脑缺血再灌注损伤后自噬机制及自噬相关信号通路的研究进展.docx

    脑缺血再灌注损伤后自噬机制及自噬相关信号通路的研究进展    李燕则 郭永清 卫建峰 郑李娜[摘要]自噬是真核生物进化上高度保守的一种物质分解代谢途径，主要用于分解和回收利用细胞内受损的细胞器、错误折叠的长效大分子但自噬的过度激活，对于机体来说却是一种损伤机制脑缺血再灌注损伤的损伤机制除与机体多种病理生理过程有关外，自噬也发挥了相当重要的作用自噬逐渐变成预防和治疗人类多种重大疾病的靶点，其机制研究也变成研究焦点本文旨在概括自噬的相关概念，研究自噬与脑缺血再灌注损伤的关系，介绍自噬发生的相关信号通路[关键词]脑缺血再灌注损伤；自噬；信号通路；mTOR[] R743 [] A [] 1674-4721（2018）4（c）-0029-04Progress autophagy mechanism and autophagy-related signaling pathways after cerebral ischemia-reperfusion injuryLI Yan-ze1 GUO Yong-qing2▲ WEI Jian-feng2 ZHENG Li-na21.Department of Anesthesiology，Shanxi Medical University，Shanxi Province，Taiyuan 030001，China；2.Department of Anesthesiology，Shanxi Provincial People′s Hospital，Shanxi Province，Taiyuan 030001，China[Abstract]Autophagy is a highly conserved material decomposition and metabolism pathway in the evolution of eukaryotes，which allows the orderly degradation and recycling of intracellular damaged organelles or misfolded long-acting macromolecule.But hyperactivation of autophagy is an injury mechanism for the body.The injury mechanism of cerebral ischemia reperfusion injury is not only related to various pathophysiological processes，but also plays an important role in autophagy.Since autophagy has gradually become a target for the prevention and treatment of a variety of major diseases in human beings，its mechanisms arose increasing attention.This paper aims to summarize the related concepts about autophagy，study the relationship between autophagy and cerebral ischemia reperfusion injury as well as introduce the signaling pathways involved in autophagy.[Key words]Cerebral ischemia reperfusion injury；Autophagy；Signal path；mTOR世界衛生组织的数据表明，脑血管疾病是造成人类死亡的主要原因之一，因此，找到该种类型疾病正确的治疗途径有助于脑血管疾病工作的顺利展开[1]。

脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemia reperfusion injury）是指脑组织因缺血导致其结构和功能的损害，但是有时缺血后再灌注不仅不能使结构和功能恢复，反而加重其损害，其损害严重程度与缺血时间、需氧程度及残余血流量有关，损伤区根据血流残存的多少分为中心区和半暗带区，中心区细胞死亡主要是细胞坏死，而半暗带区主要是细胞凋亡和自噬半暗带区细胞仍有代谢活力，故对该区进行抗缺血治疗是阻止细胞恶化，减轻脑缺血再灌注损伤的重要手段1自噬的相关概念人体内环境的稳态主要靠物质合成与分解代谢的正常进行来维持自噬是真核生物细胞一条重要的物质分解代谢途径，泛素蛋白酶体途径是另一条重要途径，二者的功能和结构各有特点[2]细胞内受损的细胞器、错误折叠的高效大分子主要是通过自噬途径分解，进而实现细胞内环境的高效稳定运转依据底物与溶酶体结合方式的不同将自噬分为三类：巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）和分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy）它们各有分工，在真核细胞中，巨自噬最容易发生，与脑缺血再灌注损伤的关系也最为密切。

巨自噬的发生主要序贯性经历下面4个步骤：①诱导自噬发生；②形成自噬体；③自噬体与溶酶体膜的融合；④降解自噬体微自噬指溶酶体膜内陷包裹目标靶物并被水解酶分解的过程[3]，而分子伴侣介导的自噬则指底物特定氨基酸序列（如KFERQ）在胞浆中的分子伴侣热休克蛋白70（heat shock protein 70，HSC70）的介导下识别溶酶体膜上特异的受体溶酶体相关的膜蛋白2a（lysosome-associated membrane protein 2a，Lamp2a），使得底物与溶酶体结合，并由水解酶降解的过程[4]2自噬与脑缺血再灌注损伤机体正常的自噬比较保守，其发生维持在适当水平，主要用于清除胞内受损的细胞器、错误折叠的长效大分子等，以维持细胞高效稳定的代谢需求[5]然而，超过限度自噬并不能维持细胞稳定，一定程度上会加剧损伤，促进细胞死亡该种细胞死亡是一种细胞程序性死亡，被称为自噬性细胞死亡或Ⅱ型程序性细胞死亡[6-8]Wang等[9]研究发现，大鼠全脑缺血再灌注后30 min，透射电镜下可见海马自噬体及自噬相关蛋白LC3-Ⅱ形成，24～48 h仍旧维持在较高水平脑缺血前30、60 min，在脑立体定位仪辅助下向侧脑室内靶向注射自噬抑制剂3-MA，发现海马神经细胞死亡抑制组织蛋白（cathepsin）B释放减少和原位末端标记（TUNEL）阳性细胞数量降低。

