自噬在炎症性肠病肠黏膜屏障损伤中的作用*

吴东升 张 彧 陈大光 曹 晖

湖南中医药大学1(410208) 湖南中医药大学第一附属医院肛肠科2

自噬是一种细胞存活机制，大量细胞质材料通过该机制被溶酶体降解代谢。自噬在代谢应激、神经变性、癌症、衰老、免疫以及炎症性疾病等不同细胞过程中的作用越来越受到重视[1]。自噬缺陷涉及诸多病理过程，其在炎症性肠病(IBD)发生、发展中的作用是当下研究热点。目前普遍认为，肠道黏膜屏障破坏或肠道微生物平衡紊乱对IBD的发病和疾病进展具有较大影响[2]。近年来，研究表明，自噬参与了IBD肠黏膜屏障损伤的发生、发展过程。本文就自噬在IBD肠黏膜屏障损伤中的作用作一综述。

一、自噬及其功能

自噬是一种细胞自我分解代谢的过程，其通过降解和回收蛋白质聚集体和受损的细胞器促进细胞存活[3]。根据细胞物质到达溶酶体腔途径的不同，自噬一般分为三种类型：巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬[4-5]。巨自噬是当前研究最多的类型，亦是通常所说的“自噬”。

自噬过程涉及两个关键步骤。在第一步中，杯状双膜吞噬细胞在细胞质中形成，通过吞噬异常的蛋白质、受损的细胞器或病原体，成为球状双膜自噬体。自噬体常被认为是由吞噬泡的核和膜扩张产生的。在第二步中，自噬体与溶酶体和内体融合形成自噬性溶酶体，此被认为是自噬降解代谢的基本单位[6]。自噬通过调节各种生理过程维持细胞与组织稳态平衡，其中包括病原体清除、抗原呈递、炎症反应、细胞因子的形成以及先天性和适应性免疫反应[7]。自噬被广泛认为是各种疾病的重要调节因子。其中，自噬与IBD间的相互作用较为复杂，近年来日益受到关注。

二、自噬在IBD中的作用

IBD是一组病因尚未完全明确的肠道慢性非特异性炎症性疾病，主要由克罗恩病和溃疡性结肠炎两种类型组成。自噬以多种方式影响IBD的发生、发展，包括清除入侵病原体、干预抗原呈递、调节Paneth细胞分泌抗菌肽以及影响巨噬细胞产生促炎细胞因子等[8]。

自噬作用增强可促进自噬体与溶酶体融合，引起致病微生物分解代谢。多项研究强调了自噬在肠巨噬细胞清除真菌、细菌和寄生虫中的作用[9-10]。Kanayama等[11]的研究表明，A20的自噬降解对于巨噬细胞产生清除白色念珠菌所需的细胞因子极为必要。Adolph等[12]的研究表明，Paneth细胞是肠道炎症的起源部位，在IBD中其通过调节炎性反应抗菌肽的表达，从而调控抗炎因子与促炎因子的平衡。亦有研究[13]表明自噬增加了适应性免疫反应，在被溶酶体降解后，抗原呈递给主要组织相容性复合体Ⅱ(MHC-Ⅱ)，之后被T细胞识别并引起适应性免疫反应。研究表明，自噬受损可扰乱肠上皮细胞功能，并影响先天性和适应性免疫反应、活性氧簇(ROS)的产生以及内质网应激(ERS)，导致异常炎性反应发生，最终促进IBD的发生、发展[14-15]。鉴于自噬在细胞稳态和免疫调节中的重要作用，明确自噬在IBD中的作用对人类健康具有显著价值。

三、自噬在IBD肠黏膜屏障损伤中的多重作用

肠黏膜屏障由肠黏液层和肠上皮两层组成，肠道内的多种特异性和非特异性保护机制共同形成有效的肠黏膜屏障[8]。肠黏膜屏障功能异常是IBD发病的重要基础。自噬被认为是包括IBD在内的诸多慢性炎症性疾病的促成因素。自噬通过调节肠上皮连接、参与病原体清除、调控炎症信号表达和免疫功能、干预肠黏液分泌以及ERS等多种途径介导IBD肠黏膜屏障损伤。

