（华北理工大学附属医院； 河北省 唐山市063000）
【摘要】放射治疗是原发或转移脑肿瘤的有效治疗手段，但存在神经系统毒性，可导致认知功能障碍，特别是学习能力及记忆力下降。临床发现放射治疗引起的海马组织结构、功能变化与记忆力下降有关。自噬是利用溶酶体将细胞内代谢产物或受损的细胞器降解的过程，是真核细胞特有的生命现象。目前所知已有40个相关蛋白（Atg蛋白）参与完成了该过程[1]。多种神经退行性疾病均与细胞自噬有密切的联系，自噬正常激活可以促进神经系统有害产物的排出，但其过度激活可以促进神经系统的蜕变，促进认知障碍的发生，而自噬在其中又起着非常重要的作用，脑部肿瘤放射治疗后，同样可以发生认知功能障碍，据此推测，该种表现也可能与自噬有着某种密切的联系。
[ 中图分类号 ]R2[ 文献标号 ]A[ 文章编号 ]2095-7165（2018）21-0581-02
一、细胞自噬简介
1962年初，医学家Ashford和Porten首次发现并命名为“autophagy”，随着酵母模型被建立，自噬是对细胞所处外界环境的一种应急反应，所以在一定条件下它可以反应过度，发生细胞死亡，而众所周知，机体内本身就存在着一种生理性死亡-凋亡，在后期的发现中，autophagy与凋亡有着明显的不同。根据其工作属性，自噬主要为三种形式：巨自噬：也称大自噬，是来源于内质网的膜结构，在生物体中广泛存在，主要降解长寿命的蛋白质和细胞器。通过清除受损的蛋白质和细胞器，巨自噬可以促进细胞存活[2]。小自噬：是溶酶体并不借助于其他任何工具，而是通过直接接触，细胞膜内陷将待降解物包裹，这些待降解物包括一些无用的细胞器，衰老的细胞，甚至是化学产物，最后在体内将其降解[3]。分子伴侣介导的自噬：分子伴侣可作为传输工具，在机体，它可以识别部分含特殊结构的蛋白质，然后与其对接为一个整体大分子，再将其转运至溶酶体进行水解[4]。
二、自噬的功能
自噬在真核生物中很常见，主要对机体起保护作用，这种作用可以用溶酶体对有害物质进行清除来解释，将体内的受损细胞器和有害物质进行拆分，排泄出有害的或者对机体无用的物质，回收的有用物质会重新供机体利用；但某些因素的影响下自噬的过度激活会促使正常细胞的死亡，甚至影响正常功能，导致一系列疾病的发生[5]。（1）在缺氧等应激情况下，机体内分泌活动加强，自噬上调，通过分解脂质和蛋白质产生ATP供机体利用[6]。（2）一些情况下，机体细胞受损，内分泌增强，产生多种有害物质，自噬表达加强，可以吞噬有害物质，促进其排出，维持内环境的稳态[7]。（3）在有细胞器受损时，自噬是一种防御机制，促进亚细胞构像的改变，以此来抵御外界的损伤，而对于衰老细胞而言，自噬可以诱导该类细胞的主动死亡[8]。
三、自噬的分子机制
主要有两种复合物参与自噬双层膜的起始阶段。1）TOR是雷帕霉素靶蛋白，一般情况下可以抑制Atg1蛋白来影响细胞自噬的发展。同样，TOR的同源物mTOR也可磷酸化ULK-1来控制自噬发生[9]。当机体受到外界刺激时，细胞同样承受这种非正常刺激，必须要产生一系列的变化来适应这种变化，此时mTOR的活性被抑制，从而使ULK-1 活性增强并与Atg13和FIP200结合形成Atg13-ULK-1-FIP200 复合物，逐渐移动至功能区，标志着自噬泡形成[10]。2）Vps34与自噬关系密切，Beclin-1可促进自的发生，Vps34与其结合可增加Vps34的活性，Vps34通过先后与Vps15,Beclin-1结合而形成Vps34-Vps15-Beclin-1/Atg6 复合物。该复合物可与其他相关蛋白集合，在一系列变化后，促进或抑制自噬的产生。PI3K与该复合物结合生成磷酸肌醇-3- 磷酸（PI3P），参与自噬的起始阶段[11]。相关研究也发现，该复合物可以和其他相关蛋白和基因相结合形成有生物学效应的复合物，比如和Atg14L相结合，在自噬的起始及运输中起着非常重要的作用[12]。研究发现：Atg14L和Rubicon可以影响Vps34的活性，当其活性上调则自噬上调，反之自噬下调[13]。
