脊髓損傷中自噬介導(dǎo)的病理機(jī)制及其相關(guān)干預(yù)手段

吳杏英 胡 蓉綜述 馬睿杰審校

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）常導(dǎo)致感覺、運(yùn)動(dòng)、括約肌功能的喪失，是導(dǎo)致死亡和長期殘疾的主要原因之一[1]。SCI 包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷，其中原發(fā)性損傷的主要特征包括撞擊加持續(xù)性壓迫、單獨(dú)沖擊與瞬態(tài)壓縮、分裂、撕裂/橫斷[2]；繼發(fā)性損傷包括氧化應(yīng)激、炎癥、谷氨酸介導(dǎo)的興奮性毒性、水腫、壞死、凋亡和自噬[3]。自噬是真核生物特有的依賴于溶酶體的細(xì)胞內(nèi)降解過程，在應(yīng)對營養(yǎng)缺乏、維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。自噬可以通過調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡而在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起到保護(hù)作用，尤其是SCI。然而，自噬是一把“雙刃劍”。一方面，自噬可以誘導(dǎo)自噬細(xì)胞死亡并加速細(xì)胞凋亡；另一方面，自噬可以促進(jìn)受損細(xì)胞中蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的循環(huán)，是細(xì)胞分解自身成分的基本穩(wěn)態(tài)過程[4]。改善SCI 后的自噬對神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)起重要作用。本文就SCI后自噬介導(dǎo)的病理機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 自噬介導(dǎo)的SCI繼發(fā)性損傷

1.1 出血與缺血SCI原發(fā)性機(jī)械損傷導(dǎo)致局部毛細(xì)血管和血腦脊髓屏障的破壞[5]。局部毛細(xì)血管的直接破裂導(dǎo)致脊髓實(shí)質(zhì)出血，尤其是脊髓灰質(zhì)。損傷部位血管完整性的破壞導(dǎo)致空洞形成、細(xì)胞死亡和軸突再生不良。另一方面，神經(jīng)組織水腫也會增加間質(zhì)壓力，從而壓迫周圍血管，繼而導(dǎo)致缺血。Ramalho 等[6]研究表明，自噬通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶磷酸化增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）分泌，加快皮膚傷口愈合。Ma 等[7]還發(fā)現(xiàn)SCI 后移植MSCs 有利于增強(qiáng)自噬，進(jìn)而修復(fù)血管，促進(jìn)神經(jīng)再生。

1.2 瘢痕形成膠質(zhì)瘢痕形成是SCI病理學(xué)的重要組成部分，主要由小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)和星形膠質(zhì)細(xì)胞組成。SCI 導(dǎo)致巨噬細(xì)胞浸潤和小膠質(zhì)細(xì)胞激活，觸發(fā)局部星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，形成膠質(zhì)疤痕，影響突觸可塑性。研究表明，雷帕霉素提高抑制mTOR信號通路，激活自噬，從而抑制突觸前膜遞質(zhì)釋放，這表明自噬是一種與突觸微環(huán)境相關(guān)的穩(wěn)態(tài)機(jī)制[8]。神經(jīng)元可塑性通過細(xì)胞器生物發(fā)生和降解以及蛋白質(zhì)合成和降解的精細(xì)調(diào)節(jié)來維持，以確保高效周轉(zhuǎn)[9]。蛋白質(zhì)降解在突觸可塑性過程中發(fā)揮著重要作用[10]，因此，自噬是神經(jīng)元細(xì)胞器和蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制機(jī)制，在其生理和病理中發(fā)揮核心作用。

1.3 脫髓鞘和再髓鞘化SCI后脊髓局部微環(huán)境失衡，少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡可能是脫髓鞘的主要原因。研究顯示脊髓挫傷1 周內(nèi)，病變中心的少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡水平達(dá)到峰值，導(dǎo)致受損局部脫髓鞘；然而，病變周圍未受傷的軸突髓鞘幾乎完好；SCI 后3 個(gè)月，受損的軸突似乎重新髓鞘化[11]。脫髓鞘和再髓鞘化的失衡，導(dǎo)致機(jī)械損傷，局部缺血，促炎細(xì)胞因子，氧化應(yīng)激，谷氨酸和ATP介導(dǎo)的興奮性中毒和自噬[12]，其中Beclin1、LC3 和GSH-PX 的表達(dá)減弱會降低線粒體自噬，破壞細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[13]，導(dǎo)致生長錐塌陷、軸突回縮，增加細(xì)胞凋亡的風(fēng)險(xiǎn)。因此，脫髓鞘過程可能抑制軸突的再生。

