胞内感染病原体与细胞自噬相互作用的研究进展

1、胞内感染病原体与细胞自噬相互作用的研究进展         11-03-25 11:43:00     作者：王琦,苏舒,王立新     编辑：studa20【摘要】  细胞自噬是普遍存在于真核细胞中的细胞生物学行为,其主要作用是清除或降解细胞内受损伤的细胞结构、衰老的细胞器以及不再需要的生物大分子等,同时也为细胞内细胞器的构建或细胞结构的再循环提供原料。自噬作用在生物体生长发育、细胞分化及对环境应激的应答方面极为关键。在胞内

2、感染细菌和病毒感染宿主细胞的过程中,自噬一方面能促进感染细胞对病原体的清除,另一方面,胞内感染病原体通过某些机制逃避细胞的自噬作用,与胞内感染的致病机制有关。作者对近期关于胞内感染的病原体与细胞自噬的相互作用的研究作一综述。 【关键词】  自噬； 胞内感染细菌； 病毒； 致病机制； 综述Abstract Autophagy is a common biological phenomenon in eukaryotic cells.The main function of autophagy is eliminating the injured cellular composition

3、, aged cellular organs, giant molecule,and degradation of a cells own components.In the mean time autophagy provide materials for the construction of intracellular organs,which is called recycling of cellular composition.Autophagy plays an essential role in cell growth,differentiation and environmen

4、tal stress.Autophagy enhance the eliminating of the intracellular pathogen,on the other hand the intracellular pathogens escape the autophagy.The interaction between them is related to the pathological mechanisms.This review mainly focuses on the current research of the mechanism of interaction betw

5、een intracellular pathogen and autophagyKey words autophagy； intracellular bacteria； virus； pathological mechanisms; review    自噬性细胞死亡的现象早在20世纪60年代就已被发现,它是指细胞内的溶酶体降解自身细胞器和其他大分子的过程。当细胞在缺乏营养或发生应激反应时,可发生细胞自噬现象(autophagy)。细胞开始自噬时,细胞质中形成大量由双层膜包裹着的待降解物质的泡状结构,称自噬小体(autophagosome),随后,自噬小体与溶酶体

6、发生融合形成自噬溶酶体,自噬泡所包裹着的待降解物质在溶酶体所含酶的作用下分解成氨基酸和核苷酸等,并进入三羧酸循环,产生小分子和能量(ATP),再被细胞所利用。因此,长期以来细胞自噬被认为是细胞的自救行为,溶酶体参与其中的全过程。自噬在生理过程的作用大体可以分为3种：参与细胞的发育和分化过程；营养缺乏时产生氨基酸；清除不需要的和损伤的细胞器与分子1。    近来研究发现,细胞自噬在胞内感染性病原体的防御机制方面也发挥重要作用。一方面,胞内感染性细菌和病毒在逃脱非吞噬细胞的内吞体后,可被自噬体内化、降解,从而促进细胞对胞内感染的病原体的清除2；另一方面,胞内感染病原体

7、通过某些机制逃避宿主细胞的自噬,与胞内感染性病原体的致病机制有关3-8。    1  胞内感染性细菌与细胞自噬    最近研究表明,细胞自噬是对抗胞内细菌感染最有效的武器,通常情况下,胞内细菌被宿主细胞内吞后进入胞浆,宿主细胞会启动自噬途径,自噬小体将其包裹,并运送到溶酶体中降解。    目前认为,胞内感染性细菌的致病机制可能与病原体入侵细胞后干扰细胞的自噬过程有关：干扰自噬体与溶酶体的融合避免被降解；通过分泌某种蛋白延缓自噬体向自噬溶酶体的转变从而停留在自噬体样结构的囊泡中复制；在免疫系统的巨

8、噬细胞中分泌的蛋白促进自噬体样结构的形成；或者干扰自噬体的成熟,促进自身的存活。    结核分枝杆菌是一种胞内感染病原体,其致病机制可能与干扰自噬体与溶酶体的融合、抑制自噬途径使得自噬体中的结核分枝杆菌不被降解等有关。Gutierrez等3发现,采用饥饿或雷帕霉素(rapamycin)上调宿主细胞的自噬时,结核杆菌会被转运到感染细胞的溶酶体中降解,雷帕霉素的药理刺激使得吞噬小体的生成聚集从而促进自噬。同时发现,自噬相关基因产物Beclin1刺激吞噬小体的聚集,Beclin1是hVPS34PI3K(人类空泡蛋白34磷脂酰肌醇3激酶)复合体上的促进自噬的亚基,含有结核

