天然免疫中的自噬和模式识别受体

总结

介绍

自噬是一种进化上古老的细胞质内稳态过程，在所有真核生物中都是保守的(1，2). 自噬是针对一系列细胞质成分的生物量和质量控制系统的集合。自噬靶点包括由伴侣介导的自噬作用处理的单个大分子，到大的通常有毒的蛋白质聚集体、相当大一部分的胞浆，甚至整个细胞器，所有这些都受到大自噬的影响(严格的感觉自噬）。自噬的一个显著的形态学特征是在细胞液中形成新月形的膜条，围绕细胞质靶点形成双膜自噬体，这是自噬现象的象征(图1). 被隔离到自噬体中的细胞质部分在自溶体中降解，自溶体是自噬成熟或通量的产物，由自噬体和晚期内体/溶酶体细胞器之间的融合产生(1，2).

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图1

自噬途径：自噬的信号和执行阶段

Tor信号级联控制自噬的执行。在饥饿或其他生理条件下，Tor受到抑制。这可能取决于III型PI3K。当Tor被抑制时，Atg1和hVPS34与Beclin 1（Atg6）复合导致下游Atg因子（Atg1）激活，并启动自噬执行阶段：1。启动，形成吞噬体（隔离膜）。2.吞噬细胞的伸长、生长和闭合，以产生双膜自噬体。3.双膜自噬体成熟为自溶体。膜的伸长和形状由两个蛋白质（和脂质）结合系统控制，在活化和结合级联原理上与泛素化系统相似，但与泛素系统不同。Atg12最初与充当E1活化酶的Atg7结合，然后转移到类E2结合酶Atg10。该中间体将Atg12与Atg5中的Lys残基偶联。Atg5对小鼠的自噬至关重要。Atg5–12结合物稳定在与Atg16的非共价复合物中，充当第二个结合系统的E3酶，触发生长吞噬细胞外膜上的寡聚，并增强LC3-I（Atg8）转化为其C末端脂化物（与PE）形式LC3-II的转化。自噬体闭合后，封闭典型的双膜细胞器，Atg5–12/16和LC3（被Atg4脱脂）从外自噬体膜分离并回收。与内腔膜相关的LC3仍被困在自噬体中，并在成熟过程中降解为自溶体，这涉及自噬体内与晚期内体（LE）、多泡体内体（MVB）和溶酶体细胞器（Lys）的融合，内膜的溶解，成熟的自噬细胞器转化为自溶体。hVPS34与UVRAG和HOPS相互作用，在自噬成熟阶段发挥作用。描述为捕获细胞内细胞器（线粒体）或微生物（如吞噬体内细菌或释放到胞浆中的细菌）的自噬体。

自噬起着多种生理作用。自噬的一个典型生存功能是通过胞质溶胶的自动消化来重新利用细胞自身的细胞质，从而在营养缺乏或生长因子缺乏的时期维持基本的合成代谢功能(2，三). 与促生命功能相反，自噬可以通过与其他类型的细胞死亡（凋亡和坏死）的相互作用，并可能在过度时自行导致细胞死亡(4)称为程序性细胞死亡II型。由于自噬影响所有活细胞，它表现在广泛的健康和疾病状态中，包括衰老、发育、神经退行性疾病，如亨廷顿氏症、阿尔茨海默氏症和帕金森氏症、肌变性和癌症(1，2). 在免疫学的背景下(5)，自噬消除细胞内微生物(6–9)有助于主要组织相容性复合体II类（MHC II）-限制内源性抗原提呈(10–13)，是T辅助因子1（Th1）/Th2细胞极化的效应器(14)，影响B和T细胞的体内平衡和储备选择(15–19)，并通过向内质体Toll样受体（TLR）传递细胞溶质病原体相关分子模式（PAMP）来协助模式识别受体（PRR）(20，21). 它还充当TLR和其他PRR的效应器(22–25).

哺乳动物细胞中的自噬

自噬激活和执行可分为两个阶段：（i）信号传递，通过分子开关诱导或关闭自噬；（ii）形态学上可检测到的执行阶段细分为启动、延长和成熟(图1). 控制自噬的信号系统与以Tor（雷帕霉素靶点）为中心的控制细胞生长和生物量的众所周知的调控级联重叠(26). 相反，自噬的执行阶段取决于许多独特的、专门的自噬因子(2，27，28). 生理信号诱导后（例如饥饿）(2)、药理激动剂（例如雷帕霉素，Tor抑制剂）(2)或免疫刺激物[干扰素-γ（IFN-γ）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）](7，14，29–31)，自噬开始了。首先，它经历起始阶段，由此在细胞质中从起源尚不明确的膜上形成新生的自噬体结构（称为吞噬细胞）(图1). 在伸长阶段，吞噬细胞扩大，包围目标，最后封闭形成自噬体。在最后阶段（成熟），自噬体与溶酶体融合，形成自溶体，即降解室，使两个膜的内部松动，并使捕获的货物暴露于水解酶。