1.4 炎癥反應(yīng)炎癥在SCI 繼發(fā)性損傷中起重要作用，是一個(gè)復(fù)雜的過程。研究表明，NF-κB可促進(jìn)其下游TNF-α和IL-1β等基因的表達(dá)，加劇SCI繼發(fā)性損傷，而自噬在炎癥信號的調(diào)控中也發(fā)揮關(guān)鍵作用，主要表現(xiàn)為調(diào)節(jié)炎癥轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。SCI 后自噬缺陷細(xì)胞中接頭蛋白p62 水平增加，自噬減少促進(jìn)激酶的激活，增加NF-κB 介導(dǎo)的TNF-α和IL-1β的產(chǎn)生[14]。除了調(diào)節(jié)炎癥信號外，自噬途徑還可以通過其在凋亡碎片清除中的作用來預(yù)防組織炎癥。在發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)過程中有效清除凋亡細(xì)胞，防止繼發(fā)性壞死，減少引發(fā)炎癥的危險(xiǎn)信號。

2 干預(yù)自噬修復(fù)SCI

2.1 MSCs與自噬MSCs在各種難治性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中具有廣闊的前景[15]。MSCs在SCI修復(fù)中發(fā)揮抗炎、神經(jīng)營養(yǎng)和血管生成作用[16]。MSCs 可以促進(jìn)受損脊髓功能的恢復(fù)[17]。

自噬是細(xì)胞成分降解和再循環(huán)的過程，在組織穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞存活中起重要作用。研究表明自噬激活是干細(xì)胞自我更新、多能性、分化和靜止所必需的，而功能失調(diào)的自噬可能與各種疾病有關(guān)[18]。研究發(fā)現(xiàn)脊髓損傷部位的多種趨化因子會募集移植的MSCs，自噬不僅使MSCs分泌高水平的VEGF和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞存活、增加血管通透性、抑制細(xì)胞凋亡，并通過其旁分泌作用發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

2.2 軸突重塑與自噬軸突生長能力的有限、細(xì)胞外抑制因子的存在以及神經(jīng)營養(yǎng)因子的缺乏是限制SCI 后軸突再生的主要障礙[19]。研究表明針對多個(gè)目標(biāo)的干預(yù)使臨床應(yīng)用變得困難，由于多個(gè)信號通路集中在細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)的調(diào)節(jié)上，細(xì)胞骨架重塑是軸突生長和修復(fù)的基礎(chǔ)。He 等[20]發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的神經(jīng)元，促進(jìn)自噬可以通過降解微管不穩(wěn)定頸上神經(jīng)節(jié)蛋白10 來穩(wěn)定微管，減少瘢痕形成，促進(jìn)損傷后軸突再生。而施用微管穩(wěn)定劑可以促進(jìn)軸突再生并改善運(yùn)動(dòng)功能[21]。此外，Tat-beclin1 是一種特異性自噬誘導(dǎo)肽，可以減弱軸突收縮，促進(jìn)軸突再生并改善SCI小鼠的脊髓功能。

2.3 神經(jīng)干細(xì)胞與自噬SCI可導(dǎo)致嚴(yán)重的不可逆性運(yùn)動(dòng)功能障礙甚至死亡，神經(jīng)干細(xì)胞（neuralstem cell，NSC）移植可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物急性SCI后功能恢復(fù)[22]。小 細(xì) 胞 外 囊 泡（small extracellular vesicle，sEVs）是最小的膜結(jié)合納米囊泡，參與復(fù)雜的細(xì)胞間通訊，是治療藥物旁分泌傳遞的重要載體[23]。Rong等[24]發(fā)現(xiàn)NSC 衍生的sEVs 增加自噬標(biāo)記蛋白LC3B和beclin-1的表達(dá)，促進(jìn)自噬體的形成，而促凋亡蛋白Bax、caspase-3 和促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6 的表達(dá)水平顯著降低，抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達(dá)水平上調(diào)。

總之，自噬參與調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷、免疫炎癥、突觸可塑性等多個(gè)生理病理過程，但自噬在SCI中的作用機(jī)制并沒有完全研究清楚。自噬參與SCI后出血與缺血、瘢痕形成、軸突脫髓鞘和炎癥反應(yīng)過程，其時(shí)間模式、激活、表達(dá)與變化均與SCI 的類型和嚴(yán)重程度相關(guān)。根據(jù)損傷的位置和嚴(yán)重程度，中樞神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷后自噬通量可能增加或減少，故自噬可能在損傷后發(fā)揮有益或有害的功能作用。然而，自噬通量的恢復(fù)及增加都可以增加細(xì)胞存活并改善損傷后的功能，這表明自噬途徑是SCI 的潛在治療靶點(diǎn)。