自噬是广泛存在于真核细胞中高度保守的分解代谢途径，主要负责吞噬老化的细胞器及破坏的大分子蛋白质，并将这些物质运送至溶酶体进一步降解[1]。正常情况下，自噬作为一种调节“细胞命运”的分子机制，可以维持细胞内稳态，而当自噬被多种因素(内质网应激、微生物侵袭、饥饿状态等)激活，并发生功能紊乱时，则与人类各种疾病(如恶性肿瘤、HIV、肝纤维化、肺脏疾病、神经系统退行性病变)相关联[2-3]。尤其是在COPD、急性肺损伤(ALI)和支气管哮喘(哮喘)中，自噬发挥着至关重要的作用，尽管已有研究提示自噬与哮喘有关，但其具体机制仍未明了，目前对于自噬与哮喘的研究较少，本文拟就自噬与哮喘的关系作一综述。
哮喘是一种常见的慢性呼吸道疾病，以反复发作的喘息、胸闷、气促为主要临床表现。目前的研究表明，支气管哮喘的主要发生机制是辅助性T细胞1(Th1) 和Th2表达失衡，导致气道高反应性、过多的黏液分泌以及最终造成不可逆的气道重塑[4-5]。自噬可能通过其调节系统、基因多态性、参与免疫应答及气道重塑等几方面调控哮喘的发病过程。
一、自噬调节系统与机制 1、自噬调节系统自噬形成的主要标志是细胞内产生双层膜结构的吞噬体，并与溶酶体融合成自噬溶酶体，这一过程包括3个步骤：起始、延伸和成熟。自噬在被包括UNC-51样激酶家族(ULK1或者ULK2)、自噬相关蛋白13(Atg13) 在内的复合物诱发后进入具有膜结构的吞噬泡阶段，当吞噬泡的膜结构继续延伸时，形成双层膜的自噬体。自噬体将胞内的各种物质运送至溶酶体，引起外层膜与溶酶体膜融合，形成自噬溶酶体，实现对胞内物质的降解[6]。其中，作为关键步骤的延伸阶段，主要有自噬相关蛋白12-自噬相关蛋白5-自噬相关蛋白16共轭复合物(Atg12-Atg5-Atg16L1) 和自噬相关蛋白8/微管相关蛋白1轻链3(Atg8/LC3) 系统参与。
Atg12-Atg5-Atg16L1复合物的形成包括Atg12在Atg7(类似泛素活化酶E1)、Atg10(类似泛素结合酶E2) 的催化作用下不可逆地与Atg5结合，形成Atg12-Atg5复合物；Atg16与Atg5非共价联结，并二聚体化，形成Atg12-Atg5-Atg16L1复合物，进而促进双层膜结构的扩展[7]。
Atg8/LC3系统则是指在Atg4将Atg8(在哺乳动物中也称作LC3) 切割，暴露其氨基酸的C末端，在Atg7和Atg3(类似泛素活化酶E2) 的作用下，Atg8与磷脂酰乙醇胺(PE)共价连接，形成Atg8-PE复合物[7]。在哺乳动物中，当LC3-Ⅰ与PE连接形成LC3-Ⅱ时，Atg12-Atg5-Atg16L1复合物可能扮演着泛素连接酶E3的角色。
2、自噬的调控机制自噬过程是由多种因素共同进行调控的。蛋白质PI3K、Akt1以及抗凋亡蛋白Bcl-2能够抑制自噬功能，而肿瘤抑制蛋白(Beclin-1、Atg4c、PTEN等)则能激活自噬[8]。此外，cAMP依赖的蛋白激酶A(PKA)途径和雷帕霉素靶蛋白(mTOR)途径通过PKA、AMPK、MTORC1三种主要的激酶参与细胞自噬的调节(见图 1)。其中，mTOR作为一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在正常生理条件下可抑制自噬，当组织缺氧、营养及生长因子缺乏或雷帕霉素存在时，mTOR的效应被抑制从而导致自噬的发生[8]。PKA一方面激活mTORC1直接抑制自噬，另一方面可使抑制mTORC1的AMPK激酶失活，间接调控自噬。AMPK则通过感受胞内AMP/ATP水平，激活或抑制MTORC1达到控制自噬现象。由此可见，对自噬的调控有望从mTOR找到一个新的突破口。
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图 1 自噬的调控机制(Parzych KR, 2014年) |
在关于哮喘与自噬的研究中，自噬的基因多态性受到了广泛的关注。近年研究显示，ULK1、SQSTM1、MAP1LC3B、BECLIN-1以及Atg5与哮喘有关。
