細(xì)胞自噬在動物病毒侵染增殖中的研究

孟凡娟，張廣成，尹文娟，王麗燕

（天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院天津市動植物抗性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387）

自噬是細(xì)胞的主要代謝通路，其過程通過溶酶體降解，并對細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)胞器以及部分蛋白具有回收作用，用于實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)部能量的再次循環(huán)，在維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及細(xì)胞健康方面起著重要作用。目前，已有30多個基因被鑒定為酵母自噬調(diào)控過程中的關(guān)鍵基因，被稱為atg(自噬相關(guān)基因），其中許多基因在哺乳動物中有同源基因，根據(jù)自噬途徑不同階段的表達(dá)和參與程度而被分類[1]，并通過包括自噬體和自噬溶酶體的形成等多種機(jī)制嚴(yán)格調(diào)控細(xì)胞自噬[2]。在真核細(xì)胞內(nèi)，依據(jù)吞噬物進(jìn)入溶酶體的路徑，自噬主要分為巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）和分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chapeonmediatedautophagy）三類[3]。自噬不僅是保持胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的一個平衡機(jī)制，還通常作為一種應(yīng)對外界各種刺激的防御機(jī)制，可以作為對細(xì)胞內(nèi)病原體的天然免疫和適應(yīng)性免疫的反應(yīng)，通過自噬達(dá)到清除病毒的作用，但有些病毒在與細(xì)胞博弈的過程中會進(jìn)化出一系列逃逸甚至利用自噬的機(jī)制[4]。

1 病毒與自噬

作為真核細(xì)胞早期的保護(hù)防御機(jī)制，細(xì)胞自噬可用于清除胞內(nèi)病原體，例如水泡性口炎病毒（VSV）的復(fù)制過程可被病毒誘導(dǎo)的自噬有效抑制[5]。但某些RNA病毒具有快速進(jìn)化以應(yīng)對宿主細(xì)胞免疫作用的能力[6]，例如柯薩奇病毒B3（CVB3）、丙型肝炎病毒（HCV）、乙型腦炎病毒（JEV）均進(jìn)化出各種不同的機(jī)制來逃避細(xì)胞自噬，更有甚者會利用自噬來增強(qiáng)病毒的增殖[7-10]。而自噬機(jī)制的激活是否能促進(jìn)病毒復(fù)制，取決于病毒類型[11-12]和感染的細(xì)胞類型。

2 病毒誘導(dǎo)自噬發(fā)生

2.1 病毒通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)引發(fā)自噬

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對于細(xì)胞內(nèi)能量變化、鈣離子濃度的異常等現(xiàn)象具有一定的應(yīng)激反應(yīng)[13]。當(dāng)細(xì)胞受到不同程度的刺激后，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)部環(huán)境遭到破壞，使其細(xì)胞功能發(fā)生變化，引起折疊錯誤的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生聚集，即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）[14]，并激活未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）信號通路以保護(hù)由ERS所引起的細(xì)胞損傷，恢復(fù)細(xì)胞的正常功能[15]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激具有三條信號通路，分別為RE1-XBP1通路、PERK-eIF2α通路及ATF6通路[16]，介導(dǎo)信號通路的應(yīng)激轉(zhuǎn)導(dǎo)因子分別為肌醇需求酶1（IRE1）、PKR樣ER蛋白激酶（PERK）、激活轉(zhuǎn)錄因子6（ATF6）。在應(yīng)激條件過強(qiáng)或ERS長期未得到良好解決的情況下細(xì)胞凋亡程序終將被激活[17]。

已有文獻(xiàn)報(bào)道發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞在經(jīng)衣霉素藥物處理后可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路（IRE1-JNK-Beclin1）對自噬的水平起到上調(diào)作用[18]；而對丙型肝炎病毒（HCV）對自噬的誘導(dǎo)機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，丙型肝炎病毒通過激活A(yù)TF6途徑引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激并激活UPR引號通路，最終自噬基因LC3-Ⅱ的表達(dá)得以上調(diào)從而促進(jìn)自噬的水平[19]；同時已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)在IFN-γ依賴的自噬誘導(dǎo)中，ATF6是死亡相關(guān)蛋白激酶1（DAPK1）表達(dá)得以上調(diào)的關(guān)鍵因子[20]，并利用UPR信號通路-自噬途徑逃避先天免疫。

2.2 病毒通過受體途徑引發(fā)自噬

最近的許多研究將焦點(diǎn)集中于自噬在病毒感染中的作用即自噬可能提供了一種抵御入侵病毒的防御機(jī)制[21]，一些病毒在進(jìn)化過程中獲得了利用自噬的能力，從而利于自身的復(fù)制[22]。病毒誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的研究最早見于Ezoe等[23]的報(bào)道，通過能產(chǎn)生Cyt/Dey的腺病毒突變體感染細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，伴隨著宿主和病毒DNA的降解細(xì)胞迅速死亡。自此以后，越來越多的研究表明病毒具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的能力，說明這是病毒感染過程中的普遍現(xiàn)象。病毒的病原相關(guān)分子模式PAMP可被細(xì)胞內(nèi)的模式識別受體（PRRs）識別并結(jié)合，誘導(dǎo)的自噬影響PRR信號通路，利于病毒與細(xì)胞表面受體進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)一步病毒的復(fù)制產(chǎn)生影響作用。

