细胞自噬与缺血性脑血管病

孙李晴 张智博南华大学附属长沙医院 长沙 410005 长沙市第一医院 长沙 410005

·综述与讲座·

细胞自噬与缺血性脑血管病

孙李晴1）张智博2）
1）南华大学附属长沙医院 长沙 410005 2）长沙市第一医院 长沙 410005

细胞自噬是胞浆内长寿命蛋白质或过表达、功能失常的细胞器经自噬体被大量降解的生物学过程，是生物体内适应恶劣环境、维持内环境稳定的重要方式。目前的研究发现细胞自噬和缺血性脑血管病也存在着一定的关联，如果能够通过对细胞自噬分子机制的深入研究来寻找治疗缺血性脑血管病的相关方法，无疑能够拓展研究的面向。为了更好地将研究成果运用临床，本文对目前的研究相关的研究进行了总结，梳理研究成果，现将研究成果综述如下。

细胞自噬；缺血性脑血管病；综述

细胞自噬是胞浆内长寿命蛋白质或过表达、功能失常的细胞器经自噬体被大量降解的生物学过程，是生物体内适应恶劣环境、维持内环境稳定的重要方式，其作为Ⅱ型程序性细胞死亡方式，在自噬的过程中通过部分的细胞死亡实现了自我保护。细胞自噬可分为分子伴侣介导的自噬、小分子自噬和大分子自噬3种方式，其具体的划分依据主要是物质转运至溶酶体腔的方式的不同和自身生理功能的差异［1］。最早提出细胞自噬概念的应该是比利时科学家ChristiandeDuve，早年20世纪的60年代的溶酶体国际会议，他就指出细胞自噬是因为一些需降解的蛋白质和细胞器等胞浆成分被包裹，并最终运送至溶酶体降解的过程，这个过程之后会产生一些其他的氨基酸和小分子物质，并且能够被再利用。同时随着近年来多个实验的证明，细胞自噬在细胞增殖和凋亡发生紊乱的疾病中如肿瘤、老化和神经退化病症发挥着重要作用。最近几年研究者对细胞自噬的发生机制给予了关注，并取得较为丰硕的成果，需要指出的是这些成果中更多的是对大分子自噬的研究，因为在真核细胞中最常见的就是这种类型的自噬。缺血性血管病是一种脑血管官腔狭窄，脑部血液循环障碍，血流减少或完全阻塞发生的一系列症状，是由于现代生活水平的提高，人生的生活和饮食在不断地转变导致的，目前已经成为了我国重要的公共卫生问题和难题，给患者及其家庭和社会带来沉重的经济与精神负担。

目前的研究发现细胞自噬和缺血性脑血管病也存在着一定的关联，如果能够通过对细胞自噬分子机制的深入研究来寻找治疗缺血性脑血管病的相关方法，无疑能够拓展研究的面向，更好地将研究成果运用临床。笔者通过检索发现，目前国内的相关文献相对较少，主要的研究成果分布在细胞自噬与肿瘤疾病、缺血性血管病治疗等相关的领域中。在外文文献库的检索中发现了一些相关的研究资料，相关性的研究还并不是非常丰富，下面笔者就细胞自噬在缺血性脑血管病中的作用研究进行综述。

1 细胞自噬的相关机制研究

细胞自噬是生物进化中的一个保守过程，细胞自噬的相关反应机制是国内外研究者关注的。细胞自噬分为非选择性自噬和选择性自噬。其中非选择性自噬是指双层膜结构随机包裹细胞质形成自噬体，以Atgl2-Atg95-Atgl6复合物为支架形成自噬体［2］。在形成的整个过程中，自噬前体的双层膜结构上会附集到细胞质内的一些相关物质如Atg12、Atgl6和Atg95，使自噬前体双层膜结构不断延长，进而形成自噬体。同时这些被募集到的物质还能够决定双层膜的曲度［3］。而选择性自噬主要是游离膜结构识别并包裹胞质内的特殊底物形成自噬体，游离膜结构以底物作为骨架添加到自噬前体上，从而使自噬前体逐渐形成自噬体。Simonsen A等人在研究中发现了细胞自噬的诱导因素，其中氧化应激、饥饿、损伤等恶劣环境往往会导致粗面内质网、高尔基体等这些自噬体膜脱落，从而进一步的形成杯状分隔膜，包绕被降解物形成自噬前体［4］，无论是在选择性细胞自噬过程中，还是非选择性自噬的过程中，都是要完全包绕将要被降解的胞浆成分形成自噬体。在这些完成之后自噬体最终被运送至细胞的溶酶体，形成自噬溶酶体，进入到了细胞自噬体内容物的降解过程中，过程中被溶酶体内的酶系统降解成小分子有机物，之后自噬体膜与溶酶体膜分离再循环利用［5］。另外，研究者还就细胞自噬与细胞死亡的关系展开了研究，自噬性细胞死亡是指当自噬水平持续上调时引起的细胞死亡，可以通过促进凋亡来实现大量细胞成分被降解的结果［6］。然而，RNA干扰自噬基因Atg7或Beclin-1能抑制由caspase抑制剂ZVAD处理的鼠L929纤维母细胞的死亡［7］。下调Atg5的表达或Atg5突变体显性失活能阻断IFN-α诱导的HeLa细胞的死亡［8］。

