新型选择性自噬——酶噬及其在胰腺炎中的作用研究进展

李洁 湛先保

程序性细胞死亡是多细胞生物生命过程中重要的生理和病理现象，它在维持机体内环境稳态方面发挥着重要的作用。目前认为细胞的死亡形式分为凋亡性程序性细胞死亡(apoptosis)、自噬性程序性细胞死亡(autophagy)和细胞坏死(necrosis)3种类型[1]。其中，自噬被大部分学者称为Ⅱ型程序性细胞死亡，在细胞的生长、发育和疾病发生中起着非常重要的作用。本文主要就自噬的最新研究进展及其在急性胰腺炎的发生发展中的作用做一总结。

一、自噬的历史

40余年前，Ashford和Porter[2]在观察大鼠的肝细胞时发现了一种含有半消化的线粒体和内质网的膜结合囊泡结构，Novikoff和Essner[3]也观察到了含有溶酶体水解酶的相同的结构，但并没有固定的词语来描述它。1年以后，比利时科学家De Duve在溶酶体国际研讨会上首先提出了“自噬”这种说法，用来描述这种包裹着细胞质和细胞器的单层或双层膜的囊泡结构[4]。自噬最初被发现时，人们感到非常困惑，为什么细胞会消化吞噬自己的组件？当时的假说认为自噬的机制仅仅是清理垃圾。然而，经过几十年来学者们的不懈研究，已经认识到这种“自食”不仅可以清除细胞内错误折叠的蛋白质或长寿命蛋白、多余或受损的细胞器及入侵的微生物，同时也是一种细胞适应性保护反应，并可以通过降解和回收利用细胞组分以提供营养物质和能量，特别是在细胞饥饿时保证细胞的存活[5]。随着对其分子机制、生理功能和在病理过程中的作用的不断了解，发现自噬涉及的领域非常广泛，并在多种疾病的发生发展中发挥重要作用，如肿瘤、神经退行性疾病、免疫应答、发育和衰老等。

二、新型选择性自噬——酶噬

近年来，有证据表明在某些疾病及生理现象中存在不同类型的选择性自噬的降解途径。在选择性自噬中，像蛋白聚体、线粒体、核糖体、过氧化物酶等一些单一的蛋白和细胞结构可专门通过自噬体吞噬和降解[6]，但是识别机制目前尚不清楚。有新的证据表明泛素参与了选择性自噬的过程，比如泛素化人工底物可以被自噬机制所识别，并通过p62蛋白依赖性机制在溶酶体中降解[7]。此外，选择性降解饥饿时多余的核糖体也依赖于Ubp3/Bre5的去泛素化活动[8]。2011年Grasso等[9]通过对实验性急性胰腺炎时空泡膜蛋白-1(VMP-1)介导的自噬研究，发现了一种新型的选择性自噬过程，并命名为“酶噬”(zymophagy)。酶噬作为一种新型的选择性自噬形式，可以通过包裹和降解具有潜在活性的酶原颗粒，降低细胞内活化的胰蛋白酶含量，从而保护胰腺的自我消化。

1．酶噬与急性胰腺炎：急性胰腺炎是最常见的胰腺疾病，一般情况下它是一种自限性疾病，但仍然有大约15%～20%左右的急性胰腺炎会发展为重症，病情危重，预后凶险，病死率高达20%左右[10]。目前认为胰腺炎的发生与胰酶对胰腺的自身消化有关，而酶噬的发现有助于我们从自噬的途径来了解急性胰腺炎发病的分子机制。正常情况下，胰腺细胞内胰蛋白酶是以酶原的形式存在于分泌囊泡中，不具有活性。在某些因素的诱导下酶原被激活，引起腺泡细胞死亡，胰腺组织出血、坏死、水肿甚至胰腺实质完全被破坏[11]。Grasso等[9]成功构建了转基因小鼠和AR42J细胞的急性胰腺炎模型并进行一系列的研究，发现酶噬最显著的特点在于形成含有酶原颗粒的自噬体，是由VMP1-USP9x-p62介导的新型选择性自噬通路，其功能可识别和降解激活的酶原颗粒，并选择性地隔离酶原颗粒防止胰蛋白酶的活化，预防胰腺腺泡细胞的坏死[9]。通过研究人类、小鼠和培养的腺泡细胞中不同成熟水平的细胞器自噬过程，发现自噬流的进程中需要溶酶体来发挥其降解分泌颗粒的功能。这种类型的选择性自噬可以作为一种细胞保护机制来拮抗腺泡细胞的自我消化和胰腺炎的进展[12]。

