结核分枝杆菌感染过程中自噬的作用及宿主自噬调节机制研究进展

王永，姜岩

黑龙江省传染病防治院内十一科，哈尔滨150500

结核病（TB）是由结核分枝杆菌（MTB）引起的一种呼吸道感染性疾病，每年约有900万新发病例，150 万TB 患者病死［1］。传统的抗结核化疗方案在TB控制中疗效不佳，主要与MTB毒力增强和耐多药MTB 流行有关。多药耐药结核病（MDR-TB）和广泛耐药结核病（XDR-TB）是全球卫生事业的重大威胁，据报道全球约有36.1 万MDR-TB 新发患者出现，而中国占14%［2］。在2019 年，中国估计有7.1%的TB 新发患者和23% 的经治疗患者为MDR-TB 和利福平耐药结核病（RR-TB），而MDR-TB 和RR-TB的治疗成功率仅为57%，XDR-TB 的治疗成功率仅为39%［3］。因此，目前临床迫切需要新的安全、有效的药物来治疗MDR-TB和XDR-TB，并防止进一步的耐药发生。宿主定向疗法中的自噬靶向治疗可以增强针对病毒和细菌的治疗选择，同时避免了多药耐药的发展，已成为热门的研究主题。本研究对MTB感染过程中自噬的作用及宿主自噬调节机制作一综述，为TB的治疗提供理论依据。

1 MTB感染过程中自噬的作用

MTB 是典型的细胞内寄生菌，主要寄生于人体巨噬细胞内，当MTB 以气溶胶的形式被吸入机体后，肺上皮细胞中存在的常驻肺泡巨噬细胞形成了抵抗MTB感染的第一道防线［4］。巨噬细胞借助补体和甘露糖受体吞噬MTB，活化产生活性氧（ROS）和一氧化氮等抗微生物物质，并启动细胞内自噬、凋亡等多种机制，抑制或清除MTB［5］。MTB 向吞噬溶酶体的传递依赖于多种运输途径，包括与微管相关蛋白（LC3）相关的吞噬作用和自噬。在溶酶体运输过程中，MTB 可激活各种细胞过程，如细胞凋亡、抗原呈递和自噬等［6］。然而，MTB 可以逃避这些细胞过程，从而导致TB 的发展。自噬和凋亡是MTB 感染宿主用来限制MTB 向外生长的其他效应器机制。同样暴露于MTB，但仅有10% 的个体发生MTB 感染，这表明存在有效的宿主防御机制来抵抗MTB 感染［7］。自噬已经成为抵抗细胞内MTB感染的重要宿主免疫防御机制。

自噬是一种细胞内降解过程，可在应激条件下维持细胞稳态，可降解包括蛋白质、细胞器和异物在内的细胞内成分。自噬代表由自噬体介导的细胞内过程，自噬体将细胞成分转运至溶酶体进行降解，而自噬体的形成需要将LC3-Ⅰ（未结合的细胞质形式）转换为LC3-Ⅱ（自噬体的膜相关磷脂酰乙醇胺结合形式）。因此，LC3-Ⅱ的数量反映了自噬体的数量，是使用最广泛的自噬标志物［8］。自噬作为一种先天免疫，在消除细胞内MTB 方面具有至关重要的作用。巨噬细胞中自噬的生理激活可促进MTB 吞噬体成熟为吞噬溶酶体，从而抑制了细胞内MTB 存活。相反，自噬水平降低会增加MTB 存活率，并与MTB感染患者的预后不良相关。

MTB 可通过许多方式来抵抗自噬，并操纵宿主的先天免疫力。例如，MTB可通过ESX-1分泌系统，抑制人类树突状细胞的晚期自噬，以逃避树突状细胞介导的免疫［9］。MTB 的Eis 基因可通过抑制c-Jun N 端激酶（JNK）/ROS 信号传导，从而抑制巨噬细胞自噬［10］。此外，MTB 脂蛋白LprE 可抑制自噬和抗菌肽cathelicidin 表达，从而在感染过程中促进细菌复制［11］。此外，毒性强的MTB 可抑制晚期胞内体/溶酶体蛋白Rab7向吞噬体的募集，从而逃避了与溶酶体的吞噬体融合［12］。许多自噬相关蛋白（ATG）如ATG5、ATG12 和ATG16L1，均参与了MTB 的先天免疫清除，巨噬细胞中的ATG16L1缺乏可保护MTB免受NADPH氧化酶和吞噬作用的影响［13］。此外，MTB病原体可以通过调控microRNA（简称miRNA），在表观遗传上控制宿主自噬途径，从而在感染过程中促进宿主细胞中MTB 的复制［14］。研究显示，miR-20a介导的ATG7 和ATG16L1 沉默可抑制自噬，并促进巨噬细胞中的TB 疫苗卡介苗（BCG）的存活［15］。因此，巨噬细胞中自噬的激活在抗结核治疗中具有广阔前景。

