魚類細(xì)胞自噬與炎癥反應(yīng)：自噬是魚的先天抗病毒反應(yīng)和防御機(jī)制（下）

4、魚類病原感染與炎癥反應(yīng)

除了細(xì)胞自噬外，炎癥反應(yīng)也是先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，參與了防御和清除入侵細(xì)胞的病原體。炎癥反應(yīng)是機(jī)體遭受創(chuàng)傷、感染等外源性及內(nèi)源性刺激后的一種防御性反應(yīng)，可通過激活先天性免疫和獲得性免疫應(yīng)答恢復(fù)機(jī)體的動態(tài)平衡，適度的炎癥反應(yīng)是清除病原體的必要條件，然而，過度的炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致各種疾病，例如敗血性休克、過敏和代謝紊亂等。對于低等脊椎動物魚類而言，先天性免疫在其抵抗病原感染中發(fā)揮著重要作用。炎癥反應(yīng)是魚類對病原體入侵的積極免疫響應(yīng)，可阻止病原感染或清除體內(nèi)病原；但過度的炎癥反應(yīng)可引起炎癥風(fēng)暴，誘發(fā)凋亡、焦亡和壞死等病變。

當(dāng)機(jī)體受到病原感染時(shí)，病原相關(guān)分子模式可通過細(xì)胞膜上Ｔｏｌｌ 樣受體激活下游核轉(zhuǎn)錄因子ｋａｐｐａＢ信號通路，進(jìn)而表達(dá)ＩＬ?１β、腫瘤壞死因子?α等促炎細(xì)胞因子，而這些因子常被用于評估炎癥反應(yīng)程度。傳染性胰腺壞死病毒是一種高度傳染性的急性病毒，可在養(yǎng)殖魚類中產(chǎn)生全身性感染和高死亡率，且在感染后存活的魚類中發(fā)生再感染。Ｒｅｙｅｓ?Ｃｅｒｐａ等人發(fā)現(xiàn)，虹鱒感染ＩＰＮＶ后，炎癥因子的表達(dá)在急性和再感染的組織中存在差異：促炎細(xì)胞因子ＩＬ?１β 和ＩＬ?８在急性感染的魚組織中高表達(dá)，而在再感染的魚組織中無表達(dá)變化；抗炎細(xì)胞因子高表達(dá)可能會抑制抗體產(chǎn)生，導(dǎo)致病毒再感染。在細(xì)菌感染與炎癥研究方面，遲緩愛德華氏菌感染斑馬魚，導(dǎo)致胚胎和成魚中ＩＬ?１β及ＴＮＦ?α的表達(dá)水平顯著上調(diào)。嗜水氣單胞菌感染誘導(dǎo)的草魚腸道炎癥反應(yīng)與促炎細(xì)胞因子ＩＬ?１β、ＩＬ?８和ＴＮＦ?α的表達(dá)以及髓過氧化物酶的活性密切相關(guān)。此外，白細(xì)胞介素?１２受體β２在哺乳動物和其它高等脊椎動物炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，草魚ＩＬ?１２Ｒβ２也參與調(diào)節(jié)由嗜水氣單胞菌誘導(dǎo)的腸道炎癥。

炎癥小體作為天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分，是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控器。適當(dāng)?shù)难装Y小體激活對于宿主應(yīng)對外來病原體及組織損傷至關(guān)重要。炎癥小體能夠識別ＰＡＭＰｓ及損傷相關(guān)分子模式，從而調(diào)節(jié)胱天蛋白酶１的激活并誘導(dǎo)ＩＬ?１β、ＩＬ?１８等炎癥因子的成熟和分泌，進(jìn)而抵御感染。在哺乳動物中，目前已確定的炎癥小體，包括ＮＬＲＰ１、ＮＬＲＰ３、ＮＬＲＣ４和ＡＩＭ２炎癥小體。它們可以招募凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白作為銜接蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)胱天蛋白酶１的激活，將促炎細(xì)胞因子ＩＬ?１β和ＩＬ?１８裂解成具有生物活性的形式。

