罗思维 谢 阳 李 玲 李作孝△
(西南医科大学附属医院神经内科,泸州646000)
摘要 多发性硬化(multiplesclerosis,MS)是一种以白质脱髓鞘、胶质细胞增殖、轴突损伤和进行性神经功能障碍为主要特点的中枢神经系统慢性炎症脱髓鞘疾病,其病因和发病机制尚未完全明确。既往在对MS及其动物模型实验性自身免疫性脑脊髓炎的研究中发现了细胞自噬也参与了其发病,涉及到的主要有T淋巴细胞、B淋巴细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞、星形胶质细胞、树突状细胞、神经元。因此,本文将对以上细胞自噬在MS中的作用进行综述,以期为研究MS的发病机制和治疗研究提供参考。
关键词 多发性硬化;自噬;T淋巴细胞;B淋巴细胞;小胶质细胞;少突胶质细胞;星形胶质细胞;树突状细胞;神经元中图分类号 R744
multiplesclerosis,MS)是以慢性炎 多发性硬化(
症介导的、血脑屏障破坏、轴索损伤、胶质增生、脱髓鞘为主要特征的中枢神经系统(centralnervoussys
1]
,CNS)疾病,其发病机制尚未完全清楚[。目前tem
5]6]
。Atg核心蛋白分为五个功能群[:(1)ULK因[
激酶复合物(Unc51likeautophagyactivatingkinase),包括ULK1、ULK2、Atg13、RB1CC1/FIP200和Atg101,是自噬蛋白的核心功能群;(2)Ⅲ类磷脂酰肌醇3激酶复合物(classIIIphosphatidylinositol3kinase),包括Beclin1、Atg14、PIK3C3/VPS34和PIK3R4/p150/VPS15,该复合物的关键功能是通
[7]
过VPS34介导的磷脂酰肌醇磷酸化产生PI3P;
普遍认为,MS的发病机制主要是髓鞘特异性T细胞通过破坏血脑屏障后进入CNS对髓鞘激活免疫反应,进而引起慢性炎症导致轴突损伤引起白质脱髓鞘。自噬是一种将细胞内变形、衰老或损伤的蛋白质和细胞器进行消化的溶酶体依赖性降解过程,其维持了蛋白质代谢平衡和细胞内环境的稳
2,3]
态[。在正常生理状态下细胞中有持续激活的自
(3)Atg12共轭系统,包括Atg7、Atg10、Atg12、Atg16L1和Atg5,该系统主要存在于噬菌体的外膜上,当自噬体完成后出现解离;(4)LC3共轭体系,tg4、Atg7、Atg3、WIPI2和LC3蛋白家族;LC3包括A
促进吞噬体的伸长,将吞噬体封闭成自动吞噬体,酯化的LC3(LC3II)是检测自噬小体有价值的标记
7]
物[;(5)Atg2/WIPI复合物和Atg9转运系统,包括
噬表达水平,会将积聚于细胞中的损伤蛋白质、脂质、细胞器加以清除从而维持细胞内环境的稳
3]
态[。缺氧、饥饿、损伤等外部因素和氧化应激、激
素信号、生长因子的缺乏、受损蛋白质的积累等内部刺激均可诱导自噬,但自噬过强或减弱都会导致疾II型程序性细胞病的发生,因此自噬又被称为“
[4]死亡”。
Atg2A和Atg2B,WIPI4和跨膜蛋白Atg9A。Atg2/WIPI复合物可能是酯化的LC3进入自噬体起始位点,并阻止LC3II受到Atg4介导的解聚作用,对自
8]
。噬体的形成很重要[
由于自噬在不同疾病不同细胞中的作用也不S以及其动物模型实验性自同,因此本文分别对Mexperimentalautoimmuneen身免疫性脑脊髓炎(
cephalomyelitis,EAE)中T淋巴细胞、B淋巴细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞、星形胶质细胞、树突状细S的发病胞、神经元进行综述,以期为进一步了解M机制和治疗提供理论依据。
一、自噬的调节通路