自噬受核心信号通路调节(图1)，有两个标志性分子，Ser/Thr激酶Tor和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）hVPS34及其相互作用的伙伴：（i）Tor是一个细胞生物量哨兵，控制细胞的生物量是增加还是减少。Tor整合生长因子信号(26)，电池的能量状态(32)包括遗传毒性在内的多种应激源(33)和缺氧(34). （ii）III型PI3K hVPS34是一种古老的PI3K，在内膜上生成磷脂酰肌醇3-磷酸，进化上早于常见的I型PI3K，作用于生长因子受体并生成磷脂酰肌醇(三，4，5)质膜上的三磷酸(35). hVPS34脂激酶是众所周知的药物自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3MA）的靶点。在执行阶段，hVPS34在与自噬诱导因子Beclin 1（Atg6）复合物中发挥积极作用(36). 最近的研究已确定Bcl-2(36)由丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）c-Jun N末端激酶（JNK）控制(37)和UVRAG(38)作为两个重要的Beclin 1相互作用伙伴，分别作为自噬抑制剂和激活剂。在自噬的成熟阶段，UVRAG对激活称为HOPS的蛋白质复合物非常重要，特别是其作为Rab7鸟嘌呤核苷酸交换因子的亚单位Vps39，激活鸟苷三磷酸酶（GTPase）并允许溶酶体成分的补充(39).

酵母系统中有关于自噬特异性蛋白（Atgs）的最详细图片(27，28). 大约有十几种酵母Atg因子在哺乳动物中有其直系同源物，强调了基本器官的保护和后生动物对其使用的差异(图2). Tor活性的抑制导致酵母通过Atg1启动自噬，这一作用可能由哺乳动物同源物Ulk1和Ulk2中的一种或两种发挥(40). 两个高度保守的特殊蛋白质结合系统促进了自噬体的形成和在起始和伸长阶段围绕其目标的包裹(图2)Atg5–12/16复合物作用于E3酶（借用泛素系统的名称）(41)并刺激第二个共轭系统，由此Atg8从其自由C末端状态转换为经磷脂酰乙醇胺（PE）共价修饰的C末端脂质形式(图1). 酵母Atg8在哺乳动物中有多个副log，称为LC3A（人类有两个剪接亚型，a和b）、LC3B、GABARAP、GABARSAPL1和GABARAPL2（GATE-16），编码在不同的染色体上，但LC3B和GABALAPL2除外，它们连接在16号染色体（人类）或8号染色体（小鼠）上。出版物中经常提到的LC3是LC3B(图1).

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图2

Th1和Th2细胞因子分别激活和抑制自噬

有关说明，请参见文本。注意，在小鼠中，IFN-γ激活免疫相关GTPase Irgm1（LRG-47）的表达以诱导自噬，而在人类细胞中，IRG因子IRGM的表达独立于IFN-γ，但对于IFN-γ诱导的自噬是必需的。

在其最后成熟阶段，双膜自噬体与晚期内体/溶酶体细胞器融合。有时可以识别出一个中间步骤，即晚期内体（称为多泡体内体）与自噬体融合形成一个中间阶段，称为两性体(42). 最终，所有成熟的自噬体将失去两个双层的内部，并转化为降解的自溶体细胞器，在那里消化隔离的细胞质物质。III型PI3K VPS34在后期内胚体多泡体和溶酶体细胞器的形成中起作用，从而间接促进自噬的最终成熟阶段。最近的一项研究表明，Beclin 1相互作用的伙伴UVRAG也可作为刺激晚期内体途径的因素(39). 这是通过与含有Rab7鸟嘌呤核苷酸交换因子Vps39的HOPS相互作用而发生的(39)，独立于Beclin 1和Beclin 1-UVRAG对自噬启动的调节。

自噬是一种针对细菌、寄生虫和病毒的细胞自主防御机制

含有微生物病原体的细胞中的自噬现象可以追溯到1984年对利克次体中性粒细胞的研究(43). 自噬与微生物之间的关系一直没有明确的定义，直到最近的一项研究表明，自噬是抵抗细菌、原生动物和病毒病原体的先天免疫防御(5，9，12). 一组论文证明了自噬在消除微生物中的作用，例如结核分枝杆菌居住在吞噬体内(7)，细胞内病原体逃逸到胞浆中，例如志贺氏菌(8)如A组链球菌所示，当细胞外病原体侵入宿主细胞内部时(6). 一系列的这些和其他出版物已经确立了自噬在抵抗各种微生物的先天免疫中的作用(6–8，25，31，44–51). 自噬消除细胞内病原体的过程类似于捕获和消化不需要或损坏的细胞内细胞器(图1). 因此，自噬是去除细胞内细菌和原生动物的一种机制，与其作为细胞质清理过程的主要功能相一致。有必要强调的是，在上述研究最近趋于一致之前，自噬被认为是一种副现象或对细胞内病原体有益的过程(52). 这现在可以在病原体进化适应的背景下解释，病原体已经形成了防止自噬的保护机制(53–55)：（i）莱文及其同事(54)已经证明，病毒（HSV-1）可以使用特定的基因产物ICP34.5干扰自噬；（二）佐川及其同事(8)发现志贺氏菌通常避免自噬，但当其胞内运动相关蛋白之一IscB丢失时，会成为自噬消除的底物；（三）布鲁梅尔及其同事(55)已报告李斯特菌属可以利用其形成孔的毒素来驱散质子，从而阻止自噬成熟（自噬途径的一个阶段，依赖于在自噬体中建立低管腔pH值）的完成。这似乎与肝脏肉芽肿持续感染的形成有关。

