免疫中的自噬基因

摘要

经典的大自噬（这里称为“自噬”）涉及细胞质内容物在一个特征性的双层液泡中的隔离，即自噬体。外自噬体膜与溶酶体的融合以及随后的内膜破裂导致隔离的细胞质材料暴露于溶酶体水解酶^1,2(图1). 一个相关的术语“吞噬”是指利用自噬途径消化外来成分而非自身成分^三自噬途径有两个主要生理功能：清除细胞中不需要的成分，回收细胞质物质，使细胞在应激状态下保持大分子合成和能量平衡。这些功能可能是自噬在细胞生存和预防神经退行性变、癌症和衰老中所起作用的基础，并且至少在一定程度上也是自噬对病原感染细胞的保护作用的基础^1,2.

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图1

自噬途径及其调控。自噬途径经历了一系列阶段，包括自噬小泡成核、自噬体膜伸长和闭合以包裹细胞质成分、自噬体与溶酶体对接以及自噬体内细胞质物质的降解。囊泡成核取决于III类PI（3）K复合物，该复合物包含各种蛋白质（在右边的淡黄色方框中），以及调节该复合物活性的其他蛋白质（如红霉素、UVRAG、Ambra-1和Bif-1）。囊泡的延长和完成涉及两个泛素样结合系统（右侧浅蓝色方框）的活性。自噬途径受到不同的环境和免疫信号的正向调节（左侧绿色方框）和负向调节（左侧红色方框）。肿瘤坏死因子；PE，磷脂酰乙醇胺；甘氨酸；E1和E2，泛素类结合系统的连接酶。

自噬途径涉及进化上保守的基因产物的协同作用，这些基因产物参与自噬的启动、自噬体的伸长和闭合以及溶酶体融合(图1). Beclin 1与III类磷脂酰肌醇-3-OH激酶（PI（3）K）Vps34和其他蛋白质复合，对自噬体的成核很重要。这种大分子复合物对于整合积极和消极调节自噬的多种信号至关重要。自噬（'Atg'）蛋白Atg7是两条泛素样结合途径所必需的，这两条途径共同导致Atg5到Atg12的共价结合，以及LC3（酵母Atg8的哺乳动物同源基因）转化为磷脂酰乙醇胺结合的LC3-II形式。Atg5-Atg12结合物与Atg16L1形成一个大复合物的一部分，该复合物负责自噬机制的膜定位和自噬体的生成⁴目前，有20多种公认的Atg蛋白¹，而且很可能会发现更多的信息。例如，据报道，FIP200是一种与激酶FAK、Pyk2和ASK1、肿瘤抑制因子TSC1、肿瘤抑制蛋白p53和肿瘤坏死因子受体相关因子2相互作用的蛋白质，已被发现通过与激酶ULK1和ULK2（酵母Atg1的哺乳动物同源基因）的相互作用对自噬的启动至关重要⁵此外，四个独立的小组已经鉴定了酵母Atg14的候选功能性哺乳动物直系同源物，称为人类Atg14或Barkor，其与Beclin 1和Vps34 III类PI（3）K复合物相互作用以启动自噬囊泡成核^6——9在参与自噬的许多蛋白质中，Beclin 1、Atg5、Atg7、LC3、Atg12和Atg16L1已在免疫的一个或多个方面进行了研究。

这一核心分子机制的鉴定彻底改变了检测和遗传操纵自噬途径的能力。这导致了在理解基因编码分子在免疫和其他生物过程中参与自噬（此处称为“自噬基因”）的功能方面取得了相当大的进展^1,2在免疫方面，研究表明，自噬受免疫系统细胞功能和分化的关键途径调节，包括Toll样受体（TLR）、p47 GTPases、eIF2α激酶和干扰素-γ（IFN-γ）等细胞因子^10——13此外，自噬基因对胸腺选择、淋巴细胞发育和存活、抗原提呈、杀死细胞内病原体和组织内环境稳定都很重要。还有越来越多的证据表明，自噬基因可能以细胞类型特异的方式调节先天免疫信号。

尽管上述的一些功能，例如针对微生物进行溶酶体降解（异噬），可能明确反映了经典的自噬参与免疫(图2)目前尚不清楚免疫中自噬基因的所有功能是否与自噬途径本身有关(图3). 这种不确定性既源于通常用于检测自噬的分析，也源于缺乏解释反向遗传学研究的通用标准。例如，最常用的自噬分析、LC3脂溶性形式（LC3-II）的生化检测以及通过光学显微镜检测LC3-II在点状点的定位，都有多种解释。大多数研究人员现在认识到，检测到LC3-II增加可能表明自噬体形成增多或自噬体内成熟受阻，这就需要使用辅助方法来区分这些可能性¹⁴LC3点可能代表LC3靶向自噬体以外的结构，如吞噬体、阳性RNA病毒复制复合物的双膜支架，甚至蛋白聚集体，这一观点可能不太受重视^15——17类似地，在没有自噬体形成的情况下，LC3可能会被脂化，形成LC3-II^18,19因此，尽管LC3-II的形成和LC3点的定位是自噬体形成的标志性特征（以及检测自噬的敏感参数），但作为经典自噬标记物，它们缺乏完全的特异性。自噬体在一个过程中功能的直接证明是证明自噬参与的黄金标准。该领域许多权威机构发表的一份共识文件对自噬研究中使用的各种分析方法及其使用和解释标准进行了广泛的讨论¹⁴.

