自噬在变应性鼻炎中的作用

李 静，李 勇

变应性鼻炎(allergic rhinitis, AR)是由IgE介导的Ⅰ型超敏反应, 由肥大细胞、嗜酸性粒细胞和淋巴细胞等多种细胞和炎性介质参与的鼻黏膜变态反应性疾病，以突然和反复发作的鼻痒、喷嚏、鼻塞、流清涕、嗅觉功能障碍等为主要临床特征。AR影响着全球4亿患者的生活[1],部分AR可能会进一步发展为哮喘[2]，对人类健康、生活质量及劳动生产力造成了严重损害。然而由于该病发病机制尚未阐明，虽然现有的药物治疗能够明显改善症状，但是治疗效果并不理想。近来研究表明自噬(autophagy)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节气道炎性反应[3]。

自噬是一种不同于凋亡的细胞死亡编程[4]，广泛地存在于真核细胞的生理过程中，在进化上高度保守。正常生理条件下，细胞内保持一个比较低的基础自噬水平，当细胞处于应激(如感染、氧化应激和饥饿等)状态时，自噬水平会被迅速上调[5]。大量研究已经证明细胞自噬与免疫系统以及炎性反应之间有着密切的联系[6-8]，以往研究表明，自噬对免疫性疾病的作用机制主要通过内源性抗原递呈发挥作用，而最近研究发现，自噬对免疫细胞的分化、成熟以及功能起着调控作用[6]。AR的发病主要由于免疫细胞失衡等[1]，因此，自噬可能通过各种免疫炎性细胞和气道构成细胞参与AR的发病,但目前相关研究较少。本文综述自噬在AR中的可能发病机制。

1 自噬及主要分子标记物

自噬分为三种类型，巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬。微自噬是溶酶体直接通过溶酶体膜的突出、隔膜和内陷吞噬细胞质中的底物。分子伴侣介导的自噬具有高度选择性，只能降解一些特定蛋白而不能降解细胞器。这些能够被降解的蛋白都含有特定的氨基酸序列，能被热休克蛋白(heatshockprotein70,HSP70)分子伴侣或其复合物所识别并结合，随后被直接运送到溶酶体内降解。通常说的细胞自噬即巨自噬，在细胞巨自噬过程中，来源于细胞膜、内质网或高尔基体的双层膜结构可通过包裹细胞质物质及某些细胞器形成自噬体(autophagosome)，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹内容物。

越来越多的证据表明细胞自噬及与之相关的调节蛋白能够影响细胞内很多极其重要的生理过程如细胞增殖、程序性细胞死亡、炎性反应及细胞免疫功能等[5-6]。目前已经有30多种自噬相关基因(autophagy-related gene，ATG)被发现，它们编码的蛋白分子调控着整个细胞自噬过程(包括自噬体的形成以及自噬体捕获受损的细胞器和生物大分子的过程)。ATG1蛋白主要参与自噬的诱导阶段，能够接收来自细胞营养状态的信号，参与自噬体的形成，对于自噬体的成核和延伸至关重要；其活性主要受到哺乳动物雷帕霉素靶点(mammalian target of rapamycin，mTOR)的调控，位于PI3K信号通路的下游，是一个关键性的抑制性调节因子。mTOR作为能量和营养状态的感受器，在营养丰富的条件下，可磷酸化ATG13，磷酸化的ATG13与ATG1结合减弱，使ATG1激酶活性下降，抑制自噬；相反，在饥饿的条件下，mTOR的活性被抑制，ATG13去磷酸化，从而与ATG1紧密结合，使激酶活性增强，诱导自噬[9]。雷帕霉素作为经典的细胞自噬诱导剂，通过促进ATG3去磷酸化和ATG1活化，增强自噬。