调节自噬的信号通路十分复杂。自噬相关基因(autophagyrelatedgene,Atg)是自噬的关键参与者。到目前为止,已发现了至少41个Atg基
二、自噬在MS不同细胞中的作用
+
(一)自噬与T淋巴细胞 MS中CD4T细胞
通过分泌炎症因子参与了CNS的免疫损伤,而Treg细胞在一定程度上能够抑制产生细胞因子的Th1细胞活化,从而减轻炎症反应。自噬可以通过影响抗原呈递细胞(antigenpresentingcell,APC)、信号转增殖、导、细胞因子、细胞代谢来T细胞生存、
9]
活化[。由于自噬对维持能量和细胞器稳态起着
△
通讯作者 lzx3235@sina.com
至关重要作用,T细胞在受到T细胞受体活化后出现能量需求急剧增加,使用自噬来能量供应需求和对活性氧的清除,因此自噬能力缺乏的T细胞显示出线粒体负荷增加导致细胞稳态失衡,及T细
10]
。胞受体刺激后出现的增殖缺陷甚至凋亡增加[
B1a细胞群减少,但不是B1b及B2细胞所必需
17]
的[。已经被证实的EB病毒感染与MS发病有
关,EB病毒可能通过调节自噬来改变B细胞处理
18]
。一项自身免疫相关的髓鞘自身抗原递呈能力[
EB病毒转染后的MS患者外周血清体外研究显示,
+
CD20B淋巴细胞自噬标志蛋白LC3II明显表达增+高,且CD20B淋巴细胞能够抑制MOG肽的降解,
研究还发现自噬缺失性T细胞出现脂质含量异常
11]
分布和代谢相关的酶途径异常[。细胞因子如IL
2的分泌可以诱导自噬激活,从而有利于T细胞持
12]续的增殖、存活和效应分化[。此外,自噬还具有
但导致了含有免疫显性表位的MOG肽的完全降
18]
解[。B细胞在MS的发病和进展发挥了重要作
调节T细胞分化的能力,自噬负调节因子雷帕霉素用,目前关于MS或EAE中B淋巴细胞自噬的研究哺乳动物靶标(
mTOR)缺陷型T细胞出现Th1、Th2、Th17细胞分化障碍[13,14]
。
体外实验也证实自噬对于T细胞的增殖、活化起着重要作用。Pua等(2007)在自噬相关基因Atg5缺乏的小鼠研究中发现,外周血T淋巴数量减少,
经T细胞受体刺激后,CD4+和CD8+
T细胞也没有
得到有效的增殖。而Hubbard等(2010)在条件性敲除自噬相关基因Atg7的T细胞中,T细胞受体和CD28结合配体后能量的产生存在缺陷,T细胞活化受到抑制。MS、EAE中T细胞自噬增强有利于T细胞存活,参与了炎症反应。研究发现在MS患者T细胞中Atg5水平增高,可能提高T细胞存活率,代
谢状态活跃[
15,16]
。与静止复发缓解型MS患者相比,活动性复发缓解型MS患者Atg5mRNA水平升高,在继发性进展性MS患者死后脑组织中也观察
到强烈的Atg5免疫反应[15]
。Zheng等(2014)在MS
患者血液中发现Atg5是由Beclin1和LC3这两种自噬途径的改变所支持的,Kovacs等(2012)在EAE小鼠模型中也发现自噬相关蛋白Beclin1能够影响自身反应性T细胞的存活。自噬诱导剂雷帕霉素是m
TOR的抑制剂,Esposito等(2010)的研究发现雷帕霉素可以通过增加Treg细胞的数量,改善EAE小鼠症状。
(二)自噬与B淋巴细胞 B细胞能够通过体液免疫产生针对髓鞘的相关抗体从而在MS中发挥作用。关于自噬在B细胞中的研究目前仍有争议,有观点认为自噬不影响正常的B细胞存活或激活,但又有研究发现与共刺激相关的B细胞受体能够激活自噬,同时自噬在某种特定条件下B细胞
受体的转运影响抗原递呈[
10]
。B2细胞是在成人骨髓中产生B细胞系之一,参与了适应性免疫应答,而B1细胞被认为与了先天性免疫应答有关。自噬相关基因Atg5对这两种相近细胞系的影响不同,Atg5缺陷时导致脂代谢平衡和自我更新的