2．触发酶噬的分子机制：空泡膜蛋白1(VMP-1)是急性胰腺炎时表达的一种跨膜蛋白，VMP-1的转录和表达在实验性胰腺炎早期的腺泡细胞内被高度激活，并且它的表达与腺泡细胞内空泡形成有关[13]。Ropolo等[14]报道VMP-1能诱导自噬体的形成，而且与自噬相关蛋白LC3和Beclin-1有协同作用。p62/SQSTM1是通过自噬降解的多聚泛素结合蛋白。p62蛋白是链接泛素-蛋白酶体降解途径和自噬降解途径的重要分子，p62可以与LC3结合形成复合物，并由LC3介导形成自噬小体，最后与溶酶体融合完成蛋白的降解[15]。Grasso等[9]的研究表明，VMP-1和p62蛋白存在于相同的选择性自噬途径中，他们采用免疫荧光和免疫蛋白印迹分析的方法对实验性急性胰腺炎时腺泡细胞中的自噬体进行研究，结果发现这些蛋白共定位且共存于这个自噬体中，他们认为在VMP-1介导的选择性自噬通路中p62蛋白可能是作为一种受体存在的。胆囊收缩素(CCK)过度刺激腺泡细胞后发现活化的酶原颗粒与泛素共定位也支持这一假说。为了进一步研究VPM-1介导的选择性自噬通路的意义，他们首先采用免疫荧光实验的方法以LC3抗体和胰蛋白酶原抗体分别来识别自噬体和酶原颗粒，结果发现CCK过度刺激腺泡细胞诱导了LC3和酶原颗粒共定位。其后，他们又进行了亚细胞分离研究，结果发现经雨蛙素刺激后的转基因小鼠胰腺细胞中有70%左右的自噬体含有酶原颗粒，而未经处理的小鼠胰腺细胞含有酶原颗粒的自噬体则不到20%，证实了VMP-1介导的自噬选择性地吸收了多余的酶原颗粒。在研究过程中他们还发现p62作为一种泛素结合蛋白可以和LC3相互作用并作为选择性自噬途径中的受体。

总之，LC3作为重要的标志物参与非选择性的自噬途径，但并未涉及p62蛋白的作用，而在CCK诱导的实验型胰腺炎中p62参与了VMP-1介导的选择性自噬过程，其分子机制不同于其他类型的自噬。因此，将这个新型的自噬过程命名为酶噬以区别其他自噬。

3．酶噬在急性胰腺炎中的意义：酶噬的发现为人类疾病尤其是急性胰腺炎发病过程中有关自噬的分子机制提供了进一步的了解。目前急性胰腺炎最广为认可的发病机制是胰腺腺泡细胞中胰蛋白酶原被提前过度激活，但胰酶激活与触发自噬的相关机制仍然是亟待研究阐明[16]。对于自噬在急性胰腺炎中的作用目前有不同的说法。Hashimoto等[17]认为诱导自噬引起胰蛋白酶原激活进而引发胰腺炎。Halangk等[18]的研究表明过早的酶原激活导致了细胞死亡但并不引起自噬。Mizushima等[19]报道，禁食的小鼠胰腺组织中诱导了大量的自噬并伴有酶原颗粒的减少，但并没有引起胰腺炎，提示正常的自噬功能不是急性胰腺炎的发病原因。那么是否不同类型的自噬对胰腺炎的影响不同呢？Grasso等[9]认为酶噬是急性胰腺炎诱导的新型选择性自噬，它是由CCR过度刺激而引发的，通过VMP1-USP9x-P62介导的泛素化自噬途径，不同于其他类型的自噬。这种选择性地隔离、降解激活的酶原颗粒的方式可以防止腺泡细胞死亡，它是一种保护性细胞应答，或许这可以解释为什么部分患者的胰腺炎具有自限性。

三、结论

酶噬作为一种新型的细胞保护机制在急性胰腺炎的病程中发挥了非常重要的功能。这种新型的选择性自噬途径可能也参与了其他一些分泌细胞的病理过程，比如糖尿病时胰岛β细胞[20]、克罗恩病时潘氏细胞[21]等。因此，选择性自噬是一种对病理过程的细胞程序性应答。

参 考 文 献

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