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自噬和炎症性肠病的关系及其治疗新成果

时间:2019-10-10 来源:重庆医学 作者:许琳,缪应雷 本文字数:8452字

  摘??? 要: 自噬是机体实现物质再循环、维持细胞代谢平衡及内稳态的过程。自噬参与细胞内多种重要功能的调节,其作用机制复杂,涉及多种信号通路和免疫反应的调节。炎症性肠病(IBD)是一类肠道慢性炎症性疾病,该病易反复,治疗费用高,目前尚无彻底根治的方法,给社会和家庭造成了极大经济负担。目前,药物治疗是IBD治疗的主要手段,但IBD的药物治疗作用机制不清,部分药物不良反应较大,很大程度地局限了IBD的治疗。随着自噬研究的深入,发现IBD的发生与自噬关系密切。研究表明,自噬调节异常增加了IBD患者的临床易感性,另一方面,部分IBD的治疗药物参与了自噬调节,提示IBD药物疗效的发挥可能通过自噬调控来实现,调节自噬有望成为IBD治疗的新靶点。为此本文就近年来IBD与自噬的关系及自噬相关的IBD药物治疗新进展进行综述。

  关键词: 自噬; 炎症性肠病; 药物疗法; 研究进展;

  Abstract: Autophagy is a progress in which the body recycles the materials, maintains the balance of cell metabolism and homeostasis. Autophagy is involved in the regulation of many important functions in cells, and its mechanism is complex, involving in the regulation of many signaling pathways and immune responses. Inflammatory bowel disease (IBD) is a kind of chronic intestinal inflammatory disease, which is easy to recur with high treatment cost, at present, there is no radical cure method, which causes great economic burden to the society and families. At present, the drug therapy is the main means of IBD therapy, but the mechanism of IBD drug therapy is unclear, and the side effects of some drugs are large, which greatly limit the treatment of IBD. With the deepening of autophagy research, it is found that the occurrence of IBD is closely related to autophagy. The studies have shown that abnormal autophagy regulation increases the clinical susceptibility of IBD patients. On the other hand, some IBD drugs are involved in autophagy regulation. All of these suggest that the efficacy of IBD drugs may relate to autophagy regulation, and the regulation of autophagy is expected to be a new target for IBD treatment. Therefore this paper reviews the relationship between IBD and autophagy as well as the new progress in autophagy related IBD drug therapy.

  Keyword: autophagy; inflammatory bowel disease; drug therapy; research progress;

  炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)是一类缓解与复发交替的肠道慢性炎症性疾病,它主要包括克罗恩氏病(Crohn’s Disease,CD)、溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis,UC)及未定型的IBD。该病易反复,治疗花费大,且目前尚无彻底根治的方法,给社会和家庭造成了极大经济负担。现有的治疗IBD的药物包括:糖皮质激素、氨基水杨酸制剂、巯嘌呤类、免疫抑制剂和生物制剂几类。随着美国克罗恩与结肠炎基金会(The Crohn’s and Colitis Foundation of America,CCFA)优化药物治疗方案的提出,分层、个体化治疗IBD的观念更加深入人心[1]。为了改善现有药物的效用、减少不良反应的发生及更有针对性的治疗,就需要深入了解这些药物在IBD治疗中的具体作用机制。全基因组关联分析(Genome-wide association studies, GWAS)研究表明,多个CD的易感基因位点与自噬缺陷存在相关性[2],查阅文献发现治疗IBD的部分药物也作用于自噬,提示IBD药物疗效的发挥可能通过自噬调控来实现。因此,本文对自噬与IBD之间的关系研究进行阐述,并对自噬相关的IBD药物治疗新进展进行总结,以期为IBD的治疗研究提供新思路。