Atg5位于染色体上的6q21区域，具有将近141个碱基对，在急性哮喘发作患者的鼻黏膜上皮细胞中的Atg5表达上调，这可能与Atg5参与抗原提呈和加速病毒清除有关[9-10]。但是，Atg5在增强病毒RNA的复制，并延长其生存时间上也发挥一定的作用。这两个相悖的研究结果将为哮喘的治疗提供一种新的可能。在对家族性哮喘患者的调查研究中发现，Atg5基因上的单核苷酸多态性(SNP) rs12212740G > A与哮喘紧密相关；取哮喘患者的支气管组织在电镜下观察，发现成纤维细胞和上皮细胞中双层膜结构的自噬吞噬体较正常人组织多[11]。而另一项研究也表明Atg5上rs12201458和rs510432与儿童哮喘联系密切[9]。
自噬效应蛋白1 (Beclin-1) 是存在于真核细胞内高度保守的蛋白质，在与Vps34相互作用时，能促进自噬吞噬体形成[12]。Beclin-1参与固有免疫及肿瘤、糖尿病、心脏病等疾病的发病过程，在心肌缺血再灌注中，活性氧簇产生过多将上调Beclin-1活性，引起自噬的发生，进一步对心肌细胞产生影响[13]。这一过程证实与激活的Beclin-1能够募集到更多的NF-κB有关[14]。现阶段对于Beclin-1的研究大都集中在乳腺癌。在支气管哮喘中，Beclin-1可能通过同时参与上皮细胞凋亡和自噬对炎症因子进行调控，从而达到控制哮喘的急性发作与慢性病程，但其具体表达水平如何，还有待进一步深究。
2、自噬、免疫反应与哮喘气道的慢性炎症反应是哮喘的最典型特征之一。获得性免疫与固有免疫同时参与哮喘的发生与发展。
自噬参与了获得性免疫过程。研究认为，自噬缺陷的T、B细胞表现出分化和调节受损，敲除小鼠胸腺中的Atg5基因不仅会减少T细胞在外周血中的数量，减弱其受到抗原刺激后的增殖作用，还会出现严重的免疫耐受障碍，使器官出现严重的自身免疫损害[15]。在严重哮喘患者的痰及外周血嗜酸性粒细胞中，自噬相关基因的表达水平明显高于正常人，运用自噬抑制剂3-MA将会对HL-60细胞中LC3-Ⅱ和嗜酸性细胞阳离子蛋白的表达造成阻碍[16]。
自噬在固有免疫中发挥清除病毒和细菌等病原体的作用。哮喘的急性发作及加重往往与病毒感染有关，儿童时期感染呼吸道病毒将增加患哮喘的几率。流行性感冒(流感) A病毒一方面能提高LC3-Ⅱ的水平，诱导细胞自噬的发生[17]。另一方面，流感A病毒通过阻止吞噬体与溶酶体的融合而使吞噬体增多，这一机制受到与ATG6/Beclin-1相关联的病毒基质蛋白2的调节。此外，在受到革兰阴性菌侵袭的人体和小鼠体内的巨噬细胞中，自噬体也明显增多。
3、自噬与气道重塑气道重塑是一种在肺组织发育过程中不可避免、生理性的结构和功能的改变形式。在哮喘患者中，气道重塑则是指气道的病态性改变，包括杯状细胞的增生、平滑肌细胞的肥大与增生以及细胞外基质和胶原的沉积。气道重塑复杂的细胞及分子机制至今仍无法完全得到解释，作为调控细胞内环境的自噬现象，可能从以下几方面参与气道重塑的发展过程。
3.1. 自噬与气道上皮细胞(AEC)AEC通过产生抗菌肽、活性氧簇和一系列炎症因子来抵御外来微生物对肺组织的侵袭，作为最先感受有害物质的一道屏障，AEC能对外界刺激所引起的免疫反应创造微环境，这在哮喘的发生及发展中是十分重要的[18-19]。多项研究认为，自噬在参与AEC的防御功能时与白介素13 (IL-13) 有关。IL-13是一种在COPD、哮喘中均分泌增多的2型细胞因子。Dickinson等[20]通过建立已诱发气道疾病的小鼠模型发现，IL-13可以激活AEC中自噬的表达，进而控制黏液的分泌和氧化应激反应。当AEC长时间被IL-13刺激时，不仅会产生大量表达呼吸道黏液素(MUC5AC)的细胞，导致MUC5AC的分泌增多，还会促进LC3-Ⅱ相关肌动蛋白的产生，而LC3-Ⅱ是自噬吞噬体形成的指示器。另外，依赖IL-13形成的杯状细胞在Atg16L1缺乏的小鼠中表达下调，意味着自噬对于依赖IL-13的黏液分泌过程是必不可少的。
