溶酶体国内vps

doi:10.
3969/j.
issn.
1000鄄484X.
2016.
10.
035巨自噬及分子伴侣介导自噬在类风湿关节炎中的相互作用及其联系淤孙英焕摇吴摇茜摇李春莳摇李林静摇李光迪摇(兰州大学第二医院检验中心,兰州730000)摇摇中图分类号摇R593郾22摇摇文献标志码摇A摇摇文章编号摇1000鄄484X(2016)10鄄1566鄄04淤本文为兰州市科技计划项目(2014鄄1鄄35).
作者简介:孙英焕(1990年-),女,在读硕士,主要从事自身免疫性疾病研究,E鄄mail:494062307@qq.
com.
通讯作者及指导教师:李光迪(1960年-),男,硕士生导师,主要从事自身免疫性疾病的研究工作,E鄄mail:guangdi843133@163.
com.
1摇自噬的概述自噬又称为"自我吞噬冶(Self鄄eating),是进化保守的细胞内溶酶体分解代谢过程,在细胞的生存、变异、发育及维持内环境稳态中发挥着必不可少的作用.
细胞降解细胞质成分并回收利用营养素,同时自噬也参与固有免疫,与淋巴细胞的发育、形成和增殖有关[1].
研究发现自噬与自身免疫性疾病、肿瘤、代谢异常、氧化应激等病理过程密切相关.
根据细胞内物质转运到溶酶体的方式不同,在哺乳动物细胞中分为三类:巨自噬(Macro鄄autophagy)、微自噬(Microautophgy)、分子伴侣介导自噬(Chaperone鄄mediatedautophagy,CMA).
细胞可通过不同的自噬途径清除错误折叠、受损的蛋白质,为细胞的再循环提供必需原料.
尽管不同的自噬途径有其独特的性状并可在特定状况下被激活,但近期研究表明,不同的自噬途径之间相互联系、互为补充[2].
2摇巨自噬在类风湿关节炎发病机制中的作用2郾1摇巨自噬及其过程摇巨自噬由内质网来源的双层膜结构包裹细胞质中的可溶性蛋白和细胞器形成自噬泡,并携带进入溶酶体内形成自噬溶酶体后被水解酶降解,为细胞的再生修复提供原料[3].
它存在于从酵母到哺乳动物的所有真核生物中,是目前研究最为深入的一种自噬途径.
其过程如下:首先在生存压力下(缺血缺氧、氧化应激、肿瘤、感染)等作用条件下,胞浆内形成内质网来源的独特双层膜结构,膜结构不断向周边延伸成扁平状,称之为自噬前体(Phagophore),自噬前体的形成是发生自噬的标志性改变之一;随后,自噬前体不断延伸,逐渐包绕胞浆内某些正常或异常的营养物质及细胞器,形成封闭的球体结构,即自噬体(Autophagosome);最后,自噬体通过细胞骨架被运送至溶酶体,与溶酶体融合形成自噬溶酶体(Autolysosome)后被水解酶降解,此途径最终通过通透酶的作用将氨基酸、糖类和脂质转运到胞液中二次利用[4].
2郾2摇巨自噬的调控2郾2郾1摇PI3K/Akt/mTOR信号通路摇机体内存在多种巨自噬信号调控通路,目前研究最为深入的是PI3K/Akt/mTOR信号通路.
该信号通路可参与体内不同生理病理过程,被激活后可对细胞自噬产生抑制作用.
磷脂酰肌醇三磷酸激酶(Phosphatidylin鄄ositol3鄄kinase,PI3K)活化后可催化磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol,PI)在D3位的磷酸化,形成三磷酸磷脂酰肌醇[Phosphatidylinositol(3,4,5)鄄tri鄄sphosphate,PIP3].
该物质可进一步与细胞内含有PH结构域的信号蛋白AKT(蛋白酶)和磷脂酰肌醇依赖(Phosphoinositide鄄dependentkinase1,PDK1)结合,促使PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308,导致AKT活化,将信号下传至雷帕霉素靶蛋白(mamma鄄liantargetofrapamycin,mTOR)[5,6],进一步磷酸化Atg13,抑制Atg1与Atg13、Atg17的结合,导致自噬体的形成受阻.
mTOR作为自噬诱导剂可通过抑制上述途径促进自噬发生[7].