多種病毒與存在于細(xì)胞表面的受體CD46進(jìn)行不同程度的結(jié)合作用從而誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，如麻疹病毒（MeV）囊膜糖蛋白HN[24]、HBV的產(chǎn)物X蛋白（HBX）[25]均通過與CD46受體的結(jié)合激活自噬的法發(fā)生。另外，Dreux等人[26]的研究表明，流感病毒的入侵過程也受到PI3K-Akt信號通路的調(diào)控。另外還有很多病毒，如柯薩奇B3病毒（Coxsackievirus B3，CVB3）、風(fēng)疹病毒（Rubella virus，RV）的侵染都是通過PI3K-Akt信號通路誘導(dǎo)自噬的發(fā)生。除RNA病毒外，DNA病毒的侵染也受到PI3K-Akt信號通路的調(diào)控，如抑制該通路的活性，牛痘病毒（Vaccinia virus）的增殖水平有所降低[27]。

3 病毒抑制自噬過程

一般而言，病毒侵染宿主細(xì)胞后會引發(fā)自噬。對某些病毒種類來說，自噬的發(fā)生會起清除病毒的作用，因此為了躲避細(xì)胞自噬的作用，某些病毒通過阻斷自噬的發(fā)生或阻斷自噬的過程以調(diào)控自噬機(jī)制，從而進(jìn)化出了一些對策來抑制細(xì)胞的自噬。

它們?nèi)菀渍T發(fā)不完全的自噬即在自噬發(fā)生后阻礙自噬小體與溶酶體的融合致使病毒利用自噬小體進(jìn)行自身的復(fù)制增殖[28]。在對流感病毒的研究中發(fā)現(xiàn)，流感病毒的M2蛋白刺激自噬體形成的初始階段，但抑制自噬體-溶酶體融合的終末階段而導(dǎo)致產(chǎn)生大量自噬體，在此研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，流感病毒M2蛋白與Beclin-1具有結(jié)合能力從而阻斷自噬溶酶體的成熟[29]。Beclin-1是自噬重要參與蛋白，通過與蛋白分子的結(jié)合對細(xì)胞自噬進(jìn)行正調(diào)節(jié)或者負(fù)調(diào)節(jié)[30]。目前有研究表明，皰疹病毒屬卡波西肉瘤病毒（KSHV），小鼠γ皰疹病毒68（γHV 68）和HSV-1均可編碼蛋白，通過結(jié)合beclin-1進(jìn)而阻礙beclin-1-Vps34的作用，對自噬的啟動產(chǎn)生抑制作用[31]。除了與Beclin-1靶蛋白作用之外，病毒還存在很多不同的機(jī)制用于抑制細(xì)胞自噬，HIV-1進(jìn)入細(xì)胞后可激活mTOR通路，從而抑制自噬過程[32]。

另外也有研究報(bào)道，某些病顯示在自噬被激活后對自噬體的降解產(chǎn)生抑制作用，如乙肝病毒[33]、丙肝病毒[34]。不同的病毒進(jìn)化出不同的方法用以抑制自噬體的降解，HPIV 3病毒感染通過抑制自噬體-溶酶體融合來阻止自噬體的降解，而使病毒的增殖得已提高[35]；T細(xì)胞白血病通過Tax蛋白阻斷自噬小體與溶酶體的融合，通過增加自噬小體的積累用于促進(jìn)病毒的復(fù)制[36-37]，采用相同機(jī)制的還有MeV[38]。此外，對脊髓灰質(zhì)炎病毒的研究表明，當(dāng)自噬體與質(zhì)膜融合時自噬體內(nèi)的病毒離子可以直接進(jìn)行釋放[39]。

4 討論

細(xì)胞自噬是真核細(xì)胞中的生物學(xué)行為，是一種高度保守的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)再循環(huán)機(jī)制，作為重要的物質(zhì)降解過程，其分子細(xì)胞機(jī)理和生理病理意義逐漸得到重視[40]。隨著對自噬的深入研究發(fā)現(xiàn)，自噬在病原體侵入宿主細(xì)胞的過程中發(fā)揮的作用不容小覷，既可識別病原物入侵也可清除細(xì)胞內(nèi)病原物質(zhì)，在調(diào)節(jié)和控制固有免疫適應(yīng)性免疫應(yīng)答過程中起重要作用。病毒入侵誘導(dǎo)自噬產(chǎn)生的方式大致可分為兩種：（1）受體配體互作，包括膜表面受體和胞內(nèi)的模式識別受體（PRRs）；（2）胞內(nèi)壓力的產(chǎn)生，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以及ROS水平上調(diào)等。目前有很多報(bào)道表明病毒與自噬具有雙向調(diào)節(jié)的功能，這可能是由于病毒本身結(jié)構(gòu)和感染病毒粒子數(shù)量差異導(dǎo)致其誘導(dǎo)通路不同所致，也可能是由于機(jī)體免疫系統(tǒng)在與病毒對抗過程中出現(xiàn)的逆轉(zhuǎn)造成的。綜合現(xiàn)在已有的研究報(bào)道，發(fā)現(xiàn)病毒侵染宿主后大多會以自噬小體作為病毒增殖的平臺而誘導(dǎo)不完全的自噬。盡管不同的病毒誘發(fā)自噬發(fā)生的機(jī)制不盡相同，但在病毒感染初期誘導(dǎo)自噬的發(fā)生后都會抑制自噬溶酶體的形成，從而促進(jìn)病毒的增殖。那么，針對不同的病毒采取特定的方法對自噬進(jìn)行調(diào)控將有利于控制病毒的增殖從而達(dá)到控制病毒感染的目的?？傊?，隨著對病毒與自噬關(guān)系研究的不斷深入，將會越來越多地了解這方面的知識，為最終控制病毒感染找到有效的措施。