细胞自噬与抗病毒天然免疫

高书峰，郭亚民

(1青海大学医学院，青海 西宁 810000；2青海省人民医院，青海 西宁 810000)

--综述--

细胞自噬与抗病毒天然免疫

高书峰1，郭亚民2

(1青海大学医学院，青海 西宁 810000；2青海省人民医院，青海 西宁 810000)

细胞自噬(autophagy)是一种主要由溶酶体介导的细胞程序性死亡方式，作为一种保护性机制来维持细胞内环境稳态，亦可作为抵抗病原微生物感染和寄生的防御机制。细胞一旦检测到病毒入侵，胞浆模式识别受体等病原体的受体可以上调自噬，并能进一步加强模式识别受体依赖的天然免疫信号。 自噬或自噬蛋白也有助于抗病毒先天I型干扰素的细胞因子的合成，以及增强抗病毒干扰素γ信号，在病毒感染过程中起到至关重要的作用。 其结果是病毒进化出通过操纵细胞自噬以抵消抗病毒天然免疫的策略。本文拟就细胞自噬与抗病毒免疫的关系加以综述。

细胞自噬;模式识别受体 ;抗病毒天然免疫

自噬 (autophagy)是一种亚细胞水平的细胞降解过程，广泛存在于真核生物细胞中，属于Ⅱ型细胞程序性死亡[1]。自噬可以缓解多种条件对细胞的不利影响，在细胞的分化和发育过程中起着至关重要的作用。其生理功能作用广泛，在低等真核生物中可应答饥饿，在高等真核生物中自噬具有氨基酸池的维持、细胞内质量控制、发育、细胞死亡、肿瘤抑制和抗衰老的作用，甚至能促进白血病肿瘤的形成，其与纤毛生成之间的互惠关系也促进了人们对人类纤毛疾病的认识。同时，越来越多的研究也在提示自噬参与了天然免疫应答和特异性免疫应答[2]。自噬还能通过SLAM结合Beclin-1来联合吞噬以达到杀菌的目的[3]。也能介导丝状真菌米曲霉全核的降解[4]，许多病毒感染细胞均与自噬相关联，并影响自噬通路，本文拟就细胞自噬和抗病毒天然免疫间的研究进行综述。

1 细胞自噬概述

1.1 自噬的分类 根据吞噬物进入溶酶体的途径不同，真核生物细胞中主要存在三种自噬形式，即大自噬 (macroautophagy)、微自噬 (microautophagy)和分子伴侣介导的自噬 (chaperone-mediated autophagy)，通常所说的自噬即指大自噬，其与人类健康和疾病的关系最为密切。

1.2 自噬的过程 自噬是一种在真核生物细胞进化过程中高度保守的物质降解途径，Christian de Duve最初于20世纪50年代通过电镜在哺乳动物细胞中鉴定到自噬的形态学证据，而后渐渐明确了自噬的3个基本步骤：自噬的启动、延伸和成熟活化。首先,细胞在接受饥饿、低氧等自噬诱导信号后，激酶GSK3的活性增强后磷酸化，并激活乙酰转移酶TIP60，增强蛋白激酶ULK1的乙酰化水平，从而启动细胞自噬，调控自噬相关基因(Autophagy-related genes,Atgs)，随后,呈杯状结构的分离膜(isolation membrane)包裹细胞质，延伸形成双层膜结构的自噬前体(phagophore)，自噬前体不断延伸，将待降解成分全部包含于膜内形成自噬体，自噬体沿着微管网络朝微管组织中心(MTOC)方向运输，与溶酶体融合形成自噬溶酶体(Autophagosome)，其内容物被溶酶体酶降解后返回胞浆重新被利用，同时溶酶体也通过自噬溶酶体重构(Autophagic lysosome reformation,ALR)得以循环。在自噬过程中，Atg5-Atg12-Atg16蛋白共轭体系、Atg8/LC3与磷脂酰乙醇胺(PE)形成的蛋白共轭体系是自噬体形成过程中必不可少的两套泛素样蛋白共轭体系。