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图2

涉及自噬的免疫过程。根据目前可用的数据，彩色方框显示了五种免疫过程，包括经典的自噬。MIIC，MHC II级装载舱。

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图3

涉及自噬基因的免疫过程。彩色方框显示了六种免疫过程，涉及各种自噬基因，但尚未证明涉及经典自噬。

核心自噬基因的基因敲除或敲除是关闭自噬途径的有效方法，但通常尚不清楚所产生的表型是否是由于自噬基因组的经典自噬功能或自噬无关功能的缺陷所致。如其他文献所述，自噬基因具有其他功能，包括在其他膜运输事件、轴突伸长和细胞死亡中的功能^20,21此外，研究人员经常假设，在自噬基因缺失的细胞或生物体中发现的表型是由于缺乏典型的自噬，而没有提供直接的实验证据。值得注意的是，对于许多关于自噬基因参与免疫的研究(图3)目前尚不清楚经典的自噬（包括隔离物的自噬菌体降解）如何促进自噬基因的所述功能。因此，自噬基因可能在影响免疫效应细胞发育和功能的其他细胞过程中发挥作用。在这里，我们将讨论与免疫系统中自噬基因功能相关的进展。

抗菌防御中的自噬基因

十多年前，第一篇发表于哺乳动物自噬蛋白Beclin 1的论文证明了Beclin l在患有α病毒性脑炎的小鼠中外源性神经元表达的抗病毒功能²²随后，内源性自噬基因被证明对植物对真菌、细菌和病毒病原体的成功先天免疫反应至关重要²³研究发现，单纯疱疹病毒神经毒力因子对Beclin 1功能的病毒逃避对小鼠致命性脑炎至关重要²⁴这些研究共同表明自噬基因可能在病原体防御中发挥作用体内同时，许多研究证明了自噬的功能在体外防御入侵病原体，包括A组链球菌,福氏志贺氏菌、结核分枝杆菌、鼠伤寒沙门菌和弓形虫^10,11,13.

最近的两项研究进一步证实了自噬基因在宿主防御中的抗菌功能体内针对细胞内病原体，已经确定了先天免疫信号、自噬基因和自噬蛋白潜在的自噬非依赖性功能之间以前未知的关系。肽聚糖再识别蛋白PRGP-LE是一种固有的微生物传感器，它识别细菌二氨基阿片酸型肽聚糖，对自噬控制单核细胞增生李斯特菌苍蝇血细胞感染与宿主生存²⁵PRGP-LE介导的耐药性与自噬诱导有关，需要自噬基因附件5并且可能涉及细菌的异种吞噬降解（就像细菌在野生动物的自噬体中可见一样）。在这种情况下，异噬作用的靶点是从内体逃逸出来的细胞质细菌，这些细菌被包裹在自噬体中并被破坏。在其他以泡状结构内的病原体为靶点的情况下（例如吞噬体内的分枝杆菌或液泡内的沙门氏菌），所涉及的膜动力学不完全确定。这可能是因为自噬体可以包裹住包含病原体的整个囊泡结构，或者自噬机制以某种方式促进了吞噬体的成熟。下面讨论了另一种机制弓形虫.

尽管TLR信号与自噬诱导有关（如下所述），但迄今为止尚未研究这种自噬诱发的后果；因此，在苍蝇李斯特菌感染中发现PRGP-LE的功能，首次证明了细胞质模式再认识受体参与微生物向自噬体传递以进行降解和自噬介导的病原体防御。一种推测是，其他模式识别受体在先天免疫中的作用类似，将不同的微生物或微生物产物靶向自噬体。一个相关的问题是，自噬体靶向基序，如单泛素化或多泛素化，是否可以通过衔接蛋白SQSTM1（p62）将细胞蛋白和细胞器靶向自噬体内²⁶也针对微生物产品。这将有助于确定通过固有传感器的细胞质识别和/或泛素化选择性输送微生物如何通过排他性选择性清除或杀死病原体，激活先天免疫信号和/或从这些病原体中产生抗原肽以呈现给T细胞。

在小鼠中，吞噬细胞特异性缺失附件5导致更容易感染两种不同类型的细胞内病原体，即细菌单核细胞增生李斯特菌和原生动物弓形虫²⁷这项工作为自噬基因参与哺乳动物抗菌宿主防御提供了重要证据。然而，与对苍蝇的研究相反，在苍蝇中，自噬被认为可以降解侵入称为血细胞的专业吞噬细胞的细菌，Atg5被提议用于控制弓形虫通过一种独立于自噬体形成的机制。已发表的研究表明，IFN-γ介导的控制弓形虫涉及免疫相关的GTPase定位到寄生液泡、液泡膜剥离，以及与GTPase一起定位的绿色荧光蛋白LC3阳性囊泡结构的诱导²⁸或在受损寄生液泡附近形成自噬膜²⁹.英寸附件5^−/−巨噬细胞GTPase IIGP1（Irga6）未能定位于寄生液泡，导致寄生液泡膜缺乏破坏。因此，自噬机制，或至少Atg5，可能通过向寄生液泡募集免疫相关的GTPase，在破坏含寄生囊泡结构中起关键作用。

