细胞自噬与肝功能衰竭
中华肝脏病杂志，2020.28（12）：1069-1071
作者：徐红瑞 王鑫 王亚东 申川 赵彩彦
DOI:10.3760/cma.j.cn501113-20190803-00288
摘要
肝功能衰竭是肝脏组织发生大块或亚大块坏死的严重肝病症候群，其病情进展迅速，临床预后差，病死率极高。今年来，细胞自噬在肝功能衰竭中所起的作用越来越受到关注。深入研究细胞自噬的调控机制对肝功能衰竭的预防和治疗具有重要意义。现根据国内外研究进展，探索肝功能衰竭中细胞自噬与坏死、凋亡的关系，并就自噬在肝功能衰竭各阶段的作用机制及表达水平进行总结，希望能够为肝功能衰竭的深入研究及临床治疗提供参考。
正文
肝衰竭（liver failure,LF）是目前危重的内科疾病之一。细胞自噬与凋亡、坏死被认为是细胞死亡三大机制。本文就肝衰竭中细胞自噬对细胞坏死和凋亡的调节作用进行综述，为预防和治疗 LF 提供理论支持。
一、
细胞自噬与自噬调控
自噬是一种保守的分解代谢过程，可将受损的线粒体及细胞器送到溶酶体内进行降解，发挥维持细胞稳态、避免细胞死亡等生理功能。目前，已经在酵母中鉴定出 30 分钟不同的调节自噬关键途径的蛋白质，被统一命名为自噬相关蛋白（autophagy associated protein，Atg）。它们相互作用，共同参与自噬物质循环再利用的过程。
细胞自噬受两种途径的调节。一条途径是雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of raoamycin，mTOR）调节途径，其受AMPK、PI3K-1/蛋白激酶 B（Akt）和MAPK/Erk1/2 等信号调控 [1-3]。Atg1是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，与 ATG13 和 ATG17/ATG31/ATG29 亚复合物形成新复合物，以招募和激活下游 Atg [2，4-5]。另一条是抗凋亡蛋白 Bcl-2 家族蛋白介导的途径。Bcl-2 家族蛋白通过控制线粒体外膜通透性调节内源性凋亡 [6] 。除此之外，在同一细胞中，自噬与凋亡机制共同存在，如凋亡相关蛋白Apaf1、P53、BH3-only 蛋白及FoxO3a，以及自噬相关蛋白Atg5 及 Atg7 等均可参与自噬和凋亡的信号调节，且自噬与凋亡信号传导途径可发生相互转化 [7-8]。即细胞自噬对细胞命运的双重调节作用可能通过促进或阻止细胞凋亡和坏死的发生，从而决定细胞命运。
二、
细胞自噬与坏死、调亡的关系
1.细胞自噬对凋亡、坏死的影响:
自噬抑制细胞坏死机制包括减少细胞坏死、防止炎症反应等 [9]。激活自噬的同时可诱导细胞凋亡及坏死，促进细胞坏死或“自噬性细胞死亡” [10]。
2.细胞凋亡、坏死对自噬的影响:
在应激、DNA损伤等环境剧烈改变，超过细胞承受能力或者持续时间过长时,导致自噬功能丧失，并在BH3结构域下游产生一个C-末端片段，该片段定位于细胞核内和线粒体，在体外使线粒体外膜通透化，导致线粒体产生并释放促细胞凋亡特性的蛋白质片段 [10-11],将细胞的命运从自噬向凋亡转变。此外，促凋亡前蛋白Bax增强caspase对D149位Beclin-1裂解，使N-末端和C-末端Beclin-1片段位置发生改变，不能与自噬必须相关蛋白Vps34结合而抑制自噬[6,10-11]。
在感染、缺血、ROS、钙超载等严重病理条件下，内质网、线粒体及细胞器肿胀，细胞膜破裂和细胞溶解，进而释放HMGB1和HDGF，导致细胞坏死。其机制与聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(poly ADP ribose polymerabe, PARP) 有关，另一方面，细胞坏死过程中产生的ROS，也可诱导自噬发生 [12]。