1.自噬调节肠上皮机械屏障：细胞连接发生于组织的细胞-细胞和细胞-基质接触点，尤其在上皮细胞中多见[1]。在脊椎动物中，肠上皮细胞主要存在三种类型的细胞连接：紧密连接(TJ)、黏连连接(AJ)和间隙连接(GJ)。

研究[16]指出自噬可显著增强TJ屏障功能，其通过诱导claudin-2降解导致TJ屏障功能增强。肠上皮TJ屏障对维持肠内稳态具有重要意义。AJ是一种古老的连接复合体，可促进和维持上皮细胞间的连接。自噬通过调节AJ主要蛋白钙黏蛋白表达水平，影响钙黏蛋白与p120、β-连环蛋白和α-连环蛋白结合形成细胞表面的保护性复合物，介导钙依赖性同型细胞间的AJ屏障，从而影响上皮屏障功能[17]。此外，自噬可下调SNAIL、SLUG两种关键转录抑制因子，从而调节上皮-间质转化过程中钙黏蛋白的表达[18]。自噬在肠上皮细胞GJ的降解中起重要作用，在肠道炎症等的刺激下，自噬体与GJ连接蛋白形成复合体诱导GJ连接蛋白降解，引起GJ屏障改变，使肠上皮适应肠道应激刺激或损伤[17,19]。上述研究表明，自噬对维持和调节肠黏膜屏障功能具有重要作用，其通过调节肠上皮细胞连接，维持肠黏膜稳态，参与肠黏膜机械屏障的损伤修复。

2.自噬清除病原体调控肠黏膜屏障：自噬可通过清除入侵病原体影响IBD的发病过程。肠上皮细胞对细胞内微生物的感知和处理受损是IBD发生、发展的重要环节。Burger等[20]的研究发现，微生物可通过干扰素(IFN)-γ诱导基底细胞自噬，从而维持肠内稳态。IBD患者体内受损的Paneth细胞可产生低水平的防御素和溶菌酶，导致肠黏膜抵抗肠腔中定植细菌的能力减弱，使细菌清除受阻，肠黏膜生物屏障损伤[21]。Lee等[22]亦指出自噬在先天性防御途径中的重要性。自噬的诱导对防御病原体入侵具有重要作用。上述研究提示自噬通过监测和清除肠道病原体，维持肠道稳态平衡，进而保护肠黏膜屏障。

3.自噬双向调节炎性信号调控肠黏膜免疫稳态：肠上皮细胞屏障损伤是IBD的特征性变化。肠单核吞噬细胞(MP)的抗原呈递对黏膜的保护至关重要。炎性细胞因子可影响MP自噬。细菌感染时分泌的IFN-γ以及其他辅助性T细胞1(Th1)型细胞因子可诱导自噬发生，而Th2型细胞因子则抑制自噬[23]。自噬可下调鼠和人巨噬细胞分泌炎性细胞因子白细胞介素(IL)-1β和IL-18[8]。此外，活化的自噬缺陷型巨噬细胞产生的IL-1β可促进IL-23分泌，从而进一步加强炎性反应[24]。然而，自噬在炎性反应中亦可参与不同阶段的负性调节。研究[25]显示，由营养缺乏诱导的自噬可导致炎性小体触发、巨噬细胞IL-1β和IL-18分泌增加。炎性细胞因子在IBD发病中的作用明确，自噬可双向调节促炎因子和抗炎因子分泌，从而参与肠黏膜炎症的调控，两者间的相互抗衡决定着疾病的发展。

4.自噬调节肠免疫功能干预肠黏膜屏障功能：自噬参与多种适应性免疫功能，包括抗原呈递、T细胞和B细胞发育、增殖、分化等免疫过程。MP包含树突细胞(DC)和巨噬细胞。这些细胞是肠内稳态的关键参与者，并维持全身和黏膜免疫系统的正常功能。DC可捕获、清除破坏肠黏膜屏障的病原体[26]。自噬除了参与介导抗原呈递，亦参与影响T细胞的增殖和存活。敲除Atg5和Atg7的T细胞由于线粒体自噬缺乏引起胸腺和外周T细胞数量减少，亦导致记忆CD8+T细胞的形成受损[27]。记忆T细胞稳态失调与IBD的发病机制有关。B细胞在肠内稳态和炎症控制中亦起重要作用。肠上皮中的B细胞群主要由分泌IgA的浆细胞组成。IgA水平与IBD有关，IgA可阻断病原体黏附、促进细菌清除、抑制病原体毒力以及控制肠道微生物群，是肠道第一道防线的关键组分[28]。综上所述，上述研究提示自噬通过参与免疫功能调节维持肠道稳态，从而保护肠黏膜屏障功能。

