自噬與其作用

自噬（Autophagy）是細(xì)胞捕獲廢物，去除廢物和廢物循環(huán)的三大主要機(jī)制之一，另外兩種分別是蛋白酶降解（proteasomal degradation）和吞噬（phagocytosis）。在自噬過程中，胞漿中的小分子被新形成的自噬體包住，隨后在一種特殊的溶酶體中消化，代謝產(chǎn)物將重新被釋放到胞漿中。

自噬，常常被稱作巨噬，可將胞漿大塊物質(zhì)轉(zhuǎn)化成營養(yǎng)物質(zhì)，保障細(xì)胞在饑餓，應(yīng)激等狀態(tài)下維持大分子合成以及能量平衡。

此外，細(xì)胞利用自噬調(diào)節(jié)特殊的信號蛋白活性，阻止損傷細(xì)胞器或長壽、聚集傾向蛋白的積累；去除細(xì)胞內(nèi)病原的威脅。因此，自噬已成為天然免疫的重要部分。

InvivoGen?提供自噬研究相關(guān)產(chǎn)品

自噬誘導(dǎo)劑：Metformin，Rapamycin，MG-132, SAHA等

自噬抑制劑：SP600125，U0126，Bafilomycin A1，SB202190等

自噬相關(guān)調(diào)控基因：ATG，LC3，BECN1，RAB7，TFEB等

自噬體相關(guān)細(xì)胞：HeLa-Difluo? hLC3 Cells，RAW-Difluo? mLC3 Cells

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HeLa-DiFluo^TM?cells were treated with 25 μM rapamycin alone or with 25 μM rapamycin and 500 nM bafilomycin A1 (to inhibit autophagosome/lysosome fusion). After 24 hour incubation, the cells were fixed with 2% PFA and analyzed by confocal microscopy. Note that both yellow (autophagosome) and red (autolysosome) puncta increase in panel?viii, whereas most puncta in panel?ix?are yellow (autophagosome).

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自噬信號通路

經(jīng)典的自噬信號通路通過一系列特定的步驟進(jìn)行。

自噬從分離膜的成核開始，逐漸將要清除的包漿物質(zhì)包圍成一個口袋?？诖哪し?/span>閉后可形成一個雙膜結(jié)構(gòu)小泡，被稱為自噬體（autophagosome），隨后其外膜與溶酶體融合形成自噬溶酶體（autolysosome）。重新整合的內(nèi)膜將捕獲的胞內(nèi)物質(zhì)暴露于溶酶體水解酶，后者將材料分解成代謝產(chǎn)物組分［1，2］。

經(jīng)典的自噬通路需要一些列進(jìn)化保守基因的協(xié)調(diào)動作。小泡成核依賴于由Beclin-1，Vps34和其它蛋白形成的III型磷脂酰肌醇-3羥基激酶(PI(3)K)復(fù)合體。

Atg7參與兩條泛素化樣結(jié)合通路：Atg5與Atg12結(jié)合，將LC3轉(zhuǎn)化成磷脂酰乙醇胺（PE）結(jié)合LC3-II形態(tài)。Atg5-Atg12與Atg15L1蛋白形成一個大復(fù)合體。兩個結(jié)合系統(tǒng)都是形成自噬體的必要條件。

然而，我們需要記住這些或其它自噬蛋白也可執(zhí)行許多非自噬功能。因此，研究者最大的挑戰(zhàn)是從自噬蛋白的信號中區(qū)分出“真正”的自噬信號。

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選擇性自噬

在細(xì)胞饑餓或某些應(yīng)激狀態(tài)下，細(xì)胞利用自噬消化和循環(huán)胞漿內(nèi)大的，非特異性組分。然而，自噬也參與免疫信號通路的時空調(diào)節(jié)（例如，被循環(huán)活化蛋白限制細(xì)胞因子的產(chǎn)生），以及阻斷炎癥反應(yīng)（例如，在損傷的線粒體釋放活性氧族（ROS）之前將其去除）。

為了分離和去除特異性威脅，細(xì)胞利用選擇性自噬結(jié)構(gòu)，在這其中，被選中的靶物質(zhì)必須首先被泛素標(biāo)記。泛素化的物質(zhì)通過LC3被拖入并與分離膜綁定，在眾多捕獲小體樣蛋白（SLRs）中（如p62， optineurin，parkin或PINK1），根據(jù)捕獲物質(zhì)的不同，由其中一種蛋白參與捕獲過程。