自噬是Th1/Th2极化的效应物

自噬受免疫相关细胞因子和配体的调节(7，10，14，15，29–31，56–59). TNF-α激活自噬（与Beclin 1水平增加相关），但仅在NF-κB被阻断的情况下，NF-κ的B激活Tor并抵消自噬诱导(30). 细胞介导的免疫调节系统可以诱导自噬，例如CD40L-CD40刺激，以保护机体免受寄生虫侵害弓形虫(31)与CD40-TNF受体相关因子6（TRAF6）刺激下游分泌的TNFα结合(60). 典型关键Th1细胞因子IFN-γ可刺激自噬(7，29，56) (图2). 在一份报告中(13)，作者没有观察到添加IFN-γ后自噬的基础水平增加。自噬诱导可能取决于给定细胞类型、受体表达状态、，在体外自噬的条件和预先存在的背景水平取决于细胞类型并有很大差异；例如，正如施密特所指出的，一些吞噬细胞的自噬基础水平很高等. (13). 此外，在异步培养中，自噬的诱导因细胞而异(61)，所以在解释负面结果时可能需要一些谨慎。

与诱导自噬的Th1细胞因子相反，Th2细胞因子白细胞介素-4（IL-4）和IL-13是自噬拮抗剂(14) (图2). 这部分是基于IL-4和IL-13激活Akt-Tor级联反应(62). 在早期的生化研究中，在任何免疫学背景下，IL-13都被用作自噬的拮抗剂(57，58)并且，与IL-4一起，已经证明可以抑制免疫相关细胞（如巨噬细胞）的自噬(14). 巨噬细胞的IL-4和IL-13治疗抑制饥饿或IFN-γ诱导的分枝杆菌自噬传递到降解室，并提高受感染巨噬细胞中受自噬刺激的分枝杆菌存活率(14). IL-4和IL-13通过共享的IL-4Rα受体发出信号，该受体与γ-共链复合（用于IL-4）或与IL-13Rα1复合（用于IL-13）(63). IL-13也可以通过高亲和力IL-13Rα2发出信号。一旦IL-4和IL-13受体被激活，这不仅会激活信号转导子和转录激活子6（STAT-6）通路，还会通过胰岛素受体底物1（IRS-1）和IRS-2发出信号(63). 通过IRS的信号刺激Akt通路，为IL-4和IL-13抑制饥饿诱导的自噬提供基础(14). 然而，抑制IFN-γ诱导的自噬需要一种不同的信号通路，它独立于Akt，依赖于STAT-6。IL-4和IL-13的抑制作用转化为对细胞内自噬控制的抑制结核分枝杆菌(14). γ干扰素诱导自噬及自噬调控结核分枝杆菌Th1细胞因子刺激后与IL-4和IL-13抑制自噬和抑制结核分枝杆菌Th2细胞因子表明自噬是Th1/Th2极化的效应器，这解释了为什么在控制细胞内病原体时，Th1细胞因子具有保护性，而Th2细胞素具有许可性。此外，哈里斯的研究等结果表明，即使存在Th1细胞因子（IFN-γ），Th2细胞因子（IL-4、IL-13）也会阻断自噬的保护作用。这一发现表明，Th1–Th2极化不一定需要明确定义，因为它很少发生在感染部位，并且当混合细胞因子反应占主导地位时，Th2细胞因子的存在可能会覆盖IFN-γ。

自噬受免疫相关GTPases调节

干扰素-γ如何诱导自噬？已经描述了至少一种连接干扰素-γ和自噬的途径(7，49)：IFN-γ赞助的自噬激活取决于p47免疫相关GTPase（IRG）家族的成员（小鼠中的Irgm1/LRG47和人类中的IRGM）(图2). 在小鼠中，IRG表达的诱导由IFNs控制[通过IFN敏感反应元件（ISRE）的I型IFN或通过γ-IFN活化位点（GAS）元件的IFN-γ](64). IRG因子控制和消除细胞内病原体的机制仍然是个谜，但现在已知包括自噬(48，49). 上的工作结核分枝杆菌导致IRG和小鼠细胞自噬之间的初步联系(7)最近已扩展到控制人体细胞中的分枝杆菌(49)以及消除细胞内弓形虫(48). 干扰素-γ是抗结核免疫的主要相关因素，但干扰素/γ抗分枝杆菌作用的确切性质仍然是一个尚未解决的问题，因为无论是活性氧还是活性氮中间体都无法解释其强大的抗分枝杆菌活性(65). 已经证明IFN-γ通过IRG家族成员Irgm1（LRG-47）发挥作用，以控制结核分枝杆菌小鼠巨噬细胞和小鼠结核病模型(65). Irgm1（以及潜在的其他IRG蛋白）如何反过来限制细胞内病原体一直是个未知数，直到最近与自噬联系起来(48，49). 已经为IRG提议了其他角色(66)例如适当的吞噬体酸化和成熟(65)，直接破坏寄生液泡膜(67)以及感染期间造血干细胞的异常功能(68). 值得注意的是，上述大多数机制与自噬兼容，甚至可以用自噬来解释。