2 自噬促进抗病毒天然免疫

2.1 病毒的天然免疫识别 天然免疫(innate immunity)是宿主进行抗病毒感染的第一道防线，其利用模式识别受体(PRRs)识别病原体相关分子模式(PAMPs)进而刺激1型干扰素(interferon-1,IFN-1)表达，激发促炎症细胞因子及趋化因子应答，上调抗原递呈细胞表面共刺激分子的表达，诱导T或B淋巴细胞向效应T或B细胞分化，最终强化特异性免疫和触发一系列抗病毒反应。作为一种重要的病原体，病毒可以感染细菌、真菌和动植物细胞，并利用宿主细胞体系进行自身合成和复制。自噬可以选择性地针对病原体的重要组成部分发挥作用。此外，除直接的天然免疫功能外，自噬还能与 PRRs合作调节天然免疫信号。细胞内的PRRs主要包括Toll样受体，维甲酸诱导基因I(RIG-I)样受体和NOD样受体。其中抗病毒的PRRs大体可以分为两类并行发挥识别入侵病原体的功能，并分别通过相应的信号通路诱发细胞的抗病毒天然免疫反应。TLR中的TLR3、TLR7、TLR8、TLR9在内体中检测内体环境中的病毒核酸，识别与病毒基因组或与其复制相关的产物，如TLR3识别双链RNA( dsRNA)、TLR7识别单链RNA(ssRNA)、TLR9识别双链DNA(dsDNA)。第二类在胞浆中监测病毒核酸的PRRs分属RLR家族和DNA感应器，RLR家族中的RIG-I识别特定ssRNA病毒基因组中的5’ppp ssRNA，MDA-5识别小核糖核酸病毒的RNA及其合成的dsRNA。模式识别体系广泛地监测病毒的核酸，作为专职病毒感应器的浆细胞样树突细胞(pDC)依赖TLR7和TLR9检测ssRNA和dsDNA病毒的基因组及相关结构，并旺盛的分泌IFN-1以诱导被感染宿主局部或全身的抗病毒状态，而自噬与TLR家族、RLR家族和 pDC的关系十分密切。

2.2 自噬与TLR 自噬及其相关蛋白对TLR信号具有明显的负调控作用[5]。当病毒感染细胞后，自噬有助于溶酶体上的TLR识别与其相应的配体，促进机体的抗病毒天然免疫进程。此外，Beclin-1可能与髓样分化因子初次应答基因88(MyD88)和TRIF形成复合物后触发TLR参与自噬。pDC利用自噬把胞浆病毒复制的中间体运送到含有TLR7的内体区室中，从而将胞浆中的配体和内体区室中的感应器连接在一起，通过TLR7识别RNA病毒的ssRNA，促进宿主免疫系统对病毒核酸的检测。在RNA病毒感染细胞后，pDC中依赖TLR7产生IFN-1和细胞因子离不开自噬。通过筛选果蝇的9种TLR，依赖于TLR7的自噬是果蝇抗VSV所必需的，TLR7沉默的果蝇并不能抵抗非致死性VSV的感染；而VSV在细胞表面与TLR7发生作用会诱导不依赖于经典信号通路的自噬发生。虽然连接TLR7和自噬的信号通路仍有待完全确定，但这项研究支持了PRRs在病毒感染细胞后所发挥的自噬诱导作用。当HIV-1入侵pDC时，自噬相关蛋白参与IFN-1的产生，其可能是通过促进病毒ssRNA传递到胞内TLR来发挥作用[6]。作为TLR9配体的细菌CpG基序，同样能够诱导人和鼠的肿瘤细胞发生自噬[7]。