近年來，魚類炎癥小體在抗菌和調(diào)控炎癥反應(yīng)方面的功能逐漸被揭示。斑馬魚感染模型的研究表明，ｃａｓｐｙ２（ｃａｓｐａｓｅ／４／５／１１的同源物） 可啟動非典型炎癥小體的激活，其在清除體內(nèi)細(xì)菌、緩解腸道炎癥中發(fā)揮重要作用。Ｃｈｅｎ等人發(fā)現(xiàn)，ＮＬＲＰ３是牙鲆炎癥小體途徑的胞質(zhì)受體，在體內(nèi)抑制殺魚愛德華氏菌感染中發(fā)揮重要功能。在斑馬魚中，ＮＬＲＰ３通過ＧａｓｄｅｒｍｉｎＥ介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的加工和分泌。在哺乳動物中，越來越多的研究表明，ＡＳＣ與抗感染及免疫反應(yīng)有關(guān)。在魚類中，Ｌｉ等人報(bào)道了斑馬魚中ＡＳＣ的單體結(jié)構(gòu)和功能，揭示ＡＳＣ?ＰＹＤ為低等脊椎動物炎癥小體組裝中同源ＰＹＤ和異源ＰＹＤ的關(guān)聯(lián)提供了平 臺。Ｗａｎｇ等人從大菱鲆中克隆了大菱鲆ＳｍＡＳＣ全長，通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，ＳｍＡＳＣ與硬骨魚中的ＡＳＣ具有較高的同一性，并揭示了ＳｍＡＳＣ在大菱鲆的免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在日本青鳉中，ＡＳＣ可通過誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞死亡來清除嗜水氣單胞菌，在抵御嗜水氣單胞菌感染中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。此外，斑馬魚Ｎｏｄ樣受體蛋白 １（ｎｏｄ?ｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｐｒｏｔｅｉｎ１，ＮＬＲＰ１）通過觸發(fā)經(jīng)典炎癥小體的形成，在體內(nèi)抗菌性先天免疫中發(fā)揮重要功能。魚類炎癥小體的功能及機(jī)制研究主要側(cè)重于斑馬魚，而針對于經(jīng)濟(jì)魚類炎癥小體的研究仍比較匱乏，需要更多的關(guān)注和研究。

5、細(xì)胞自噬與炎癥反應(yīng)的平衡

自噬和炎癥反應(yīng)是先天性免疫的兩個(gè)重要組成部分，兩者間的相互作用及平衡對于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。但功能失調(diào)的細(xì)胞自噬通常會導(dǎo)致由感染引發(fā)的過度炎癥反應(yīng)，從而對宿主產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害。目前的研究表明，自噬對于炎癥的調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)在抗炎方面：自噬可通過抑制促炎細(xì)胞因子的分泌、限制炎癥小體的激活等方式發(fā)揮抗炎功能。以往的大多數(shù)研究都集中在自噬在炎癥調(diào)節(jié)中的作用，但越來越多的研究表明，感染期間炎癥信號的傳導(dǎo)也能調(diào)節(jié)自噬的不同階段。

