自噬与病原微生物的清除

自噬与病原微生物的清除

赵海燕

淄博职业学院

摘要：自噬是细胞基本的代谢过程，它能降解细胞内的蛋白质和细胞器，以最有效的方式重复利用这些成分，来维持细胞的生存和组织自稳。自噬可能是真核细胞清除入侵病原微生物的最原始的天然免疫方式。近年来，已有大量的研究表明自噬参与固有免疫和适应性免疫应答途径。在先天免疫反应中,异质自噬能直接去除细胞内病原体,同时激活包括TLRS和NLRS在内的PRRS,以触发其信号转导途径,并促进神经细胞激活、细胞因子分泌和吞噬。在适应性免疫反应中,自噬反应对T淋巴细胞的平衡、功能和分化、B淋巴细胞的存活和发育以及浆细胞的存活有重要影响。

关键词：自噬；病原微生物；清除

    自噬是细胞基本的代谢过程。自噬可以分为起始、延伸、成熟和终止四个阶段。自噬参与了细胞内许多重要的生理过程，如细胞凋亡、细胞增殖、干细胞( stem cell,SC)干性的维持、多能性诱导干细胞(in.duced plu—ripotent stem cells ,iPS)的建立以及机体对外来病原微生物的清除等。

自噬能够降解掉细胞内大的细胞器和细胞组分，这也为细胞通过自噬清除入侵细胞的细菌或者病毒提供了前体条件。人体内的固有免疫系统是抵抗病原微生物入侵的第一道防线。病原微生物首先通过胞吞作用侵入巨噬细胞和上皮细胞内部。在这个过程中，微生物细胞表面的一些配体能够被人体细胞表面或者内部的模式受体识别，从而引起促炎症因子如白介素1B（IL-1B）的释放。同时，自噬复合物中的Vps15也会参与对果蝇中NF-KB通路的调节。被细胞吞噬到胞浆中的病原微生物被运输到内涵体中，随着细胞内膜系统转运至溶酶体中降解。而在进化过程中，病原微生物也进化出了一套从细胞内膜系统中逃离出来的方法。细胞的应对策略则是，通过细胞内的自噬将微生物隔离到一个封闭的环境中，使它们没有办法接触到胞浆中丰富的营养物质，而且在这个封闭的系统中，会不断有能够杀死微生物的酶类或者是酸类物质被运输进来，造成对病原微生物的致命打击，使其得以清除。在抗原递呈细胞中，这种对病原体的处理还会使得病原微生物的抗原被MHCⅡ类分子递呈，从而引起对特定病原体的免疫应答反应。

一、自噬对细菌的清除

1.有一类细菌在进入细胞浆后能够被自噬小体识别并包裹。甲型链球菌被细胞内吞进入内涵体后，会依靠其Streptolysin0蛋白从内涵体逃离出来进入到细胞浆中。Streptolysin0蛋白是一个能够在细胞膜上打孔的蛋白，其发挥活性需要胆固醇的协助。甲型链球菌一旦进入到细胞浆，便会被自噬小体包裹，随后被运输到自噬溶酶体中降解。但是，此类细菌是如何引起自噬的还不甚明了。肠道沙门菌在进入到巨噬细胞或者上皮细胞时，会在细胞内形成一个特殊的囊泡结构，被称作SCV（Salmonella-containing vacuoe）。在巨噬细胞中，沙门菌释放出来的细菌蛋白会引起线粒体的损伤，而损伤的线粒体会诱发线粒体自噬的产生。与巨噬细胞不同，在上皮细胞中，自噬的作用主要是控制细菌的生长。志贺菌能够侵人肠道部位定居的巨噬细胞，并能够从内吞小体中逃离出来进入到细胞浆中，引起巨噬细胞的死亡。随后志贺菌借助于第三型分泌系统进入到肠上皮细胞中。进入到肠上皮细胞中的细菌会分泌IcsB蛋白，这个蛋白能够抑制细菌蛋白VirG与Atg5的结合，从而避免细菌被自噬小体包裹。而在IcsB蛋白缺失的细菌中，Atg5通过与VirG结合启动了自噬，并最终清除掉细菌。虽然李斯特菌在刚进入巨噬细胞时也能够被自噬小体包裹，但是李斯特菌通过分泌ActA等蛋白能够抑制自噬的发生。