可见，自噬参与脑缺血再灌注损伤，抑制自噬亦可显著减轻神经细胞缺血再灌注损伤3脑缺血再灌注损伤后自噬发生的相关信号通路准确高效的信号通路调节，使得细胞能够应对各种外界刺激并维持自身稳定TOR（target of rapamycin）是一种调控细胞周期、生长和增殖的丝氨酸/苏氨酸激酶，是细胞自噬信号通路的一种调控蛋白，外界不良刺激引起的细胞因子的变化可被TOR感知，影响自噬的发生发生细胞内氧糖剥夺等，都可激活或抑制TOR活性，从而影响细胞自噬的发生[10]而在哺乳动物中，主要存在正常处于活化状态TOR的同源物哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）mTOR可抑制自噬起始分子ULK1的活性，降低自噬的发生水平TOR/mTOR能形成 TORC1/mTORC1和TORC2/mTORC2两种复合物mTORC1包括PRAS40（proline-rich akt substrate 40 kDa）、也称为类G蛋白β亚基蛋白GβL（mLST8）、mTOR和Raptor（regulatory-associated protein of mTOR）而雷帕霉素作用的主要靶点是Raptor[11]，雷帕霉素与其结合后，可抑制mTORC1的活性而诱导自噬的发生。

mTORC2包括mTOR、mSin1（mammalian stress-activated protein kinase-interacting protein 1）、Protor（protein observed with rictor）和Rictor（rapamycin insensitive companion of mTOR），而Rictor对雷帕霉素不敏感蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）和蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）可以被mTORC2磷酸化，影响细胞骨架的形成[12]，但关于mTORC2和自噬的关系却鲜有报道3.1 PI3K/AKT/mTOR信号通路研究发现，磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/Akt/mTOR信号通路对自噬起着重要的调控作用，mTOR作为该通路中调控自噬的关键因子，它的活性是自噬体形成、成熟的关键[13-16]PI3K是一种具有蛋白激酶及磷脂激酶的双重活性的蛋白，主要存在于细胞质中外界刺激引起细胞一系列变化信号，激活跨膜的酪氨酸激酶，从而招募PI3K的p85亚基，继而P110亚基接收信号改变，激活PI3K[17]。

PI3K可通过一系列信号传递激活Akt，通过下列途径激活mTOR：一是直接激活mTOR；二是通过抑制TSC1 /TSC2复合物的形成，间接激活mTOR结节性硬化复合物（tuberous sclerosis complex，TSC）是mTOR上游可调节mTOR活性一种化学分子TSC2被称为GTP酶激活蛋白（GTPase-activating protein，GAP），可以通过激活GTP酶，使脑内Ras同系物（ras homolog enriched in brain，Rheb）Rheb-GTP由活化型变成失活的Rheb-GDP[18]活化型的Rheb-GTP能够通过Raptor，激活mTORC1Akt激活后，磷酸化TSC2，阻止TSC1/2复合物形成，进而阻止Rheb-GTP失活，激活mTORC1，抑制自噬Raf-1-MEK1/2-ERK1/2也可抑制TSC1/TSC2，最终激活Rheb-mTORC1，抑制细胞自噬的发生[19]这一信号通路调控受第十号染色体缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphatase and tensin homolog deleted from chromosome 10，PTEN）的负性调控，PTEN可以通过抑制PI3K的活性，诱导自噬的发生[17]。

细胞在稳定状态时，有活性的mTOR可以引起自噬蛋白Atg13高度磷酸化，从而降低Atg13和Atg的活性[20]，使其招募下游PI3K、LC3的能力下降，自噬体形成水平降低，故而降低自噬发生水平，从而达到精确调节细胞代谢的目的3.2 AMPK-TSC1/2-mTOR信号通路研究发现，p38 通路能够诱导自噬的发生[21]在缺血性脑疾病中，抑制p38可以抑制自噬，从而达到保护脑损伤的目的AMPK的另外一条通路ERK1/2也对自噬起正性调控作用db/db小鼠中，ERK1/2活性下降或增强导致自噬和自噬相关蛋白Atg-7表达的减少或增加，进而抑制或促进自噬[22]AMPK可感知能量的变化，当正常机体突然遭到应激时，如缺血缺氧，三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）水平下降，即会激活AMPK，活化的AMPK可以抑制TSC2磷酸化，使Rheb-GTP失活，从而降低mTORC1的活性，激活自噬[23]此外AMPK可通过DNA损伤反应调节基因1（regulated indevelopment and DNA damage res。