細(xì)菌和病毒感染過程中，自噬和炎癥的相互作用關(guān)系見上面Ｆｉｇ．１ 所示。

5.１自噬可抑制促炎細(xì)胞因子的分泌

最早發(fā)現(xiàn)自噬具有抗炎作用是在Ａｔｇ１６Ｌ１的研究中：作為自噬發(fā)生的核心成員之一，Ａｔｇ１６Ｌ１促進(jìn)Ａｔｇ１２?Ａｔｇ５結(jié)合物對隔離膜的招募；在Ａｔｇ１６Ｌ１基因缺陷的巨噬細(xì)胞中， 應(yīng)對脂 多糖刺激時(shí)，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量炎癥因子ＩＬ?１β和ＩＬ?１８。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，其它自噬相關(guān)基因例如Ａｔｇ５等的缺失，也可提高炎癥因子的分泌，例如敲除Ａｔｇ５后的細(xì)胞受ＬＰＳ刺激時(shí)，促炎細(xì)胞因子水平顯著上調(diào)。此外，一些調(diào)控自噬體形成的化學(xué)藥物也反映出自噬具有一定的抗炎作用：受ＬＰＳ或ＡＴＰ刺激時(shí)，自噬抑制劑３?甲基腺嘌呤處理會增加炎癥小體的激活，促進(jìn)ＩＬ?１β和ＩＬ?１８分泌；反之，自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素處理或者氨基酸缺乏，可以限制炎癥小體的激活，抑制ＩＬ?１β的釋放。

5.２自噬通過限制炎癥小體的激活發(fā)揮抗炎作用

自噬通過降解炎癥小體的組分、去除由病原體感染引起的受損細(xì)胞器及其釋放的活性氧（ＲＯＳ）來限制炎癥小體的激活，從而發(fā)揮抗炎作用 。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，自噬調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)三結(jié)構(gòu)域蛋白家族２０（ｔｒｉｐａｒ?ｔｉｔｅｍｏｔｉｆ２０，ＴＲＩＭ２０）和免疫相關(guān)的ＧＴＰ酶家族Ｍ（ｉｍｍｕｎｉｔｙ?ｒｅｌａｔｅｄＧＴＰａｓｅｆａｍｉｌｙ Ｍ，ＩＲＧＭ）可直接與炎癥小體的組分相互作用，阻礙它們組裝，同時(shí)引導(dǎo)它們進(jìn)入自噬體進(jìn)行降解，從而降低感染誘導(dǎo)的炎癥小體的活性。此外，線粒體自噬可以減少受損的線粒體，從而抑制炎癥小體的激活。相反，自噬缺陷會導(dǎo)致受損線粒體在細(xì)胞內(nèi)積累，ＲＯＳ產(chǎn)生增加，線粒體ＤＮＡ釋放以及Ｎｏｄ樣受體蛋白３（ｎｏｄ?ｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｒｐｒｏｔｅｉｎ３，ＮＬＲＰ３）炎癥小體的組裝：小鼠微管相關(guān)蛋白１輕鏈３?ＩＩ和Ｂｅｃｌｉｎ?１被敲除，線粒體功能障礙和線粒體ＤＮＡ的胞質(zhì)易位大量積累，促進(jìn)了胱天蛋白酶１的激活和ＩＬ?１β、ＩＬ?１８的分泌，且ＬＣ３?ＩＩ被敲除的小鼠對 ＬＰＳ 誘導(dǎo)的死亡表現(xiàn)出更高的敏感性。值得注意的是，許多炎癥小體激動劑，例如二氧化硅，明礬和尿酸單鈉晶體等，也會破壞溶酶體的功能，這也表明了自噬可以限制炎癥小體的激活。

5.３炎癥反應(yīng)對細(xì)胞自噬的調(diào)節(jié)

炎癥反應(yīng)可以調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，主要體現(xiàn)在：

（１）促炎細(xì)胞因子調(diào)節(jié)自噬。Ｊｉａ等人發(fā)現(xiàn)，ＴＮＦ?α通過ｃ?ｊｕｎＮ?端激酶或Ａｋｔ途徑誘導(dǎo)自噬發(fā)生。此外，ＴＮＦ?γ、ＩＬ?１和ＩＬ?１７等已被證明可誘導(dǎo)自噬，而ＩＬ?４、ＩＬ?１０等則對自噬具有抑制作用。