研究表明芋型PI3K(Vesicularproteinsorting34,Vps34)是调控PI3K通路上的关键物质,可与PI3K以PI为底物获得PI3P[8].
但此过程需要Beclin1蛋白的参与,形成Vps34鄄Vps15鄄Beclin1复合体.
自噬发生时Vps34鄄Vps15鄄Beclin1和多种自噬相关蛋白结合,促进自噬发生[9].
2郾2郾2摇Beclin1信号通路摇Beclin1蛋白是巨自噬的特异性蛋白,为抑癌基因,属于Bcl鄄2家族.
为酵母ATG6的同源物,大部分位于内质网中,定位于人类染色体17q21[10].
其结构中有一个在进化中高度保守的结构域被命名为Beclin1ECD,是自噬诱导过程中的必需结构域[11].
与Class芋PI3K形成复合物·6651·中国免疫学杂志2016年第32卷(Vps34鄄Vps15鄄Beclin1)而参与自噬体膜的形成,并有引导其他自噬相关蛋白在自噬体膜上定位、促进自噬溶酶体形成的作用[12].
应用RNA干扰Beclin鄄1表达可以明显降低LC3域的生成,抑制自噬体形成[13].
LC3蛋白又称微管相关蛋白轻链3(microtu鄄bule鄄associatedprotein1lightchain3,LC3),为酵母ATG8基因的同源物.
在哺乳动物中分玉型和域型.
玉型经泛素样修饰后与磷脂酰乙醇胺结合,形成LC3域在溶酶体中降解.
LC3域定位于自噬体膜,其形成依赖于Atg12鄄Atg5复合物[14].
2郾3摇巨自噬在类风湿关节炎中的作用摇RA是一种自身免疫性疾病,病理特点为关节滑膜病变导致慢性滑膜损伤和血管翳形成,血管翳又称绒毛,是造成关节破坏的基础.
在显微镜下观察大部分由巨噬细胞样滑膜细胞(Macrophage鄄likesy鄄noviocytes)和成纤维样滑膜细胞(Rheumatoidarthritissynovialfibroblasts,RASF)组成.
Wu等[15]研究发现,PI3K/Akt/mTOR信号通路对RA滑膜细胞增殖有重要作用.
Xu等[16]研究表明,用转染BeclinsiRNA抑制自噬途径,RASF较骨关节炎滑膜成纤维细胞(Osteoarthritissynovialfi鄄broblasts,OASF)中Beclin1和LC3的表达水平明显升高,而国内在外周血单个核细胞(Peripheralbloodmononuclearcell,PBMC)中的研究结果与其相反,其机制尚不明确[17].
抗环瓜氨酸抗体(Anticycliccitrullinatedpeptideantibody,Anti鄄CCP)具有较高的敏感性而作为RA的血清标志物之一广泛应用于临床,Ireland等[18]研究发现自噬抑制剂3鄄甲级腺嘌呤(3鄄Methyladenine,3鄄MA)或Atg5表达水平与抗CCP抗体水平呈正相关.
3摇CMA在类风湿关节炎发病机制中的作用3郾1摇概述及过程摇CMA仅存在于哺乳动物的不同细胞类型中,如纤维母细胞、肝细胞、星型胶质细胞、巨细胞以及一系列的癌症细胞等[4].
与其他两种自噬过程的本质区别在于其不形成自噬囊泡,而是通过独有的溶质蛋白转运至溶酶体然后进行降解[19].
Rajawat等[20]研究发现,随着年龄的不断增加,衰老可能会影响溶酶体相关膜蛋白(Lysosomeassociatedmembraneproteintype2a,LAMP鄄2a)与底物蛋白的的结合,说明CMA可以维持内环境稳态.
CMA被认为是一种具有高度选择性的降解过程,热休克蛋白70(Heatshockcognatechaperoneof70,Hsc70)在CMA途径中发挥重要作用.