5.自噬调节肠腔黏液分泌，干预肠黏膜屏障形成：当病原体侵入时，肠黏液层与肠上皮细胞层一起形成物理和化学屏障，通过各种特异性和非特异性机制产生各种炎性反应和免疫反应[29]。自噬参与肠杯状细胞、Paneth细胞等分泌肠黏液的过程，也参与肠黏液的降解代谢，两者间处于一定的动态平衡。杯状细胞可储存和分泌大量含有黏蛋白和黏液交联蛋白的黏蛋白颗粒，其与肠上皮结合形成对肠道菌群的第一道防线[30]。研究提示，自噬可控制杯状细胞的分泌功能。NLRP6炎症小体通过促进NLRP6缺陷小鼠的细胞自噬，促进杯状细胞黏蛋白颗粒胞吐作用，自噬受损后将不能有效地分泌黏蛋白。这种分泌的改变导致肠黏膜与微生物相互作用，使上皮屏障明显受损[31-32]。Paneth细胞分泌的抗菌肽颗粒是肠黏液层的重要组成部分，其主要影响炎症反应和免疫反应。研究指出，由自噬相关基因突变引起的Paneth细胞自噬功能障碍可能影响入侵病原体的定位、细菌的识别、抗菌反应的激活以及各种抗菌肽的释放，同时调节肠道炎症和免疫反应，进而影响肠黏膜屏障功能[4]。

6．自噬通过调节ERS保护肠上皮细胞屏障：肠内稳态依赖内质网功能进行适当的蛋白质折叠、修饰和分泌[33]。内质网功能障碍引起异常未折叠蛋白滞留并聚集于内质网腔内，称为ERS。ERS对IBD发病机制的影响主要包括损害黏膜屏障功能、调节宿主细胞的先天性或适应性免疫应答以及调节肠道微生物群[34]。研究指出ERS可通过各种途径在Paneth细胞中启动自噬[35]。基因因素引起的功能失调自噬可导致实验性结肠炎动物模型和IBD患者出现过度触发的ERS，从而加剧IBD的严重程度[36]。此外，有诸多研究显示，自噬可抑制多种炎症性和免疫性疾病的ERS水平[37-38]。近期一项研究[39]表明，肠上皮细胞中自噬缺陷可引起ERS时肌醇需求酶1(inositol-requiring enzyme 1,IRE1)聚集，从而导致IBD易感。上述研究表明，自噬具有抗ERS作用，直接参与应激细胞的转归，如适应、损伤或凋亡，进而影响IBD肠黏膜屏障功能。基于以上证据，利用自噬过程抑制ERS有望成为治疗IBD的潜在疗法。

四、结语

综上所述，自噬可通过调节肠上皮细胞连接、参与病原体清除、调控炎症信号表达和免疫功能、干预肠黏液分泌以及ERS等多种途径介导IBD肠黏膜屏障损伤。自噬参与调节的途径繁多，而这些途径在体内相互促进又相互制约，彼此间的关系仍需进一步研究证明。后期进行自噬与肠黏膜相关研究时应注意对自噬参与的多个途径综合分析评价。自噬利弊共存，适度自噬能使体内异常蛋白质和受损细胞器得以清除，从而维持肠道稳态，保护肠黏膜屏障；而过度自噬可引起肠腔内自噬性细胞异常死亡，使肠道稳态失衡，导致肠黏膜屏障受损[40]。因此，探究自噬与IBD黏膜屏障间的相互作用，了解与肠黏膜屏障相关的自噬的发生、发展规律，明确自噬相关的黏膜屏障调节特点及其相关机制，将有助于探索IBD的有效治疗方式，有利于发现新的治疗方法和治疗靶点。