其中Beclin1(又称为ATG6)在细胞自噬体双层膜囊泡结构的形成过程中发挥着关键作用，很多自噬的研究采用敲除Beclin1基因研究自噬在体内外的功能与作用[10]。Beclin1与Ⅲ型磷酸肌醇3激酶(class ⅢPI3K)的催化亚基Vps34相互作用，促进自噬相关蛋白ATG21和ATG24与细胞内膜结合，形成前体自噬结构，主要参与自噬体双层膜，调控自噬前体和自噬体的形成[11]。微管相关蛋白1轻链3 (microtubule-associated protein 1 light chain 3, LC3)(ATG8的同源蛋白)则在细胞自噬体捕获受损细胞器和生物大分子的过程中非常重要, 当自噬发生时，孤立的LC3-Ⅰ与磷脂酰乙醇胺结合形成LC3-Ⅱ，从而形成完整的自噬体。因此，LC3-Ⅱ含量与自噬活性高低密切相关，是自噬的标志分子，脂质化的LC3-Ⅱ与本体 LC3-Ⅰ的比例已经被公认为是Westem blot检测自噬程度的金标准[12]。同时，利用LC3在自噬形成过程中发生聚集的现象，在荧光显微镜下采用GFP-LC3融合蛋白示踪和监测自噬的形成过程，无自噬时，GFP-LC3融合蛋白弥散在胞浆中；自噬形成时，GFP-LC3融合蛋白转位至自噬体膜，在荧光显微镜下形成多个明亮的绿色荧光斑点，一个斑点相当于一个自噬体，可以通过计数评价自噬活性的高低。另外，透射电子显微镜是从形态学上观察自噬现象最直接、最经典的方法。

2 自噬参与AR的可能机制

气道炎性反应是公认的AR发病机制。获得性免疫在气道炎性反应的作用得到广泛研究,其中抗原刺激及CD4+T淋巴细胞起重要作用。

2.1 自噬与抗原递呈

在AR中，变应原接触机体后，经抗原递呈细胞(antigen-presenting cell, APC)摄取后与组织相容性复合物(major histocompatibility complex, MHC)分子结合，最终呈递给初始的T淋巴细胞继而产生一系列免疫反应。抗原递呈是指有效的将抗原结合至MHC分子的途径，这个过程需要细胞因子和细胞器之间复杂的相互作用。MHCⅠ主要呈递细胞内蛋白的肽段，而MHCⅡ主要呈递来自细胞外和细胞膜的蛋白[13]。研究发现APC通过自噬作用吞噬抗原并将其装载至溶酶体进一步降解从而发挥抗原递呈作用。自噬体输送外源性抗原物质到溶酶体,是胞内 MHCⅡ类抗原的重要来源。另外，在胞质 MHCⅡ的配体中,发现了自噬相关基因8 (Autophagy-related protein 8, Atg8) 的蛋白产物, 即 LC3和慢病毒颗粒(GABAA-receptor-associated protein, GABARAP)[14]。 Atg8 连接自噬体膜, 也是自噬体的必要蛋白, 参与形成完整的自噬体内膜结构，同时在APC细胞中发挥呈递和运输抗原的过程。此外，Atg8还可以增加 MHCⅡ的呈递作用, 促进自噬小体与 MHCⅡ相融合[15-16]。

2.2 自噬与免疫细胞

在幼稚T细胞中，不同的自噬水平影响着T细胞的分化方向，表明自噬在T细胞的发育和选择上有作用；在成熟T细胞中，自噬对于维持T细胞的稳态、存活以及发挥T细胞的正常免疫功能都具有重要作用，更重要的是自噬能够影响T细胞应答的性质与强度[17-18]。在自噬基因特异性缺失的ATG3-/-，ATG5-/-，ATG7-/-和 VPS34-/-小鼠模型中发现，脾脏和淋巴结中T细胞数目明显减少，体外分离培养的缺失相应自噬基因的T细胞激活后也不能有效地增殖[19-20]。基因ATG5缺陷小鼠不仅T淋巴细胞数目明显减少,当外界抗原刺激时,T淋巴细胞增殖受损，Th2型淋巴细胞表现出较高的自噬活性[21]。Beclin1基因缺陷的T细胞在受体收到刺激后出现细胞凋亡，而且Th1细胞比Th17细胞在Beclin1基因缺失后更易出现细胞凋亡，从而使Th1/Th17细胞比例失衡[22]，由此推断，自噬作用是 T细胞发育和活化的重要调节器。