Hsc70联合其他的分子伴侣(Hsp40、Hsp90、hip、bag鄄1等)识别特定的目标降解蛋白携带的五肽相关序列KFERQ与底物蛋白结合形成分子伴侣鄄底物复合物到达溶酶体膜,与溶酶体膜受体LAMP鄄2a结合.
这些底物蛋白可以转运至溶酶体腔被迅速降解并在细胞内重新循环利用,主要是依赖溶酶体Hsc70(Ly鄄Hsc70),并不涉及溶酶体膜的变形.
此过程主要包括两个蛋白复合体即底物所识别的分子伴侣复合体和LAMP鄄2a跨膜复合体[4,21].
3郾1郾1摇底物所识别的分子伴侣复合体摇Hsc70位于hspa8编码的11号染色体上.
可促进蛋白折叠或装配,还可以通过囊泡参与网格蛋白的分离和蛋白的重组,除此以外,也可通过内质网和线粒体的转位合成新的蛋白质.
KFERQ与细胞质内的Hsc70及其分子伴侣复合物结合并帮助其穿过溶酶体膜进入溶酶体腔,Hsc70与底物的结合受ATP酶和水解酶的调控,其中前者占主导地位.
Hsc70既存在于细胞质中,同时Ly鄄Hsc70也是CMA所必需的转运底物并起决定性作用.
Ly鄄Hsc70相当于细胞质中Hsc70的酸性同种型,具有相同的等电点.
用中和抗体通过内吞作用首先阻断成纤维细胞中的Ly鄄Hsc70,CMA将会受阻,而阻断Hsc70对CMA无影响.
Hsc70既是底物,也与CMA受体具有交互作用,但目前我们尚不清楚在转运到溶酶体腔前有多少Hsc70发挥作用[22鄄26].
同时,不同的研究者研究的对象不同.
有些研究者侧重于细胞内Hsc70,而有些则着重于溶酶体腔中的Hsc70.
3郾1郾2摇LAMP鄄2a跨膜复合体摇LAMP2是一跨膜溶酶体糖蛋白,可维持溶酶体的完整性.
经过可变剪接后分三个亚型,LAMP鄄2a、LAMP鄄2b和LAMP鄄2c.
它们具有相同的高氮端糖基化.
用RNAi抑制小鼠成纤维细胞中的LAMP2同源多聚体证实只有LAMP鄄2a参与CMA,而LAMP鄄2b可能在巨自噬中发挥作用.
LAMP鄄2c的作用尚不明确[27].
溶酶体膜上的受体LAMP鄄2a与Ly鄄Hsc70结合是CMA的关键步骤,而LAMP鄄2a是此过程的关键蛋白[28].
Kiffin等[29]研究表明轻微的氧化刺激可以通过CMA途径使氧化蛋白降解,LAMP鄄2a高表达.
3郾2摇分子伴侣介导自噬在类风湿关节炎中的作用摇Schick等[22]在正常人和RA患者的滑膜组织中研究发现Hsc70高表达,其上调机制可能与抗原加工提呈有关.
同时有研究发现CMA在主要组织相容性复合体域类复合物(Majorhistocompatibility·7651·孙英焕等摇巨自噬及分子伴侣介导自噬在类风湿关节炎中的相互作用及其联系摇第10期complexclass域鄄mediated,MHC域)抗原加工提呈过程中发挥关键作用,而免疫紊乱是RA发病的主要机制[30].
LAMP鄄2a与RA的关系迄今为止国内外未见报道.
Cacciottolo等[21]研究表明在包涵体肌炎患者中LAMP鄄2a和Hsc70高表达.
另有研究表明[31],氧化应激状态下体内活性氧(Reactiveoxygenspecies,ROS)水平增加,伴随自由基清除剂超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase,SOD)低表达.
ROS不仅参与细胞的增殖、分化及凋亡等生理过程,还可以激活自噬.
氧化应激是RA发生的一个重要因素,RA患者在过氧化能力增强的同时,抗氧化能力会减弱.
RA患者的外周血和滑膜液中高表达ROS和活性氧产生的分子[32].