至于弓形虫–受感染的小鼠星形细胞²⁸，在野生型巨噬细胞中受损的寄生空泡周围未发现自噬体膜，这表明Atg5的GTPase募集功能，而不是自噬滞留弓形虫，可能是Atg5在干扰素-γ的“下游”发挥作用以介导对这种寄生虫的细胞内抗性的主要机制。使用实时显微镜的研究证明弓形虫与LC3定位于寄生液泡无关³⁰这些数据共同为自噬基因，附件5，独立于自噬体的形成参与宿主防御。一个重要的问题是，GTPase向寄生性液泡的募集是否需要Atg5以外的自噬蛋白，以及Atg5，或许还有自噬机制，如何介导这一贩运事件。

免疫相关GTPases和自噬

几种不同的免疫信号积极调节自噬，包括PKR、TLR、肿瘤坏死因子、CD40-CD40配体相互作用、IFN-γ和免疫相关GTPases^{10,13,27,31,32}而T辅助型2细胞因子（IL-4和1L-13）对自噬有负调节作用³³自噬和免疫相关GTPases（IRG或p47 GTPases）之间的关系是发展最快的研究领域之一，这是一个对IFN-γ介导的细胞内病原体耐药性至关重要的蛋白质家族³⁴虽然只有小鼠p47 GTPase的表达似乎受到IFN-γ的调节，但小鼠（LRG47）和人类（Irgm1）p47 GTpase都被认为是IFN-γ诱导巨噬细胞自噬和抗分枝杆菌活性所必需的^31,32此外，交付弓形虫巨噬细胞中的自噬体可能以Irgm3（IGTP）依赖的方式发生²⁹因此，一个共识是p47 GTPases在IFN-γ依赖性自噬清除细胞内病原体中很重要。然而，p47 GTPase发挥这种作用的确切机制尚不清楚。一种理论认为，它们定位于含病原体的吞噬体或液泡以某种方式促进了对含病原体隔室的损伤，随后病原体将靶向自噬体。

除了p47 GTPase参与细胞内病原体的自噬控制之外，证据表明这一免疫效应器家族与自噬之间可能存在更复杂的串扰。如上所述，自噬蛋白Atg5是GTPase Irga6向弓形虫寄生液泡²⁷因此，自噬蛋白可以在p47 GTPase的“上游”发挥作用，以调节其向含病原细胞的转运。由于与寄生液泡相关的Irga6处于活性GTP结合状态，而未感染细胞中的Irga 6处于非活性GDP结合状态³⁵一个明显的问题是，Atg5对Irga6定位的影响是否通过调节GTPase的GDP或GTP约束状态发生。另一个问题是，Atg5-Atg12-Atg16L1复合物是否增强了Irga6和其他p47 GTPase在细胞膜上形成多聚体的能力。此外，除寄生液泡外，还不清楚含病原的吞噬体是否可能是p47 GTPase的自噬基因依赖性募集位点。沿着这些路线，确定是否附件5和其他自噬基因是向含分枝杆菌吞噬体募集p47 GTPase所必需的。

Irgm1在负调控IFN-γ诱导的自噬中的一个有些矛盾的功能也被提出。Irgm1缺陷小鼠成熟效应CD4的增殖较少⁺IFN-γ存在下的T细胞群³⁶这种减少的扩张似乎是由于诱导了caspase-independent细胞死亡程序，该程序被PI（3）K抑制剂（如沃特曼或LY294002）或编码Beclin 1的自噬基因的小干扰RNA所阻断。因此，Irgm1可能与自噬途径有双重相互作用，自噬通路协同促进IFN-γ抗菌相互作用；Irgm1可能是巨噬细胞内细胞内病原体自噬隔离的信号，同时限制IFN-γ诱导的效应T淋巴细胞自噬死亡。这表明Irgm1和潜在的其他p47GTP酶在不同细胞类型的自噬调节中可能具有不同的功能。目前，尚不清楚Irgm1如何负性调节IFN-γ诱导的自噬以保护活化的CD4⁺T细胞群。此外，尚未正式排除这种可能性：Irgm1号机组^−/−淋巴细胞是异常膜转运的功能，而不是增强的自噬流量。正如其他地方回顾的那样，自噬是否真的参与了细胞死亡的介导也仍然存在争议²¹.

TLR和自噬

TLR和自噬途径在许多不同的水平上相交³⁷：TLR可以调节自噬诱导^38,39，自噬机制可用于将病毒遗传物质传递至内质体TLR，以有效诱导I型干扰素⁴⁰，TLR可能在吞噬体膜的自噬蛋白募集中起作用¹⁶最初研究表明，细菌脂多糖（LPS）通过其同源受体TLR4在巨噬细胞中诱导自噬，其机制需要TLR适配器TRIF而不是适配器MyD88，并需要“下游”分子受体相互作用蛋白1和p38丝裂原活化蛋白激酶³⁸随后，另一组证实了LPS-TLR4诱导的自噬，并报道了单链RNA、poly（I:C）和咪喹莫特通过TLR3或TLR7诱导的自吞噬³⁹发现TLR7依赖性自噬诱导是MyD88依赖性的，另一项研究表明，为了响应TLR激活，TRIF和MyD88通过与Beclin 1的直接相互作用触发自噬（参考文献。41). 然而，这种相互作用如何刺激自噬尚不清楚，需要进一步的研究来更全面地阐明TLR信号激活自噬的分子机制。

