自噬在抑郁症发生发展中作用的研究进展

吴 婷(综述) 张静思 向 军 蔡定芳(审校)

(复旦大学附属中山医院中西医结合科-复旦大学中西医结合研究院神经病学研究所 上海 200032)

抑郁症是一种严重影响家庭社会和谐的心境障碍性疾病,临床表现为心境低落、快感缺失、睡眠和认知障碍等,严重者可有自杀倾向[1]。治疗方法主要有药物、心理和物理治疗等。药物治疗主要有单胺氧化酶抑制剂(monoamine oxidase,MAOI)、三环类抗抑郁药(tricyclic antidepressant,TCA)、选择性5-HT再摄取抑制剂(selective serotonin revptake inhibitor,SSRI)、5-HT/NE再摄取抑制剂(serotonin and norepinephrine revptake inhibitor,SNRI)和NE/DA再摄取抑制剂(norepinephrine-dopamine revptake inhibitor, NDRI)等。这些药物作用多基于抑郁症单胺类递质失调的假说,集中在调节患者脑内单胺类神经递质系统的功能上。但目前的药物治疗周期长,起效慢,效率低。大多数抗抑郁药只对50%的患者起效[2],这意味着经典的单胺递质失调假说并不能完全阐明抑郁症的发病机制。近年来关于抑郁症发病机制的研究提示,神经元自噬可能参与抑郁症的发病和治疗。

自噬本质上是一种溶酶体依赖的蛋白质降解途径,通过对受损细胞器和长寿蛋白质的降解及循环利用,从而维持细胞内环境稳态,它与泛素蛋白酶体系统一起维持细胞正常的新陈代谢[3]。根据异常蛋白质运送至溶酶体机制的差异,将自噬分为3种基本方式:巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。

巨自噬是指双层膜结构包裹细胞质中异常蛋白质形成自噬泡,然后与溶酶体结合并降解;微自噬由溶酶体膜直接包裹吞噬细胞质中的变性坏死细胞器和可溶性蛋白质,随后溶酶体膜破裂,释放大量的水解酶,底物被降解后再重新利用;CMA由胞质内蛋白质结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔中,然后被溶酶体酶消化。参与自噬调节的通路主要有:(1)哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)依赖通路:mTORC1的活化能抑制自噬起始蛋白UNC-51激酶1(unc-51-like kinase 1,ULK1)的表达,ULK1是酵母自噬相关基因(autophagy associated gene,Atg)Atg1的同源物,所以mTOR是自噬通路的负调节因子;(2) Beclin-1通路:Beclin-1是酵母中的Atg6的同源基因,通过与Ⅲ型磷脂酰肌醇3激酶 (phosphatidylinositol-3-kinase class Ⅲ,PI3K)结合,介导多种自噬相关蛋白定位于自噬前体结构,促进自噬的发生。而凋亡抑制蛋白质Bcl-2能通过与Beclin-1的BH3结构域结合从而抑制Beclin-1诱导的细胞自噬。(3)Ca2+通路:Ca2+能调节自噬,但目前关于Ca2+调节自噬的机制仍不清楚。此外,微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,MAP1LC3,以下简称LC3)的修饰过程对自噬泡的形成至关重要,首先LC3前体被Atg4B加工为LC3-Ⅰ,通过Atg7催化,细胞溶质的LC3-Ⅰ转变成为一种膜结合形式,即LC3-Ⅱ[4],LC3-Ⅱ是自噬发生的重要标志物。自噬在神经元发生和突触重塑中发挥重要作用,自噬功能失调引起错误折叠蛋白和受损细胞器的堆积,神经元功能失调甚至死亡,从而导致多种神经系统疾病的发生,如帕金森病、阿尔茨海默病和亨廷顿病等[5]。但自噬与抑郁的关系报道较少,本文总结近年来相关文献,以期为探究细胞自噬参与抑郁症发生发展的机制提供参考。