较少,由于B淋巴细胞也参与的MS或EAE的发病,一些观点还需进一步研究证实。
(三)自噬与小胶质细胞 小胶质细胞是通过快速激活炎症细胞因子的产生、调节可溶性炎症介质的释放、吞噬CNS碎片(如:凋亡小体、蛋白质沉
积、髓鞘和轴突片段等)等作用参与了MS发病[19]
,
同时小胶质细胞的炎症反应导致外周免疫系统向
CNS发挥作用,这进一步促进了炎症的释放[2]
。在
MS患者的病变区域和正常白质中,发现了具有高表达促炎基因的小胶质细胞明显激活,小胶质细胞的聚集和过度激活导致EAE小鼠的神经功能障碍和
脱髓鞘程度加重[20]。除此之外,小胶质细胞的吞噬
能力有利于M
S再髓鞘化。在脱髓鞘过程中,细胞碎片主要被小胶质细胞或微噬菌体吞噬,这一过程需要自噬相关基因参与,而小胶质细胞中的自噬功能损害可能会导致细胞碎片清除受阻,导致进一步
的脱髓鞘和持续性CNS炎性反应[21]。
自噬主要与小胶质细胞的促炎作用有关。自噬负调节因子mTOR能够激活小胶质细胞促炎功能,而mTOR抑制剂雷帕霉素可通过抑制小胶质细胞
炎性作用改善E
AE神经功能症状[22]
。大麻素受体2激动剂可通过上调EAE小鼠脊髓Beclin1和LC3Ⅱ表达来抑制N
LRP3炎症小体活化从而改善神经功能缺损症状,因此大麻素受体2激动剂可能为一种自噬诱导剂。Shao等(2014)在体外研究证实,大麻素受体2激动剂在小胶质细胞中通过Agt5增强了Beclin1和LC3Ⅱ表达,并抑制了炎症小体的激活和IL1β产生。Hao等(2011)发现α7烟碱乙酰胆碱受体(α7nAChR)能够通过抑制辅助T细胞增殖和细胞因子产生在E
AE中发挥抗炎作用。体外研究证实激活α7nAchR还可通过增强自噬来抑制小胶质细胞炎症反应,而抑制自噬可以减弱α7nAChR激活所介导的抗炎作用,通过Atg5siRNA转染后的小胶质细胞中炎症因子IL6、IL1β、IL18、TNFα
mRNA水平明显降低,证实自噬能够抑制小胶质细
23]
胞的促炎作用[。此外,自噬对死亡小胶质细胞自
(六)自噬与树突状细胞 树突状细胞在免疫系统中发挥着抗原呈递作用,参与了MS的适应性免疫应答。人们发现Treg细胞能够通过抑制树突TLA4依赖的自噬机制来抑制免疫应状细胞中C
CTLA4通过激活了PI3K/AKT/mTOR通路来抑答,
28]
制自噬,从而降低了树突状细胞的活性[。此外,
身的清除能够避免CNS神经毒性和持续性炎症激NS的动态平衡,但这一机制主要涉及活,促进了C
19]
S或EAE中尚不清楚[。阿尔兹海默病,在M
(四)自噬与少突胶质细胞 少突胶质细胞参与了CNS髓鞘形成,MS中少突胶质细胞的损伤导致局灶性脱髓鞘改变。少突胶质细胞祖细胞迁移到受损髓鞘区清除髓鞘碎片,并促进新的髓鞘细胞增殖和分化从而促进髓鞘再生。在MS、EAE发病早Atg7能够通过树突状细胞的抗原呈递影响EAE中T细胞的活化,特异性缺失Atg7的树突状细胞由于减少了对T细胞的抗原递呈作用,使得EAE病理变
29]
化及神经功能缺损程度减轻[。而后另外一项研
期少突胶质细胞的损伤引起C
NS局灶性脱髓鞘,甚至可较炎性细胞浸润出现得更早,而再髓鞘化障碍参与了疾病的进展。自噬能够促进少突胶质细胞存
活、分化以及影响髓鞘生成[24]
。
富马酸二甲基酯(dimethylfumarate,DMF)是用于治疗MS的药物,一项体外研究显示,DMF能够通过增强自噬来抑制少突胶质细胞活性氧的产生,从而发挥对少突胶质细胞的保护作用,这项研究显示自噬可能在DMF治疗MS髓鞘再生中起到重要作
用[25]
。此外,Rangaraju等(2010)在周围神经脱髓
鞘的研究中发现自噬诱导剂雷帕霉素对周围神经髓鞘中施旺细胞的再生具有促进作用,再次提示了自噬和再髓鞘化具有明显的相关性。这些研究证据使我们推测MS、EAE髓鞘脱失中少突胶质细胞损伤可能与自噬有关,但是由于目前关于少突胶质细胞在MS、EAE中自噬研究较少,其作用机制有待进一步研究。