值得注意的是，有报道称RAW264.7小鼠巨噬细胞的TLR依赖性自噬刺激比原代巨噬细胞更强³⁹并且在用LPS或几种其他TLR刺激物处理的原代胎肝来源的巨噬细胞中还没有自噬诱导的报道⁴²然而，这些原代胎肝来源的巨噬细胞能够对饥饿或侵袭性细菌产生自噬反应，这表明对TLR刺激缺乏反应并不反映其承受应激诱导自噬的一般能力不足。这些数据与上述数据相冲突，这些数据表明TLR信号对自噬有积极的调节作用。一种可能性是TLR信号在自噬诱导中的功能在不同的研究中在不同的时间框架内进行了检查。或者，可能存在诱导吞噬细胞自噬的TLR非依赖性机制，TLR对自噬调节可能是细胞类型特异性的，或者TLR的功能可能受到巨噬细胞分化状态的严格调节。TLR调节自噬的生理重要性需要在原代细胞、巨噬细胞和树突状细胞以外的细胞以及可能最重要的不同细胞中进行进一步研究体内微生物感染模型。

虽然TLR介导的自噬诱导的生理功能尚不清楚，但似乎有理由推测，它可能在细胞内病原体的自吞噬控制和/或免疫中的其他自噬基因依赖功能中发挥作用。如上所述，自噬控制单核细胞增生李斯特菌苍蝇需要另一种类型的模式识别受体，PGRP-LE²⁵; 一个关键问题是，这些发现是否代表了适用于哺乳动物宿主中其他模式再认知受体家族的一般范式，包括TLR和Nod-like受体。至少在体外，LPS刺激巨噬细胞（激活TLR4）或TLR7激活导致结核分枝杆菌自噬体与低分枝杆菌存活^38,39这增加了TLR诱导自噬可能同样参与细胞内病原体自噬控制的可能性体内TLR诱导自噬也可能是一种前馈机制，用于启动自噬机制，将病毒核酸传递到内质体TLR，以激活先天免疫信号。此外，另一种尚未探索的可能性是，TLR或模式再认知受体诱导的自噬增强了内源性抗原在主要组织相容性复合体（MHC）II类负载区的自吞噬介导的呈递(图2).

研究还表明，TLR信号不仅可以诱导经典的自噬，还可以将自噬蛋白募集到吞噬体膜并将吞噬物质传递到溶酶体(图3). 脂多糖包衣小球或酵母多糖颗粒吞噬过程中TLR的参与以Atg5-和Atg7-依赖的方式诱导Beclin 1和LC3快速募集到吞噬体膜¹⁶此外，对巨噬细胞中含有乳胶珠的吞噬体的蛋白质组学分析表明，LC3在自噬诱导物的作用下增加了向细胞膜的募集⁴³在用LPS包衣珠或酵母菌颗粒处理的巨噬细胞中，Beclin 1和LC3向吞噬体膜的移位与增强吞噬体与溶酶体的融合有关，但与可检测到的自噬体的双膜结构无关¹⁶因此，据推测，通过将自噬蛋白募集到吞噬体，TLR信号传导可能构成加速溶酶体微生物消除的另一种机制。类似于检测周围自噬体的失败弓形虫寄生液泡的一些研究^27,28,30目前尚不清楚是否真的需要自噬蛋白而不是自噬体的形成来消除含病原的吞噬体，或者自噬小体是否消逝到目前为止在超微结构研究中未被发现。尽管如此弓形虫通过TLR信号传递，吞噬和自噬蛋白确实增加了自噬机制的组成部分可能参与膜介导的事件的可能性，而这些事件并不涉及细胞质成分或病原体向溶酶体的经典传递(图3).

自噬基因与细胞因子分泌

自噬和先天免疫信号之间的第一个联系是在证明附件5对感染水疱性口炎病毒的浆细胞样树突状细胞产生I型干扰素至关重要，其机制被认为涉及病毒遗传物质的自噬介导传递到胞内TLR⁴⁰(图2). 有些自相矛盾的是，一些研究表明，某些细胞类型中自噬基因的缺失或低形态表达会导致I型干扰素或其他细胞因子的产生增加，包括促炎分子，如IL-1β和IL-18，或脂肪细胞因子，如瘦素和脂联素^{42,44——46}(图3). 如下文所述，在缺乏自噬基因表达的小鼠中，这些分子的分泌增强可能与克罗恩病的某些方面有关附件16l1因此，自噬机制可能在先天性免疫信号中起双重作用，不仅刺激树突状细胞中的抗病毒I型干扰素反应，而且通过防止其他类型细胞中过度的先天性免疫激活来确保体内平衡。

已经提出了两种不同的模型来解释自噬基因缺陷的成纤维细胞和原代巨噬细胞中I型干扰素的高产量(图3). 提高I型干扰素的产量附件5^−/−和附件7^−/−据报道，小鼠胚胎成纤维细胞对水泡性口炎病毒或双链RNA感染的反应⁴⁴在该模型中，Atg5-Atg12缀合物可以与细胞质病毒传感器、视黄酸诱导的解旋酶RIG-1和Mda5及其衔接蛋白IPS-1结合，以抑制此类解旋酶刺激I型干扰素产生的活性。因此，自噬机制可能通过与这些解旋酶及其衔接蛋白的直接抑制相互作用来抑制固有免疫信号。然而，值得注意的是，一种完全不同但并非相互排斥的机制，在附件5-也有人提出小鼠胚胎成纤维细胞和原代巨噬细胞缺陷⁴⁵在缺乏Atg5的情况下，功能失调的线粒体会积聚，导致IPS-1浓度升高，视黄酸诱导的解旋酶信号和I型干扰素生成依赖于活性氧物种的增加，以应对水泡性口炎病毒的感染(图3). 因此，组成性自噬的稳态功能，特别是线粒体的周转和质量控制，也可能间接调节I型干扰素的产生。