2.3 自噬与RLR 在pDC中，TLR介导的病原体识别至关重要；而在其他类型的细胞中，RLR被广泛用于检测胞浆中病毒的存在[8]。位于细胞质中的RLR负责识别胞浆病毒的dsDNA，其中的RIG-I和MDA-5通过CARD结构域与位于线粒体膜上的接头分子IPS-1相互作用，活化TBK1/IKK-i，引起IRF3/IRF7的磷酸化进而诱导炎症细胞因子和IFN-1产生[9]。RIG-I作为RNA病毒感染的细胞传感元件，它与线粒体衔接蛋白IPS-1相互作用，诱导IFN-1介导的宿主抗病毒天然免疫。RLR诱导自噬发生，负性调节IFN-1的产生。在小鼠成纤维细胞(MEF)中，Atg5-Atg12蛋白共轭体系可调节RIG-I对VSV的天然免疫识别和MDA-5对polyI:C的天然免疫识别。与pDC不同的是，MEF可能利用细胞自噬过程的蛋白分子来抑制IFN-1的产生。

3 病毒负调控细胞自噬

不同的病毒已经进化出多种多样的策略以避免和/或逃避自噬降解和自噬介导的免疫激活机制。这些病毒的的对立策略包括劫持自噬以逃避天然免疫和促进自噬来实现增殖。

3.1 病毒负调控自噬 一些病毒能通过病毒蛋白和宿主细胞的自噬结构蛋白相互作用来抵消自噬。目前，普遍认为Beclin1是病毒调节自噬的主要靶点。HHV-8和HV-68表达vBcl-2和M11，通过和Beclin1的相互作用来抑制宿主细胞自噬的起始。在艾滋病病毒感染DC的早后期，由触发信号事件的病毒包膜蛋白部分通过CD4受体来介导宿主细胞的自噬抑制。事实上，自噬下调将导致DC中HIV-1含量的增加和HIV-1向CD4+T细胞转移能力的提高。最重要的是，在DC中，HIV-1介导的自噬下调会显著降低TLR受刺激后TNF-α的表达量，削弱天然免疫反应。

3.2 病毒诱导自噬 丙型肝炎病毒(Hepatitis B Virus, HCV)可以诱导自噬小体的积累，并抑制IFN-I的表达。事实上，丙型肝炎病毒感染诱导未折叠蛋白反应(UPR)，同时，一个完整的自噬潮也是促进HCV人肝癌细胞中实现RNA制所必需的。HCV一旦感染细胞，便会活化IFN-1β启动子。在使用雷帕霉素治疗时，则会促进自噬潮，降低IFN-1β表达，该过程可能有助于HCV持续感染。麻疹病毒(Measles virus,MeV)可以通过不同的分子途径诱导细胞自噬，持续的自噬不但可以降低宿主细胞的死亡率，还能促进病毒颗粒的成熟。在哺乳动物中，脂滴可以选择性地通过自噬溶酶体降解释放出游离脂肪酸，该有选择性的自噬过程称为脂肪分解。登革热病毒(Dengue virus,DENV)也能够通过激活自噬途径来实现其自身RNA的复制，与HCV不同的是，DENV会诱导晚期自噬小体，DENV-3会利用自噬小体和自噬溶酶体开启病毒RNA的复制和翻译。DENV感染诱导自噬依赖于脂滴加工和甘油三酯生成游离脂肪酸，从而增加细胞β-氧化和ATP的生成能力。抑制自噬则会大大降低脂肪分解能力和DENV的产量，但这并不影响病毒侵入或翻译，病毒复制的缺陷完全由外生游离脂肪酸所弥补。乙型肝炎病毒(Hepatitis B Virus,HBV)可诱导自噬，且自噬对HBV的DNA复制十分重要，使用siRNA沉默Atg7或hpvs34来抑制自噬，或者使用3-MA抑制PI3KC3均可抑制HBV的DNA复制。

4 结语

自噬的抗病毒作用表明，自噬诱导可能是一个治疗某些病毒感染的可行策略。在这个概念的支持下，在初级人类巨噬细胞的体外实验中，在雷帕霉素或维生素D的作用下诱导的自噬治疗已被证明是能够限制艾滋病毒复制的[10]。因此，自噬上调可能是一种将来广泛使用的广谱抗病毒治疗新策略。同时，对自噬和抗病毒天然免疫之间的关系的认识还不够深入，尤其在天然免疫信号的“对话”(cross-talk)方面还知之甚少。虽然我们已知一些PRRs识别病毒的组份后能够诱导细胞自噬，但具体机制仍有待澄清。目前已报道多种病毒对自噬具有双向调节功能，且自噬对凋亡的细胞具有清除作用[11]，避免炎症反应，其中的抗病毒天然免疫机制亦应是研究的重点。

