急性肾损伤中的自噬

《急性肾损伤中的自噬》由会员分享，可在线阅读，更多相关《急性肾损伤中的自噬（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、急性肾损伤中的自噬张吟眉期刊名称】检验医学与临床年(卷),期】2016(013)002【总页数】4页(P272-275) 【关键词】 急性肾损伤;自噬;调控机制【作 者】 张吟眉【作者单位】 北京大学第三医院检验科 ,北京 100191【正文语种】 中 文急性肾损伤(AKI)是一种以肾脏排泄功能迅速降低为主要特征的综合征。主要表现 为肌酐、尿素等含氮废物的积累及水电解质和酸碱失衡1。AKI的发病因素很多， 主要有肾缺血/再灌注、肾毒性药物、脓毒症等。引起AKI的病理因素很复杂，包 括感染、血管活性物质的产生及细胞自噬等。肾小管细胞的损伤和死亡是AKI的 关键病理特征。自噬是细胞内的溶酶体降解自

2、身细胞器和其他大分子的过程。相对 于主要降解短半衰期蛋白质的泛素-蛋白酶体系统，细胞自噬是大多数长半衰期蛋 白质和细胞器通过溶酶体降解和再循环的一种方式，对维持细胞内环境的稳态和细 胞生存起至关重要的作用。细胞在营养缺乏或发生应激反应时可诱发自噬现象 2， 已经有实验证明，在缺血/再灌注损伤、肾毒性药物及脓毒症引发的AKI中，肾小 管细胞发生自噬3，但机制尚不明确，自噬在AKI中的作用也仍在讨论中，本文 就这一领域近期研究成果做一综述。自噬是一种程序化多步骤细胞内降解机制。细胞通过溶酶体降解自身胞质成分，将 胞内组件分解回收，实现细胞自身代谢需要及部分细胞器的更新以维持细胞内环境 稳态。当细胞

3、处于营养缺乏的状态时，自噬可以通过降解细胞内耗能的蛋白质及细 胞器产生能量供细胞利用。因此，自噬一直被认为是细胞的一种保护性机制，在维 持缺血缺氧等应激状态下细胞存活、清除细胞内衰老细胞器及错误折叠蛋白中起重 要作用。近期关于自噬的研究表明，自噬可能与大量疾病的发生有关，如感染、肿 瘤、代谢性疾病等2。近几十年来，自噬一直是研究的热点。近年来自噬的分子机制和信号传导的研究取得了很大进展。自噬调控涉及很多自噬 相关蛋白，自噬相关蛋白作为构成调控自噬功能的核心分子，调控自噬发生的几个 连续步骤。在自噬相关蛋白上游有一系列复杂的自噬调控信号网络，通过相互影响 来决定自噬的强度和特异性4。尽管已经取得

4、巨大进展，但AKI中肾小管细胞自 噬调控的机制仍不十分明确。2.1哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路 mTOR是一种丝氨酸蛋白激酶， 是磷脂酰肌醇-3-激酶类家族的成员，可以作为氨基酸、三磷酸腺苷(ATP)、生长 因子等多种物质的感受器调节细胞生长。mTOR在哺乳动物中主要以mTOR复合 体1(mTORC1)和mTOR复合体2(mTORC2)两种形式存在，其中mTORC1对雷 帕霉素敏感。mTOR对细胞自噬的大多数信号转导通路起负向调控作用。在营养 丰富的情况下,mTORC1通过抑制自噬起始分子自噬相关基因(Atg)1活性，实现对 自噬的控制。当细胞受到缺血缺氧、能量不足、衰老或破损的

5、细胞器、折叠错误的 蛋白质等胞内或胞外信号刺激后，mTORC1作为饥饿感受器可感受细胞的营养状 态，并激活一磷酸腺苷(AMP)，活化AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)，使mTOR 磷酸化并导致其活性下降。实验证明，营养缺乏或使用雷帕霉素抑制 mTOR 活性， 很可能同时激活某种磷酸酶，导致 Atg13 部分脱磷酸化，使之与 Atg1 紧密结合， 这种结合可以使Atg1活化，为自噬体的形成奠定基础5。2.2氧化应激 近年来大量研究表明氧化应激对AKI的发展起到关键作用。 Bolisett y等6啲研究证实了人血红素加氧酶基因1(HM0X1)在顺铂导致的AKI 中可以实现对自噬的调控。在HMOX1敲