IRG家族(69)鼠标中总共有23个爱尔兰基因：（i）19个干扰素控制的完整基因爱尔兰基因，Irgm1号机组–Irgm3号机组，Irgb1型–Irg6、Irgb8–爱尔兰10在小鼠11号染色体上伊尔加1–Irga4、Irg6–伊尔加8在小鼠18号染色体上。它们是由IRES和GAS元件的组合驱动的，但Irgb5和Irgb9除外，在推测的启动子区域中仅识别出IRES位点。（ii）两个爱尔兰假基因(伊尔加5ψ和爱尔兰7ψ） 与其他伊尔加和爱尔兰基因座。（iii）两个IFN-独立（Irgc）或准GTPase(爱尔兰克朗)小鼠7号染色体上的基因，这些基因与免疫功能无关或未被考虑(69). 鼠IRG，Irgm1号机组，Irgb6、Irgd，Irgm3号机组，Irgm2号、和伊尔加6也可通过其旧名称（在零星鉴定和研究时给出）得知：分别为LRG-47、TGTP、IRG-47、IGTP、GTPI和IIGP1。这些，以及最近增加的小鼠IRG，例如Irgb10(70，71)与对特定细胞内病原体的耐药性有关(64，66).

小鼠异常复杂爱尔兰共和国基因的互补性与人类基因组中IRG的缺乏形成鲜明对比。只有三个IRG公司候选基因：（i）伊拉克革命卫队和IRGQ公司在人类19号染色体上，与小鼠同基因Irgc公司和爱尔兰克朗与豁免权无关，以及（ii）唯一IRGM公司人类5号染色体上的基因，被与小鼠共有的染色体片段包围Irgm公司和伊尔加证明its的染色体位点真诚地基因组与免疫定义的小鼠IRG的关系。此外，人类IRGM的功能特点是在免疫过程中发挥作用(21，49)尽管它是小鼠Irgm蛋白的缩短版（N端和C端截断）。

需要人的IRGM来消除结核分枝杆菌人类巨噬细胞的自噬(49). 此外，IRGM公司已确定(72–74)以及另一个自噬因子Atg16L1(74–76)在全基因组关联研究中，作为克罗恩病（一种常见的炎症性肠病）的遗传风险位点。奇怪的是，人类IRGM公司不受IFN-γ调节，而是由人类内源性逆转录病毒重复元件ERV9的长末端重复序列（LTR）组成性表达。然而，在干扰素-γ、饥饿或雷帕霉素刺激的细胞中，IRGM仍然是完全自噬激活所必需的(图2). 人类细胞中的IRGM和小鼠细胞中的Irgm1（LRG-47）促进自噬的确切机制尚不清楚，目前正在研究中。

自噬是一种为免疫过程提供能量的拓扑反转装置

MHC II驱动的T细胞对胸腺中自我耐受库的选择最近与胸腺上皮细胞的自噬有关(19). 干扰胸腺上皮细胞自噬导致小鼠多器官炎症(19). 这些发现将自噬与胸腺选择联系起来，并将其放在左、右、前和中央，以防止自身免疫。为了消除自我激活的T细胞，胸腺上皮细胞的MHC II分子需要装载细胞质抗原。面对抗原处理和装载细胞器的内腔，MHC II分子如何装载细胞溶质抗原来执行这一过程，以及其他过程，例如内源性抗原提呈？迄今为止最受欢迎的观点是，死细胞或其他释放的抗原被抗原呈递细胞内吞并传递给MHC II。然而，事实证明，自噬可以以一种更加优雅的方式完成这一过程，而不会导致任何细胞死亡。自噬是一种拓扑反转装置(77). 已有文献证明，近50%的自噬体与MHC II抗原装载区合并(13). 自噬体和溶酶体融合后，自噬小体摄取的大量细胞溶质蛋白被输送到抗原处理和MHC II装载区(78–81). 个别蛋白质也可以通过伴侣介导的自噬一个接一个地直接导入溶酶体。因此，免疫细胞利用自噬作为拓扑反转装置，将细胞溶质抗原带入MHC II腔室的腔中(图3).