9、分枝杆菌的吞噬体与Beclin1相连接,促进含菌空泡体的发生自噬,从而使得结核杆菌减少。LC3(微管相关蛋白轻链3)是唯一被发现的自噬体特征性标记,定位在自噬体的双层膜上。Gutierrez等3还发现,加入IFN不仅使巨噬细胞的LC3含量发生变化,而且结核杆菌与LC3发生共同定位现象,自噬的诱导使得胞内生存的成熟结核杆菌减少,该共同定位现象能被自噬阻断剂(3MA,wortmannin)所拮抗,提示IFN抗结核菌的效应可能与诱导巨噬细胞产生自噬有关。Jagannath等4也发现,用野生型结核分支杆菌减毒菌株或卡介苗(BCG)干预的小鼠,在雷帕霉素诱导的自噬作用下,抗原呈递细胞表达抗原Ag85B明

10、显增强,雷帕霉素还使得结核分支杆菌局限在感染细胞的自噬小体和溶酶体中。    Ogawa等5报道,志贺杆菌(Shigella Flexneri)通过型分泌系统(the type secretion system,TTSS)所分泌的蛋白IcsB(志贺杆菌质粒编码的蛋白,定位在细菌表面)逃避宿主细胞的自噬；作者采用MDCK细胞(狗肾上皮细胞)作为志贺杆菌的感染模型,研究发现,感染6 h后,野生型志贺杆菌的IcsB与自噬小体标记LC3共同定位率只有10%15%,而突变型贺杆菌的icsB与自噬小体标记LC3共同定位率上升至50%。在缺乏氨基酸的饥饿条件下感染1 h,野生型

11、志贺杆菌和突变型贺杆菌(icsB)与自噬小体标记LC3共同定位率均有所增加(野生型志贺杆菌10%16%；突变型贺杆菌23%36%)；而采用自噬抑制剂(如3MA,Wortmannin)干预时,野生型志贺杆菌和突变型贺杆菌(icsB)与自噬小体标记LC3共同定位率均明显减少,该现象提示志贺杆菌表面的IcsB蛋白与野生型志贺杆菌逃避宿主细胞的自噬作用有关。VirG蛋白(志贺杆菌Vir基因编码,参与肌动蛋白有关的细胞内运动)作为一种细菌靶分子,宿主细胞的自噬相关蛋白Atg5能与VirG蛋白特异性结合,从而诱导细胞自噬。进一步研究显示,IcsB并不直接抑制自噬,而是封闭或阻断Atg5与VirG的特异性结

12、合,进而间接地阻断自噬体包裹志贺杆菌,引起志贺杆菌的细胞内感染5。    沙门菌(Salmonella)和军团菌都可以利用分泌系统影响自噬途径。细菌分泌的蛋白可以促进自噬体样结构的形成,或者干扰自噬体的成熟,促进自身的存活。沙门菌可以引起巨噬细胞的程序性细胞死亡,促进自噬体样结构的形成,这个过程是依赖于型蛋白分泌系统。SipB是一种具有膜融合作用的蛋白质,它通过型蛋白分泌系统被送到宿主细胞中。沙门菌表达SipB时,能形成独特的、洋葱样的膜结构,该膜结构包含了线粒体和内质网,从而使细胞缺乏能量供应,细胞发生程序性死亡。而这种程序性死亡既有型程序性死亡的特征(如染色质

13、及DNA的破坏),又有型程序性死亡即自噬的特征(如不需要启动凋亡基因的活化),而在沙门菌感染巨噬细胞时,SipB可以在肿胀的线粒体中发现。沙门菌感染的巨噬细胞可以出现自噬小泡的聚集,由此可以推测沙门菌通过SipB分裂线粒体引发自噬活动,从而造成巨噬细胞的死亡6。    而嗜肺军团菌逃避溶酶体的融合、在胞内的复制以及宿主细胞的溶解是依赖dot/icm基因复合体编码出的型分泌系统,空泡小体包裹嗜肺军团菌的过程比典型的自噬体包裹过程要慢,它还通过型分泌系统释放阻碍吞噬小泡成熟的因子,使溶酶体酶的作用延迟。自噬体和包裹嗜肺军团菌的吞噬小泡在最后阶段都需要溶酶体的特性,如LAMP1(溶酶体联合膜蛋白1)、组织蛋白酶D、pH呈酸性等,但在成熟过程中,一部分的吞噬小体在特定自噬的标志(如Atg7,LC3等)下发生聚集。对于嗜肺军团菌感染过程的分析表明,细胞内的分泌途径对自噬途径有很大影响7。    近来研究发现,幽门螺旋杆菌的感染会诱发巨噬细胞产生自噬小体,并且在其中进行复制,部分台湾临床菌株可在巨噬细胞中的双层膜结构中进行复制,自噬小体的形成与幽门螺杆菌的复制呈相关关系。如采用雷帕霉素(自噬的诱导剂)上调细胞的自噬水平,幽