6、除的模型中，氧化应激增加，自噬调控 减弱，导致细胞肾小管细胞死亡，而在肾小管细胞中重新加入HMOX1可以重启 自噬反应；同时，过表达HMOX1可以降低氧化应激反应，延迟自噬的诱导，对 顺铂导致的细胞死亡具有保护作用。Parajuli等7构建了在远端肾小管敲除锰超 氧化物歧化酶的小鼠模型，小鼠基因敲除后线粒体氧化作用增加，导致自噬增强。 Kasuno等8 近期的一项研究表明，氧化应激反应的标志物尿硫氧还蛋白(TRX1) 在缺血/再灌注导致的AKI中会升高。这些结果均表明氧化应激可在肾小管细胞中 导致自噬。2.3内质网应激 内质网功能失调，例如未折叠蛋白累积和钙失衡会导致AKI的 发生。一项用不同

7、剂量顺铂处理NRK-52E细胞的研究表明，低浓度(10 pmol/L) 顺铂可以诱导自噬并上调内质网分子伴侣葡萄糖调节蛋白(GRP)78和GRP94，但 高浓度(50 pmol/L)顺铂会抑制自噬并激活凋亡，并且导致这两种蛋白水平降低。 应用抗氧化剂牛磺酸，可以恢复内质网分子伴侣的表达，并且增加自噬反应，降低 凋亡9。在人肾小管上皮细胞中，环孢霉素可以诱导内质网应激所致的自噬激活， 而内质网应激抑制剂Salubrinal可以抑制环抱霉素诱导的自噬10。对于内质网 应激诱导自噬的机制，Kawakami等11啲研究表明细胞外调解蛋白激(ERK)是内 质网应激导致肾小管细胞发生自噬的必要条件。Goz

8、uacik等12发现，蛋白质磷 酸酶2A的脱磷酸可以通过内质网应激激活死亡相关蛋白激酶(DAPK)导致自噬， 而DAPK敲除的细胞自噬被抑制。以上研究表明ERK和DAPK可以对内质网应激 中的自噬进行调控，但具体机制还需进一步研究。2.4缺氧诱导因子-1a(HIF-1a)及其转录目标促凋亡线粒体蛋白(BNIP3) An等 13啲研究证明了乙酰唑胺(AZA)可以通过激活PI3K/Akt信号传导通路上调HIF- 1a诱导自噬对缺血/再灌注引发的AKI起到保护作用。HIF基因敲除小鼠的胚胎成 纤维细胞(MEF)缺氧实验证实了 HIF-1a及其转录目标BNIP3对自噬具有调控作用， HIF-1a在肾小

9、管细胞在缺氧数小时后产生，同时产生自噬14。Livingston等4 的实验表明，在H IF-1a敲除的小鼠中，由缺氧诱导的自噬降低。一项大鼠近端小 管NRK-52E细胞实验表明缺氧会诱导BNIP3的产生，NRK-52E细胞中过表达的 BNIP3生成的自噬小体主要局限于线粒体中，而敲除BNIP3可以显著降低缺氧导 致的自噬和线粒体自噬15。这些实验结果提示HIF-1a和BNIP3可以激活肾小 管细胞的自噬产生。2.5肿瘤抑制基因p53 p53可以通过激活AMPK抑制哺乳动物的mTORCI诱 导自噬产生16，也可以通过激活损伤相关自噬调控基因(DRAM)诱导自噬17。 为了应对DNA损伤，p53

10、还可以通过上调unc-51样激酶(ULK1)以维持自噬18。 在顺铂处理的肾小管细胞中，p53的抑制剂可以部分抑制自噬，也证明了 p53在 这个模型中可以上调自噬19。另一方面,p53可以通过TP-53所诱发的糖酵解 和细胞凋亡抑制氧化应激，通过mTOR途径抑制自噬20。总之,p53对的自噬的 调节具有双向性，具体机制有待进一步研究。2.6 ULK1 ULK1 是一个处于自噬调节机制核心的启动激酶，在肾小管细胞的缺 氧及器官的缺血/再灌注反应中被激活，而在ULK1敲除的缺血性AKI模型中，肾 小管细胞的自噬会被抑制。在饥饿条件下，ULK1通过募集ATG蛋白调控自噬体 前体的结构并磷酸化下游基质

11、21。ULK1还通过磷酸化AMBRA1和Beclin-1激 活皿类PtdIns3K诱导自噬22。Gammoh等23的研究进一步证实FIP200和 ATG16L1之间的相互作用是ULK1和ATG5复合体组成的必要条件。此外， ULK1还参与了 mTORC1和AMPK对自噬的反馈调控24。尽管有以上研究进展， ULK1调控自噬的很多机制仍不明确。2.7 B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)家族蛋白Bcl-2家族蛋白对肾小管细胞自噬的 抑制作用已经在许多实验中被证实。Isaka等25证实对Bcl-2/GFP-LC3转基因小 鼠进行缺血/再灌注实验后自噬减弱。此外，在 Bcl-2 稳定表达的肾小管细胞系