自噬膜形成以后，便进入了不断的延长过程。
Atg12与Atg5在E1样酶（Atg7）和E2样酶（Atg3、Atg10）的催化下结合为Atg12-Atg5复合物。该复合物再与Atg16结合，而Atg16可与自身结合，形成二聚体，最终形成复合体（Atg12-Atg5-Atg16）2[14]，从而促进自噬泡的伸展，在 Atg8 (LC3 A/B/C, GABARAP) 类泛素系统内，Atg8蛋白的 C 端被蛋白酶 Atg4 剪切，末端变为甘氨酸，之后 Atg7 (E1) 将 Atg8 传递到 Atg3 (E2)，在 Atg12-Atg5-Atg16 的帮助下，Atg8 的 C 端甘氨酸 COOH与自噬双层膜上的 PE 膜组分的氨基发生共价结合，帮助自噬体双层膜的扩展，经过上述变化，使自噬体由最初的半封口状态逐渐形成最终的环状结构;第一阶段完成以后，LC3-1最先被加工为胞浆形式，然后经过加工、修饰等转变为LC3-Ⅱ，不同于以上的复合物LC3-Ⅱ存在于自噬体膜上，Atg5-Atg12-Atg16L复合物诱导LC3-II向自噬膜上集结，而自噬膜向复合物的相反方向移动，最后该复合物脱落，但LC3-Ⅱ并不会脱落，被称为自噬体。因此，LC3-Ⅱ只存在于自噬体上，所以LC3-Ⅱ称为检测自噬表达水平的金标准[15]。
四、自噬的调节通路
4.1依赖mTOR途径
TOR激酶是非常重要的调节因子[16]，mTOR实际上是一种感受器，可以感知许多化学物质的微弱变化，如胰岛素、ATP等，在细胞自噬的调节中充当守护者的重要作用[17]。mTOR的上下游信号转导途径较为复杂，mTOR上游蛋白为：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Akt，是细胞信息的关键点，被认为是神经细胞生存的中枢调控因子[18]，由此来激活mTOR，从而抑制自噬的发生。其下游为核糖体蛋白S6激酶（P70S6K），该蛋白接受上游蛋白的调控，mTOR激活P70S6K，从而使自噬活性增强[19]。从酵母细胞中进行的实验来看，TOR激酶抑制Atg1激酶，导致自噬发生变化[20]，而雷帕霉素主要通过直接抑制mTOR的活性，继而促进Atg1的活化，抑制P70S6K的活性而发挥作用[21]。
4.2 I型PI3K／PKB途径
此途径主要是一种负性调节途径。胰岛素、生长因子结合于跨膜胰岛素受体或酪氨酸激酶受体（IR，RTK）后，激活Ⅰ型磷脂酰肌醇三磷酸激酶（ClassⅠPI3K），使PIP被磷酸化为PIP3，PIP3结合于AKT/PKB.和它的活化分子PDK1。复合物TSC1/2蛋白位于ClassⅠPI3K／PKB途径的下游，它也能接收化学信号，从而抑制mTOR的激酶活性，对自噬发挥正向调节作用[22]。3-甲基腺嘌呤可通过抑制PI3K的功能，从而抑制自噬[23]。
4.3 Beclin1、BCL-2途径
除上述的两种调节途径以外，Beclin1也是自噬调节过程中较为重要的因子。BH3是Beclin1的特异功能区域，该结构常与BCL-2蛋白结合，结合之后的整体便有了调节功能，参与机体相关活动[24]。在饥饿状态下，干扰了两者的结合作用，因此自噬水平会升高。在非饥饿状态下，BCL-2和Beclin1均发生磷酸化[25]，从而促进了Beclin1和BCL-2的结合，对自噬产生一定的抑制作用。同时，Bax蛋白相互作用因子1（Bif-1），可以在细胞饥饿情况下进一步激活PI3K3C，诱发自噬[26]。