2 MTB感染后宿主的自噬调节机制

2.1 激活及磷酸化AMP 依赖的蛋白激酶（AMPK） AMPK 的活性主要通过单磷酸腺苷（AMP）在γ 亚基上的直接变构活化来调节，从而导致催化性α 亚基磷酸化。在细胞能量短缺（饥饿和相关的细胞应激）的情况下，AMP 与三磷酸腺苷（ATP）的比例增加会激活AMPK，以维持能量稳态。AMPK 可以激活多细胞生物中的大量分解代谢过程，同时抑制多种合成代谢途径。AMPK 是一种关键的代谢调节剂，在多种应激条件下均可调节自噬。AMPK 的激活对多种人类疾病具有治疗潜力，包括缺血再灌注损伤、心血管疾病、肝脏疾病和骨相关疾病［16］。此外，AMPK 也参与了MTB 感染后机体的抗菌反应。

研究表明，AMPK 激活剂AICAR 和分枝杆菌脂蛋白LpqH 能够通过AMPK 信号通路激活巨噬细胞中的自噬［17］。MTB 感染早期可诱导患者血清肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂（TWEAK）表达上调，TWEAK 通过激活AMPK 而诱导自噬，并可促进MTB 自噬体的成熟；但当进入潜伏性结核感染状态后，miR-889 可通过转录抑制TWEAK 表达，从而抑制自噬，以维持肉芽肿中MTB 的存活［18］。MTB 感染会促进miR-18a 表达，从而抑制自噬，抑制miR-18a表达会促进AMPK 磷酸化剂自噬，从而抑制细胞内MTB 存活［19］。研究表明，鸟氨酸是一种被MTB 感染的Kupffer 细胞的代谢产物，可通过AMPK 诱导自噬，从而限制MTB 存活［20］。神经递质及其代谢物γ-氨基丁酸（GABA）可通过钙离子通道来激活AMPK，从而触发自噬，导致先天宿主抵抗MTB 感染的能力增强［21］。尽管尚未在人体试验中得到证实，但这些临床前观察结果提示自噬靶向代谢物可用于针对TB的宿主定向治疗。

2.2 抑制PI3K/AKT/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路 现已证实，PI3K/AKT 信号通路在多种疾病的自噬调节中发挥重要作用，如肾缺血再灌注损伤、骨 关 节 炎［22］、脊 髓 损 伤［23］、肝 细 胞 癌［24］等。mTOR 是细胞生长和增殖的重要调节因子，可调节多种生物学过程，包括蛋白质合成、细胞增殖、生长、自噬和新陈代谢。mTOR是PI3K/AKT通路下游的重要靶点，作为自噬关键负性调节因子，在自噬激活和早期自噬体前体结构形成中具有重要作用［25］。研究表明，MTB 及其组分可以触发巨噬细胞中PI3K/AKT 和mTOR/S6K1 信号传导途径，因此MTB 介导的mTOR/AKT 信号传导可能在其感染期间抑制巨噬细胞的吞噬过程中具有重要作用［17］。雷帕霉素是mTORC1 抑制剂，是一种经典的自噬激活剂，对细胞内MTB 的复制具有抑制作用。研究显示，雷帕霉素类似物依维莫司可明显抑制mTOR，从而引起自噬诱导［26］。依维莫通过抑制mTOR 活性，多应用于预防移植器官排斥和治疗恶性肿瘤，这些mTOR 抑制剂可能对抗菌自噬和宿主抵抗MTB感染具有有益作用［27］。这些雷帕霉素类似物是靶向自噬的针对MTB 感染和其他传染性疾病的潜在靶标。

巴多昔芬是一种选择性雌激素受体调节剂，可通过上调ROS 生成和抑制AKT/mTOR 信号传导来促进自噬，从而抑制MTB 的细胞内生长［28］。中草药黄芩苷可通过抑制AKT和mTOR磷酸化诱导大鼠巨噬细胞自噬，从而抑制细胞内MTB 复制及存活［29］。到目前为止，mTOR/AKT 抑制剂多应用于癌症的治疗，关于其在MTB 感染方面的治疗潜能仍需进一步观察。