  1、自噬

  自噬是一种机体降解过多蛋白质及损坏、衰老的细胞器,以此实现机体物质的再循环、维持细胞代谢平衡及内稳态的过程。自噬参与细胞内多种重要功能的调节,包括细胞生长、分化、存活、衰老以及免疫反应,因此,自噬调节异常与多种疾病相关。自噬包括巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬三种类型,其中以巨自噬研究较多,本文的自噬即指巨自噬。
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自噬和炎症性肠病的关系及其治疗新成果
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  激活自噬的因素有很多,包括饥饿、低氧、感染和应激等。与自噬相关的主要信号通路为:哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1(Mammalian target of rapamycin,mTORC1)、B细胞淋巴瘤/白血病基因-2(B cell lymphoma/leukemia gene 2,Bcl-2)和腺苷酸活化蛋白激酶 (AMP-activated protein kinase,AMPK),其中mTORC1在抑制自噬中发挥着重要作用,磷脂酰肌醇3激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)、蛋白激酶B(Protein kinase B,Akt)以及迅速加速纤维肉瘤蛋白(rapidly accelerated fibrosarcoma,RAF)/丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(mitogen activated extracellular signal regulated kinase,MEK)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase,ERK)等信号通路能通过对mTORC1的激活而发挥抑制自噬的作用[3]。Bcl-2与Beclin1结合形成的蛋白复合体能够抗凋亡、抑制自噬[4]。而在应激条件下,c-Jun氨基末端蛋白激酶-1(c-JunN-terminalkinase,JNK-1)介导Bcl-2发生磷酸化,诱发Beclin1-Bcl-2复合体解离进而激活自噬[4]。因此,Bcl-2磷酸化在机体自噬和凋亡中起着“开关”的作用,以此来防止外界长时间应激刺激给邻近细胞带来的损伤[4]。相反地,细胞内增加的ATP能激活AMPK,而AMPK能抑制mTOR的活动进而激活自噬[5]。

  2、自噬与IBD的发生

  自噬在免疫调节中起着多种作用,自噬异常常与多种疾病的发生相关,这些疾病包括神经退行性疾病、肥胖与糖尿病、慢性炎症性疾病、癌症、感染和衰老等[6]。自噬在IBD的发病机制中也同样发挥着多重作用,深入地理解这些发病机理将有助于IBD的优化治疗[7]。目前,IBD的病因涉及环境、遗传、免疫及肠道菌群等多个方面,因此,本文将从IBD的病因入手阐述自噬与IBD的关系。

  2.1、自噬基因多态性与IBD

  过去十多年的基因组学研究发现了自噬相关基因和CD的发生之间存在生物信息学联系,如核苷酸寡聚化结构域-2(Nucleotide-binding oligomerization domain 2,NOD2)、自噬相关基因16L1(autophagy related 16 like 1,Atg16L)、免疫相关p47鸟嘌呤三磷酸酶(immunityrelated p47 guanosine triphosphatase,IRGM)等。其中NOD2属NOD样受体(NOD-likereceptors,NLRs)蛋白家族,其功能类似为胞内细菌传感器,在肠道上皮细胞中参与细菌胞壁肽聚糖诱发自噬的过程[8]。NOD2有三个变异体,包括两个错义突变和一个移码突变,这三个主要变体都与CD的发病机制明显相关[9]。T300A是Atg16L基因的一个变异体,它在自噬体形成中起着重要作用,同时也被认为是CD的危险因素[10]。全基因组关联分析研究显示IRGM的变体与CD相关,IRGM的基因多态性增加了CD发生的风险[11]。大量研究显示这些基因的变异体可能在有害物质的清除功能障碍方面与CD的发生之间存在联系,包括抗原呈递障碍、前炎症因子的过量表达等都可能与CD的发病机制有关。此外,白细胞介素-23受体(interleukin-23 receptor,IL-23R)、X 连锁凋亡抑制因子(X-linked inhibitor of Apoptosis,XIAP)、富亮氨酸重复激酶-2(leucine-rich repeat kinase 2,LRRK2)、Unc-51自噬激活激酶1(Unc-51 like autophagy activating kinase-1,ULK1)、维生素D受体(Vitamin D receptor,VDR)、肌维管束相关蛋白3(Myotubularin related protein 3,MTMR3)都是与IBD相关的自噬基因变体、蛋白[2]。