CMA也被称为是一种应激途径,曹丽丽等[33]研究发现氧化应激时,LAMP鄄2a、ROS高表达,SOD低表达,这都提示氧化应激可能可通过调节CMA参与RA的发病,但机制尚不明确.
4摇巨自噬与CMA的联系在生理学和病理学条件下,巨自噬与CMA作为两种重要的自噬途径在细胞内蛋白质的转换和再利用过程中发挥着决定性作用[4].
尽管两者在细胞内的发生机制不同,但研究显示两者存在一定的联系.
可能是因为在巨自噬和CMA交互过程中,持续的巨自噬活性增强导致溶酶体腔内pH值暂时增高,从而降低Ly鄄Hsc70的稳定性并使之失活,最终导致一过性的CMA的活性降低[34].
在营养匮乏早期,巨自噬途径被激活产生必需氨基酸,随着时间的延长,CMA将会取代巨自噬途径,降解非必需蛋白从而获得氨基酸,维持细胞的生存.
说明CMA与巨自噬存在代偿关系[35].
巨自噬的这种分子补偿机制可能是因为CMA的损伤,而具体机制不明确,但已被证明CMA阻断的早期通过RNA干扰LAMP鄄2a,巨自噬活性降低是由于增加了mTOR活性,而长时间阻断CMA将导致细胞内Beclin1高表达,减少mTOR的磷酸化[4].
唐莎[36]研究发现ANAC相关性血管炎中LAMP鄄2a抗体可以使Beclin1和LC3高表达.
Wu等[4]对53名帕金森综合征患者的PBMCs研究中发现当阻断CMA时巨自噬途径将会上调.
在那么在RA中上述联系是否存在又是如何发挥作用的,目前尚见文献报道.
5摇展望综上所述,随着人们对巨自噬和CMA研究机制不断深入,我们发现两者在RA的发病机制与疾病的发展存在一定的关系.
但通过何种途径造成RA发病以及如何加剧病程进展的机制目前我们尚不清楚,这需要更深入的研究,寻找早期诊断RA的分子标志物以及有效的药物治疗靶点,减少RA患者致残率,提高患者的生活质量.
参考文献:[1]摇PierdominiciM,VomeroM,BarbatiC,etal.
Roleofautophagyinimmunityandautoimmunity,withaspecialfocusonsystemiclupuserythematosus[J].
FASEBJ,2012,26(4):1400鄄1412郾[2]摇BandhyopadhyayU,CuervoAM郾Chaperone鄄mediatedautophagyinagingandneurodegeneration:Lessonsfrom琢鄄synuclein[J].
Experimentalgerontol,2007,42(1):120鄄128郾[3]摇LevineB,KlionskyDJ郾Developmentbyself鄄digestion:molecularmechanismsandbiologicalfunctionsofautophagy[J].
Developmentalcell,2004,6(4):463鄄477郾[4]摇WuH,ChenS,AmmarAB,etal.
Crosstalkbetweenmacroautophagyandchaperone鄄mediatedautophagy:implicationsforthetreatmentofneurologicaldiseases[J].
Molecularneurobiol,2015,52(3):1284鄄1296郾[5]摇SunH,WangZ,SebastianYJ郾NaturalproductstargetingautophagyviathePI3K/Akt/mTORpathwayasanticanceragents[J].
Anti鄄CancerAgentsMedChem,2012,13(7):1048鄄1056郾[6]摇AssinderSJ,DongQ,KovacevicZ,etal.
TheTGF鄄beta,PI3K/AktandPTENpathways:establishedandproposedbiochemicalintegrationinprostatecancer[J].
BiochemicalJ,2009,417(2):411鄄421郾[7]摇JungCH,RoSH,CaoJ,etal.
mTORregulationofautophagy[J].
FEBSLetters,2010,584(7):1287鄄1295郾[8]摇GlickD,BarthS,MacleodKF郾Autophagy:cellularandmolecularmechanisms[J].
JPathol,2010,221(1):3鄄12郾[9]摇HeC,LevineB郾Thebeclin1interactome[J].
CurrOpinCellBiol,2010,22(2):140鄄149郾[10]摇GozuacikD,KimchiA郾Autophagyasacelldeathandtumorsuppressormechanism[J].