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图3

自噬作为一种拓扑反转装置为免疫过程提供能量

对于MHC II类限制性内源性抗原提呈，细胞溶质蛋白被自噬体捕获，并被传递到细胞内抗原处理和装载室，以满足腔向MHC II分子。请注意，拓扑倒置是通过将细胞溶质蛋白隔离到自噬体中而发生的，自噬体内的细胞溶质蛋白质现在正对膜内隔间的腔，这使它们与MHC II凹槽位于膜的同一侧。对于微生物产品（例如PAMP）的输送，类似的过程将其隔离到自噬体腔中，并按照上述步骤将PAMP输送到腔定向TLR。

除了胸腺选择和内源性抗原呈递外，自噬在对抗微生物（尤其是病毒）抗原的适应性免疫反应中也发挥作用，如CD4⁺T细胞对Epstein-Barr病毒自噬处理的EBNA1蛋白的反应(10). 值得注意的是：（i）树突状细胞（DC）和其他抗原=呈递细胞（如上皮细胞、B细胞和原代单核细胞衍生细胞）中的组成性巨自噬较高(13); （ii）该过程显示出选择性，某些抗原优于其他抗原（例如，不同的EBNA蛋白对MHC ii呈递的自噬表现出不同的依赖性）(82); （iii）通过将抗原偶联到LC3，可以增强MHC II对所需抗原的呈现(13)在疫苗开发中的潜在用途。

其他免疫-相关过程依赖于自噬作为拓扑逆变装置。细胞溶质PAMP向内腔定位和管腔定向PRR的传递可以通过自噬完成，这一过程类似于向MHC II分子传递细胞溶质抗原(图3). 例如，PRR识别的复制性水疱性口炎病毒（VSV）的细胞溶质中间产物(83)，通过自噬进入内腔，TLR7可以识别病毒单链RNA(20). 这种拓扑倒置对于浆细胞样树突状细胞（pDCs）中有效的病毒识别至关重要，因为这种细胞类型仅依赖于胞内TLR7和TLR9来检测病毒复制中间产物。同样，如果PAMP位于胞浆中，并且相应的PRR（例如TLR7）朝向内胚腔，则PAMP和PRR只能在自噬捕获胞浆和PAMP并将PAMP输送至内胚腔后才能相遇(20)，在与上述内源性抗原呈现等效的拓扑反转过程中。另一个相关的观察结果是，自噬促进协同B细胞受体（BCR）和TLR9从细胞内自噬小室发出信号，其中BCR和TLR8合作实现最佳MAPK信号(21). 这对系统性自身免疫性疾病中含DNA抗原的自身抗体的产生具有重要意义。

在上述情况下，自噬帮助TLR与同源配体相遇(20，21). 然而，天然免疫中自噬和PRR信号之间的关系并不会随着PAMP向内质体TLR的传递而停止，将在下一节中介绍。此外，自噬（可能是在PAMP-PRR或其他类型的刺激之后）可以通过将细胞溶质底物捕获到自噬体的腔中，通过自噬产生独特的抗菌产物。关于泛素的这一点已有详细的记录(102)从细胞溶质中捕获，并在自噬细胞器中蛋白水解加工成泛素片段，有助于杀死和消除结核分枝杆菌在巨噬细胞中(102). 泛素片段是一个鲜为人知的事实(84)、泛素（一种罕见的加工核糖体蛋白S30，与泛素同源）和核糖体多肽S19和L30（从结肠上皮细胞肠道细菌中分离）具有抗菌活性(85). 在自噬的背景下，消化的泛素的抗菌特性可以在自噬菌体中发挥作用(102). 探索核糖体蛋白质[核糖体]是否是常见的自噬底物将是一个有趣的问题(86)]由于两种自噬因子之间的联系，可能在肠上皮的先天免疫防御中发挥作用(附件16L和IRGM公司)发现了克罗恩病的易感因素(72–76).

自噬是TLR信号的效应器

先天免疫系统负责早期检测和消除入侵微生物，并调节适应性免疫反应(87，88). 它通过特定的PRR感知微生物的存在，原则上由下游信号的识别域和蛋白-蛋白质相互作用域组成。PRR有三大类：TLR、维甲酸诱导基因I（RIG-I）样解旋酶受体（RLR）和核苷酸结合和寡聚化域（NOD）样受体（NLR）(89). 为了启动免疫反应，PRR识别PAMP并诱导大量促炎细胞因子作为一种广为人知的输出。PRR刺激输出的一个新增加是最近描述的TLR刺激下游自噬诱导(20，22–24) (图4). 在本节中，我们回顾了迄今为止在PRR信号和自噬之间建立的联系。

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图4

自噬是TLR信号的下游效应器

LPS通过激活TLR4/TRIF途径诱导巨噬细胞自噬。Zymosan诱导自噬，此外还可能诱导LC3易位到吞噬体（直接或通过与LC3阳性自噬细胞器的快速融合介导）。TLR3（或RIG-I/MDA5）可在识别双链RNA（dsRNA）后激活自噬。TLR7（和TLR8，未显示）诱导自噬。在病毒感染中，病毒RNA由TLR7（内吞ssRNA）或RIG-I（短dsRNA或3′-三磷酸ssRNA）识别。在巨噬细胞中，TLR7配体诱导自噬，激活TLR7/MyD88通路。在大多数细胞中，但在pDC中，RIG-I检测到的病毒配体诱导了IPS-1通路（IPS-1与线粒体相关）。作为一种潜在的负反馈，Atg5–Atg12结合物抑制这一途径。在pDCs中，组成性自噬将TLR7配体从胞浆传递到含有TLR7的腔室。