[1]Augusstine MK Chio,Stefan W.Ryter,Beth Levine.Autophagy in human health and disease.The New England Journal of Medicine[J].2013,68（7）:651-662.

[2]Choy A,Roy CR.Autophagy and bacterial infection:an evolving arms race[J].Trends Microbiol,2013,21(9): 451-456.

[3]Berger SB,Romero X,Ma C,et al.SLAM is a microbial sensor that regulates bacterial phagosome functions in macrophages[J].Nat Immunol,2010,11(10):920-927.

[4]Shoji JY,Kikuma T,Arioka M,et al.Macroautophagy-Mediated Degradation of Whole Nuclei in the Filamentous Fungus Aspergillus oryzae[J].PloS One,2010,5 (12):e15650.

[5]Jones SA，Milis KH，Harris J．Autophagy and inflammatory diseases[J].Immunol Cell Biol,2013,91(3):250-258．

[6]Zhou D,Kang KH,Spector SA.Production of interferon-α by human immunodeficiency virus type 1 in human plasmacytoid dendritic cells is dependent on induction of autophagy[J].J Infect Dis,2012,205(8):1258-1267.

[7]Bertin S,Samson M,Pons C,et al.Comparative proteomics study reveals that bacterial CpG motifs induce tumor cell autophagy in vitro and in vivo[J]. Mol Cell Proteomics,2008,7(12):2311-2322．

[8]Foy E,Li K,Sumpter RJr,et al.Control of antiviral defenses through hepatitis C virus disruption of retinoicacid-induciblegene-Ⅰsignaling[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2005,102(8):2986-2991．

[9]Co JG,Witwer KW,Gama L,et al.Induction of innate immune responses by SIVin vivo and in vitro:differential expression and function of RIG-I and MDA5[J].The Journal ofInfectious Diseases,2011,204(7):1104-1114.

[10]Campbell GR,Spector SA.Hormonally active vitamin D3 (1alpha,25-dihydroxycholecalciferol)triggersautophagy in human macrophages that inhibits HIV-1 infection[J].J Biol Chem,2011,286（21）:18890-18902.

[11]ChengS,WuY,LuQ,etal.Autophagygenescoordinate with the class II PI/PtdIns 3-kinase PIKI-1 to regulate apoptotic cell clearance in C[J].elegans.Autophagy，2013,9(12):2022-2032.

Regulation of antiviral innate Immune Response by Autophagy

Gao Shu-feng1Guo Ya-min2
(1 Qinghai University Medical College,Xining,Qinghai,810000,China；2 Qinghai People，s Hospital, Xining，Qinghai,810000,China)

As a protective mechanism to sustain cellular homeostatic,cellular autophagy is a type of programmed cell death mediated by lysosome.Meanwhile,autophagy can repress the pathogenic infection and parasitization.Ongoing autophagy can be upregulated upon virus detection by pathogen receptors,including membrane bound and cytosolic pattern recognition receptors,and may further facilitate pattern recognition receptor-dependent signalling.Autophagy or autophagy proteins also contribute to the synthesis of antiviral innate type I interferon cytokines as well as to antiviral interferon γ signalling,autophagy may play a crucial role during viral infections.As a consequence,viruses have evolved strategies to counteract antiviral innate immunity through manipulation of autophagy.In this review,we summarized the relationship between the autophagy and the antiviral innate immune response．

Autophagy;PRRs;Antiviral innate immune response

10.3969/j.issn.1009-4393.2017.02.102

青海省科技厅资助项目（2014-ZJ-745）

高书峰,E-mail:37317423@qq.com