（２）模式識別受體影響自噬發(fā)生。ＴＬＲｓ可通過增強(qiáng)ＭｙＤ８８ 和Ｔｒｉｆ與Ｂｅｃｌｉｎ１的相互作用，降低Ｂｅｃｌｉｎ１與Ｂ淋巴細(xì)胞瘤?２（Ｂ?ｃｅｌｌｌｙｍｐｈｏｍａ?２，Ｂｃｌ?２）基因的結(jié)合，來誘導(dǎo)細(xì)胞自噬 。已報(bào)道的能夠誘導(dǎo)自噬的ＴＬＲ家族成員包括ＴＬＲ３、ＴＬＲ４和ＴＬＲ７等，分別響應(yīng)ｐｏｌｙ（Ｉ：Ｃ）、ＬＰＳ和ｓｓＲＮＡ等因素的刺激。

5.４魚類細(xì)胞自噬對炎癥反應(yīng)的調(diào)控

目前，魚類自噬與炎癥相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，自噬主要通過抑制促炎細(xì)胞因子的分泌發(fā)揮抗炎作用。同時(shí)，部分自噬相關(guān)基因的表達(dá)一定程度上會對炎癥反應(yīng)進(jìn)行負(fù)調(diào)控。自噬體抑制劑３?ＭＡ在抑制自噬的同時(shí)增強(qiáng)了草魚促炎細(xì)胞因子ＩＬ?１β和ＴＮＦ?α的分泌。ＧＣＲＶ感染誘導(dǎo)草魚脾內(nèi)的自噬，以抑制ＧＣＲＶ復(fù)制。而草魚自噬相關(guān)蛋白５（ＣｉＡｔｇ５）保護(hù)草魚腎細(xì)胞免受ＧＣＲＶ感染后過度炎癥反應(yīng)的影響，即自噬可減弱急性炎癥反應(yīng)以保護(hù)細(xì)胞。在石斑魚Ａｔｇ５、Ａｔｇ１２ 和Ａｔｇ１６ Ｌ１基因功能的研究中發(fā)現(xiàn)，上述３種自噬相關(guān)基因，均可在一定程度上降低ＩＬ?１β、ＩＬ?８等促炎細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄。魚類疾病通常伴隨著炎癥反應(yīng)的發(fā)生，而很多病原刺激可誘發(fā)自噬，進(jìn)一步闡明二者之間的調(diào)控關(guān)系，對于通過靶向自噬進(jìn)行免疫防控有著重要的指導(dǎo)意義。

6、問題與展望

細(xì)胞自噬是一種高度保守的細(xì)胞代謝過程，存在于所有真核細(xì)胞中。炎癥反應(yīng)是機(jī)體對病原體入侵時(shí)的免疫響應(yīng)，在細(xì)菌和病毒感染過程中，自噬在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，炎癥反應(yīng)也可以反過來對自噬進(jìn)行調(diào)控。兩者互相調(diào)節(jié)，以便在提供宿主防御所需的炎癥反應(yīng)和預(yù)防過度炎癥反應(yīng)之間取得平衡。因此，深入解析病原體感染過程中的炎癥與自噬的相互作用關(guān)系，將有助于在適當(dāng)?shù)碾A段，通過調(diào)控自噬和炎癥來預(yù)防或清除病原體。

近年來，隨著基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了自噬核心蛋白質(zhì)與炎癥分子相互作用的大規(guī)模篩選和分析，這有助于加速對自噬與炎癥相互作用的深入理解和研究。在哺乳動物方面，最新研究發(fā)現(xiàn)，自噬調(diào)節(jié)劑可通過抑制ＮＬＲＰ３炎癥小體活化，來緩解炎癥性腸道疾病。關(guān)于自噬調(diào)節(jié)靶向治療急性髓細(xì)胞白血病的研究結(jié)果表明：靶向溶酶體的自噬抑制劑（例如ＣＱ、Ｌｙｓ０５、ｂａｆｉｌｏｍｙｃｉｎ Ａ１）可以減弱ＡＭＬ細(xì)胞中的線粒體自噬，并增強(qiáng)抗白血病作用。這一結(jié)果會有助于自噬抑制劑的進(jìn)一步臨床開發(fā)。上述研究也為魚類通過調(diào)節(jié)自噬進(jìn)行疾病免疫防控提供新的思路。然而，通過調(diào)節(jié)自噬以治療炎癥性疾病仍面臨很多挑戰(zhàn)，并存在亟待解決的問題，主要問題有：