肿瘤坏死因子(TNF) a具有双向效应"3)，一方面与TNFa受体结合后启动信号转导并激活caspase级联，起始凋亡;另一方面TNFa又可通过PI3K依赖的方式激活AKT，抑制促凋亡因子Bcl-2家族蛋白，起到抑制细胞凋亡作用;同时TNFa也可诱导PARP激活，促进细胞坏死。综上所述，细胞最终效应取决于自噬与凋亡、坏死之间的平衡。
三、
细胞自噬与肝功能衰竭
1.不同肝衰竭模型中细胞自噬水平:
不同方式诱导的LF模型，自噬表达水平尚不统一。国内外研究 [14-16] 报道D-GalN/LPS、CCI₄、兔出血症病毒(RHDV)介导小鼠 LF 模型，自噬相关蛋白在早期和中期表达逐渐增加，进展为 LF 后表达反而减少，并伴随促炎细胞因子释放及肝细胞大量凋亡。研究 [17] 显示肝缺血再灌注(I/R)损伤肝脏短时间缺血缺氧，自噬水平上调，但随着缺血时间的延长自噬下调;再灌注早期细胞自噬水平高表达，后期自噬受抑制。可能是缺氧复氧后促进钙蛋白酶活性增加，水解自噬相关蛋白Atg7和Atg6/ Beclin-1，使自噬形成受限。肝I/R损伤后诱发线粒体通透性转换(MPT)， 如果仅发生在少数线粒体，可诱导自噬发生;但MPT发生广泛时，caspases激活促进凋亡发生;再灌注晚期阶段，MPT发生更广泛时，导致ATP耗竭、细胞内Ca₂⁺紊乱及线粒体失活，诱导细胞死亡[18]。乙酰氨基酚(APAP) 诱导的LF模型中自噬涉及的确切分子机制仍不清楚。刀豆球蛋白A (ConA) 诱导的LF模型中自噬水平存有争议 [19-20]。急性和慢性酒精暴露肝脏自噬水平有所差异，急性酒精处理的人肝细胞中自噬相关基因表达和自噬通量增加，慢性酒精中毒及高剂量的酒精处理组自噬水平降低，且细胞凋亡增加 [21-22]。提示不同方式诱导的LF模型自噬表达水平不同，且同一诱导因素所致的LF模型不同时期自噬水平表达也不甚相同。
2.细胞自噬对肝功能衰竭的保护作用:
D-GalN/脂多糖 (LPS)、 肝I/R、 APAP、CCI₄ 及酒精介导的LF引起线粒体功能章碍。自噬吞噬受损线粒体并使其降解，减少ROS产生，进一步抑制炎症反应，发挥预防或延迟细胞死亡的作用。自噬不仅通过清除受损线粒体缓解过量APAP诱导的肝细胞死亡，其自噬溶酶体降解途径的激活还可以选择性地去除APAP-AD[23]。研究表明，Atg7敲除小鼠对APAP敏感性增强，给予APAP后，加剧肝损伤; PINK1-Parkin DKO小鼠使APAP诱导线粒体自噬受损，小鼠死亡率增加 [24] ;激活自噬可以减少APAP诱导的肝细胞死亡 [25]。Guo 等 [26] 发现FK866通过抑制JNK信号传导，增加自噬体和自噬溶酶体的形成，改善D-GalN/LPS及ConA诱导体和自噬溶酶体的形成，改善D-GalN/LPS及ConA诱导此之外，自噬还有助于清除酒精诱导的过量脂滴(脂质过氧化物)及蛋白质聚集物并减轻酒精诱导的内质网应激(ER),进一步减少细胞死亡 [22]。慢性酒精暴露导致溶酶体数量消耗，自噬功能受抑制，肝细胞清除受损的蛋白质和细胞器功能能力下降，反过来导致疾病恶化，促进肝细胞凋亡或坏死 [27]。从临床角度来看，早期使用自噬增强剂进行干预可能有助于阻断这种恶性循环。肝I/R模型中缺血预处理可通过诱导自噬，预防肝细胞死亡或凋亡;Li等[28]研究表明TSLP通过激活PI3K/Akt通路诱导肝细胞自噬，通过抑制肝细胞坏死保护小鼠肝脏免受 I/R损伤。He等 [29] 研究表明急性LF期抑制自噬促进肝星状细胞凋亡，激活自噬可使肝星状细胞活化，以维持肝脏结构防止支架塌陷。另有实验证明，阻断肝脏自噬加速小鼠脓毒症模型的死亡 [30]。细胞自噬除了调控肝细胞凋亡与坏死保护LF外，还可为代谢产物循环提供关键尿素循环中间体(天冬氨酸、谷氨酸)和ATP,提高氨解毒效率，降低LF期血氨水平 [31]。有意思的是,对于CCl4 介导的LF模型,增强细胞自噬还可促进肝细胞再生 [14]。越来越多的证据表明促进细胞自噬对LF具有保护作用。
