肺損傷與自噬調節因子的研究進展

陳圓，楊鵬杰，朱賁賁

（內蒙古醫科大學附屬人民醫院/內蒙古自治區腫瘤醫院，內蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

自噬是通過溶酶體將胞內降解的蛋白質和受損的細胞器自我消化的過程[1]。20世紀60年代，電子顯微鏡研究首次發現了哺乳動物細胞中的自噬，但分子機制直到在酵母中發現自噬基因（ATGs）后才被逐漸了解。肺是氣體交換的主要器官，也是病原體侵入的最容易目標。肺功能的調節由復雜的內皮和上皮細胞、樹突細胞、肺泡巨噬細胞和成纖維細胞介導。肺損傷發生時它們一起通過激活炎癥和免疫反應[2]。自噬程序性細胞死亡主要出現在活躍發育的組織中。LC-3是酵母蛋白Atg8的哺乳動物結合蛋白直系同源。脂質衍生物磷脂酰乙醇胺與LC-3結合形成LC3-II，LC3-II是自噬的重要分子標記。Beclin 1復合物產生了一個初始的自噬體膜，它圍繞貨物聚集在一個與溶酶體結合囊泡中，通過溶酶體中存在的酸性水解酶形成降解的自溶體[3]。自噬對肺損傷的影響受其功能隨肺細胞的類型而高度變化，所以是防御還是損傷的作用都是復雜的。

1 肺損傷

1.1 急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征。急性肺損傷（ALI）和急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是危重患者中最常見的、死亡率和發病率最高的嚴重呼吸系統疾病[4-5]。ARDS是ALI最嚴重的形式。急性肺損傷的特點是肺表面炎癥導致肺泡毛細血管膜破裂，隨后中性粒細胞遷移及其細胞毒性介質的爆發。由T細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞、趨化因子和促炎細胞因子等多種成分介導的免疫反應在急性損傷的進展中也起著主導作用，并導致免疫重建炎性綜合征（IRIS）。參與免疫反應的免疫細胞，如巨噬細胞和單核細胞，被認為參與虹膜的病理生理學。結核病-虹膜綜合征患者的CD14+、CD16單核細胞水平升高，導致促炎細胞因子白介素-6、腫瘤壞死因子-α和C反應蛋白（CRP）增加。肺內皮生物標志物（如VWF）和上皮生物標志物（如SP-D）是急性肺損傷的診斷靶點。導致ALI和ARDS的疾病有敗血癥、胰腺炎、肺炎、創傷、輸血、吸入和吸入有毒氣體等。其病理學表現為表現為彌漫性肺泡損傷、肺泡出血、嗜酸性肺炎和急性纖維蛋白沉積。

1.2 慢性肺損傷（CLI）和支氣管肺發育不良（BPD）。慢性肺損傷的特征是一種稱為胸膜纖維彈力纖維增生癥（PPFE）的疾病，主要表現為胸膜下、上葉的腸彈性纖維的快速增殖有關。慢性肺損傷后，凋亡的細胞通過胞葬清除。這是一種吞噬作用，主要由巨噬細胞進行，而未成熟的樹突細胞、間充質細胞和上皮細胞也可以進行胞葬。最近，新型冠狀病毒引起的嚴重呼吸道感染，導致了世界范圍內的人口死亡。新型冠狀病毒患者死亡的常見危險因素包括高血壓、糖尿病、心血管疾病或慢性肺病。嬰兒最常見的慢性肺損傷是支氣管肺發育不良。當早產兒患有各種呼吸綜合征時，就會出現BPD。

1.3 慢性阻塞性肺疾病和哮喘。慢性阻塞性肺病是一種氣流受限的完全不可逆的全球性疾病，其特征為肺部的弱炎癥反應、肺氣腫、慢性阻塞性細支氣管炎、纖維化、氣道阻塞和狹窄、肺實質和彈性喪失等。CD8+高表達的T淋巴細胞、B淋巴細胞、巨噬細胞和中性粒細胞是慢性阻塞性肺病的調節因子。慢性阻塞性肺病的急性發作是從穩定狀態開始持續惡化的結果。白三烯B4、腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-8和蛋白酶的釋放可引起全身炎癥反應。CD4+與CD8+比率的降低是肺部炎癥反應的典型特征。

