng)中開始描述自噬的作用，而對(duì)于T細(xì)胞的自噬仍然缺乏了解。T細(xì)胞會(huì)以何種自噬途徑降解方式來應(yīng)對(duì)抗原?T細(xì)胞利用自噬蛋白的新作用仍然未被發(fā)現(xiàn)。通過操縱自噬以便有效地調(diào)節(jié)先天免疫系統(tǒng)的能力，表明在適應(yīng)性免疫設(shè)定中針對(duì)自噬可能會(huì)在疫苗接種和老化領(lǐng)域上產(chǎn)生巨大的作用。

作者：崔玉琳 齊罛 王春鳳 楊桂連 單位：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 吉林省動(dòng)物微生態(tài)制劑工程研究中心