TLR是最具特征的PRR之一。TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6主要位于细胞表面，主要识别细菌成分，TLR3、TLR7、TLR8和TLR9主要位于内吞室，主要识别病毒产物(90). 在识别了病原衍生成分后，单个TLR通过招募四个Toll-IL-1受体（TIR）域包含的适配器分子的不同组合触发不同的反应：髓样分化初级反应蛋白88（MyD88），除TLR3外，所有TLR都使用它；TIR域包含适配器蛋白（TIRAP）或MyD88类适配器蛋白（MAL），TLR2和TLR4将其用作招募MyD88的桥梁；由TLR3和TLR4使用的TIR域适配器诱导IFN-β（TRIF）或TIR域包含适配器分子1（TICAM-1）；和TRIF相关适配器分子（TRAM）或TICAM-2，仅TLR4用于与TRIF相互作用(20，91，92). 一些TLR仅以MyD88依赖方式（TLR1、TLR2、TLR5、TLR6、TLR7、TLR8和TLR 9）发出信号，而TLR3仅以MyD 88依赖方式发出信号（通过使用TRIF）。MyD88依赖性和独立性通路的TLR4信号（通过使用TRIF/TRAM）；这种双重性的原因最近已经被揭示出来，TLR4是以一种连续的方式进行的，TIRAP-MyD88途径被TLR4在质膜上激活，而TRAM-TRIF途径是从早期内体激活的(93). 这些信号级联激活转录因子核因子κB（NF-κB）和激活蛋白-1（AP-1），这是所有TLR共有的，导致炎症细胞因子和趋化因子的产生(90). TLR3、TLR4、TLR7、TLR8和TLR9还激活IFN调节因子3（IRF3）和/或IRF7，导致产生I型IFN（IFN-α和IFN-β）(90). I型干扰素可在大多数细胞中诱导抗病毒状态(90). 其他细胞因子和趋化因子通过招募和激活各种先天免疫细胞（如单核细胞、中性粒细胞和自然杀伤细胞）来启动和放大炎症反应(90).

最近已经证明，用它们的同源配体刺激许多TLR会激活自噬，作为一种能够直接消除细胞内病原体的防御机制(22–24). 由于自噬作为一种效应机制具有直接的抗菌作用(22，24)它不同于通常需要发生多个下游事件的其他PRR输出。因此，自噬可以被视为一种真正的蓝领工人，它可以消除微生物，其简单性在其他复杂的炎症过程中是罕见的。TLR4配体脂多糖（LPS）能够诱导小鼠RAW264.7巨噬细胞样细胞（RAW）的自噬。三个不同组的报告表明，LPS刺激后，细胞质LC3从弥散分布变为间断分布（表明自噬体形成）(22–24). LPS还增加了免疫印迹法检测到的RAW巨噬细胞和小鼠原代骨髓巨噬细胞（BMM）中LC3（LC3-II）的脂化形式的数量(22，24). 据电子显微镜（EM）监测，LPS处理后RAW细胞的双膜空泡增加(22). LPS刺激后，通过免疫荧光在人肺泡巨噬细胞中观察到LC3的点状分布，这是自噬体形成的标志(22). Xu报道了LPS诱导自噬等. (22)依赖于TLR4、TRIF、RIP1和p38 MAPK，但独立于MyD88。Xu及其同事还表明，LPS增加了hVPS34与细胞膜的关联，以及LRG47（Irgm1）的诱导表达，这两者都与自噬诱导有关(7，49). 同一组报告LPS诱导了结核分枝杆菌在自噬体中。

小鼠TLR7的两种不同配体在RAW、J774巨噬细胞样细胞和BMM中诱导自噬，尽管后者的自噬不太强烈(24). 经典TLR7配体单链RNA（ssRNA）诱导LC3点形成、LC3-I到LC3-II的转化，以及EM检测和定量的晚期自噬体轮廓（自溶体）的形成(24). 在Bafilomycin A1的存在下，在ssRNA刺激后30分钟即可检测到LC3-II的转化（通过自噬通量抑制LC3-II降解）(24). 另一种小鼠TLR7配体Imiquimod诱导LC3点形成(23，24)并增加RAW巨噬细胞中长寿蛋白的蛋白水解(24). 两种TLR7配体都能诱导转基因敲除GFP-LC3小鼠初级巨噬细胞中绿色荧光蛋白（GFP）-LC3点的形成(24). TLR7配体诱导的自噬依赖于Beclin 1、TLR7和MyD88(24). TLR7配体对自噬的人工激活（TLR7与分枝杆菌感染无关）可以诱导细胞内分枝杆菌的死亡(24)与饥饿、雷帕霉素或LRG47（Irgm1）过度表达诱导的自噬无明显区别(7，49，94). 小干扰RNA（siRNA）敲除实验显示，TLR7刺激诱导的分枝杆菌杀伤依赖于MyD88、Beclin 1和Atg5(24). 感染人类免疫缺陷病毒（HIV）后，可以检测到人类细胞中的自噬诱导，该病毒通常会导致TLR7/8激活。这已通过感染HIV的HeLa细胞中的LC3-II转化检测到，并在用siRNA敲除TLR8后被废除(24). 上述研究表明，自噬是TLR信号的一种潜在的高度相关的生理输出。自噬背景下的TLR信号可能依赖于细胞类型。例如，pDC感染VSV后没有可检测到的自噬增加(20). 然而，这可归因于DC的高基线自噬水平(13). 虽然这个问题需要实验解决，但自噬确实在pDC的TLR信号传导中发挥作用，因为它可以将病毒TLR7配体传递到内质体TLR7（拓扑反转过程中）(20).

