王 欽，劉維新，楊美琪，梁 增，李雪梅，李 冬，袁琳琳，張慧玲

中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院消化內科，遼寧 沈陽 110000

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)是一類慢性、易復發(fā)的腸道炎性疾病，包括潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn’s disease，CD)，病變主要發(fā)生在回腸、結腸和直腸，甚至可累及全消化道，起病慢、遷延不愈。關于IBD的發(fā)病原因仍不明確，有免疫、環(huán)境、微生物相關、宿主易感性等多種因素共同作用導致腸道炎癥的發(fā)生[1]。北歐是IBD的高發(fā)病率地區(qū)，但過去發(fā)病率較低的國家，如大多數(shù)發(fā)展中國家，現(xiàn)在IBD的發(fā)病率和流行率都在明顯上升，且發(fā)病率的上升速度遠遠高于傳統(tǒng)上發(fā)病率高的西方國家，同時呈發(fā)病年齡趨向年輕化的特點，IBD已經(jīng)逐漸成為一種世界性疾病，作為擁有超過10億人口的發(fā)展中國家，IBD的日益流行對于我國的影響不容忽視[2]。但就目前而言，IBD的治療仍以誘導和維持緩解癥狀、控制疾病的發(fā)展為主，尚不能達到完全治愈，并且治療常伴隨有不良反應，治療策略效率低下。

自噬是由自噬相關基因(autophagy-related genes，ATG)調控細胞，使細胞內老化、損傷的細胞物質被送到溶酶體內降解，自噬選擇性地以細胞內病原體為目標進行破壞的能力現(xiàn)在被認為是先天免疫反應的一個關鍵方面[3]?？刂谱允傻幕蛲蛔兣c許多疾病，如衰老性疾病、炎癥性疾病與癌癥之間存在明確的病因學聯(lián)系，對自噬功能的調節(jié)有望成為多種疾病的治療新機會[4]。在人類基因組中發(fā)現(xiàn)了大量與IBD相關的基因變異，揭示了其在腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用的關鍵途徑。因此，自噬作為一種維持腸道內穩(wěn)態(tài)的重要過程，自噬功能障礙在IBD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，IBD患者體內往往會出現(xiàn)細胞自噬功能低下，但其具體作用機制還有待闡明。有研究發(fā)現(xiàn)，自噬對于維持腸道屏障和黏膜穩(wěn)態(tài)起關鍵作用，而ATG異?？蓪е伦允扇毕?，使自噬對炎癥細胞因子反應的限制關鍵作用受損，引起腸道上皮屏障受損和腸道炎癥失控[5]。

1 自噬的概述

1963年，Christian de Duve首次發(fā)現(xiàn)溶酶體以及線粒體和其他細胞內物質在溶酶體內的降解現(xiàn)象，第一次定義了“自噬”這一重要生理和病理過程[6]。自噬選擇性地將細胞物質運送到溶酶體中降解，同時能將降解產(chǎn)物再循環(huán)利用，在高等真核生物中具有重要的動態(tài)平衡能力[7]。因此，自噬被認為是在應激條件下保護細胞的一種有利于生存的機制[8]。根據(jù)細胞物質被運到溶酶體的不同方式，目前已知至少有三種不同形式的自噬：巨型自噬、微型自噬和分子伴侶介導的自噬。其中巨型自噬被研究最多，它是真核細胞維持營養(yǎng)動態(tài)平衡和細胞器質量控制的主要機制，在巨型自噬中被選擇性吞噬的細胞物質會通過雙膜自噬小體被運到溶酶體內再進行降解，而在其他兩種形式的自噬中物質的降解直接發(fā)生在溶酶體內[9]。目前，酵母遺傳學研究中已經(jīng)篩選鑒定出40多個不同的ATG，其中ATG1～10、ATG12～14、ATG16～18、ATG29和ATG31這18個自噬相關基因是核心ATG基因，其功能組成單元中許多蛋白質在哺乳動物中是保守的，識別相應的ATG為評估自噬活性、功能和作用提供了途徑[10]。已經(jīng)有大量的研究揭示了自噬與眾多人類疾病有明確相關性，損壞或老化的細胞質被溶酶體降解及循環(huán)利用降解產(chǎn)物的自噬過程能夠調節(jié)控制人體內穩(wěn)態(tài)，但當自噬出現(xiàn)功能障礙，自噬空泡的形成減少及這些空泡與溶酶體的不正確融合、自噬蛋白去除的減少、脂類分子在溶酶體內積聚等均對包括人類疾病在內的許多病理過程產(chǎn)生了重要的影響[11]。

