王智华1田首元2▲王建刚2贺 萱1
1.山西医科大学麻醉学系，太原 030001；2.山西医科大学第一医院麻醉科，太原 030001

［摘要］自噬是一种由溶酶体介导，通过降解受损衰老的细胞器和（或）蛋白质，产生氨基酸和脂肪酸，供细胞再次利用的过程。自噬在真核细胞内广泛存在，生理状况下活性处于较低水平，其在维持细胞内环境稳定中起着重要作用。当存在氧化应激、营养物质缺乏、缺血/再灌注损伤、疾病等状况时，自噬活性则会显著增强。目前，关于缺血/再灌注损伤的研究较为广泛，多种器官中均发现有缺血/再灌注损伤现象。凋亡是缺血/再灌注损伤中细胞死亡的重要方式，这一结论已被肯定，而自噬作为另外一种细胞程序性死亡方式，其在缺血/再灌注损伤中的作用值得探讨。在缺血/再灌注损伤过程中，自噬活性增强，但其作用机制以及效应并不十分明确。本文就自噬在缺血/再灌注损伤中的研究进展进行综述。

［关键词］自噬；再灌注损伤；哺乳动物雷帕霉素靶蛋白

自噬是广泛存在于真核细胞中的一种现象，在生理状态下细胞自噬维持在极低的基本水平，其作用主要为降解衰老的细胞器以及受损蛋白质，以维持机体内环境的稳态。当细胞处于饥饿、应激以及疾病等状态时，自噬的表达水平则会迅速上调。目前的研究显示，自噬参与多种疾病的病理生理过程，包括肿瘤、心脏疾病、感染以及组织器官的缺血/再灌注损伤等。缺血/再灌注损伤概念提出后，一直成为研究的热点方向，心、肝、脑、肺、肾等脏器中均发现有缺血/再灌注损伤现象。缺血/再灌注损伤的具体机制仍未完全明确，最近的研究显示，自噬在缺血/再灌注损伤过程中发挥着重要作用。在缺血/再灌注损伤发生、发展的过程中，自噬发挥保护性作用还是会进一步加重损害目前尚无定论。本文就自噬及其在缺血/再灌注损伤中的作用进行综述。

真核细胞生物的蛋白质降解系统主要包括泛素-蛋白酶体系统和自噬-溶酶体系统。前者通过降解短寿命蛋白来维持基本的细胞生命代谢；后者则是在基本生命活动中低水平表达，在应激或其他病理生理状态下维持内环境稳定，其通过降解细胞内异常大分子蛋白以及损伤的细胞器等实现物质和能量的更新。

1.1 自噬的分类

自噬主要包括巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）和分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy）。巨自噬即自噬体包裹需要降解的底物，与溶酶体融合形成自噬性溶酶体，在自噬性溶酶体内被分解的过程。微自噬即溶酶体膜内陷，包裹需降解的细胞质成分进入溶酶体腔进而分解的过程。分子伴侣介导的自噬是指某些特殊蛋白通过溶酶体膜时需要由特定的“分子伴侣”介导。通常自噬是指巨自噬。自噬分为起动、延伸、成熟融合、降解等阶段［1］。巨自噬和微自噬无特异性，分子伴侣介导的自噬则只能降解特定蛋白质，不能降解细胞器。

1.2 自噬相关基因（ATGs）及其调控概述

在对酵母菌的研究中发现，多种参与调控自噬的自噬相关基因（autophagy-related gene，ATG）、相关基因编码的分子也被统一命名为Atg。自噬相关基因在进化上高度保守，哺乳动物体内大多数ATGs在酵母上可以找到相应的同源基因［2］。自噬体吞噬泡膜的形成需要Atg1激酶与Atg13和Atg17复合物，该复合物可能通过跨膜蛋白Atg9补充脂质而促进吞噬泡膜扩增［3］。Atg1哺乳动物同系物UNC-51样激酶（UNC-51 like kinase，ULK）1及ULK2同样是诱导自噬所必需的激酶，其在ULK-Atg13-FIP200复合物中被发现［4］。黏着斑激酶家族相互作用蛋白（FAK-family interacting protein of 200 kDa，FIP200）是一种ULK结合蛋白，其与Atg13参与维持ULK1的稳定和活性。

自噬在细胞正常的生理活动和疾病以及病理生理过程中具有重要作用，了解其分子机制对于研究、探索自噬在疾病和病理生理过程中的作用具有重要意义。

自噬激活的每一个步骤均有多种分子参与调控，相关调控通路可分为哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）依赖性通路和非mTOR依赖性通路［1］，经典的信号通路是以mTOR为中心的信号系统。

mTOR激酶是细胞自噬的主要调节位点，在营养物质充足时，细胞中的mTOR被激活，阻断自噬通路，进而起到负性调节作用；而在营养物质缺乏时，mTOR活性降低，对自噬通路的抑制被减弱［5］。mTOR通路中涉及两个功能复合体，具体如下。①mTOR复合体1（mTOR complex 1，mTORC1）：由对雷帕霉素敏感的mTOR调控相关蛋白（regulatory associated protein of mTOR）组成；②mTOR复合体2（mTOR complex 2，mTORC2）：由对雷帕霉素不敏感的mTOR伴侣（rapamycin-sensitive companion of mTOR）组成［6］。mTORC1对雷帕霉素敏感，因此雷帕霉素对mTORC1具有抑制作用。mTORC2控制细胞大小和肌动蛋白细胞骨架组织以及内皮细胞的存活、迁移，其对雷帕霉素不敏感［7］。