另一种TLR配体，双链RNA（dsRNA）可以诱导自噬(24). TLR3可以用天然dsRNA或其合成类似物聚肌苷多囊酸（polyI:C）激活。PolyI:C可以诱导自噬，这可以通过GFP-LC3点形成和RAW细胞中长寿命蛋白质的蛋白水解增加以及BMM中LC3-II转化检测到(24). 然而，由于polyI:C也能激活黑色素瘤分化相关基因5（MDA5），因此在这些实验中没有证明TLR3的唯一作用(89). 关于TLR9和CpG存在一些争议。一项研究报告称，CpG不能诱导RAW细胞自噬(24). CpG没有诱导GFP-LC3点形成（在存在或不存在自噬蛋白酶抑制剂E-64d和PepstatinA的情况下），没有LC3-II转化，没有增加稳定蛋白的蛋白水解，而且没有杀死细胞内的卡介苗-Guérin(24). 三娟及其同事(23)报告了相反的结果，显示在与CpG孵育3小时后，在RAW264.7细胞中形成GFP-LC3点状。需要额外的工作来解决这一差异。此外，一些TLR可能需要组合刺激。例如，帕姆并没有诱导自噬_三CSK公司₄或者Pam写的₂CSK公司₄（分别为TLR1/TLR2和TLR2/TLR6的配体），但它受到酵母细胞壁颗粒（酵母多糖）的强烈诱导(24)，结合TLR2/TLR6和dectin-1，β-葡聚糖（真菌细胞壁成分）的凝集素受体(90，95). GFP-LC3点状构造证明了这一点(24)并通过LC3-I到LC3-II的转换(23). GFP-LC3易位对酵母多糖的反应是TLR2依赖性的，但MyD88是独立的，因此很难将其解释为TLR2依赖的过程(23).

还有兴趣，桑娟等. (23)据报道，自噬标记物LC3-II被征集到吞噬体膜上，并指出这些膜并不像传统自噬体预期的那样是双层膜(23). LC3-II不在双层膜上，这一点也许很有趣，但意义不大，因为即使在双层膜中真诚地自噬体LC3-II仅被招募到单个膜双层。事实上，正是自噬细胞器的整体微观形态使它们看起来（非常短暂）像“双层膜”。然而，LC3-II是否能以生理相关的方式被吸收到自噬体以外的细胞膜上，或吞噬体[在拓扑上可被视为吞噬外部空间的自噬等价物(96)]与自噬机制有特殊关系。另一种解释是，可以刺激TLRs的颗粒物质的吞噬作用可能会向细胞发送危险信号，以加速其降解功能，从而可能在单个过程中或在所使用的方法难以解决的快速连接序列中压缩吞噬作用和自噬。

TLR下游的信号传递和自噬诱导

导致TLR刺激下游自噬激活的信号通路尚待确定。目前的信息基于一项最新的研究(97)表明TLR依赖性自噬诱导可能涉及TRIF或MyD88依赖性Beclin 1的募集。石和同事(97)显示MyD88和TRIF与Beclin 1（一种关键的自噬调节因子）共同免疫沉淀。TLR信号导致含有MyD88和TRIF的蛋白质复合物中Beclin 1的存在增加，最重要的是，减少了Beclin 1-Bcl-2的结合(97). 鉴于Bcl-2-Beclin 1相互作用的破坏是自噬诱导的关键(98)Shi等人的观察结果显示，在破译TLR如何诱导自噬方面非常有希望。上述发现表明，一个共同的信号通路导致TLR4和TLR7下游的自噬诱导，但最初的报告显示TRIF或MyD88可能参与自噬刺激，但并非两者都参与：LPS诱导需要TLR4下游的TRIF，而ssRNA和咪喹莫特通过TLR7作用，使用MyD88诱导自噬(22，24).