确定在自噬途径的其他步骤中缺乏自噬基因的细胞中是否存在这种对病毒感染的增强反应，以及潜在机制是否反映了自噬或替代性细胞过程的缺陷，这将是有用的，as-y定义的自噬蛋白在调节干扰素信号中的功能。因为附件5-I型干扰素应答受损的浆细胞样树突状细胞缺陷对水疱性口炎病毒和附件5-缺乏小鼠胚胎成纤维细胞和原代巨噬细胞的I型干扰素应答增强对这种感染更具抵抗力，另一个关键问题是，细胞类型特异性差异在自噬基因依赖的I型干细胞信号调节中如何相互作用体内确定病毒感染的命运。目前尚不清楚自噬机制是否真的具有直接的免疫抑制功能，通过抑制细胞因子释放来增加病毒感染的易感性，或者它是否只是作为一种负反馈机制发挥作用，阻止不必要的天然抗病毒信号。

另一项研究表明自噬基因具有重要功能附件16l1调节促炎细胞因子的分泌(图3,​,4).4). Nod-like receptor protein cyropryrin（也称为NALP或NLRP3）形成一种称为“炎症组”的复合物，其中包含衔接蛋白ASC（apoptosis associated speck-like protein including a caspase activating and caspase recurrence domain）和caspase 1，并负责将前IL-1β加工至成熟，分泌型^47,48.小鼠巨噬细胞缺乏附件16l1内毒素刺激TLR4后，产生更多促炎细胞因子IL-1β和IL-18（参考。42). 同样，小鼠嵌合体植入附件16l1^−/−胎肝造血祖细胞经右旋糖酐硫酸钠治疗后血清IL-1β和IL-18浓度升高；这种增强的细胞因子分泌可能有助于病理学，因为用IL-1β抗体和IL-18抗体治疗会降低附件16l1^−/−右旋糖酐硫酸钠致嵌合小鼠结肠炎。

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图4

自噬改变可能参与人类克罗恩病发病机制的可能机制。彩色方框显示了自噬基因突变可能导致克罗恩病的四种潜在机制，这是根据对模型生物的研究提出的，在模型生物中，各种自噬的基因在不同的细胞类型中发生了突变（底部方框）。到目前为止，只有ATG16L1型和IRGM1号机组与克罗恩病易感性有关。活性氧。

IL-1β和IL-18分泌增加的确切机制附件16l1-缺乏细胞尚不清楚，但半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1依赖于TRIF的激活以及随后IL-1β的增强处理附件16l1^−/−巨噬细胞已经被发现。此外，与感染病毒的结果类似附件5-缺陷细胞⁴⁵LPS刺激下活性氧生成增加附件16l1^−/−发现了巨噬细胞⁴²因此，在两者都缺乏的情况下，可以获得细胞因子释放功能的增强附件5和附件16l1在这两种情况下，它可能直接源于自噬机制对调节细胞因子产生的信号通路的影响和/或间接源于自吞噬对细胞氧化还原状态的影响。

另一项研究强调了Atg16L1参与调节一种特殊肠上皮细胞中的细胞因子表达，这种细胞在先天免疫中很重要，即Paneth细胞(图3,​,4).4). 通过基因芯片对患有低形态的小鼠Paneth细胞RNA进行转录谱分析后，观察到急性期反应物、PPAR信号分子和脂肪细胞因子（如瘦素和脂联素）的基因表达显著增强附件16l1等位基因⁴⁶在这些小鼠的胸腺细胞中没有发现类似的变化，这表明附件16l1缺乏可能以细胞类型特异性的方式上调细胞因子的产生。此外，本研究强调了Paneth细胞作为先天免疫系统的特殊细胞，其自噬机制在调节具有广泛全身促炎和抗炎作用的分子表达方面的潜在重要性。自噬基因缺陷导致Paneth细胞转录改变的机制尚不清楚。人类的多态性ATG16L1型与克罗恩病有关(ATG16L1型T300A）导致类似的变化，如果是，这些变化是否有助于克罗恩病和/或其他类型炎症疾病的病理生理学。

自噬、抗原提呈和胸腺选择

越来越多的证据表明，自噬可能参与某些内源性合成肽的MHC II类呈现^10,49(图2). 自噬参与MHC I类限制性抗原提呈的可能性更大⁵⁰; 一篇论文建议参与附件5MHC I类抗原呈递⁵¹虽然很明显，自噬体可以将肽传递到MHC II类装载区，以呈现给CD4⁺T细胞^52,53目前尚不清楚这是否是在原代细胞生理条件下产生适应性免疫反应期间抗原提呈的主要途径，或体内因此，有必要评估在免疫反应期间，自噬在专业抗原呈递细胞功能中的作用体内不管结果如何，通过与LC3自噬蛋白融合将抗原特异性靶向自噬体可能是增强CD4的有效疫苗策略⁺T细胞反应；例如，MHCⅡ类表达增强20倍至CD4⁺当流感病毒基质蛋白通过与LC3融合靶向自噬体时，已经注意到T细胞克隆（参考文献。53).