2 自噬在IBD中的研究

目前為止，導致IBD的具體機制仍不明確，但有研究表明，IBD的發(fā)生與宿主易感性、腸道微生物、其他環(huán)境因素和免疫異常有關，特別是異常的先天性和獲得性免疫反應及其相互作用，這些因素的全面評估有助于全面了解IBD的發(fā)病機制[12]。由進化上保守的ATG調控的自噬在細胞、組織和有機體的動態(tài)平衡中起著基礎性的作用，控制自噬的基因突變與人類疾病之間存在明確的病因學聯(lián)系。研究表明，自噬與CD的易感性有關，CD是IBD的一種主要形式，關于自噬涉及IBD病因的先驅證據(jù)來自全基因組關聯(lián)研究[13]，ATG在保護腸道黏膜屏障免受感染和炎癥挑戰(zhàn)方面具有重要作用，該研究揭示了ATG中的單核苷酸多態(tài)性(SNP)是CD的易感性因素。在眾多CD的相關危險基因中，ATG16L1、NOD2、IRGM、LRRK2等與自噬相關的基因變異，與免疫細胞和腸道上皮細胞自噬缺陷相關性極高，為自噬在IBD的發(fā)生發(fā)展中提供了強有力的支持[14]。同時，NF-κB信號通路調控炎癥細胞因子的釋放是CD發(fā)生的關鍵機制和重要的治療靶點，而與炎癥相關的NF-κB信號通路證實與自噬相關，在CD發(fā)病過程中具有重要作用。因此，自噬作為IBD發(fā)病機制中的重要過程的作用值得進一步探討。

2.1 ATG16L1ATG與IBD病因之間關聯(lián)的大多數(shù)證據(jù)來自使用ATG16L1T300變體的功能研究，ATG16L1是自噬小體形成中的關鍵蛋白，它的正確定位對于自噬小體的形成具有關鍵作用[15]。研究表明，具有ATG16L1T300變體的人類細胞自噬會表現(xiàn)出受損的細胞內細菌清除能力，并促進了促炎細胞因子的產(chǎn)生，潘氏細胞顆粒數(shù)量和形態(tài)異常[16]。腸黏膜屏障主要由黏液層和上皮細胞組成，其中上皮細胞是抵抗細菌入侵的第一道防線，潘氏細胞是一種特殊的上皮細胞，是黏膜屏障的重要組成部分，通過產(chǎn)生抗菌物質和控制宿主-共生平衡，潘氏細胞中自噬可通過降解和循環(huán)細胞內物質或細胞器，在維持腸道內環(huán)境穩(wěn)定方面起至關重要的作用，潘氏細胞中與自噬相關的基因變體被認為對CD的發(fā)展至關重要[17]。杯狀細胞是腸道中另一種特殊的上皮細胞類型，杯狀細胞通過分泌黏蛋白幫助其在腸內形成黏液層，在固有的腸道微生物防御中起作用。ATG16L1T300A多態(tài)性破壞了杯狀細胞的形態(tài)；自噬缺陷使腸上皮細胞在暴露于炎癥腸道中的促炎細胞因子環(huán)境后對細胞凋亡的誘導更加敏感，這些細胞與腸上皮屏障一起共同調節(jié)腸道微生態(tài)[18]。這些研究表明，IBD易感基因ATG16L1和潘氏細胞、杯狀細胞等關鍵上皮細胞內的自噬過程在腸道病原體防御以及控制炎癥誘導的屏障完整性中起到了關鍵作用。

此外，Gao等評估了ATG16L1T300A多態(tài)性雜合子和純合子在基因敲入(Knock-in，KI)小鼠中的功能，發(fā)現(xiàn)這兩種類型KI小鼠的巨噬細胞自噬誘導均表現(xiàn)出缺陷；因此，兩種類型的小鼠均表現(xiàn)出細菌清除缺陷，并伴隨著炎癥細胞因子IL-1β的增加。同時研究中還發(fā)現(xiàn)，兩種類型KI小鼠的巨噬細胞在TNF-α誘導的ATG16L1T300A裂解、細菌滯留增加、細菌傳播和沙門氏菌誘導的結腸炎方面存在缺陷[19]。自噬在免疫中最突出的功能之一是抑制參與宿主防御的細胞因子的產(chǎn)生，包括IL-1β和IFN-Ⅰ，使自噬在控制腸黏膜免疫系統(tǒng)和炎癥反應中發(fā)揮重要作用[20]。ATG16L1基因異常會導致自噬功能障礙，引起先天免疫細胞產(chǎn)生炎性細胞因子的增加，以及腸上皮細胞的功能異常，所造成的腸道異常免疫應答與IBD的發(fā)病機制密切相關[21]。