(五)自噬与星形胶质细胞 星形胶质细胞约占成年哺乳动物神经细胞的50%,是维持神经元结
构和发育的主要支持细胞[21]
。在MS发病中,星形
胶质细胞的激活导致血脑屏障破坏,促进炎症因子和免疫细胞进入CNS造成炎症损害,激活的星形胶质细胞在脱髓鞘周围形成胶质瘢痕阻止了神经轴突广泛性损伤,但同时也抑制了髓鞘再生和轴突
生长[26]
。
在正常情况下,星形胶质细胞通过高表达谷氨酸特异性转运蛋白来代谢具有神经毒性的谷氨酸。在肌萎缩侧索硬化中,有观点认为自噬可能参与了神经元星形胶质细胞的谷氨酸谷氨酰胺循环(即从神经元释放出来的谷氨酸被转运到星形胶质细胞
并转化为谷氨酰胺)[27]。Sheng等(2010)在脑缺血
损伤模型中也发现了存在星形胶质细胞自噬异常。但在MS、EAE中是否存在星形胶质的自噬异常目前尚不清楚。
究也发现了树突状细胞中的A
gt依赖的吞噬功能有利于EAE中髓鞘特异性CD4+T细胞发挥作用,当
条件性敲出小鼠树突状细胞中A
gt5后减少了髓鞘特异性CD4+T细胞在CNS内的积聚[24]。因此,
Atg5、Atg7可能是MS、EAE发病中自噬调节树突状细胞功能的重要驱动基因。
(七)自噬与神经元 神经元是一种有丝的细胞,不能通过细胞来稀释有毒分子和受损
细胞器的积累,这些生理功能主要依赖于自噬[2]
。
神经元自噬异常被证实与缺血性脑损伤疾病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化、MS等多种CNS疾病有关。
Feng等[30]研究发现EAE小鼠脑脊髓组织自噬相关
蛋白B
eclin1、LC3II表达减少,自噬诱导剂雷帕霉素能够通过A
KT/mTOR/p70S6K信号通路上调Beclin1、LC3II表达来减轻EAE神经元损伤,而自噬抑制剂能够加重神经元损伤。但作者之前所做研究的发现EAE小鼠CNS在发病高峰期存在着自噬增强,这与Feng研究结果相反,分析可能原因为随着病情的进展,EAE在发病不同时期可能存在不同的自噬反应。由于目前对EAE神经元自噬的研究较少,自噬到底是促进了MS、EAE发病,还是神经元损伤后的一种保护性反应,其相关机制需进一步研究证实。
三、结语与展望
自噬作为一种广泛存在于真核生物的自降解过程,在正常生理状态下有序的进行。综上所述,MS中不同细胞自噬机制各不相同,如T细胞的自
噬异常主要与Atg5水平增高有关,CD20+
B淋巴细
胞自噬异常与LC3II明显表达增高有关,而神经元的自噬受A
KT/mTOR/p70S6K信号通路,同时小胶质细胞的促炎功能受自噬负调节因子mTOR影响。
细胞自噬在MS中的作用越来越受到重视,尽管对MS中不同细胞自噬有了一定的研究,但
针对每一种细胞涉及到的信号通路、基因还需深入探讨。过去对于MS、EAE在炎症机制方面有了很大进步,也有许多免疫抑制剂在临床应用,这些药物在减缓疾病进展和改善症状方面是有效的,但它们不能使MS治愈,且个体差异性大。加深对自噬的认识可以为将来MS的治疗提供新的靶点,但由于S不同细胞中作用也不同,这可能是治疗自噬在M
上的一种。如增强自噬能够促进少突胶质细胞存活,促进再髓鞘化,但同时促进T细胞增殖、活化,可能加重EAE炎性浸润程度。期待通过将来对14 ChiH.RegulationandfunctionofmTORsignallinginTcell
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参
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