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自噬與天然免疫

自噬與天然免疫信號通路有廣泛的聯(lián)系－例如，損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）和病原相關(guān)分子模式（PAMPs）的細(xì)胞反應(yīng)。研究表明，自噬與多種模式識別受體（PRRs）是調(diào)節(jié)與被調(diào)節(jié)的關(guān)系，這些受體包括Toll-like receptors?(TLRs)，Nod-like receptors?(NLRs)，RIG-I-like receptors?(RLRs)，?cytosolic DNA sensors?(CDS)?和?Stimulator of Interferon Genes?(STING)?以及炎癥小體。

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這種協(xié)作包括正向和負(fù)向調(diào)節(jié)機(jī)制，以確保阻止急性炎癥反應(yīng)的產(chǎn)生過度炎癥。有趣的是，自噬與其信號蛋白與炎癥紊亂（如克羅恩氏綜合癥），一些癌癥和自身免疫?。ㄈ缬不Y和系統(tǒng)性紅斑狼瘡）有關(guān)[3]。另外，自噬缺陷與神經(jīng)疾病有關(guān)，例如帕金森病癥是由蛋白結(jié)晶累積造成。

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自噬和TLRs

TLRs由細(xì)胞膜（TLR1， TLR2，TLR4，TLR5 和 TLR6） 和小胞體?（TLR3, TLR7, TLR8, TLR9 和 TLR13）受體組成，每個TLR都可對自身，病原或腫瘤的同源DAMPs和PAMPs做出應(yīng)答。代表性的TLR配體包括脂多糖（LPS：?TLR4），鞭毛蛋白（TLR5）和 肽葡聚糖（TLR2）等細(xì)菌復(fù)合物；DNA（TLR9）和RNA（TLR3，TLR7，TLR8和TLR13）等核酸?；罨疶LRs可誘導(dǎo)產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子，在某些情況下，則誘導(dǎo)產(chǎn)生1型干擾素（IFNs）。

TLR誘導(dǎo)的自噬依賴于適配體蛋白MyD88和TRIF；兩條信號通路均與Beclin-1直接作用[6]。在巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞中，TLR配體刺激誘導(dǎo)吞噬體和自溶酶體的形成[7]，并且，在細(xì)菌和病毒感染小鼠模型過程中，體內(nèi)實驗（in?vivo）證明TLR誘導(dǎo)自噬形成[8]。

自噬調(diào)節(jié)系統(tǒng)可將DNA和RNA投放到含TLRs的小胞體中。事實上，有報道證明在樹突細(xì)胞中，自噬和與之密切相關(guān)的過程（LC3相關(guān)吞噬作用（LAP））在TLR7和TLR9識別核酸過程起到重要作用[7]。

有趣的是，TLR誘導(dǎo)的自噬與一些疾病密切相關(guān)。例如，TLR3和TLR4誘導(dǎo)的自噬與肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和入侵有關(guān)[9]。

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自噬與NODs

有報道指出其它天然免疫受體與自噬相呼應(yīng)，不過有可能是細(xì)胞類別特異性現(xiàn)象[10，11]。這些受體包括細(xì)胞漿受體，如核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域蛋白1和2（NOD1 和 NOD2），后者可分別識別肽聚糖衍生物D-glutamyl-meso-diaminopimelic acid （iE-DAP)和胞壁酰二肽（MDP）。在巨噬細(xì)胞中，NOD1和NOD2與Atg16L1協(xié)作，誘導(dǎo)自噬；在樹突細(xì)胞中，細(xì)菌配體活化NOD2可導(dǎo)致生成吞噬體[7]。

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自噬和cGAS/STING 通路

cGAS/STING 通路是天然免疫細(xì)胞漿中識別內(nèi)源和外源DNA的主要通路。cGAS感受器識別dsDNA（和DNA/RNA混合體），而后產(chǎn)生信使分子2’,3’-cGAMP，一種可活化適配蛋白STING的環(huán)二核苷酸，而后，STING驅(qū)動1型干擾素和促炎性因子的產(chǎn)生。入侵的微生物也可通過釋放的環(huán)二核苷酸（CDNs）直接活化STING。

cGAS/STING通路與自噬息息相關(guān)。例如，在結(jié)合分歧桿菌（M. tuberculosis）感染后，cGAS/STING可激活自噬和1型干擾素產(chǎn)生[7]，并且參與此病原的選擇性自噬（Selective autophagy）[12]。