这些研究均表明有自噬基因参与了细胞死亡的过程，但是自噬和细胞凋亡通路的具体复杂关系研究者在论述中的报道还不多，但是研究发现丝氨酸／苏氨酸死亡激酶（serine／threonine death kinases，DAPk和DRP-1），死亡受体信号分子（TRAIL和FADD），鞘脂（sphingolipid），神经酰胺二糖（ceramide）等凋亡活动的调节因子，对凋亡和自噬均有抑制作用。自噬不仅可促进凋亡，而且抑制自噬基因也会促进营养缺乏的哺乳动物细胞发生凋亡［9］。此外还有研究者指出自噬诱发的细胞死亡具有明显的凋亡特征，这在Scott等［6］的研究中得到了证实，发现Atg1高表达对控制细胞生长具有显著的作用，其所诱导的自噬可使细胞明显缩小，这样通过诱发凋亡而导致细胞死亡的。

2 细胞自噬的信号调控分子机制

在细胞自噬的过程中信号调控分子发挥着重要的作用，具体看来主要包括两个类别，一是依赖雷帕霉素靶蛋白（mTOR）途径的细胞自噬，还有不依赖于mTOR途径的细胞自噬。

第一类依赖mTOR途径的细胞自噬中，据报道mTOR激酶能够帮助调节细胞生长，如上游整个信号转导通路上存在着的结节性硬化复合物（TSC1／2）蛋白、ClassⅢ磷酯酰肌醇激酶／蛋白酶B（PI3K／PKB）、磷酸酶张力蛋白同源物（PTEN）磷酸酶等，对抑制细胞自噬具有重要的作用［10］。而目前的研究中只发现下游分子核糖体蛋白质S6（p70S6）也存在类似的功能，但是具体的作用机制研究者还在探讨之中［11］。

其中不依赖mTOR途径的细胞自噬研究相对充分的，主要集中在以下几个方面。首先是Beclin1与Bcl-2调控下的细胞自噬。细胞自噬过程中最重要的正性调节因子Beclin1，作为Atg6的同源体，Beclin-1和它的上下游信号调节蛋白组成重要的自噬调节通路，调解中主要是通过其BH3结构域白BCL-2基因的相互作用来实现［12］。研究认为饥饿时二者的相互作用明显减少，提高细胞自噬的水平，此外其他的BCL-2磷酸化［13］、DAPK介导的Beclin-1磷酸化［14］抑制自噬作用。

另外p53对自噬的双重调节作用也是研究者关注的热点所在，对自噬调节发挥不同的作用，研究认为细胞核中的p53可以反式激活AMPK的β1和β2两个亚单位以及TSC2，通过抑制mTOR来上调细胞自噬的水平。p53定位在细胞质时抑制自噬，其主要的机制是激活细胞自噬抑制AMPK的作用、抑制因子mTOR以及p53的直接作用［15］。