Oncogene,2004,23(16):2891鄄2906郾[11]摇HuangW,ChoiW,HuW,etal.
CrystalstructureandbiochemicalanalysesrevealBeclin1asanovelmembranebindingprotein[J].
CellRes,2012,22(3):473鄄489郾[12]摇KumaA,MizushimaN郾Physiologicalroleofautophagyasanin鄄tracellularrecyclingsystem:withanemphasisonnutrientmetabolism[J].
SeminCellDevBiol,2010,21(7):683鄄690郾[13]摇XingS,ZhangY,LiJ,etal.
Beclin1knockdowninhibitsautophagicactivationandpreventsthesecondaryneurodegenerativedamageintheipsilateralthalamusfollowingfocalcerebralinfarction[J].
Autophagy,2012,8(1):63鄄76郾[14]摇GozuacikD,KimchiA郾Autophagyasacelldeathandtumorsuppressormechanism[J].
Oncogene,2004,23(16):2891鄄2906郾·8651·中国免疫学杂志2016年第32卷[15]摇WuT,MohanC郾TheAKTaxisasatherapeutictargetinautoimmunediseases[J].
Endocrine,MetabolicImmuneDisorders鄄DrugTargets,2009,9(2):145鄄150郾[16]摇XuK,XuP,YaoJF,etal.
Reducedapoptosiscorrelateswithenhancedautophagyinsynovialtissuesofrheumatoidarthritis[J].
InflammationResearch,2013,62(2):229鄄237郾[17]摇洪永桃,刘摇静,邹摇倩郾自噬在类风湿关节炎和系统性红斑狼疮中的作用[J].
风湿病与关节炎,2014,36(6):49鄄52郾[18]摇IrelandJM,UnanueER郾Autophagyinantigen鄄presentingcellsresultsinpresentationofcitrullinatedpeptidestoCD4Tcells[J].
JExperimentalMed,2011,208(13):2625鄄2632郾[19]摇PatelB,CuervoAM郾Methodstostudychaperone鄄mediatedautophagy[J].
Methods,2015,75:133鄄140郾[20]摇RajawatYS,HiliotiZ,BossisI郾Aging:centralroleforautophagyandthelysosomaldegradativesystem[J].
AgeingResRev,2009,8(3):199鄄213郾[21]摇CacciottoloM,NogalskaA,D忆AgostinoC,etal.
Chaperone鄄mediatedautophagycomponentsareupregulatedinsporadicinclusion鄄bodymyositismusclefibres[J].
Neuropatholappliedneurobiol,2013,39(7):750鄄761郾[22]摇SchickC,ArbogastM,LowkaK,etal.
ContinuousenhancedexpressionofHsc70butnotHsp70inrheumatoidarthritissynovialtissue[J].
ArthritisRheum,2004,50(1):88鄄93郾[23]摇KaushikS,CuervoAM郾Autophagyasacell鄄repairmechanism:activationofchaperone鄄mediatedautophagyduringoxidativestress[J].
MolAspectsMed,2006,27(5鄄6):444鄄454郾[24]摇KogaH,CuervoAM郾Chaperone鄄mediatedautophagydysfunctioninthepathogenesisofneurodegeneration[J].
NeurobiolDisease,2011,43(1):29鄄37郾[25]摇AgarraberesFA,TerleckySR,DiceJF郾Anintralysosomalhsp70isrequiredforaselectivepathwayoflysosomalproteindegradation[J].
JCellBiol,1997,137(4):825鄄834郾[26]摇MajeskiAE,DiceJF郾Mechanismsofchaperone鄄mediatedautophagy[J].
IntJBiochemistryCellBiol,2004,12(36):2435鄄2444郾[27]摇MasseyAC,KaushikS,SovakG,etal.
Consequencesoftheselectiveblockageofchaperone鄄mediatedautophagy[J].
ProcNatAcadSciUSA,2006,103(15):5805鄄5810郾[28]摇RothaugM,StroobantsS,SchweizerM,etal.