3.细胞自噬加重肝功能衰竭的进展:
适度细胞自噬通常可以阻断细胞凋亡和坏死，发挥对LF的保护作用。但是超过-定阈值的自噬激活，可加重LF。比如:适量促进自噬对肝I/R损伤介导的LF有保护作用，过度激活自噬加重肝I/R，褪黑素 [17]和miR- 101 [32] 可通过激活mTOR信号途径抑制自噬，保护肝细胞免受IR损伤。用自噬抑制剂后肝细胞凋亡减少[33]。Gotoh 等 [34] 通过构建大鼠I/R模型，发现抑制自噬则减少肝细胞调亡和坏死，且降低大鼠死亡率。Zaouali等 [35] 使用PEG 35器官灌注液灌注移植肝脏时，可降低Beclin-1和LC3B表达水平抑制肝脏自噬，通过保护线粒体、预防氧化应激减轻肝1/R损伤。也有报道 [36]， 氯喹对自噬的抑制使肝脏早期I/R损伤(再灌注后0 ~ 6h)减轻,晚期(再灌注后24~48h)肝细胞凋亡增加，加重肝损伤。自噬除了在肝I/R具有双重作用外，在神经性厌食症最初也发挥保护作用，使细胞适应营养缺乏，然而，当饥饿时间严重延长，自噬反而引起自噬性细胞死亡为特征的急性肝损伤[37]。Ni等 [38] 发现诱导型Atg5缺陷小鼠肝脏中LC3II表达水平下降、P62 大量聚集，可以抵制过量APAP导致的肝损伤，在ConA诱导的肝损伤模型中，抑制自噬或者抑制自噬体形成可减少肝细胞凋亡。
综上所述，自噬在ConA及APAP诱导的肝损伤中的作用及机制目前还有争论焦点，需进一步研究证实。细胞自噬在其余几种LF模型中发挥的双重调控作用取决于LF的类型及损伤的程度、持续时间、强度以及损伤的时期，可能机制与自噬、凋亡及坏死之间错综的信号通路有关。
四、
自噬激活剂与肝功能衰竭
沉默信息调节因子1 (silent information regulator 1,SIRTI)是真核生物中进化保守的具有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖性的III类组蛋白去乙酰化酶，可使细胞能量水平维持稳态 [39-40]。能量不足时，SIRT1 被激活，自噬亦增加，提示二者之间可能存在相关性。
SIRT1介导的自噬信号传导途径在部分LF模型中发挥了重要作用 [41-48]。SIRT1介导自噬在某些LF模型中除减弱或延缓细胞凋亡及坏死外，还有抑制脂质积聚、减轻氧化应激的作用。
五、
小结
肝功能衰竭是以肝细胞凋亡与坏死为主要病理特征的危急重症。自噬在ConA、APAP诱导的肝损伤中的作用及机制目前尚有争论，有待进行深人研究。自噬在其他几种病因诱导的肝功能衰竭中发挥双重调控作用取决于LF的类型及损伤的程度、强度以及损伤的时期。适度自噬可以通过清除受损线粒体、减少肝细胞凋亡与坏死，发挥保护作用，此时自噬被认为是一-种促细胞存活途径;而一旦超过阈值自噬过度可促使肝细胞死亡，此时自噬被认为是一种促细胞死亡途径。所以正确运用自噬促进剂和自噬抑制剂来满足不同时期、不同类型LF的治疗，可能为临床治疗提供新思路。随着对SIRT1介导的自噬在LF中深人认识，SIRT1有可能成为治疗LF新药研发的作用靶点，SIRT1激活剂的开发有可能为LF治疗提供新手段。