MHCⅡ类依赖于自噬途径的内源性负荷可能在胸腺选择期间塑造T细胞储备中起重要作用的一个显著生理背景。在阳性和阴性选择中发挥作用的胸腺上皮细胞表现出组成型自噬，如Atg5依赖性绿色荧光蛋白-LC3点的存在所证明的那样^54,55正常胸腺T细胞选择需要胸腺移植物基质细胞中Atg5的表达⁵⁵胸腺移植实验表明，选择某些依赖MHCⅡ类而非依赖MHCⅠ类的TCR需要Atg5。此外，具有附件5^−/−胸腺植入物产生自身反应性CD4⁺T细胞，通过CD62L的比例测量^洛外周细胞和炎症浸润在包括肠道在内的许多器官中。最后一个观察结果支持了一种推测，即异常的阴性选择可能解释了自噬蛋白Atg16L1多态性与克罗恩病易感性之间的联系（下文讨论；图4). 自身反应性CD4的研究进展⁺小鼠T细胞附件5^−/−胸腺植入物被认为反映了Atg5的功能，并可能反映了自噬途径在控制胸腺上皮细胞呈现的自我肽库中的作用，这些自我肽负责正常的胸腺选择和T细胞耐受性的产生。然而，自噬基因除附件5在类似的研究中尚未进行分析，因此自噬的细胞过程在胸腺选择中的作用仍有待确定。确定胸腺选择中负责Atg5功能的机制是否反映了肽的生成或营养、存活或转录反应的功能，这将是有用的附件5或其他自噬基因。

另一个重要的问题是，抗原呈递细胞或细胞供体抗原中的自噬是否参与有效的抗原交叉呈递。事实上，一项研究表明，小干扰RNA介导的Beclin 1或Atg12在抗原肿瘤细胞中的敲除导致交叉表达减少⁵⁶作者提出了一种机制，涉及自噬体作为肿瘤细胞蛋白抗原载体的直接参与。需要更多的研究来证实这一机制，并探索其对癌症疫苗的潜在临床意义。

自噬和交叉呈现之间的另一个潜在联系来自以下观察结果：自噬是去除小鼠胚胎体和鸡视网膜发育中凋亡尸体所必需的^57,58在这些环境中，需要自噬使死亡细胞有足够的能量产生吞噬细胞清除尸体所需的吞噬信号。因此，一个有趣的非同源理论是，死亡细胞中的自噬也可能是产生信号所必需的，这些信号可以诱导细胞尸体的有效摄取，以便随后进行交叉呈现。这一假设对于理解和增强基于细胞的肿瘤疫苗的免疫原性具有潜在的重要意义。自噬在正常组织转换过程中清除死亡细胞的功能也可能有助于外周耐受。

自噬基因和淋巴细胞

在抗原特异性克隆的选择、扩增和收缩过程中，淋巴细胞会经历细胞质和细胞器的广泛重排，并在其发育和激活过程中经常面临生死攸关的决定。因此，自噬在淋巴细胞生物学中可能具有关键的细胞内在功能就不足为奇了。事实上，一些研究表明，T淋巴细胞和B淋巴细胞中自噬基因的缺失会改变淋巴细胞的发育、存活和/或功能(图2).

胸腺是构成性自噬的场所^54,55Beclin 1的表达在T细胞和B细胞发育和T细胞激活过程中受到调节⁵⁹这为自噬和淋巴细胞发育之间的潜在联系提供了间接证据。值得注意的是附件5或附件7损害成熟T淋巴细胞的存活和增殖体内^60——62、和附件5在B淋巴细胞中是骨髓中发育中的前B细胞和外围成熟B-1a细胞生存所必需的⁶³.根据对致命辐射小鼠的研究，用附件5^−/−胎儿肝祖细胞，巨噬细胞、浆细胞样树突状细胞、中性粒细胞、红细胞和未成熟T细胞似乎在缺乏附件5因此，一个关键问题是如何删除附件5和附件7赋予淋巴细胞特异性和淋巴细胞谱系特异性（例如，T细胞和B-1a细胞，但不是B2 B细胞）对发育和生存的影响。

目前尚不完全清楚删除附件5和附件7淋巴细胞的发育是通过自噬介导的（如图2)或这些基因的其他影响；研究基因突变的小鼠，其产物在自噬途径的其他阶段发挥作用，可能有助于阐明这一点。假设Atg7和Atg5参与成熟T细胞存活的一种机制涉及线粒体清除中的经典自噬功能，从而防止活性氧的积累和促凋亡和抗凋亡蛋白表达的失衡^60,62值得注意的是，Beclin 1在B淋巴细胞中的发育模式与抗凋亡蛋白Bcl-2相似，在前B细胞向前B细胞的过渡过程中表现出下调⁵⁸因此，除了细胞凋亡外，确定是否抑制自噬也很有用，对于B淋巴细胞发育的这一阶段发生的生理性细胞死亡以及自噬基因的无效突变是否会导致过度的细胞死亡，这与骨髓中前B细胞的有效发育不相容。

