详谈自噬在脑缺血性损伤中的作用论文

　　自噬(autophagy)是细胞受到刺激后，通过溶酶体途径降解细胞内物质的统称，是近年来逐渐被认识的细胞除坏死和凋亡外的第3种死亡方式。在通常情况下，自噬在多数细胞内都处于一个相当低的水平。当细胞受到外界因素刺激，如饥饿、缺氧、高温或损伤、过多的细胞器和胞质成分积聚等多种情况下，则会产生过度自噬。脑缺血是由于脑组织血流不足，脑细胞代谢障碍，最终导致脑细胞不可逆性损伤和死亡的一系列病理生理学过程。近年来，众多研究表明，自噬参与了脑缺血损伤的发生、发展过程。现就自噬在脑缺血性损伤中的作用综述如下。

　　1 自噬的形成过程及分子机制根据细胞物质到达溶酶体腔途径的不同，自噬可以分为大自噬、小自噬以及分子伴侣介导的自噬3种形式。我们通常所说的“自噬”主要指大自噬，其过程可以被人为地分成4步，包括自噬的诱导、自噬体膜的形成、自噬体的形成、自噬体与溶酶体的融合以及内容物的降解。第1步，营养物质丰富(如复糖复氧)的情况下，雷帕霉素靶蛋白C1复合物(mTORC1)与哺乳动物同源物ULK复合物ULK1/2mAtg13FIP200Atg101结合，促使ULK1(或ULK2)磷酸化及丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶自噬相关基因13(autophagyrelatedgene13，Atg13)mAtg13的高度磷酸化，从而对自噬的诱导产生抑制作用。但是当环境营养不足(如缺糖缺氧)的情况下，mTORC1与ULK复合物ULK1/2mAtg13FIP200Atg101分离，使mAtg13去磷酸化，自噬诱导开始。第2步，磷脂酰肌醇三磷酸激酶(phosphatidylinositol3kinase，PI3K)分为Ⅲ型，其中Ⅰ型PI3K抑制自噬的发生，而Ⅲ型PI3K促进自噬的发生。PI3K复合物由Beclin1(Atg6的同源物)、Ⅲ型PI3K和p150(Vps15的同源物)组成，募集胞质中含FYVE或PX基序的蛋白质，用于自噬体膜的形成。第3步，Atgl2由El样酶Atg7活化，之后转运至E2样酶Atgl0，最后与Atg5结合，形成自噬体前体[。微管相关蛋白轻链3(microtubuleassociatedprotein1lightchain3，LC3)在半胱氨酸蛋白酶Atg4的作用下脱去羟基端变成LC3Ⅰ，随后LC3Ⅰ 被Atg7激活并转位到Atg3，在Atg3的作用下与PE连接并酯化形成LC3Ⅱ，定位于自噬体的内膜和外膜，形成完整的自噬体。因此，常把LC3Ⅱ/LC3Ⅰ作为自噬的标志蛋白。第4步，自噬体与溶酶体的融合需要溶酶体相关膜蛋白1(lysosomalassociatedmembraneprotein1，LAMP1)、LAMP2和lGTPaseRab7，但是具体的作用机制目前还不清楚。融合后，内容物开始降解，其过程主要依赖一系列溶酶体水解酶，包括组织蛋白酶B、D、L，最后内容物降解产物通过溶酶体透性膜转到胞液中被重新利用。

　　2 脑缺血后自噬的诱发因素脑缺血后自噬的诱发因素包括由大量活性氧、自由基的释放引起的氧化应激，通过上调自噬相关蛋白LC3、Beclinl表达从而诱导细胞自噬;内质网应激即内质网(ER)内稳态失衡后，未折叠蛋白或错误折叠蛋白在ER积聚，通过对自噬相关信号通路哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammaliantargetofrapamycin，mTOR)抑制后诱导细胞的自噬;海马神经细胞的JNK活性增强后通过引起神经细胞兴奋性毒性进而诱导自噬和凋亡等。程序性死亡方式包括凋亡与自噬，二者作用交叉。其中Bcl2、Bclxl、Bax、caspase家族等基因称为凋亡相关基因，Bcl2蛋白水平下降能引起自噬激活，caspase对细胞自噬也具有十分重要的作用，它们可以裂解自噬相关蛋白，裂解后的蛋白碎片具有促进细胞凋亡的作用。

