支气管哮喘与细胞自噬

马龙艳，吴琦



支气管哮喘与细胞自噬

马龙艳，吴琦△

摘要：近年来，随着人们对细胞生物学、遗传学研究的不断深入，细胞自噬在支气管哮喘（以下简称为哮喘）中的作用日趋明朗，特别在遗传因素、氧化应激和环境等方面，自噬调控可能直接影响哮喘的发生和发展，这将有望成为哮喘治疗的新方向。本文就细胞自噬、细胞自噬与哮喘的关系进行论述。

关键词：哮喘；自噬；氧化性应激；遗传学；环境

当哮喘发病机制更深入的研究陷入瓶颈的时候，细胞自噬（autophagy or autophagocytosis）已悄然成为该领域研究的一个新方向。关于细胞自噬的研究已历时半个多世纪，但其与哮喘关系的研究在近几年才蓬勃兴起，相关理论还未正式应用于临床，但已能从中看到了控制哮喘的希望。

1　细胞自噬研究的兴起

细胞自噬是细胞利用溶酶体降解自身受损的细胞器和大分子物质的过程。此概念最早于上世纪50年代由比利时Christian de Duve提出，他利用电镜首次观察到自噬体这一亚细胞结构[1]，自此掀起了对自噬研究的热潮。Kovács等[2]通过透射电镜逐步观察到3种特征性形态结构，初步阐明了细胞自噬过程：（1）吞噬泡（phagophore），其特征为新月状或杯状，双层或多层膜，有包绕胞浆成分的趋势。（2）自噬小体（autophagosome），其特征为双层或多层膜的液泡状结构，内含胞浆成分，如线粒体、内质网、核糖体等。（3）自噬溶酶体（autolysosome），其特征为单层膜，胞浆成分已降解。1993年Tsukada等[3]首次在酵母菌中筛选出自噬相关基因（autopha⁃gy-related gene,ATG），将细胞自噬带入了分子基因时代。目前在酵母菌中已经鉴定出数十种自噬相关基因，其在哺乳动物中的同源基因也逐渐被鉴定。微管相关蛋白l轻链3 （LC3）是哺乳动物中酵母ATG8基因的同源物，位于前自噬泡和自噬泡膜表面，是细胞自噬泡膜的通用标志物，通过构建LC3与绿色荧光蛋白（GFP）的融合蛋白，在荧光显微镜下根据LC3在细胞中的定位示踪自噬的过程，同时利用West⁃ern blot检测LC3-Ⅱ/Ⅰ比值的变化也可对此进行评价。电镜技术、染色技术、基因转染技术、分子生物学技术、自噬激活剂和抑制剂的应用等是目前研究细胞自噬的常用方法。

2　支气管哮喘研究的瓶颈

人们对哮喘的认识从最初的一个症状，到后来的过敏性疾病、气道高反应性（AHR）疾病及目前的气道慢性炎症性疾病，逐步揭示着哮喘的发病机制，每一次对哮喘的重新认识，都会带来治疗重点的变革。从支气管舒张剂的使用，到糖皮质激素、白三烯调节剂、色甘酸钠的引入，以及免疫疗法、支气管热成形术等，虽可使哮喘症状及急性发作次数得到控制，但难以治愈，所以人们期待从根本上寻找更好的解决办法。

在哮喘病生理学机制研究中，调节性T细胞（regulatory T cell,Treg）是近年来提出调控气道炎症的重要细胞。目前很多研究结论证实Th1/Th2失衡即Th2免疫反应占优势是哮喘发病机制的基石[4]。这种慢性气道炎症导致了AHR，气道上皮损伤是AHR的特征之一，而气道重塑的机制则强调了气道上皮细胞在支气管哮喘发病中的启动和主导作用。但在哮喘发生发展过程中，气道上皮黏膜的损伤与修复机制仍有待进一步揭示。