3.2. 自噬与活性氧簇活性氧簇成员包括高活性氧自由基(如超氧化物阴离子)、羟基和稳定的非自由基氧化剂(如过氧化氢)[23]。活性氧簇在细胞中的产生主要依赖线粒体和NAPDH氧化酶[24]。自噬与活性氧簇的关系可能是相互的，活性氧簇可以诱发处在不同阶段的自噬现象。当活性氧簇导致线粒体功能紊乱，进一步引起细胞损伤时，自噬被激活并将破坏的线粒体吞噬，从而降低活性氧簇水平。在自噬过程中，吞噬体将损坏的细胞器及大分子蛋白质运送至溶酶体，与其融合成自噬溶酶体，在降解这些物质时，释放出的氨基酸及ATP进入胞浆，从而成为活性氧簇的来源之一[25]。在正常情况下，活性氧簇对于细胞的生存是十分必要的，但在哮喘患者中，由于对外界环境因素的易感性，可能会刺激内生的活性氧簇产生过度，导致AEC的损害以及对抗氧化剂的抵抗[26]。尽管目前对于活性氧簇调节纤维化的因果机制尚未完全建立，但值得注意的是，氧化应激已经被视作肺纤维化的潜在致病机制[27]。呼出的活性氧簇水平也与疾病的严重程度呈正相关[28]。
3.3. 自噬、转化生长因子-β(TGF-β)与纤维化在哮喘和COPD患者的肺组织纤维化过程中，TGF-β发挥着重要的作用。越来越多的证据表明，TGF-β可以从两方面加速哮喘患者肺组织纤维化的进程：① TGF-β提高多种基质蛋白(胶原蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白等)mRNA的转录和表达水平，加速纤维化进程。② TGF-β降低不同的蛋白水解酶活性，使细胞外基质的降解减少，直接导致组织纤维化。
近年研究显示，在许多组织中TGF-β1能够同时引起自噬和纤维化。TGF-β1在促进成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化过程中，包含依赖Smad2/3的经典途径，以及与自噬相关的PI3K/AKT/mTOR非经典途径。缺乏TGF-β1的复合物及其受体，Smad2/3磷酸化的程度将降低，Smad2/3无法经胞浆进入胞核与特定的DNA序列结合，导致Beclin-1的转录减少。已有研究证实，不同类型的细胞中，TGF-β1可以通过活化AKT进一步激活mTOR而抑制自噬活性[29]。在特发性纤维化(IPF)的成纤维细胞中，PI3K/AKT/mTOR通路可持续被激活。在椎间盘突出患者的纤维环中，TGF-β1同样可以上调AKT活性，降低自噬水平，当该通路被3-MA阻止时，TGF-β1则失去了下调自噬和凋亡的部分功能，表明TGF-β1与自噬在纤维化过程中可能具有相反的作用[30]。尽管目前对于自噬与TGF-β1之间的关系已经在很多疾病中得到探讨，但在支气管哮喘的发病机制中，自噬、TGF-β1及纤维化三者的相互作用仍有待进一步的研究。
三、自噬与哮喘的治疗目前国内外研究人员以细胞自噬为突破点，寻求其在免疫反应性疾病中的治疗作用。研究发现，抑制自噬功能将引起活性氧簇的聚集和损伤性线粒体DNA的释放增多，提示自噬功能低下可能促进哮喘的发生与发展。在Puleston等[31]的研究中，Th1型细胞因子分泌的IFN-γ能引起巨噬细胞中的自噬，进一步清除胞内菌，对机体提供保护作用，而Th2型细胞因子分泌的IL-4和IL-13则抑制细胞中的自噬功能。支气管哮喘作为一种Th2型细胞因子高表达的炎症性疾病，或许能通过提高炎症细胞内自噬水平达到控制哮喘发作的目的，这提示调控细胞的自噬功能可能是哮喘治疗的新靶点。
四、结语与展望自噬在哮喘的发病过程中可能既有保护作用，又有损害作用，但目前的研究多认为，自噬功能低下更可能导致哮喘等疾病的的发生，然而其中的具体机制仍未明了，自噬相关基因Atg4B如何在由博莱霉素引起的炎症反应及纤维化中发挥作用，有待进一步的机体实验探究。此外，在哮喘的临床治疗中，糖皮质激素是控制哮喘发作的主要药物之一，而在严重哮喘患者中的治疗效果依旧欠佳，调控自噬有望从分子水平上为严重哮喘的治疗提供一个新的靶点。
趋化因子受体5 (CCR5) 是细胞内外信号转导的蛋白分子，细胞内自噬功能的调控是否与CCR5有关，未见相关报告。Ye等[32]通过研究与哮喘具有相似发病机制的炎症性肠病发现，CCR5可能通过参与T细胞的迁移、增殖及免疫功能，使其在活动期IBD中高表达，利用CCR5拮抗剂可显著降低IBD的炎症反应。自噬作为一种可调控T细胞发育与成熟的胞内分解代谢途径，运用CCR5拮抗剂能否对炎症细胞中的自噬功能造成影响，从而调控哮喘等炎症性疾病的发病机制，这是值得进一步探讨的问题。
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