自噬激活与抑郁症已有少量研究提示,细胞自噬可能参与抑郁症的发生[6]。抑郁症患者尸检发现[7],前额叶皮质突触蛋白质合成受抑制,mTOR磷酸化水平降低,提示自噬激活。刘昊等[8]发现抑郁症模型大鼠海马神经元存在明显自噬激活。大鼠海马神经元出现自噬体增多,LC-3Ⅱ/LC-3Ⅰ比值、Beclin-1水平明显升高;神经元数量减少,细胞凋亡率升高,海马体积萎缩。这说明抑郁症模型大鼠海马出现明显的自噬和凋亡。海马组织的损伤和凋亡也是抑郁症病因之一[9]。蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)/mTOR 通路调节突触传递和重塑等过程,在细胞自噬、增殖等过程中也发挥重要调节作用。Machado-Vieira等[10]发现躁狂抑郁症患者血清中AKT和 mTOR mRNA水平下降。Bcl-2通过与Beclin-1结合从而抑制自噬的发生,而临床尸检研究发现,双相抑郁症患者脑内Bcl-2水平下降[11]。精神分裂症断裂基因1(disrupted in schizophrenia 1,DISC1)是抑郁症等精神疾病的一个关键易感基因,而它能被自噬途径降解[12]。这些证据都提示细胞自噬的异常可能参与抑郁症的发病[13]。

自噬对抑郁症的正向调控自噬对神经系统疾病的调节作用是正向还是负向的目前仍存在很多争议[14]。与此类似,一些动物实验结果提示某些抗抑郁药物的抗抑郁作用可能与其上调细胞自噬水平相关。三环类抗抑郁药阿米替林和选择性5-HT再摄取抑制剂西酞普兰能增加大鼠星形胶质细胞和神经元自噬水平。自噬蛋白质LC3-Ⅱ和Beclin-1水平明显上调。自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)能抑制AMI对自噬的促进作用,证实AIM对自噬的影响可能与class-Ⅲ PI3K依赖通路有关。Kara等[15]给抑郁小鼠饮用2%海藻糖溶液3周后发现,海藻糖具有稳定情绪抗抑郁的作用,并认为该作用可能与降低前额叶皮质中p62/Beclin-1比值,增强自噬有关。治疗躁狂抑郁症的经典药物锂被证实能诱导自噬,减少病理性朊蛋白的数量[16]。锂和mTOR抑制剂雷帕霉素也常联用以诱导自噬[17]。FK506结合蛋白51(FKBP51)是一种具有多种结构域,多种生物学功能的免疫大分子,在机体免疫。类固醇激素的调节、癌症的发生和治疗以及抑郁症中发挥着重要作用。FKBP51能与 Beclin-1结合,活化Beclin-1,从而触发自噬[18-19]。快速抗抑郁药氯胺酮对FKBP51敲除(51KO)小鼠没有抗抑郁作用。氯胺酮处理后,野生型小鼠自噬标志分子(如Beclin-1)表达上调,但FKBP51KO小鼠Beclin-1没有上调[19]。FKBP51能协同抗抑郁药增强自噬水平[19]。帕罗西汀(PAR)对社交挫败抑郁模型小鼠的抗抑郁效应和自噬的影响也依赖于FKBP51的表达[18-19]。此外,有研究提示激活自噬能促进突触的发展[20]。

自噬对抑郁的负向调控自噬激活后,神经元和胶质细胞存活率下降,神经元出现凋亡[21]。另一些研究证实抗抑郁药能通过抑制自噬发挥抗抑郁作用。研究显示氟西汀通过上调蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)磷酸化水平促进神经发生并改善神经元存活率[22]。AKT是PI3K-Akt-mTOR信号通路的关键因子,而PI3K-AKT-mTOR通路调节自噬,与抑郁症关系密切[23]。Warren等[24]发现,哌醋甲酯和氟西汀联用能明显增加SD大鼠在糖水旷场和强迫游泳等行为学测试中的得分。增加大鼠腹侧被盖区ERK2、CREB、mTOR mRNA和蛋白质水平。在神经退行性疾病中mTOR信号对于调节突触蛋白合成与自噬起重要作用[25]。神经元自噬相关的mTOR信号通路参与抗抑郁药的作用机制,mTOR信号通过调节自噬发挥神经保护的作用,通过促进蛋白质合成诱导神经再生[26]。快速抗抑郁药氯胺酮是一种非选择性NMDAR拮抗剂,它能快速激活mTOR通路,从而增加前额叶皮质的突触信号蛋白质水平和棘突数量[27]。mTOR的慢性激活可能会抑制自噬。而Kara等[28]发现ICR小鼠慢性给药氯胺酮(5 mg/kg或10 mg/kg) 3周却不能改变前额叶皮质中自噬相关蛋白的水平。Park等[29]发现西酞普兰、帕罗西汀与苯环丙胺也能显著增加磷酸化mTOR水平及其下游分子磷酸化4E-BP1和磷酸化p70S6K的水平;并增加海马树突生长和突触蛋白水平。这些作用都能被雷帕霉素抑制。