2.有另一类细菌被内吞进入细胞中后，能够刺激自噬的发生。自噬又会促进内吞体的成熟并使得细菌被降解。结核杆菌能够被肺泡中的巨噬细胞吞噬并包裹进内吞体中，此时的内吞体失去了向溶酶体靠近的潜能，由于它膜表面的氢离子泵的缺失使其不能继续酸化。此后的结核杆菌存在两种可能。一种情况下，结核杆菌在功能异常的内吞体中生长繁殖，最后将巨噬细胞杀死，并从中释放出来继续感染其他细胞。另一种情况下，被感染的巨噬细胞在Ⅱ型干扰素（IFN-γ）的作用下分泌LRG-47蛋白。LRG-47蛋白是一个GTP酶，它能够引起自噬的发生。含有细菌的内吞体与自噬小体融合，进一步酸化形成溶酶体。细菌在溶酶体内各种酶的作用下被消化清除。除了干扰素，其他自噬的常见诱导如饥饿或者西罗莫司也能够促进巨噬细胞对此类细菌的清除。

 3.还有一类细菌，当它们进入到细胞内，能够通过一系列的蛋白分子来抑制自噬的发生。嗜肺军团菌感染肺部的巨噬细胞并在其中大量扩增。这类巨噬细胞往往会低表达一种凋亡抑制蛋白，而这种凋亡抑制蛋白在正常情况下能够促进自噬小体的成熟。毒性蛋白Legionella在巨噬细胞中能够促进自噬的发生。被自噬小体包裹的细菌抑制了自噬的进一步发展，自噬小体不能及时地形成自噬溶酶体来降解细菌。如果在这个过程中抑制了自噬的产生，那么包含毒性蛋白Legionella的囊泡状结构就会通过内涵体溶酶体途径被降解清除。牙龈卟啉单胞菌在牙龈周围的生存依赖于牙龈附近内皮细胞自噬的产生。牙龈卟啉单胞菌进入到宿主细胞后被包裹进自噬小体中并在这里生长繁殖。同时，它能够抑制宿主细胞凋亡的产生。同嗜肺军团菌感染一样，如果能够抑制宿主细胞的自噬，牙龈卟啉单胞菌就会被运输到溶酶体中被降解。

二、自噬对病毒的清除

在宿主细胞内部，能够感知细胞内压力的eIF2 a在病毒感染时被活化，它促进了ATF4对Atg12基因的转录，从而促进了自噬的发生。双链DNA病毒，人类单纯疱疹病毒( HSV)感染宿主细胞的时候会抑制eIF2α的反应。它通过编码一个叫作ICP34.5的神经毒性分子来对eIF2α进行去磷酸化修饰，去磷酸化后的eIF2α失去了对ATF4的转录促进作用，从而造成eIF2a在感知病毒过程中功能的丧失。RNA病毒脊髓灰质炎病毒(poliovirus)和鼻病毒(thinovirus)在感染宿主细胞后会造成细胞内类自噬小体样囊泡结构的大量积累。脊髓灰质炎病毒编码的2BC和3A蛋白是引起自噬发生的主要因素，而且该病毒的复制依赖于这些自噬样结构。一旦自噬的发生受到了抑制，脊髓灰质炎病毒的扩增就会受到影响。单链RNA冠状病毒(coronavirus)的复制过程完全在细胞浆中进行。MHV冠状病毒劫持了自噬小体的双层膜结构并在其中完成复制的过程。这说明，自噬状结构提供的微环境可以作为某些病毒复制的有利场所。

自噬在为一些病毒提供复制的场所的同时，也会抑制某些病毒的复制。单链RNA病毒辛德毕斯病毒( sindbis virus)在感染细胞的时候能够引起细胞的凋亡，从而抑制了该病毒的扩增。有观点认为，在病毒感染的过程中，细胞内的Bcl-2会促进细胞走向凋亡。不过也有人认为，在感染过程中，与Bcl-2结合的Beclin 1与之解离并促进了自噬的发生，从而抑制了病毒的复制o HIV在复制的过程中会抑制宿主细胞内自噬的发生。在树突状细胞中，HIV的包被蛋白Env与细胞表面受体CD4结合激活了mTOR信号通路，从而抑制了自噬的发生。自噬被抑制后，细胞内HIV病毒的滴度升高，HIV在CD4+T细胞间的转移也明显增加。同时，HIV感染的树突状细胞溶酶体中的酶含量也有所减少，宿主细胞对病毒的清除能力和对病毒抗原的递呈能力均显著下降。