TLR4和TLR7均刺激I型干扰素的诱导。然而，Delgado在研究中刺激4小时后等. (24)经LPS处理的RAW264.7巨噬细胞分泌IFN-β，但未经ssRNA处理，表明I型IFN不太可能是自噬的关键诱导物。与这一发现一致，据报道，I型干扰素不会诱导RAW264.7巨噬细胞的自噬(7). 大多数TLR信号通路确实激活NF-κB和MAPK，并且这两种输出都影响自噬：NFκB是自噬的负调控因子(30)而不同的MAPK对自噬有不同的影响。细胞外信号调节激酶（ERK）和p38激活影响自噬的成熟步骤，分别起到积极和消极作用(99，100). p38可以激活NADPH氧化酶产生活性氧（ROS）(101)，和ROS已知在自噬诱导中发挥作用(30，102). 另一种MAK，JNK，通过磷酸化Bcl-2，从而从与Bcl-2的抑制性复合物中释放Beclin 1，在激活自噬中具有明显的积极作用(37). 由于所有TLR都诱导MAPK和NF-κB，自噬反应很可能取决于激活途径的性质、强度、时间和持续时间。

自噬和其他PRR

钻机-I(图4)和MDA5是细胞质PRR，统称为RLR。RLR可以检测细胞溶质病毒RNA，诱导感染细胞产生IFN-α/β(68). RLR通过与IFN启动子刺激因子-1（IPS-1）适配器蛋白[也称为线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）、病毒诱导信号适配器（VISA）或CARD适配器诱导IFN-γ（Cardif）]的同型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活和募集域（CARD）相互作用进行信号传递(103–105). 有趣的是，IPS-1将RIG-I和MDA5招募到线粒体的外膜，形成一种大分子复合物，用于激活下游信号(106). 目前，虽然Jounai和他的同事们没有报道通过RIG-I或MDA5激活诱导自噬(107)据报道，VSV（一种产生5′-三磷酸核糖核酸的病毒）感染可诱导小鼠胚胎成纤维细胞自噬，增加了RIG-I直接参与自噬诱导的可能性。同一研究组还报道了自噬蛋白作为先天性抗病毒免疫反应抑制剂的非标准作用：Atg5–Atg12结合物是自噬的关键调节因子，通过CARD结构域与RIG-I和IPS-1直接相关，负调控IPS-1介导的信号通路并抑制I型干扰素的产生(107).

另一类细胞内PRR被称为NLR，其特征是存在保守的NOD结构域，代表PRR的最大家族(108). NLR通常有三个不同的结构域：一个C末端结构域，介导自抑制和配体传感；核苷酸结合和自寡聚所需的中间NOD结构域；和一个N末端效应域，介导启动下游信号的蛋白-蛋白质相互作用(108). 虽然许多受体的配体和功能尚不清楚，但它们的主要作用之一是识别细胞质微生物PAMP和/或内源性危险信号，启动免疫反应(108). 目前还没有报告显示NLR影响自噬，尽管NLR在识别细胞溶质微生物产物方面处于理想状态。这种定位以及克罗恩病与两种NOD2之间的关联(108)和自噬调节器Atg16(74–76)和IRGM(72–74)建议我们将来可以看到一些联系。此外，最近对果蝇的研究(25)研究表明，识别二氨基阿片酸型肽聚糖的细胞溶质PRR、PGRP-LE可诱导自噬，并且自噬可保护苍蝇免受单核细胞增多性李斯特菌感染。在自噬-PRR关系的另一面，武下和同事(109)在最近的论文中宣布，Atg5与caspase-1和NOD1 CARD域相互作用。如果这可以通过实验证明，它将反映Atg5–Atg12、IPS-1和RIG-1之间的关系。预计将出现更多关于RLR、NLR和自噬之间关系的信息。

连接自噬、线粒体和先天免疫调节器的模型

免疫和自噬之间的联系正在以快速的速度被解开，这要求我们尝试理解自噬的整体位置维斯-à-维斯其他先天性和适应性免疫系统。自噬只是最近被纳入先天免疫领域的一个外围过程吗？或者，它可能处于先天免疫的中心位置？我们提出了一个模型(图5)与后一种可能性相一致。在这个模型中，我们假设自噬可能是早期真核细胞对微生物的最初细胞自主防御。我们设想，一种类似立克次体的α-原杆菌，被认为是线粒体的祖先，最初会被自噬以及其他侵入早期前真核细胞细胞质的微生物所消灭。这种古老的关系可能在进化上得以保留，并反映在今天细胞通过自噬自动消除细胞内病原体的过程中(6–8，25，31，44–51). 在与线粒体建立共生关系后，这些细胞器仍然是自噬消除（线粒体自噬）的底物(110，111)达到可以导致线粒体消除的程度(112，113)有时被称为有丝分裂(114). 线粒体是主要的自噬靶点，这一过程可能会变得过度，导致细胞死亡，即有丝分裂细胞死亡(115). 更常见的是，清除受损或功能失调的线粒体在所有细胞中始终处于低水平(110)以免线粒体泄漏导致宿主细胞非计划性死亡或其他损害（例如通过过度活性氧生成）(116). 我们进一步设想，在这种原始关系的背景下，免疫调节层可能在进化过程中重叠。这可能反映在最近发现的TLR依赖性自噬诱导中(22–25)RLR信号网络的线粒体定位(88). 在脊椎动物中，p47 GTPases(117)作为自噬的额外调节器添加到系统中(7，48，49)其次是T细胞亚群产生的高级细胞因子网络(7，14). 我们认为，尽管是推测性的，但该模型可以作为有用讨论和生成可测试假设的起点。

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图5

自噬和免疫调节系统之间的相互作用模型以进化时间表表示

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