1.3 mTOR在调节自噬中的相关信号途径

mTORC1的抑制和雷帕霉素诱导的自噬与其下游的两个效应器核糖体S6蛋白激酶1（pS6K1或p70S6K）以及真核翻译起始因子4E结合蛋白1（4EBP1）降低磷酸化有关［8］。细胞外氨基酸可通过转运蛋白如SLC1A5和SLC7A5转入细胞膜，mTOR可直接磷酸化而抑制自噬。

PI3K/Akt信号通路是mTOR参与自噬的一条经典信号途径。生长因子或者胰岛素结合酪氨酸激酶受体或胰岛素受体后，能够使PI3K1a激活，后者可使磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）磷酸化，转变成磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3），而PIP3作为细胞内的一个重要信号分子参与调节多种细胞生物活动过程［9］。在自噬过程中，PIP3可以与磷酸肌醇依赖性激酶1（PDK1）在细胞膜上结合，并使Akt磷酸化，活化的Akt可使下游蛋白磷酸化，从而间接使mTORC1激活，抑制自噬的发生［10］。这个过程有多重调控因素参与，其中结节性硬化复合物（tuberous sclerosis complex，TSC）发挥着重要的作用。TSC是位于mTOR上游的一个重要调节分子，是由结节性硬化蛋白1（TSC1）和TSC2组成的异质二聚体。Akt磷酸化激活后，可通过直接磷酸化TSC2而使TSC2活性降低，从而阻止TSC形成，使mTORC1活性上升，进而抑制自噬。

细胞内的能量代谢水平可以影响mTORC1活性。腺苷酸依赖性蛋白激酶（AMP activated protein kinase，AMPK）可感受细胞内ATP/ADP水平的变化，通过磷酸化TSC2而激活mTORC1，抑制自噬活性［11］。AMPK也能通过发育及DNA损伤反应调节基因1 （regulated in development and DNA damage responses 1，REDD1）调节TSC1/2的活性。缺氧时，AMPK可提高REDD1的表达，抑制mTORC1激活，促进自噬的发生［12］。

1.4 非mTOR信号途径

PI3K/Akt-mTOR信号途径是一条经典的参与自噬的通路，研究较为透彻。有研究显示，其他信号途径和信号分子也参与自噬，包括应激状态下转录因子NF-кB激活介导的自噬［13］、活性氧（reactive oxygen species，ROS）参与的自噬［14］。

研究显示，心、肝、脑、肾等器官都存在缺血/再灌注损伤现象，而且自噬在心、脑、肾等缺血/再灌注损伤过程中发挥着较为重要的作用。

2.1 自噬与脑缺血/再灌注

有研究［15］显示，在糖氧剥夺离体脑缺血（OGD）模型和双侧颈动脉闭塞（BCCAO）模型中，缺血预处理后的海马CA1区神经元中的微管相关蛋白轻链3 （LC3）-Ⅱ/LC3-Ⅰ上调，自噬体数量增加，在给予自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）后神经细胞生存率上升，提示在导致神经细胞死亡的机制中，自噬可能是一种重要途径。另有文献［16］报道，在缺血后处理产生的脑保护作用中，抑制自噬是其中重要的机制之一。在缺血/再灌注期间进行缺血后处理（IPO），可抑制LC3、Beclin-1表达，同时可使p62表达上调。给予雷帕霉素可以部分抵消缺血预处理（IPC）引起的自噬以及保护作用。

2.2 自噬与心肌缺血/再灌注

心肌细胞在基础状态下能够维持一定水平的自噬，以保证细胞生理活动的正常进行。在心功能不全、心肌缺血以及缺血/再灌注损伤中，自噬活动可明显增加。一项离体细胞的缺血/再灌注损伤研究显示，活性氧积累可以引起自噬活性上升，从而导致细胞死亡［17］。也有动物实验显示，碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）可通过抑制过度的细胞自噬而减轻心肌细胞的缺血/再灌注损伤［18］。Matsui等［19］的研究显示，自噬相关蛋白在心肌缺血时表达增多，而在再灌注时期，增多则更为明显，因此，可以认为自噬在缺血阶段被诱发，而在再灌注阶段被强化。缺血阶段诱发自噬对心肌细胞有一定的保护作用，但是再灌注阶段自噬被进一步强化则可能产生对细胞存活不利的影响。