自噬参与调节肿瘤伴抑郁症抑郁症也是肿瘤患者常见伴发病,自噬机制参与抑制肿瘤耐药[30]。许多抗抑郁药物被证实能通过自噬途径抑制肿瘤进展。Ma等[31]发现地昔帕明能提升C6胶质瘤细胞Beclin-1和LC3的表达,并抑制PI3K-AKT-mTOR通路的活化,地昔帕明活化PERK-eIF2α和ATF6内质网应激通路,而沉默PERK能显著减少自噬的发生,由此发现DMI能激活自噬,从而诱导细胞发生自噬性死亡。三环类抗抑郁药丙米嗪能抑制人胶质瘤细胞U-87MG PI3K/Akt/mTOR信号通路,增加LC3-Ⅱ的表达,刺激酸性自噬泡的形成,诱导细胞自噬,促进细胞死亡。沉默Beclin-1后抑制了丙米嗪诱导的细胞死亡[32]。亲脂性抗抑郁药氟西汀10 μmol/L作用24 h和48 h后通过诱发自噬和内质网应激从而抑制乳腺癌细胞SUM149PT增殖,抑制RTK/AKT/mTOR通路,上调LC3的表达[33]。此外,还有研究证实氟西汀能通过促进自噬,抑制人脂肪干细胞增殖和分化[34]。马普替林和氟西汀能诱导化疗耐药Burkitt’s 淋巴细胞株DG-75自噬性程序性细胞死亡,上调Beclin-1。自噬抑制剂3-MA能抑制马普替林和氟西汀引起的程序性细胞死亡[35]。而氯丙咪嗪被证实能通过抑制自噬而增强化疗对癌细胞的杀伤作用[36]。

中医理论对自噬调节抑郁的认识中医理论认为郁证的发病主要是肝主疏泄功能失调,而细胞自噬功能失调如过度激活或受抑制,导致细胞内代谢失衡,诱发细胞死亡与中医理论的肝疏泄太过和疏泄不及在细胞层面不谋而合[37]。徐爱军等[38]发现柴胡疏肝散能下调慢性不可预见温和应激抑郁大鼠LC-3和Beclin-1 蛋白质水平,降低细胞凋亡率,提示柴胡疏肝散抗抑郁作用可能与拮抗大鼠海马神经元凋亡和降低自噬有关。吴如燕等[39]发现越鞠甘麦大枣汤通过上调小鼠海马p-Akt和p-mTOR表达,快速缓解子代抑郁样行为。

结语自噬作为一种细胞防御机制,一方面可清除受损的细胞器、折叠蛋白质,重塑细胞,避免细胞受损,维持细胞内环境稳定;基础水平的自噬对于稳定和保障细胞各种生命活动正常有序进行至关重要,有利于神经元存活[40]。另一方面,自噬一旦被过度激活,就会降解过多的细胞器或自身蛋白质,超过自身的代偿范围而导致细胞死亡。自噬就像一把双刃剑[41],不足和过度都能引起神经元损伤。神经元自噬在神经突触生长,神经元分化中发挥重要作用,这些保证了神经元连接及其正常功能的发挥,自噬功能失调与神经发生障碍和神经可塑性失调密切相关。许多证据都显示抑郁症患者自噬发生激活,抗抑郁药通过不同信号途径调节自噬水平发挥抗抑郁效应,提示自噬可能参与抑郁症的发生发展进程。抑郁症机制复杂,研究自噬与抑郁症的关系意义重大,自噬作为一种潜在的药理学靶点可能成为研究热点。