（１）在一定條件下，誘導(dǎo)自噬或過度誘導(dǎo)自噬，可能通過觸發(fā)“自噬細(xì)胞死亡”，從而對細(xì)胞產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，為了安全有效地利用自噬治療炎癥性疾病，需要更深入地研究誘導(dǎo)自噬的途徑；

（２）基于自噬進(jìn)行治療時(shí)，應(yīng)動態(tài)地評估體內(nèi)自噬，這對于診斷和監(jiān)測自噬治療效果至關(guān)重要。因此，開發(fā)體內(nèi)自噬動態(tài)測量方法，是當(dāng)前需要克服的最緊迫的挑戰(zhàn)之一；

（３）采用自噬調(diào)節(jié)劑處理過程中，其細(xì)胞特異性、使用劑量以及處理時(shí)間等因素都可影響其作用效果。因此，在設(shè)計(jì)基于自噬的干預(yù)措施時(shí)，應(yīng)充分考慮到自噬區(qū)域和細(xì)胞特異性差異。

在魚類研究方面，對自噬和炎癥反應(yīng)的報(bào)道逐漸增多，但對自噬及其與炎癥反應(yīng)的相關(guān)性研究相對匱乏，且側(cè)重于自噬對炎癥反應(yīng)的影響。魚類細(xì)胞自噬主要通過抑制促炎細(xì)胞因子的分泌發(fā)揮抗炎作用。此外，部分自噬相關(guān)基因在一定程度上對炎癥反應(yīng)具有負(fù)調(diào)控作用。這些研究從基因表達(dá)水平上初步揭示了魚類細(xì)胞自噬對炎癥反應(yīng)的影響，而對其具體信號通路及相互調(diào)控機(jī)制的研究有待進(jìn)一步深入。關(guān)于炎癥反應(yīng)對自噬的影響研究甚少，此方面需要開展更加系統(tǒng)性的研究。今后的研究需要在分子水平上更深入地揭示自噬與炎癥反應(yīng)之間的相關(guān)性，并對其信號通路進(jìn)行深入研究，這有助于未來在疾病防控上針對自噬途徑的各個(gè)步驟，研發(fā)基于自噬過程的治療方法，將與炎癥反應(yīng)相關(guān)的自噬信號通路作為作用靶點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬水平，緩解并消除魚類過度的炎癥反應(yīng)。此外，還需深入研究自噬對炎癥小體激活的調(diào)控機(jī)制，通過調(diào)控自噬和炎癥小體的相關(guān)通路，開發(fā)一些靶向炎癥小體抑制劑的藥物以治療多種疾病。上述問題的解決，將為水產(chǎn)養(yǎng)殖魚類的炎癥性疾病防控和治療提供新的策略，從而避免因病害而造成的漁業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)（略）

西南漁業(yè)網(wǎng)白話解釋：自噬功能，比如當(dāng)我們少吃或者斷食的時(shí)候，可以激發(fā)細(xì)胞自噬。自噬是細(xì)胞更新和自我進(jìn)食的過程，就像身體里住了一個(gè)掃地機(jī)器人，看到垃圾就開動掃地程序。對于水產(chǎn)養(yǎng)殖來說，魚的自噬功能，在當(dāng)魚有病發(fā)生時(shí)，其間少喂料或者暫時(shí)投喂，就可以激發(fā)"細(xì)胞自噬"來防御病害的再侵入（見下圖：掃地機(jī)器人）。

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來源：中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)２０２３年６月。
作者：張?jiān)汽?，李趁，孔祥??河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院水產(chǎn)動物疾病控制河南省工程實(shí)驗(yàn)室。
備注：西南漁業(yè)網(wǎng)對內(nèi)容略有修改并配圖。

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