2.2 NOD2NOD2蛋白作為一種胞質內模式識別受體，具有識別和防御病原體和外來成分侵入細胞質的重要作用，其功能涉及免疫反應、自噬、細胞內細菌感應，在宿主-病原體相互作用和炎癥反應中發(fā)揮關鍵作用[22]?？咕允墒蔷S持活體腸道內穩(wěn)態(tài)和黏膜屏障的主要途徑，有研究表明，IBD易感位點上的一些基因限制細胞內細菌，其中就包括ATG16L1、NOD2、IRGM、CALCOCO2/NDP52和GPR65[23-26]。這些基因在抗菌自噬級聯(lián)反應的各個步驟中發(fā)揮作用，包括NOD2的細菌感知、IRGM和CALCOCO2的細菌靶向、ATG16L1的自噬小體延長和GPR65的溶酶體功能。有研究發(fā)現(xiàn)，IBD易感基因中的NOD2在腸上皮細胞中既能充當發(fā)現(xiàn)胞內細菌肽聚糖的傳感器，又可以直接作為抗菌因素[27]。

在抗菌自噬中，NOD2與ATG16L1之間的相互作用一直是研究人員感興趣的，這種相互作用被認為是促進細菌清除的重要因素[28-29]。NOD2將ATG16L1定向到細菌進入質膜的位置這一過程，這是通過自噬消除細菌的關鍵步驟[30]。有研究發(fā)現(xiàn)，NOD2中與CD相關的移碼突變編碼了一個突變的NOD2蛋白，該突變蛋白就不能將ATG16L1定向招募到細菌進入質膜的部位了，從而導致自噬清除細菌效率低下，NOD2基因多態(tài)性及異常表達與IBD的產(chǎn)生有緊密的聯(lián)系[31]。

2.3 自噬異常與NF-κB信號通路在機體的免疫穩(wěn)態(tài)以及炎癥反應的調節(jié)中，NF-κB均發(fā)揮了重要作用[32]，其中NF-κB信號傳導途徑的激活對病原體介導的炎癥反應十分重要，且細胞自噬常伴有NF-κB信號通路活性改變。腸上皮細胞(IECS)中的自噬在維持腸道內穩(wěn)態(tài)方面起至關重要的作用，細胞中的自噬缺陷通過過度的氧化應激來觸發(fā)炎癥，通過絲裂原活化蛋白激酶信號途徑促進NF-κB p65磷酸化，導致促炎細胞因子如IL-1β和IL-6的高表達[33]。Paul等[34]發(fā)現(xiàn)，NF-κB通路被選擇性自噬的受體蛋白BCL10調節(jié)T細胞受體所激活，在炎癥反應中T細胞被激活時，自噬可以選擇性地克制銜接蛋白BCL10復合物的形成來使得NF-κB的活性下降，從而防止其過度活化。有研究采用脂多糖(LPS)誘導出BALB/c小鼠實驗性結腸炎和氧化應激模型，結果顯示，自噬中的抑制類通路mTOR被激活，并通過NF-κB途徑抑制腸上皮細胞的自噬以調節(jié)腸道炎癥[35]。以上可提示NF-κB通路與自噬之間存在著相互的聯(lián)系。研究表明，調控炎癥細胞因子的NF-κB信號通路是CD發(fā)生的關鍵機制和重要的治療靶點[36]。采取干預NF-κB信號通路進一步調節(jié)自噬機制，不僅能為IBD的診斷帶來新思路，同時有利于促進IBD新的治療機會的開發(fā)。

3 自噬在IBD中的臨床應用及前景展望

在我國，IBD患者就診人數(shù)近年來快速上升[37]，目前臨床上IBD的治療藥物主要為氨基水楊酸類藥物、皮質類固醇及免疫抑制劑，以及生物制劑的使用，主要作用為緩解癥狀和控制疾病的發(fā)展[38]。但部分藥物不良反應多，還有部分患者對上述藥物治療方案無反應，無法持續(xù)治療，治療效果欠佳，對患者及其家庭造成了極大的經(jīng)濟和心理負擔。因此，IBD的治療仍舊是一個亟待探求更多解決方案的問題。越來越多的證據(jù)支持自噬在維持腸道內穩(wěn)態(tài)和保護腸黏膜屏障中的重要作用，這提高了以自噬為目標改善IBD的熱情，未來有很大可能通過恢復受損的自噬及對自噬的特異性調控使IBD的診療獲得明顯的進展。通過研究去挖掘自噬在IBD中的作用機制，能夠為IBD患者的診療提供新的啟示。