[摘要] 细胞自噬与脑缺血联系密切，两者相互影响，相互作用，脑缺血可激发细胞自噬作用，同时细胞自噬可加重或减轻脑缺血后神经细胞的损伤。脑缺血可导致细胞自噬的发生，细胞自噬适度激活，有利于脑缺血后神经细胞的修复，但是细胞自噬激活过度或不足，又可导致细胞凋亡，加重脑损伤。因此，细胞自噬激活的度需要一定的控制和把握，同时需要进一步的研究自噬对脑缺血作用的具体信号通路及干预信号通路具体手段等问题。本文探讨近年来国内外关于细胞自噬与脑缺血之间的关系进展，为其临床研究提供新思路。
[关键词] 自噬;脑缺血;信号通路;综述
[中图分类号] R743 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2019）08（a）-0046-04
[Abstract] Autophagy is closely related to cerebral ischemia， and the two interact with each other. Cerebral ischemia can stimulate autophagy， and meanwhile， autophagy can aggravate or reduce the damage of nerve cells after cerebral ischemia. Cerebral ischemia can lead to cell autophagy and cell autophagy activation moderately， conducive to the repair of nerve cell after cerebral ischemia， but excessive or insufficient cell autophagy activation， and can lead to cell apoptosis， increase brain damage， so the cell autophagy activation takes control and grasp the degrees， also need further to study the roles of autophagy in cerebral ischemia specific signal and interference signal pathways in concrete means and so on. This article explores the relationship between autophagy and cerebral ischemia at home and abroad in recent years， and to provide new ideas for its clinical research.
[Key words] Autophagy; Cerebral ischemic; Signaling pathways; Overview
细胞自噬又可稱为Ⅱ型细胞死亡，是指在自噬相关基因调控下，细胞利用溶酶体降解自身已受损的细胞器和大分子物质，降解和回收利用多余或异常蛋白、细胞器的过程，是细胞适应恶劣环境、维持内环境稳定的一种重要方式[1]。最早由比利时科学家Christian de Duve于1963年溶酶体国际会议上首先提出“自噬”。根据细胞底物运送至溶酶体腔方式的不同，细胞自噬可分大自噬、小自噬和分子伴侣介导自噬[2]。随着细胞自噬的提出及临床研究的不断探索，细胞自噬的观点被越来越多的人接受，其在细胞生理和人类疾病中扮演了重要角色，如细胞的生长分化、代谢以及肿瘤、衰老、神经性疾病、缺血性疾病等[3]。特别是脑缺血损伤，脑缺血作为一种神经系统疾病，其病理过程十分复杂，严重危害人类健康，且尚无有效治疗手段。近年来，既往研究[4]表明，自噬与脑缺血损伤的发生发展有着密切联系。成功的自噬靶向治疗干预的关键在于了解自噬如何影响脑缺血的发生及进展的生物学机制。本文结合既往的临床试验结果、自噬依赖和反应生物标志物的运用，探讨细胞自噬与脑缺血的关系及如何通过细胞自噬来治疗脑缺血疾病。
1 细胞自噬
1.1 细胞自噬的含义