大量实验表明，在心肌细胞缺血/再灌注过程中，自噬可通过多种通路被诱发，从而产生保护作用。也有研究［20］表明，缺血与再灌注期间自噬基因Beclin 1的表达并没有明显提升，而3-MA可以通过抑制自噬而减少动物心肌梗死面积。有研究［21］显示，N-2巯基丙酰甘氨酸（MPG）可通过抑制自噬而产生心肌保护作用。一项人体实验数据［22］显示，自噬似乎并不是在手术前心脏缺血预处理产生保护作用的明确途径。因此，可以认为自噬在心脏病理生理过程中发挥着双重作用，一方面在特定可控的条件下增强自噬可以使细胞在应激状态下更易存活，另一方面过度和（或）长时间的自噬则可以导致细胞死亡。随着相关研究的深入，自噬在心肌缺血和再灌注不同时期的不同作用将被逐步阐明。

2.3 自噬与肾缺血/再灌注

自噬成为研究热点后，关于自噬与心脑缺血/再灌注损伤的研究较多。随着研究的深入，自噬在肾疾病和缺血/再灌注中的关系成为一种新的研究方向。较早的研究［23］显示，在缺血/再灌注导致的肾功能障碍中，肾小管存在自噬现象。离体细胞实验和动物实验［24］显示，自噬对肾缺血/再灌注有保护作用。Suzuki等［25］的实验显示，在肾缺血/再灌注过程中，高水平的自噬表达可导致自噬性细胞死亡。

相关实验数据显示，在缺血/再灌注的不同阶段，自噬均有表达。缺血初期，自噬的表达有利于器官保护；而在再灌注阶段，自噬的过度表达则是损伤因素之一。导致自噬激活的因素尚未明确，可能因素包括缺氧、缺血导致的能量代谢异常，应激状态等。

自噬的研究可分为宏观和微观方向。宏观上的处理可以给予自噬诱导剂或者诱导处理，如给予毒胡萝卜素可以制造内质网应激，诱导自噬；给予自噬负调控关键酶mTOR抑制剂雷帕霉素可诱导自噬；人为制造细胞饥饿环境可诱导自噬；给予PI3K通路抑制剂渥曼青霉素、3-甲基腺嘌呤等可抑制自噬；给予质子泵抑制剂巴佛洛霉素A1也可以抑制自噬。微观上则可通过敲除（knockout）自噬相关基因进行研究，较为经典的是Shimizu采用敲除Bax、Bak基因后的细胞进行的自噬研究，另外还可以通过反义RNA干扰技术（knockdown）研究。

在自噬的检测方式中，透射电镜技术是研究细胞自噬的重要实验技术，可以通过观察细胞超薄切片中自噬体的形态、结构以及数量来评价自噬的发生、发展情况。此外，通过蛋白质免疫印迹（Western blot）的技术对自噬相关蛋白LC3的检测也是一种重要方法。

缺血/再灌注损伤虽然已经提出多年，相关机制与调节通路已被广泛研究，但其在临床工作上仍是重点研究方向之一。自噬作为近年来的研究热点，其调节通路与发生、发展过程仍处于讨论阶段。在缺血/再灌注的不同阶段，自噬所起的作用可能不同，因此，自噬在缺血/再灌注损伤中的利害关系以及重要性仍有待进一步研究。

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Role research status of autoPhagy in ischemia/rePerfusion injury

WANG Zhi-hua1TIAN Shou-yuan2▲WANG Jian-gang2HE Xuan1
1.Department of Anesthesiology，Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China；2.Department of Anesthesiology，the First Hospital of Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China

［Abstract］Autophagy is a process of generating amino acids and fatty acids for cells to use again which is mediated by the lysosomal，through the degradation of damaged cells and/or proteins.Being widely located in the eukaryocyte，the activity of autophagy is on a low level，which plays an important role in maintaining the stability of the internal environment.Under the conditions of oxidative stress，nutrient deficiency，ischemia/reperfusion injury and disease，autophagy activity is significantly enhanced.The current study on ischemia/reperfusion injury has been widely，and the phenomenon of ischemia/reperfusion injury was found in various organs.The conclusion has been confirmed that apoptosis is an important way of cell death in ischemic/reperfusion injury，and the role of autophagy as another type of programmed cell death in ischemic/reperfusion injury is worth exploring.In the course of ischemia/reperfusion injury，autophagy activity is enhanced，but its mechanism and effect are not clear.In this review，the research progress of autophagy in the direction of ischemia reperfusion injury was introduced.

［Key words］Autophagy；Reperfusion injury；Mammalian target of rapamycin

［中图分类号］R363.2+1

［文献标识码］A

［文章编号］1674-4721（2016）04（b）-0012-04

［基金项目］山西省自然科学基金面上项目（2014011040-4）

收稿日期：（2016-01-21 本文编辑：祁海文）