LAMP鄄2deficiencyleadstohippocampaldysfunctionbutnormalclearanceofneuronalsubstratesofchaperone鄄mediatedautophagyinamousemodelforDanondisease[J].
ActaNeuropatholCommun,2015,1(3):1鄄17郾[29]摇KiffinR,ChristianC,KnechtE,etal郾Activationofchaperone鄄mediatedautophagyduringoxidativestress[J].
MolecularBiolCell,2004,15(11):4829鄄4840郾[30]摇WangF,MullerS郾Manipulatingautophagicprocessesinautoimmunediseases:aspecialfocusonmodulatingchaperone鄄mediatedautophagy,anemergingtherapeutictarget[J].
FrontImmunol,2015,6:252郾[31]摇LevineB,KroemerG郾Autophagyinthepathogenesisofdisease[J].
Cell,2008,132(1):27鄄42郾[32]摇IshibashiT郾Molecularhydrogen:newantioxidantandanti鄄inflam鄄iflammatorytherapyforrheumatioidarthritisandrelateddiseases[J].
CurrPharmDes,2013,19(35):6375鄄6381郾[33]摇曹丽丽,迟令懿,张同霞,等郾抗坏血酸对癫痫大鼠海马分子伴侣介导的自噬激活的影响[J].
中国病理生理杂志,2012,28(6):1140鄄1143郾[34]摇CuervoAM,DiceJF,KnechtEA郾Populationofratliverlysosomesresponsiblefortheselectiveuptakeanddegradationofcytosolicproteins[J].
JBiologicalChemistry,1997,272(9):5606鄄5615郾[35]摇CuervoAM郾Chaperone鄄mediatedautophagy:selectivitypaysoff[J].
TrendsEndocrinolMetab,2010,21(3):142鄄150郾[36]摇唐摇莎,张静波郾ANCA相关性血管炎的免疫发病机制新进展[J].
免疫学杂志,2013,29(7):628鄄631郾[收稿2015鄄12鄄30摇修回2016鄄03鄄16](编辑摇许四平)(上接第1565页)[30]摇NalottoL,IaccarinoL,ZenM,etal郾Rituximabinrefractoryidiopathicinflammatorymyopathiesandantisynthetasesyndrome:personalexperienceandreviewoftheliterature[J].
ImmunolRes,2013,56(2鄄3):362鄄370郾[31]摇AnderssonH,SemM,LundMB,etal.
Long鄄termexperiencewithrituximabinanti鄄synthetasesyndrome鄄relatedinterstitiallungdisease[J].
Rheumatology,2015,54(8):1420鄄1428郾[32]摇KoichiY,AyaY,MegumiU,etal.
Acaseofanti鄄MDA5鄄positiverapidlyprogressiveinterstitiallungdiseaseinapatientwithclinicallyamyopathicdermatomyositisamelioratedbyrituximab,inadditiontostandardimmunosuppressivetreatment[J].
ModRheumatol,2015:1鄄5郾[Epubaheadofprint][33]摇高摇辉,何摇菁,张学武,等郾原发性干燥综合征肺脏受累及其危险因素分析[J].
中华风湿病学杂志,2015,19(5):306鄄312郾[34]摇KokosiM,RiemerEC,HighlandKB郾PulmonaryinvolvementinSj觟grensyndrome[J].
ClinChestMed,2010,31(3):489鄄500郾[35]摇ParambilJG,MyersJL,LindellRM,etal.
InterstitiallungdiseaseinprimarySjogrensyndrome[J].
Chest,2006,130(5):1489鄄1495郾[36]摇KeirGJ,MaherTM,MingD,etal.
Rituximabinsevere,treatment鄄refractoryinterstitiallungdisease[J].
Respirology,2014,19(3):353鄄359郾[37]摇MondalS,EteT,SinhaD,etal.
InterstitiallungdiseaseaspresentingfeatureofSLE[J].
JCaseRep,2014,4(1):85鄄87郾[收稿2015鄄10鄄10摇修回2015鄄10鄄27](编辑摇许四平)孙英焕等摇巨自噬及分子伴侣介导自噬在类风湿关节炎中的相互作用及其联系摇第10期