一个有争议的领域是，自噬是淋巴细胞中唯一的生存途径，还是也可以用作死亡途径。如前所述，删除附件5或附件7导致某些B细胞或T细胞群体的存活率受损^60——63这表明淋巴细胞存活的主要功能。然而，如前所述，IFN-γ可能会诱导CD4中Irgm1调节的自噬细胞死亡⁺T细胞³⁶此外，敲除编码Beclin 1或Atg7的基因可减少CD4的死亡⁺生长因子退出诱导的T细胞⁶⁴，自噬基因是旁观者CD4死亡所必需的⁺人类免疫缺陷病毒包膜蛋白触发的T细胞⁶⁵因此，越来越多的人认为自噬可能介导激活诱导的CD4死亡⁺T细胞。

然而，在确定自噬是否真的是细胞死亡的原因（自噬导致的死亡）时，必须考虑几个警告，而不仅仅是与细胞死亡相关（自噬的死亡）²¹一项研究检查了死亡域蛋白FADD、自噬和原发性CD8死亡信号之间的相互关系，为确定自噬对T细胞死亡的贡献提供了一个复杂的例子⁺T细胞⁶⁶CD8显性阴性FADD的转基因表达⁺T细胞对有丝分裂信号的反应导致自噬增强和细胞死亡，这可以通过靶向自噬途径（如药物抑制剂、显性负Vps34或Atg7特异性短发夹RNA）或使用坏死抑制因子Nec-1阻止激酶RIPK1来预防。因此，FADD信号可能以某种方式抑制自噬反应以防止RIPK1依赖性坏死细胞死亡，但自噬是否是增殖CD8的真正细胞死亡途径尚不清楚⁺T细胞或自噬机制是否在信号坏死中起作用。如果自噬确实被证明是T细胞的一种细胞死亡途径，那么对这一明显矛盾的观察结果的一个可能解释是，T细胞生存需要基础自噬，而无限制的自噬可能是有害的，它可能是对IFN-γ刺激或FADD信号的破坏作出反应。

应激激活的信号分子Jnk1和Jnk2也可能参与自噬信号与T细胞分化、激活和功能的双重整合。Jnk1和Jnk2在CD4中起着重要但非冗余的作用⁺和CD8⁺T细胞^67——69值得注意的是，一些研究表明Jnk激酶在自噬信号传导中很重要。尽管一项研究报告了在缺乏Jnk1或Jnk2的T细胞中有更多绿色荧光蛋白–LC3点（参考文献。64)另一项研究发现，Jnk1通过涉及Bcl-2磷酸化和Bcl-2–Beclin 1复合物破坏的机制积极调节自噬，但Jnk2没有⁷⁰最后一项研究表明，Jnk2缺陷小鼠胚胎成纤维细胞增强了Jnk1信号传导和高活性自噬⁷⁰因此，似乎Jnk1缺陷小鼠缺乏自噬（或Jnk2缺陷小鼠的自噬增强）可能导致T细胞分化的改变。显然需要进一步评估Jnk信号在T细胞自噬调节中的功能以及Jnk信令介导的自噬调控在T细胞分化中的作用。

自噬基因与克罗恩病

自噬基因和免疫领域最令人兴奋的最新进展之一是由全基因组关联研究催化的，该研究确定了两个人类自噬基因组多态性之间的紧密联系，IRGM公司（称为“IRGM1号机组'此处）和ATG16L1型以及炎症性肠病的易感性^71,72(图4). 中的多态性IRGM1号机组与克罗恩病和溃疡性结肠炎相关；这种关联是由于缺乏与2.7千碱基上游缺失相关的特异性单核苷酸多态性IRGM1号机组转录起始位点^71,73,74这增加了Irgm1介导的自噬调节可能有助于炎症性肠病的易感性；然而，到目前为止，还没有研究在动物模型中将Irgm1与炎症性肠病的特征联系起来，也不知道Irgm2是否与炎症性肠道疾病的特征有关IRGM1号机组风险等位基因影响自噬调节。

克罗恩病相关ATG16L1型风险等位基因在含有色氨酸-天冬氨酸二肽（WD）重复序列的羧基末端结构域中编码一个具有苏氨酸-丙氨酸取代（T300A）的蛋白质。虽然Atg16L1的这个结构域在酵母中不保守，不需要与Atg5-Atg12形成多聚体复合物，也不需要饥饿诱导的自噬，但Atg16L2 T300A突变蛋白的稳定性可能较低，在将自噬机制定位于细胞内细菌时可能有缺陷^75,76最值得注意的是，对在附件16l1已经确定了这种自噬蛋白在先天免疫中的重要功能^42,46.

Atg16L1线圈-线圈结构域缺失导致功能蛋白缺失的小鼠已经被培育出来⁴²。据报道附件5和附件7这些小鼠在出生后的第一天死亡，可能是因为饥饿或出生后的生物能量危机。如上所述，对这些小鼠的巨噬细胞的研究表明，用LPS（TLR4）刺激或其他TLR刺激后，细胞因子反应性增强，用附件16l1^−/−胎肝造血祖细胞对右旋糖酐硫酸钠的反应增加了死亡率、体重减轻、结肠炎和血清IL-1β和IL-18浓度。Atg16L1对内毒素诱导的炎性体激活的依赖性调节表明，自噬机制的一个组成部分在控制炎症免疫反应中具有先前未知的功能。一个关键问题是Atg16L1 T300A编码的风险等位基因是否ATG16L1型导致促炎基因的类似高表达，因此代表了这种变异蛋白增加克罗恩病和其他潜在炎症疾病风险的潜在机制(图4). 这也将有助于确定这种细胞因子释放的功能获得增加是否与缺乏额外的自噬蛋白有关。