  2.2、自噬异常与免疫异常

  正如前面所讨论的,基于基因组学的研究,发现自噬基因的多态性与IBD的相关,在这部分基因中有的基因能够相互作用且具有免疫相关性,这就提示我们,自噬与免疫反应的各个阶段可能存在着一定联系。病原微生物诱导自噬的发生可能是始于NOD2和Toll样受体(Toll-like receptors ,TLRs)的激活[12]。NOD2能够募集自噬蛋白Atg16L1到细菌进入细胞质膜的位点,促进胞内病原菌的自噬清除[13,14]。TLRs是Ⅰ型跨膜蛋白质,属于模式识别受体中的一类,TLRs参与诱导自噬的发生,并且将自噬与固有免疫联系在了一起[15]。目前,自噬相关基因IRGM在IBD中的作用还不清楚,但是它可能影响了多种免疫反应过程,包括胸腺选择(thymic selection)、T细胞稳态维持、肠道入侵细菌的直接清除或调节细胞死亡与肠道组织炎症[11]。IBD的发生与抗原呈递缺陷之间存在明显关系。对携带NOD2或Atg16L1变异体的CD患者进行研究,这类患者的树突状细胞表现出明显的主要组织相容性复合体Ⅱ类分子(major histocompatibility complexes classⅡ, MHC Ⅱ)抗原呈递缺陷[13]。异常的自噬干扰了抗原呈递过程,在体外小鼠实验中,Atg7缺陷的小鼠树突状细胞不能够刺激CD4+T细胞的激活[16] 。这些研究表明,自噬功能缺陷影响了抗原呈递、T细胞的激活等适应性免疫反应的不同阶段。

  2.3、自噬异常与肠道菌群失调

  近年来研究表明,肠道菌群失调与IBD的发生有关,其中黏附侵袭性大肠杆菌(Adherent-invasive Escherichia coli,AIEC)为最受关注的IBD致病菌之一,它常定植于CD患者的回肠黏膜及损伤部位[17]。那么在IBD患者的病变组织中致病菌过度生长,这一现象是否与自噬异常引起胞内细菌清除障碍相关呢?有研究证实了这一点,研究者发现与Atg16L1基因位点无变异的对照组相比,Atg16L1基因位点出现风险变异体的CD患者末段回肠的病变组织中三种致病微生物群更为丰富,它们分别是大肠杆菌属、类杆菌属和梭菌属[18]。在NOD2变异体的CD患者树突状细胞中也发现类似的AIEC自噬清除障碍[13]。与Atg16L1和NOD2基因位点类似,IRGM表达的下降也会导致自噬抑制,从而引起AIEC细菌不受控制的复制增殖;另外,在CD患者的肠粘膜中,IRGM的过量表达会干扰了自噬体的成熟,同样有助于胞内细菌的定植增殖[19]。

  3、 IBD治疗药物的作用机制与自噬的关系

  目前常用于IBD的治疗药物主要包括糖皮质激素类、氨基水杨酸制剂类、巯嘌呤类、免疫抑制剂类及生物制剂五类,这些药物治疗IBD的具体作用机制仍不完全清楚。虽然IBD治疗药物与自噬调节的关系在IBD患者中的研究较少,但近年来一些文献对这些药物在其他疾病和不同的细胞类型中的作用作了研究,发现部分IBD治疗药物与自噬调节存在直接或间接的关联,这些药物的作用机制涉及mTORC1、NFκB、Akt、ERK等信号通路和免疫反应的不同阶段[20]。

