自噬与细胞因子协同维持肝脏稳态

朱娅梅 王嘉睿 马世武

细胞自噬(autophagy)是细胞内容物在溶酶体降解的过程中实现物质、能量再循环，是细胞应对各种应激的保护机制。自噬受自噬相关基因(Atg)调控，在人类和酵母菌中已发现30多种Atg协同参与自噬过程。根据自噬体和溶酶体的结合途径可将自噬分为三类：巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)、分子伴侣介导的自噬(CMA)。肝脏是人体物质代谢、解毒的器官，以维持机体稳态。生理情况下肝细胞的自噬可调节肝细胞稳态。在病理状态下，不同原因的肝损伤存在坏死、凋亡、焦亡、铁亡、自噬等不同的死亡方式。新近研究发现，自噬可影响细胞对炎性因子(IL-1β、TNF)的敏感性，影响损伤相关分子模式的释放，以调节肝脏炎症，对肝脏起保护作用或促进疾病的进展[1-2]。本文主要探讨巨自噬与细胞因子对肝脏稳态的调节作用。

一、自噬参与多种肝脏疾病进程

在特异性敲除小鼠Atg7基因阻断基础水平自噬后，肝脏明显肿大，肝细胞中异常线粒体和过氧化物酶增加，大量泛素化蛋白积聚，导致肝细胞死亡和血清转氨酶升高。在肝缺血再灌注模型中，自噬水平明显增加，明显抑制肝细胞的死亡[3]。在酒精性肝病的研究中，乙醇可以抑制肝细胞内自噬，引起Mallory-Denk小体聚集，使用雷帕霉素人工诱导自噬，减少细胞内Mallory-Denk小体[3]。在非酒精性脂肪性肝病中，自噬可通过降解脂滴、调节胰岛素抵抗、调节免疫等功能阻止疾病进程，预防肝纤维化、肝癌等并发症的发生[4]。在肝癌中，随着病情的进展，自噬有双重作用，在肿瘤发生的早期，自噬可以维持正常细胞的基因组稳定，抑制肿瘤进展；在后期，自噬可为癌细胞提供能量，提高生存能力，诱导细胞黏附信号改变，进而促进肿瘤细胞的侵袭和迁移[6]。另有研究发现，索拉非尼通过内质网应激诱导人肝癌细胞凋亡与自噬，自噬的发生弱化了索拉非尼的促凋亡作用，联合应用自噬抑制剂氯喹可明显促进肿瘤细胞凋亡[7]。通过系列研究，可以看到自噬在维持肝脏细胞稳态和引起肝细胞损伤中发挥双刃剑作用。

二、自噬缺陷是肝细胞稳态失调的主要原因

肝细胞的基础自噬是维持肝脏蛋白质、脂质和细胞器稳态的必要条件[8]。自噬对急、慢性肝损伤都有预防作用，自噬基因的沉默会导致不同表型的肝损伤，对自噬缺陷的小鼠模型的持续观察，小鼠会表现出复杂的病理学变化，包括肝肿大、炎症、纤维化、肿瘤的发生，表明自噬缺陷是肝脏稳态失调的主要原因[2]。

三、自噬缺陷与炎症细胞因子协同参与肝损伤

(一)自噬缺陷使肝细胞对细胞因子IL-1β、 TNF的毒性敏感性增加 近年来研究发现，在正常的肝细胞中IL-1β、TNF并不引起细胞损伤，而自噬缺陷的肝细胞对IL-1β、TNF的损伤敏感性增加，在两者共存的情况下，有更高的细胞死亡率，以及体内血清学指标的异常；肝细胞自噬可抵抗酒精、半乳糖胺(GalN)和对乙酰氨基酚等毒素导致的肝损伤。在半乳糖胺诱导的肝损伤中，自噬可预防TNF引起的肝细胞损伤和细胞死亡[9]。有研究表明，IL-1β参与了非酒精性和酒精性脂肪性肝炎的病理生理过程，在慢性酒精性肝炎中，受损细胞释放ATP和尿酸这两种内源性无菌信号增强了IL-1β的活性，引起炎症[10]。 在正常的细胞中，IL-1β并不引起明显的细胞死亡，而在自噬缺陷的细胞或TNF存在的情况下出现细胞损伤， 提示IL-1β诱导的肝损伤可能发生在自噬缺陷或TNF共存的情况；而在自噬缺陷的细胞内，IL-1β、TNF表现出一定的协同作用。

(二)细胞能量失衡引起组织蛋白酶依赖的坏死 在siAtg5细胞中，经IL-1β/ TNF处理后并未发现凋亡相关因子、半胱氨酸蛋白酶、线粒体细胞色素C的释放， 而在放线菌素D / TNF的作用下存在以上因子参与凋亡， 提示IL-1β/ TNF介导的死亡并未通过TNF导致的线粒体死亡途径发生凋亡。而进一步使用坏死性凋亡抑制剂处理细胞，证实在自噬缺陷的细胞内，IL-1β/TNF的肝毒性是细胞坏死引起的[2]。与Vec细胞相比，siAtg5细胞经单独TNF和IL-1β处理有轻度的ATP减少，但在两种细胞内，IL-1β/TNF的协同处理则导致ATP大量减少。通过补充丙酮酸或油酸，可显著减少IL-1β/TNF诱导的siAtg5细胞死亡。通过ATP的耗竭会导致溶酶体通透性改变，水解酶(组织蛋白的释放)引起细胞死亡。在IL-1β/TNF处理的siAtg5细胞的组织蛋白酶B和L活性增加，而组织蛋白酶抑制剂可阻止siAtg5细胞死亡，在组织蛋白酶相关基因去除后，细胞死亡水平明显降低。另一项研究表明，TNF-α相关的溶酶体通透性是组织蛋白酶B依赖的；而鞘氨醇与组织蛋白酶B的活性有关，通过用靶向鞘氨醇或促进鞘氨醇产生的神经酰胺酶抑制组织蛋白酶B的活性，或使用溶酶体稳定剂可以抑制TNF介导的肝细胞凋亡[11]。而在体内实验中，在IL-1β/ TNF处理的Atg5Δhep小鼠肝脏中检测到组织蛋白酶B和L，用组织蛋白酶抑制剂可以减轻小鼠血清ALT和TUNEL水平。这些研究表明，IL-1β/ TNF处理的siAtg5细胞ATP失衡可引起溶酶体依赖的坏死。

(三)自噬缺陷促进DAMPS的释放，调节肝脏炎症 经IL-1B/TNF处理的Atg5Δhep小鼠，IL-16、干扰素、cox-2的水平明显增加，提示肝细胞自噬缺陷可放大炎症效应。 经IL-1β/TNF处理的siAtg5细胞外囊泡(EV)中检测到DAMPs高迁移率族1(HMGB1)和热休克蛋白90(HSP90)，而Vec细胞不存在。将野生型库普弗细胞暴露于IL-1β/ TNF处理的siAtg5细胞EV中，库普弗细胞促炎基因和Cox2的mRNA水平显著提高[2]。因此，在自噬减少的细胞在IL-1β/TNF应答时DAMP分泌，扩大炎症反应，表明自噬可通过调节细胞因子而调节肝细胞炎症。

IL-1β在自噬缺陷、与TNF共存的情况下介导肝细胞死亡路径。目前的研究对增加自噬和肝脏疾病(例如脂肪性肝炎)治疗的疗法开辟了新视角，将来仍需进一步研究正常情况及肝脏疾病状态下肝细胞自噬和炎症的关系。