2.3 自噬与气道上皮细胞损伤

气道上皮作为接触变应原的第一道屏障，在AR中发挥重要作用。尽管有关自噬在人气道上皮细胞的研究甚少,但最近不少研究者对其进行了研究, Th2型细胞因子IL-13导致的气道上皮细胞对于气道黏液的形成和氧化应激起了重要作用,并且是一种强有力的嗜酸性粒细胞趋化因子，Dickinson等[23]的研究证明自噬参与了IL-13诱导的气道上皮细胞黏液的分泌和氧化应激损伤；敲除自噬基因ATG5或者ATG14后，能够明显减弱IL-13诱导的气道上皮细胞黏液的分泌和氧化应激损伤。 另外，自噬还参与了缺氧以及烟草诱导的气道上皮细胞损伤及凋亡[24-25]。Ban等[26]发现自噬分子在难治性哮喘患者上皮细胞中高表达，炎性因子IL-1β能够诱导原代支气管上皮细胞以及人气道上皮细胞系A549中自噬分子LC3-Ⅱ表达增加，使用自噬抑制剂或者敲除自噬基因ATG5及Beclin1后，IL-1β无法诱导LC3-Ⅱ表达。在鼻息肉组织中，自噬蛋白以及自噬泡明显增多，特别在上皮细胞中尤为明显，LPS、IFN-γ等能够诱导体外培养的鼻上皮细胞自噬[27-28]。上述研究表明，自噬参与气道上皮的损伤，并且与气道纤维化与组织重塑相关，最终导致疾病慢性化[29]。

3 自噬与变应性鼻炎

自噬与AR治疗目前虽然尚无相关报道,但通过上述总结，自噬可能通过参与抗原递呈、T细胞分化以及上皮细胞损伤等参与AR的发病，因此自噬可能成为治疗AR的一个新的且充满前景的方向。自噬涉及到细胞生理学的多个方面,在获得性免疫及固有免疫反应中均发挥重要作用，参与调控感染、免疫及炎性反应等[30]。 另外，AR和哮喘为上、下气道的变应性疾病，在流行病学、病因学和病理生理学上的相似性。目前研究表明自噬在哮喘的发病中发挥重要作用。Poon等[31]从基因学方面，研究了自噬相关基因的多态性与哮喘的关联，发现Atg5的基因多态性与第一秒用力呼气量有关，说明自噬与哮喘患者的肺功能下降有关。在重度哮喘患者的痰粒细胞以及外周血嗜酸性粒细胞中自噬水平显著高于正常对照及轻度哮喘患者。Martin等[32]发现哮喘急性发作期患者鼻黏膜上皮细胞中ATG5 mRNA的表达显著上升。同时，自噬有可能参与哮喘患者的气道重塑[33]。综上，自噬可以成为气道变应性疾病新的治疗靶点。

4 结语

细胞自噬广泛存在于真核细胞,它对细胞的作用存在两面性:低水平的自噬可以维持细胞的稳定，是细胞存活的必要条件；同时在细胞内外诱导因素作用下,自噬可以作为疾病状态的诱因。自噬可能通过参与抗原递呈、调控各种免疫炎性反应细胞和气道构成细胞参与AR的发病。因此,研究自噬调节可为AR防治提供新的思路和途径,但目前自噬在AR中的直接作用机制研究较少，还需要更加深入的研究和更全面的证据阐明AR与自噬的关系。