12、中， 顺铂导致的自噬几乎被完全阻滞。对于Bcl-2下调自噬的机制，一个公认的解释是 Bcl-2通过Bcl-2的同源物BH3与Beclin-1结合，防止了 Beclin-1与class皿 PtdIns3K复合体装配，阻断了自噬体形成的必要过程。但在Bcl-2过表达的肾小 管细胞中，免疫共沉淀分析不能检测出Bcl-2和Beclin-1的相互作用。近期 Chang等26的研究表明，在内质网上营养缺乏自噬因子1可以与Bcl-2结合， 并且这是Bcl-2与Beclin-1相互结合及Bcl-2抑制的自噬的必要条件。此外， Bcl-2也可以通过减少应激诱导的Ca2+释放实现对自噬的抑制。对于自噬在 AKI

13、中是起保护细胞的作用还是加重细胞损伤一直有争议。迄今为止， 大部分研究支持自噬对AKI起到了保护作用，但仍有一些研究认为自噬会在AKI 中导致细胞死亡27。3.1自噬对AKI的保护作用 为验证肾缺血/再灌注中自噬对肾损伤的作甩Liu等28建立了一个小鼠肾小管特异Atg5敲除实验模型，结果表明基因敲除小鼠比野 生小鼠产生了更严重的肾损伤。而在一个小鼠近端小管Atg7基因敲除的实验中， 近端小管Atg7基因敲除小鼠表现为肾功能下降加速，严重肾组织损伤及肾小管细 胞凋亡。从近端小管Atg7基因敲除的小鼠中分离的近端小管细胞与野生型小鼠分 离的细胞相比，对缺血再灌注损伤也更敏感3。对于肾毒性药物导致的

14、肾损伤， Periyasamy-Thandavan等19啲一项实验证明，用顺铂处理的肾小管上皮细胞 细胞无论通过应用自噬抑制剂(3-MA或巴伐洛霉素A1)还是基因敲除Becnl，或用 小干扰RNA(siRNA)下调Atg5抑制自噬，均导致细胞凋亡增加，表明自噬对顺铂 诱导的肾小管细胞损伤具有保护作用。此外,Yang等29研究发现顺铂诱导的自 噬对细胞凋亡有抑制作用。在一组顺铂导致小鼠肾损伤的模型中证实，自噬抑制剂 氯喹增强了顺铂导致的肾损伤，而自噬激活剂雷帕霉素则起到了保护作用。在脓毒 症造成的 AKI 模型中，一项大鼠的盲肠结扎和穿刺手术实验的报道提示大鼠早期 自噬反应的下降的幅度与其后期脓

15、毒症所导致的肾损伤的幅度相关联，提示自噬在 脓毒症造成的 AKI 仍然起到保护作用30。上述实验证明,自噬无论对于缺血/再灌 注，肾毒性药物还是脓毒症引起的AKI都起到了保护作用。现在对于自噬在AKI中保护肾小管细胞的机制尚不明确。Levine等31啲研究提 示，在应激条件下，氧气和营养物质不足，此时通过异化的途径可以使氨基酸和脂 质合成蛋白质和ATP产物满足机体生存需要。此外，自噬可以清除错误折叠蛋白 和损伤的细胞器维持细胞稳态，从而提高诱导凋亡的阈值4。此外，特定的应激 可以激活其他细胞保护性应答以联合自噬达到最优的细胞修复和适应的状态32。 最后，一些关于程序性细胞死亡的研究表明，自噬的

16、作用是维持高ATP从而促进 凋亡细胞的清除，这个功能可以防止病理刺激下有害的炎性反应对细胞的损伤 31 3.2自噬在AKI中可能促进细胞死亡 另有一些研究则提示AKI中肾小管细胞自 噬可能导致细胞死亡。Wu等33在一项肾缺血/再灌注的大鼠实验模型中表明在 损伤的肾小管中Beclin-1和LC3的表达增加，凋亡增强，而在缺血的过程中，如果 Bcl-2过表达，自噬和凋亡都会降低，肾损伤情况有所改善。Suzuki等34报道， 对 GPF-LC3 转基因小鼠进行缺血/再灌注处理，伴随着自噬的发生，肾小管出现 形态学破坏；而对于Bcl-2/GFP-LC3双转基因小鼠，则由于自噬降低，肾小管破 坏减轻。在体外实验中，自噬抑制剂可以保护过氧化氢导致的HK-2细胞死亡，由 此推断自噬可能在缺血/再灌注过程中对肾小管造成损伤。有实验表明,对于用衣霉 素处理的小鼠，内质网