3 细胞自噬与缺血性脑血管病的关系

最近几年来，研究者通过缺血缺氧动物模型和体外细胞培养实验发现细胞自噬对神经细胞起保护性作用，一般认为细胞自噬中可以获得产生ATP、保证基本代谢的营养物质，细胞能够募集Atg8到自噬液泡中以增强自身抵抗外界环境的能力，通过这个过程能够帮助促进神经细胞存活［16］，另一方面可能促进细胞的死亡［17］。其他一系列的研究中，如Spencer等［18］通过3-MA抑制细胞自噬证明能够能轻微的加强细胞的死亡；应用3-MA可减少神经细胞自噬发生［19］。Carloni等［20］通过制作了小鼠脑缺血缺氧模型来进行实验，在实验中发现，海马和大脑皮质神经元在脑缺血后Beclin-1表达上调，在实验1h后达高峰。在不同的模拟处理中效果，经侧脑室注入自噬激活剂雷帕霉素（rapo-mycin）可显著上调Beclin-1表达，同时在观察中发现海马和皮质神经元死亡显著减少。而如果在缺血前20min经侧脑室注入自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）则会有相反的效果，可显著下调Beclin-1表达，海马和皮质神经元死亡呈现增多趋势。实验证明细胞自噬的参与对神经元起保护作用。

Tizon等人的小鼠模型中研究发现半胱氨酸蛋白酶抑制剂C（CysC）能够抑制哺乳动物mTOR通路诱导细胞自噬，在整个过程中也实现了对小鼠皮质神经元的保护，这对于医治缺血性脑血管病，CysC有望在临床治疗中发挥更大作用［21］。然而，也有研究者在研究中得出相异的结论，认为细胞自噬在脑缺血后的保护作用提出了质疑，而且不同的结合差异性很大，其中争议最大的就是过度激活的自噬会引起Ⅱ型细胞程序性死亡。国外的研究中有使用成年大鼠大脑中动脉闭塞模型进行了分析，发现缺血半暗带区域的细胞自噬显著激活。但是当使用自噬抑制剂来打断细胞自噬的时候，能够收到良好的效果，能够减轻大鼠脑水肿，使梗死体积显著缩小［22］。还有研究者也在自噬基因缺陷大鼠模型来分析展开调查分析，脑缺血缺氧后细胞自噬的产生可能会加重神经元损害。KoikeM等人在研究中密切观察缺血缺氧性损伤后的神经元死亡情况，通过对照组（正常鼠）和实验组（Atg7缺失的新生鼠）的对比发现自噬基因Atg7表达阴性的大鼠海马锥体细胞自噬受到明显抑制，同时海马区神经元死亡较对照组明显减少，由此得出实验结论认为实验组的老鼠更能耐受减少神经元的自噬性死亡和凋亡、脑缺血缺氧后的损伤。

有些专家认为脑缺血缺氧后细胞自噬的激活是导致神经元死亡的重要原因，在细胞轻度缺血情况下，细胞自噬能够对神经起到一定的保护作用，如果在再灌注或致死性缺血情况下就可能起到相反的作用，在国外研究者Park等人的实验中得到了验证，他们通过体外对细胞进行缺血缺氧预处理，在结果中证实，细胞自噬在细胞缺血缺氧症状中能够发挥双重的作用。研究认为在未给予预处理的情况下，细胞自噬具有损害神经的作用；在细胞给予预处理的情况下，细胞自噬具有神经保护作用。但是在具体的细胞自噬对细胞缺氧的保护作用是如何发生的研究者还没有足够的证据进行论证。

总之，目前研究者已经发现，细胞自噬在真核细胞中是一种常态性的存在，目前的研究者研究主要集中在心脑血管缺血缺氧、缺血再灌注及细胞程序性死亡等疾病与细胞自噬的关系方面。目前研究中取得较大的成就主要集中在自噬的分子机制和调控机制等方面，在其他的细胞自噬的起源，细胞自噬的信号转导途径以及细胞自噬与凋亡、坏死等死亡模式之间的依存、转化关系等许多问题上尚不清楚，仍然存在着很多需要继续研究的领域。细胞自噬的同缺血性脑血管病的内在关系被逐渐的关注。在缺血性脑血管病中，细胞自噬是起保护作用还是损伤作用，仍然没有定论，还需要进一步的研究证实。国内在这方面的研究还较为少见，可能和国内的分子生物学研究基础相对薄弱有关。目前细胞自噬作用机制的更深入研究还有待于进一步发掘，特别需要找准找到自噬通路中某些关键的靶点，只有打通了这些关键性的研究盲点才能够逆转某些缺血性脑血管病病人的神经功能损害，真正弥补临床研究的空缺，从而提高患者生活质量。

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（收稿2014-04-11）

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1673-5110（2015）02-0137-02