4.4 ROS（活性氧族）调节途径
ROS：是生物在体内代谢，或者在细胞内进行各项生命活动所产生的一类产物，各种化学分子、强氧化物往往也包括在内，线粒体作为机体内有氧代谢的重要场所，所以ROS主要发生在这里面。由于ROS在细胞结构的有害作用和它与疾病的关联性，大家普遍认为ROS是有害的。然而，ROS对细胞也有生理性作用，特别是在信号方面。某些疾病导致神经生长因子缺乏，代谢而成的ROS在神经元线粒体内蓄积，可导致线粒体功能异常从从而激活自噬；而自噬激活以后又会产生更多的ROS，如此恶性循环，直至细胞死亡［27］。此外，ROS还可通过调节Atg4在Atg8/LC3的活性调节自噬，通过促进Atg8-PE复合体形成，使其在细胞内积累，从而自噬表达增强［28］。
4.5 其他调节途径
除上述几种途径外，胰岛素也可通过激活p38MAPK而控制自噬，此外，Ras可通过作用于mTOR发挥调节作用[29]。P53基因、PKA、MAP激酶等也参加自噬的调节，可见自噬是一个相当复杂的过程，但目前的机制并不十分明确。
五、放射后认知障碍和细胞自噬的关系
5.1放射治疗可激活糖原合酶激酶3β诱发新生神经元死亡。研究表明[30]，糖原合酶激酶3β(GSK一3β)抑制剂(SB216763、SB415286)可稳定海马组织HT-22细胞β-catenin和cyclin D1蛋白，亦可稳定小鼠海马组织β-catenin。提示全脑放射治疗可激活GSK-3β，可干扰溶酶体的正常酸化功能[31]，从而干扰自噬小体与溶酶体的结合，而使自噬下调，有害物质不能被有效清除而堆积于海马区，造成海马区神经细胞的损伤。可见，放射治疗激活GSK-3β，调节自噬表达水平，使海马组织齿状回新生神经元数量减少，导致认知障碍的出现。
5.2 氧化应激 脑组织对氧化应激敏感性较高，主要是神经系统缺乏内源性抗氧化系统。氧化应激可影响脑组织中神经干细胞的正常分化[32]，经放疗照射后，可产生一系列活性分子，其中包括活性氧族，活性氧族可损伤线粒体从而激活自噬，来清除受损的细胞,所以氧化应激可能是神经细胞的一种保护机制。
5.3炎症 放射疗法对脑组织产生急性脑损伤性炎症反应，小胶质细胞和细胞自噬均参与到这一过程中。2A型溶酶体相关膜蛋白（lysosomal associated membrane protein type，LAMP2A）是分子伴侣介导的自噬（CMA）的标志物，在脑损伤的修复过程中，LAMP2A在小胶质细胞中显著增多，表明CMA和小胶质细胞激活有关[33]，激活的小胶质细胞产生促炎症因子IL-1β、TNF-α、血清干扰素-r、IL-6,导致海马组织产生炎症，不仅影响成熟神经元补充海马组织，而且抑制了神经元的合成[34]，调控海马区Arc基因的表达，介导认知障碍的发生。
小结 放射治疗可损伤海马组织，导致海马区有效神经元数量不足，出现认知障碍，但现有研究并不能充分阐明其机制，细胞自噬与神经推行性认知障碍关系密切，希望广大的学者可以投入更多的研究。
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论文作者:冯会超,陈乃耀
论文发表刊物:《医师在线》2018年11月21期
论文发表时间:2019/3/27
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