1.4 放射性肺損傷。肺癌的放射療法容易導致放射性肺炎，一旦發生往往是彌漫性的肺損傷。當輻射暴露激發活性氧產生后，肺實質中隨之產生高毒性物質，這可能最終導致在放療后1~6個月出現肺纖維化并伴有呼吸困難的主要原因。有的患者甚至幾個月到幾年后還會逐漸發展成放射性肺炎，幾乎所有放療的患者都會發生肺纖維化[6]。

2 肺損傷中自噬的調節因子

2.1 LC3B-II。微管相關蛋白1輕鏈3（LC3）是雙膜自噬體上表達的主要自噬蛋白。在哺乳動物中研究了近八種LC3蛋白的同源物。組成這些同源物的氨基酸將它們分為兩個亞家族：第一個由LC3A（2個剪接變異體）組成，LC3B和LC3C參與自噬體膜的延伸；第二個由GABARAP、GABARAP 1、GABARAP 2和GABARAP 3組成，參與自噬體的成熟。通常，LC3B以LC3B-I的形式存在于細胞質中，通過LC3B c端的蛋白水解裂解，然后與磷脂酰乙醇胺在自噬膜上組裝結合形成LC3B-II。多項研究表明，在高氧誘導的人支氣管上皮細胞和培養的上皮細胞（Beas-2B）中，通過凋亡可介導LC3B-II高表達。在高氧誘導的C57小鼠肺損傷中也是通過凋亡途徑介導LC3B-II的激活并觀察到LC3B-II與Fas蛋白相互作用，這也表明自噬與凋亡在急性肺損傷具有重要性，同時LC3BII生物標志物水平較高，也表明存在自噬反應。

2.2 BECLIN 1。Beclin 1是主要的自噬調節基因之一。在自噬過程中，自噬相關蛋白Beclin1與LC3-I結合，LC3-I適應其膜結合形式LC3-II，并與SQSTM1結合。急性肺損傷激活了各種自噬相關蛋白，如LC3-II、Beclin 1和LAMP2和Rab7[7]。研究者為了評估自噬在嚴重膿毒癥中的作用，使用內毒素血癥和CLP進行實驗，發現BECN1+/小鼠易患CLP誘導的敗血癥。Beclin 1通過促有絲分裂信號增加G1期細胞，并降低導致腫瘤生長抑制的細胞周期進程[8]。在非小細胞肺癌中，使用氯喹或Beclin 1敲除可增強由JAK2/ STAT3抑制劑激活的細胞凋亡/程序性細胞死亡。

2.3 p62。p62是酪氨酸激酶p561ck結合自噬銜接蛋白，主要通過調節蛋白質聚集體的形成和自噬形成過程促進貨物蛋白質的降解。在自噬中，p62的數量由自噬調節，而自噬又通過mTORC1的激活抑制自噬。在煙霧誘導的上皮細胞中，通過釋放更高水平的自由基來啟動Nrf2信號和SQTSM1/p62表達，這些激活導致mTORC1興奮并抑制自噬。在正常細胞中，有人認為Nrf2與p62參與腫瘤發生的激活，因為p62降解Keap1/Nrf2的結并發使Nrf2穩定。在非小細胞肺癌中，p62的積累并沒有帶來p62的穩定。所以與Nrf2一樣，Twist1是p62的一個重要下游效應子，有助于調節細胞分裂和易位[9]。

2.4 mTOR。雷帕霉素 mTOR/ PI3K/Akt是哺乳動物調節大自噬/自噬、代謝、增殖和存活的重要信號通路。在正常的小鼠或人類細胞中，磷酸酶和PTEN-張力素的同源物的缺失激活mTOR或絲氨酸/蘇氨酸激酶-Akt的組成型表達，從而啟動衰老。在一些物種中，很少有藥物是延長存活所必需的，但雷帕霉素除外，它能抑制mTOR的活性。在肺上皮細胞中，mTOR被脂多糖激活，抑制自噬可加重脂多糖誘導的炎癥反應[10]。在創傷性腦損傷誘導的急性肺損傷中，ERK1/2/mTOR/Stat3信號通路在自噬介導的保護中起重要作用。

3 結論

綜上所述，盡管對各種類型的肺損傷有著深刻的認識，但自噬及其相關蛋白在各種原因引起的肺損傷中的潛在聯系尚不清楚。自噬是一把雙刃劍，目前大量的研究集中在調節自噬相關蛋白的上調或下調，這可能對許多疾病包括肺損傷在內的有治療上的益處。但是對病理性自噬和生理性自噬之間差異的理解可能有助于研究人員設計在不妨礙其生理效應時針對病理性自噬的治療靶點。