  糖皮质激素治疗IBD的同时也用于淋巴恶性肿瘤的治疗,研究表明激素能诱导未成熟的T淋巴细胞自噬,这种自噬出现与mTORC1的抑制有关[21]。另外,在老鼠恶性肿瘤模型中柳氮磺胺吡啶减少了自噬的发生,这可能是由于柳氮磺胺吡啶对NFκB通路的抑制作用进而影响了自噬过程[22,23]。Han HY等人研究[24]发现,在口腔鳞状癌细胞株研究中,柳氮磺胺吡啶能通过对Akt通路的抑制和ERK通路的激活诱导了自噬性细胞死亡。有研究表明,在老鼠的巨自噬过程中,TNF-α能增加线粒体自噬,而线粒体自噬则进一步激活巨自噬,最终导致线粒体蛋白降解,并在巨自噬细胞表面通过MHCⅠ呈递给T细胞[25]。这些关于IBD药物的研究虽然不能证明自噬与IBD的治疗之间存在直接关系,但从中我们能发现IBD药物功能的发挥似乎与自噬调节存在一定的联系。

  4、 自噬相关的IBD药物治疗进展

  近年来,多项研究显示自噬调节缺陷会增加IBD发生的风险,提示恢复/增强自噬调节可能成为新的药物治疗靶点而使IBD患者受益。mTOR信号通路是自噬激活反应中的关键步骤,因此抑制mTOR激活可能作为一个潜在的治疗靶点。研究显示,两种mTOR抑制剂(雷帕霉素、依维莫司)在治疗难治性CD患者中表现出一定疗效[26]。最近研究发现,TNBS诱导的肠炎小鼠在分别使用雷帕霉素、海藻糖和甜菜苷干预后,检测到三者均阻止了TNBS诱导的自噬流消减、减少了前炎症因子的表达,进而小鼠肠道炎症减轻、肠炎症状得到改善[27]。其中雷帕霉素和海藻糖,均属于mTOR依赖型自噬激活剂,甜菜苷则为一种天然的生物抗氧化剂,它能起到减轻氧化应激、调剂自噬的作用[27]。自噬也能够被天然的产物或化合物调控,近期研究表明褪黑素能通过ROS-MST1信号通路调节自噬,并能减轻DSS造模小鼠的肠道炎症,延长其生存期[28,29]。维生素D属于天然化合物,它能够通过调节Atg16L1和NOD2的表达来调控自噬反应,肠道的维生素D受体减少将引起潘氏细胞功能异常、病原菌清除缺陷和肠道菌群失衡[30]。这些研究显示适当的补给维生素D可能有益于IBD患者的治疗。

  生物制剂常用于难治性或激素依赖的CD患者的治疗,抗TNF-α治疗CD的主要机制是诱导T细胞的凋亡。研究发现,携带ATG16L1 T300A基因变体的IBD患者与阿达木单抗治疗之间存在相关性,即该类患者更需要阿达木单抗的治疗,这项研究提示将IBD患者的基因组成分型或许将有助于内科医生对个体化治疗方案的优化[31]。髓样细胞触发受体-1(Triggering receptor expressed on myeloid cells-1 ,TREM-1)属于免疫球蛋白超家族成员,在炎症类疾病中TREM-1能激活炎症信号通路,引起多种炎症介质的分泌,扩大炎症反应。研究发现,TREM-1抑制剂通过恢复受损的自噬活动,从而减轻了小鼠肠炎的严重程度,有望成为治疗IBD的新靶点[32]。

  综上所述,自噬是机体维持细胞代谢平衡和内稳态的重要过程,它参与体内多种信号通路的调控及功能的发挥。自噬调节异常可能导致包括IBD在内的多种疾病的发生。近年来,IBD的发病率逐年上升,药物治疗虽是诱导IBD缓解的主要手段,但IBD的药物治疗疗效有限,部分难治病例仍然不能通过药物得到有效控制,IBD的治疗研究任重而道远。目前,深入研究IBD的发病机制、探寻新的治疗靶点是IBD研究的重要方向。自噬与IBD的发生关系密切,通过调节自噬能使肠道炎症得到改善,自噬调节可能成为IBD治疗的新靶点。自噬与IBD的具体作用机制以及药物疗效的发挥与自噬的联系需要未来进一步深入研究。

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    bet356网址_bet356欧洲版在线投注_bet356体育投注来源参考:许琳,缪应雷.自噬与炎症性肠病药物治疗的研究进展[J/OL].重庆医学:1-6[2019-10-10].http://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1097.R.20191009.1032.010.html.
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