有趣的是，有報道證明，cGAS識別胞漿DNA后，可由p62依賴的選擇性自噬降解[13]。另外，在M. bovis感染過程中，胞漿DNA感受器AIM2可抑制STING誘導(dǎo)的自噬[14]。

有些報道指出，在某些情況下，cGAS和STING分別與自噬蛋白互動，而這些相互之間的影響并沒有被完全解析。例如，cGAS與Beclin-1的相互作用可終止2’,3’-cGAMP的產(chǎn)生[15]，因此阻止STING的活化和1型干擾素的過表達(dá)。此外，STING的轉(zhuǎn)運(yùn)似乎牽扯Atg9a[16]。

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自噬與RLR

天然免疫的兵工廠中，還有一樣武器叫RIG-I樣受體?(RLRs)，可識別胞漿中自身或外源RNA，包括病毒RNA。主要的RLRs是RIG-I，識別短雙鏈RNA；和MDA5，識別長雙鏈RNA。活化后，這兩個受體都要通過激活適配蛋白MAVS誘導(dǎo)產(chǎn)生1型干擾素和促炎性因子。

雖然RLRs與自噬相互影響的報道很少，但是有跡象表明，在細(xì)胞質(zhì)中，自噬負(fù)向調(diào)節(jié)RLRs應(yīng)答內(nèi)源或外源RNA，從而限制1型干擾素的產(chǎn)生。例如，自噬蛋白Atg5和Atg12的結(jié)合可干擾雙鏈RNA感受器（MDA5?或?RIG-I）和適配器蛋白MAVS的信號傳遞[17]。與之相似的是，泛素特異性蛋白酶19（USP19）（被證明可正向調(diào)節(jié)自噬），可通過Beclin-1依賴的方式抑制RIG-I和MAVS的相互作用，從而削弱干擾素信號通路[17]。

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自噬，炎癥小體和線粒體

炎癥小體是一個復(fù)合體，由一個天然免疫感受器（AIM2，NLRP1，NLRP3或NLRC4）加上一個適配蛋白，凋亡相關(guān)斑點樣蛋白CARD（ASC），和pro-Caspase1。每個炎癥小體根據(jù)其裝配的感受器命名。

炎癥小體對DAMPs和PAMPs比如胞漿DNA（AIM2），MDP（NLRP1），尿酸（NLRP3）和鞭毛蛋白（NLRC4）作出應(yīng)答，從而促使促炎性反應(yīng)。活化炎癥小體誘導(dǎo)炎性白介素1和18的前體產(chǎn)生。

研究證實，自噬可調(diào)節(jié)活化的炎癥小體，從而限制過度炎癥反應(yīng)。自噬可通過消化炎癥小體介導(dǎo)的白介素前體（如，pro-IL-1）和循環(huán)的炎癥小體組分（如，NLRP3，AIM2和ASC）來直接限制炎癥小體通路[18]。

另外，自噬可通過間接的方式阻止炎癥小體活化，前者降解損傷的線粒體，從而阻止炎癥小體活化配體－線粒體DNA（mtDNA）和活性氧族（ROS）的釋放。最近研究指出，在受損的線粒體膜上，活化的MAVS可直接與LC3相互作用，誘導(dǎo)產(chǎn)生自噬體，從而去除有害細(xì)胞器[19]。因此，細(xì)胞缺失自噬蛋白Atg5呈現(xiàn)受損細(xì)胞器堆積現(xiàn)象，結(jié)果導(dǎo)致1型干擾素加劇產(chǎn)生[20]。

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結(jié)論

2016年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎，頒發(fā)給發(fā)現(xiàn)自噬機(jī)制的大隅良典，以表示對這一細(xì)胞代謝過程在健康和疾病上至關(guān)重要作用的極大肯定。

然而，自噬與天然免疫信號通路相互作用的研究，才剛剛開始。

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