3　支气管哮喘中的细胞自噬

细胞自噬参与了多种人类疾病的病理生理过程，目前已被证实的疾病包括恶性肿瘤、神经变性性疾病、病原体感染等[5-7]，细胞自噬是其形成过程中的重要调控机制。近年来在哮喘发病机制的研究中，细胞自噬逐渐被人们所认识，尤其在遗传因素、氧化应激和环境等方面。

哮喘患者的一级亲属患哮喘的风险是一般人群的5～6 倍[8]，且单卵双胞胎哮喘的遗传率明显高于双卵双胞胎，可达到35%～90%[9-11]。Poon等[12]检测了39个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）位点，发现自噬途径基因SNPrs12212740的突变可能影响哮喘的严重程度，同时，在中度哮喘患者的成纤维细胞和上皮细胞中均可检出双层膜自噬体，并在其外膜上检出了ATG5与ATG12、ATG6形成的复合物，而健康人群则没有或极少。因此，哮喘也被认定为是一种具有明显家族聚集倾向的多基因遗传性疾病。我国约有3 000万哮喘患者，目前尚缺乏大样本遗传相关数据。随着“精准医学”的发展，将来利用基因矫正技术靶向治疗遗传性哮喘已显现出一些趋势。

活性自由基在气道炎症中发挥着重要作用，是影响哮喘严重程度的重要氧化应激因素[13]。一氧化氮（nitric oxide, NO）是哮喘患者气道特征性气体成分，临床上可根据气道NO呼出量来判断哮喘的炎症程度[14]。大量研究证实NO在多组织中抑制细胞自噬功能[15-16]。活性氧（reactive oxidative species,ROS）参与和诱导细胞自噬的过程，在中重度哮喘患者的肺部，大量分泌的细胞因子和过量的ROS加重了细胞的氧化应激，研究表明重度哮喘患者中自噬体明显高于轻度哮喘患者及健康人群，转化生长因子（TGF）-β1在气道重塑和细胞自噬相互作用中可能发挥作用，自噬可以控制哮喘的慢性氧化应激水平和促进TGF-β1介导的气道重塑[17]。调控细胞自噬能力有望较好地控制哮喘。

环境因素也与哮喘发病密切相关，吸入变应原是哮喘重要的激发因素之一。环境因素通过T细胞调控的免疫介质释放机制作用于气道，产生炎症及AHR，现已有研究发现自噬与哮喘之间可能通过mTOR信号调控细胞自噬并调节Th1与Th2细胞因子，从而影响哮喘的发生发展[18]。

综上，细胞自噬与哮喘之间的关系越来越为人们所关注，目前已发现mTOR、ROS-JNK等信号通路可以对自噬进行调控，可影响ATG5等细胞自噬基因的表达，通过以上信号通路的调控可能直接干预哮喘的发生和发展，这将有望成为哮喘治疗的新方向。

参考文献

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（2015-10-10收稿2015-10-15修回）

（本文编辑李国琪）

Bronchial asthma and autophagy

MA Longyan, WU Qi△
Tianjinhaihehospital, Tianjin Institute of Respiratory Diseases, Tianjin 300350, China△Corresponding Author E-mail: wq572004@163.com

Abstract：In recent years, with the further study of cell biology and genetics, the role of autophagy in bronchial asthma is becomingmore andmore obvious.Especially in the aspects of genetic factors, oxidative stress and environment, autophagy regulationmay directly affect the occurrence and development of asthma, whichmay become a new direction of asthma treat⁃ment.In this review we will discuss what is autophagy, and the relationship between autophagy and asthma.

Key words：asthma; autophagy; oxidative stress; genetics; environment

通讯作者△E-mail：wq572004@163.com

作者简介：马龙艳（1981），女，主治医师，硕士，主要从事呼吸、危重症疾病研究

基金项目：国家自然科学基金资助项目（31471211）；天津市应用基础与前沿技术研究计划项目（13JCYBJC40000，14JCYBJC25700）

中图分类号：R562.25

文献标志码：A

DOI:10.11958/20150214

作者单位：天津市海河医院，天津市呼吸疾病研究所（邮编300350）