2.3 抑 制Wnt /β -catenin 信 号 通 路 Wnt /β -catenin 信号通路在维持细胞稳态、调节胚胎发育、细胞增殖、分化、凋亡以及与炎症相关癌症的发生中发挥重要作用。研究表明，Wnt /β-catenin也是入侵细胞内病原体（包括MTB）细菌毒力因子的相关靶标［30］。但是，目前关于Wnt/β-catenin 信号通路在MTB感染过程中的自噬调节作用尚处于起步阶段。对于细胞内MTB 染而言，Wnt 信号通路传导与免疫反应和自噬有关。白细胞介素（IL）-1家族细胞因子IL-36γ 可通过WNT5a 依赖性激活人类单核细胞衍生巨噬细胞中的自噬，从而抑制MTB 的细胞内存 活［31］。 研 究表明，Wnt3a 是Wnt 的配体，可通过mTOR 依赖性途径抑制BCG 诱导的自噬，并且抑制巨噬细胞中自噬蛋白如LC3的表达［32］。目前关于Wnt信号介导的自噬在MTB感染后宿主防御机制中的作用尚不明确。鉴于多个Wnt信号分子可能在不同的感染环境中发挥多种不同的作用，因此还需要进一步研究以了解特定Wnt配体和调节剂在体内外调节自噬，以及介导抗MTB的确切分子机制。

2.4 激活转录因子EB（TFEB） TFEB 是mTORC1下游转录调控自噬的关键转录因子，在细胞溶酶体合成和细胞自噬过程中发挥重要作用［33］。mTOR/AKT 途径可通过TFEB 磷酸化来调节TFEB 的亚细胞定位，从而抑制其核移位和激活［33］。干扰素-γ 诱导的自噬是通过钙调神经磷酸酶（PPP3）/TFEB 途径的细胞内钙触发激活而介导的，从而抑制了巨噬细胞中的MTB 存活［34］。过氧化物酶体增殖物激活受体α 激动剂可促进自噬和溶酶体基因激活（包括TFEB），从而增强对MTB 的防御能力［35］。此外，TFEB沉默可促进巨噬细胞中促炎细胞因子的合成，因此TFEB 还可以控制MTB 感染期间过度的炎症反应［35］。一些抗生素包括利奈唑胺和贝达喹啉可激活自噬，从而促进MTB 的清除。贝达喹啉是通过上调经由TFEB和钙信号传导的溶酶体激活来诱导自噬，并可增强其他抗结核药物的活性［36］。这表明，TFEB在多种自噬激活剂的抗MTB 反应过程中起关键作用，并且可能成为基于自噬的抗结核治疗药物的主要目标。

2.5 控制炎症反应 在MTB 感染期间，炎症途径以各种方式影响自噬防御过程。维生素D3联合丁酸苯酯可显著降低外周血单核细胞中促炎细胞因子/趋化因子的水平，并促进自噬，从而发挥良好的免疫调节作用［37］。中草药黄芩苷是自噬诱导剂，可抑制NF-κB 信号通路和NLRP3 炎性小体活化，发挥抗炎和抗菌作用［29］。尽管自噬可抵消过度的炎症反应，但其被脂多糖（LPS）激活后，可减弱MTB 对IL-12 的抑制作用，促进发挥保护性免疫作用［38］。此外，宿主细胞表达的C 型凝集素受体CLEC4E 可与TLR4 激动剂（C4.T4）结合，并通过激活MyD88 依赖性自噬和溶酶体，显著提高宿主的防御能力［39］。重要的是，C4.T4 与异烟肼或利福平联用可杀死细胞内MTB，从而减少异烟肼或利福平的使用剂量，降低药物不良反应发生率，并提高抗结核药物的疗效［39］。这些研究表明，通过控制过度的炎症反应或诱导先天性免疫应答，宿主细胞自噬的激活可能有助于TB治疗期间抗结核药物的疗效，但目前还需要进一步研究来了解自噬靶向药物在MTB 感染过程中通过炎症反应影响宿主防御功能的确切机制。

综上所述，MTB 感染后宿主可通过激活AMPK信号通路、抑制PI3K/AKT/mTOR 信号通路、抑制Wnt/β-catenin 通路、激活TFEB、控制炎症反应等机制，参与对自噬的调控过程。这些途径中的几种可能一起发挥作用，或多种信号通路的关键调节剂可能共同作用于针对MTB 感染的自噬靶向抗菌反应的激活。未来将阐明这些机制相关药物是否在临床中具有提高抗结核药物疗效的作用。