通过基因陷阱载体的内含子插入，培育出了Atg16L1表达低形态的存活小鼠，从而可以直接评估低表达Atg16L对成年小鼠肠道病理的影响⁴⁶(图4). 由于T300A替代Atg16L1并不能完全消除功能（但可能会因稳定性改变而降低功能），这种小鼠Atg16L2蛋白表达降低的模型可能与携带编码Atg16L.1 T300A的等位基因的人类有关。值得注意的是，除了上述Paneth细胞中脂肪细胞因子和其他炎症调节因子的转录变化外，据报道，Atg16L1-亚型小鼠Paneth细胞的显著组织学异常与克隆氏病患者切除的回肠组织中的变化相似，这些患者的等位基因编码Atg16L2 T300A为纯合型。在这两种情况下，Paneth细胞在分泌颗粒和颗粒胞吐中均表现出形态缺陷，在Atg16L1亚型小鼠中，小肠中发现Paneth电池分泌抗菌蛋白溶菌酶不足。

由于Paneth细胞起着屏障细菌入侵的作用（部分是通过分泌含有抗菌肽的颗粒内容物）和调节肠道炎症的作用^77,78上述结果表明，Paneth细胞Atgl6L1功能缺陷可能与克罗恩病的发病机制有关。对肠上皮细胞特异性缺失其他自噬基因的小鼠的研究，包括附件5或附件7，在Paneth细胞中也表现出类似的异常^46,79因此，在膜扩张-完成阶段起作用的自噬机制的几个组件（如Atg16L1、Atg5和Atg7）参与了Paneth细胞功能的维持。目前，尚不清楚Atg16L1、Atg5和Atg7的这种功能是否反映了经典自噬在Paneth细胞功能中的参与，或者可能是自噬蛋白结合机制在颗粒胞吐中的一种尚未表征的功能(图3).

自噬基因功能的失调可能通过几种可能的途径导致克罗恩病或其他类型的肠道炎症疾病的发病机制(图4). 缺少附件5胸腺中产生自身反应性CD4⁺T细胞和肠道炎症浸润⁵⁵; 缺乏附件16l1巨噬细胞内内毒素诱导的炎症信号增强⁴²，和更低的表达式附件16l1Paneth细胞中调节炎症的分子发生转录改变，颗粒胞吐缺陷⁴⁶更具推测性的是，其他自噬基因依赖过程中的缺陷，例如维持正常数量的B-1a细胞，这些细胞产生细菌碳水化合物抗原的天然抗体⁶²或T细胞的存活^60——62可能与克罗恩病的发病机制有关。尽管需要更多的工作来阐明多态性在IRGM1号机组和ATG16L1型关于克罗恩病的发病机制，这些观察开始揭示自噬基因在先天免疫调节中以前未知的功能。

治疗意义

自噬和自噬基因在免疫中的许多功能为在治疗上操纵自噬提供了机会和风险。例如，有机会增强CD4⁺通过自噬途径靶向抗原的T细胞依赖性疫苗。发现自噬在宿主对病毒、细菌和寄生虫感染的耐药性中很重要，由此产生的一个值得注意的想法是，自噬的药理学增强剂可以作为广谱抗菌剂发挥作用。此外，如果能够确定克服Atg16L1或Irgm1功能缺陷的药物，增强自噬可能会改善克罗恩病。在临床开发针对自噬抑制的其他疾病（如癌症）的药物时，必须考虑到免疫自噬的潜在益处。尽管抑制自噬依赖性细胞存活可能有助于癌症治疗，但此类方法的潜在不利免疫效应包括减少胸腺细胞的阴性选择，从而产生自身免疫，增强高反应性天然免疫细胞分泌促炎性细胞因子，更容易感染细胞内病原体，B-1a细胞和T细胞存活率较低。也许对自噬基因在免疫中不同功能的分子基础的进一步了解将为合理干预各种疾病而不产生不良免疫后果打开新的大门。

结论

对自噬基因和免疫的研究已经确定了自噬的重要潜在功能以及自噬蛋白在先天免疫和炎症调节中的意外功能。自噬蛋白参与免疫相关过程，这些过程可能不涉及自噬体的形成，例如免疫相关GTPase向含病原体室的募集、TLR介导的吞噬体成熟、RNA解旋酶和炎性体的调节以及Paneth细胞颗粒的胞吐(图3). 越来越多的证据表明，自噬蛋白虽然对正常免疫反应至关重要，但也可能在某些细胞类型（如巨噬细胞、成纤维细胞和Paneth细胞）中起到预防免疫超反应的作用；这可能至少部分地揭示了自噬基因多态性与克罗恩病之间的联系。另一个新出现的主题是，自噬基因的缺失在不同的免疫细胞群体中会产生不同的影响，这可能反映了分化免疫细胞环境对自噬基因功能的影响和/或细胞类型的特异性差异，即自噬蛋白与免疫系统各种细胞的特殊功能之间的复杂相互作用。区分由经典自噬介导的自噬蛋白和可能由其他非自噬体依赖机制介导的自噬蛋白的作用，可能有助于阐明原始应激反应途径的蛋白如何在功能上多样化，以形成复杂的高水平免疫反应真核生物。

致谢

脚注

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