　　3 参与脑缺血后自噬的主要信号转导通路自噬的调节较为复杂，有多条信号通路参与，其中主要包括mTOR、AMPKmTORC1信号通路、核因子NFκB、丝裂原活化蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinase，MAPK)介导的信号通路等。

　　3.1 PI3K/AktmTOR信号通路

　　mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括mTOR复合物1(mTORcomplex1，mTORCl)即雷帕霉素敏感型和mTOR复合物2(mTORcomplex2，mTORC2)即雷帕霉素欠敏感型。mTORCl是自噬的主要调节靶点，其主要调节因素包括糖和高能量状态、各种应激以及该通路的上游信号分子;雷帕霉素和氧糖剥夺等引起的缺血缺氧情况下可稳定RaptormTOR的连接，抑制mTORCl的激酶活性，从而促进自噬。上游信号分子主要包括PI3K/Akt中相关通路，正常情况下Beclinl可使PI3K活化，从而使得Akt在细胞膜上聚积;此时，Akt出现磷酸化，促进肿瘤抑制基因TSC2编码的蛋白磷酸化，激活raptormTOR复合物和mTORCl的激酶活性，从而抑制自噬。脑缺血损伤后，缺血缺氧刺激激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisomeproliferatoractivatedreceptorγ，PPARγ)，抑制Beclinl活性后，抑制PI3K和Akt的活性，从而抑制mTORCl的激酶活性，因此产生自噬。

　　3.2 AMPKmTORC1信号通路

　　一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPactivatedkinase，AMPK)是能量传感器，主要由催化亚基α和调节亚基β、γ组成，真核细胞内的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶即是AMPK。大脑中大量存在催化亚基α1、α2，在能量缺乏如缺血缺氧等情况下被迅速激活，进而产生一系列的症状。LKB1激酶和Ca2+/钙调蛋白依赖性激酶激酶β(Ca2+/calmodulindependentprotein kinasekinaseβ，CaMKKβ)属于AMPK的上游激酶。有研究发现，上调AMP/ATP比值或者升高Ca2+的浓度时，CaMKKβ会出现磷酸化，从而产生磷酸化的AMPK(pAMPK)，进而抑制TSC1/2和mTORC1的活性产生自噬，调节该过程的还包括mTORC1的底物S6K1。Wang等研究证实抑制自噬相关信号通路mTOR的活性产生自噬后，其下游众多的靶蛋白及信号通路如mTORC14EBPs激活和TSC2mTORS6K1抑制，影响蛋白质翻译、核糖体合成等代谢过程，从而参与脑缺血/再灌注后神经细胞的自噬性死亡或加重细胞的自噬性损伤。

　　3.3 NFκB信号通路

　　哺乳动物核因子(NF)κB的家族成员包括p50/p105(NFκB1)、p52/p100(NFκB2)、cRel、RecB、p65(RecA)等。正常情况下，NFκB位于胞质中并与其抑制蛋白(IκB)紧密结合。当细胞受到缺血缺氧等因素刺激时，激活后的NFκB从胞质转移到胞核中，进而上调p62蛋白的表达，从而使得p53、IκBα和Bcl2表达减弱，自噬相关蛋白LC3Ⅱ和Beclinl的表达增强，从而产生自噬。Li等为了诱导局灶性脑缺血模型，采用NFκB基因敲除小鼠，并对其大脑中的动脉远端分支结扎，结果发现NFκB途径可调控脑缺血诱导的自噬样损伤。Cui等研究发现在大鼠海马区经过缺血/再灌注损伤后，信号转导通路NFκBp53参与损伤处相关的自噬与凋亡。

　　3.4 MAPK介导的信号通路

　　细胞外信号调节激酶(extracellularsignalrelatedkinase，ERK)、氨基末端激酶(JunNH2terminalkinase，JNK)和p38构成了MAPK。mTORC1是其下游调节分子，有研究发现，在脑缺血/再灌注中的缺血缺氧刺激下，MAPKmTOR信号通路能够降低LC3、Beclin1和抗胸腺细胞球蛋白等自噬相关蛋白的水平，使得ERK、Akt、磷酸肌醇依赖性激酶(PDK1)的活性受到抑制，进而激活mTOR、JNK、p38、蛋白丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶(PTEN)的活性，从而产生自噬。

　　3.5 其它

　　此外，调节和诱导自噬的途径还包括信号转导通路p53，Ras/蛋白激酶A(PKA)和毛细血管扩张性共济失调突变蛋白激酶(ATM)mTOR，以及Bcl2与Beclinl复合体等。