自噬是一种保守的细胞自消化、分解代谢的过程，通过溶酶体，负责降解已受损的蛋白质和细胞器，以维持细胞的内稳态和正常的功能[5-6]。自噬在基础水平情况下可出现，在各种压力下亦可出现，如饥饿、缺氧、异常蛋白质的积累、细胞器损伤、病原体感染等。自噬通过降解相应靶点，来维持细胞内稳态[7]。细胞自噬主要包括形成隔离膜（噬菌体）、形成自噬体，溶酶体和自噬体融合、自溶体降解这几个步骤。在这个过程中，隔离膜通过一系列过程形成一个双膜结构，即为自噬体;自噬体直接或间接与溶酶体融合（溶酶体是真核细胞中分解蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的细胞器），即为自溶体，从而消化分解掉被隔离的物质[8-9]。在上述几个步骤中，任何一个步骤出现问题，细胞自噬都不能正常发生。
1.2 细胞自噬的分类
随着对自噬研究的不断深入，目前对自噬的分类有两种，其中根据细胞物质运到溶酶体内的途径不同，自噬分为：①大自噬：是最常见的自噬类型，由内质网来源的膜包绕待降解物形成自噬体，自噬体（双膜液泡）将细胞质含量转移到溶酶体，并降解其内容物，具有发展过程迅速、批量降解、可诱导性、保守性等特征[10];②小自噬：溶酶体膜自身变形，直接包裹长寿命蛋白等底物，并在溶酶体内降解;③分子伴侣介导的自噬：胞质内蛋白与分子伴侣结合后被转运到溶酶体腔中，在由溶酶体酶消化，是一种有选择性和独特性的细胞自噬机制[2]。根据自噬对降解底物的选择性有可分为两类：选择性自噬和非选择性自噬。选择性自噬是对降解的底物蛋白具有专一性，临床上可分为线粒体自噬、内质网自噬、脂肪自噬、过氧化物酶体自噬等，非选择性自噬是值细胞质的内容物随机运输到溶酶体降解[11]。
2 脑缺血对脑神经细胞的影响
脑缺血后最先发生的改变是脑血流减少和能量衰竭[12]，脑组织血流中断时，可引起的能量代谢障碍、蛋白质合成异常、胆碱受体缺失、神经递质改变、突触异常、神经元缺失和脑白质损害等改变[13]，会引起神经细胞肿胀、变性、坏死、凋亡等一系列继发反应，丧失其正常功能，产生中枢神经症候[14]。
脑缺血后其神经细胞可以呈现3种死亡方式：坏死、凋亡和自噬[15]。缺血性脑卒中后，缺血、缺氧可导致细胞经过一系列的病理过程，包括氨基酸毒性作用、线粒体功能障碍、酸中毒、离子失衡、氧自由基损伤和炎症，继而导致细胞凋亡、坏死或者自噬[16]。
3 脑缺血与细胞自噬的关系
自噬在神经系统的代谢过程中发挥着重要作用，尤其是当神经细胞处于应激状态（如缺血缺氧）时，自噬可及时清除细胞内受损的细胞器和异常蛋白，维持细胞内环境稳定，保持细胞的活性和自我更新能力。脑缺血缺氧后多种信号分子激活自噬，脑缺血后细胞自噬激活可能成为一种治疗缺血性卒中的新靶点[17]。自噬是一把双刃剑：过度或不足的自噬可诱导细胞自噬性死亡;同时自噬作为自我修复的重要过程，适度激活清除受损的细胞器和异常蛋白、防止蛋白聚集，对细胞具有保护作用[18]。
3.1 自噬激活对脑组织的作用。
自噬激活可保护神经细胞，减轻脑损伤，对缺血周围脑组织具有保护作用。Wang等[5]通过靶向ATG5表达，发现mIR-9A-5P的过度表达可以缓解大脑中动脉缺血（MCAO）引起的缺血损伤，即细胞自噬激活对缺血性脑损伤起保护作用。黄海广[19]发现使用自噬抑制剂3-MA抑制神经干细胞的自噬后，对神经干细胞造成显著损伤，影响细胞存活;相反，正常低氧下自噬被激活，对细胞有明显保护作用。有学者[20]通过对局部脑缺血模型小鼠进行研究发现，小鼠局部脑缺血再灌注损伤可诱导TMEM166的表达，TMEM166表达趋势与自噬特异性标志物LC3-Ⅱ基本吻合，通过诱导 TMEM166表达相应的激活LC3-Ⅱ，引起神经细胞自噬，从而改善脑缺血的损伤。
李建荣等[21]发现，小鼠脑缺血模型中，LC3-Ⅱ和Sirt3在缺血损伤后表达量均呈逐渐上升趋势，目前临床证明，Sirt3通过各种方式调节活性氧物質（ROS）的产生，从而提高了皮层神经元对氧化性急性损伤的抵抗能力，而作为自噬的标志分子LC3增高表明自噬激活的增强;而皮层Sirt3与自噬蛋白LC3具有正向相关性，提示自噬的激活可促进皮层中Sirt3水平的提高，从而起到保护作用。李丽茹等[22]通过观察亚低温对大鼠局脑缺血再灌注后认知障碍的影响，发现亚低温组在脑缺血再灌注后，LC3的表达明显增强，神经细胞丢失数量较对照组明显减少，可减轻认知障碍程度，促进神经恢复。Peng等[10]通过体外模型使用自噬相关药物（Mitofusin 2），发现Mitofusin 2上调可增加自噬体的形成，促进自噬体和溶酶体的融合，从而改善脑缺血再灌注损伤，提示脑缺血再灌注损伤是由自噬不足引起的，并因自噬退化受损而加重。
3.2 自噬抑制对脑组织的作用
在脑缺血中，越来越多的证据表明，自噬可导致自噬细胞死亡，并促进缺血性脑损伤。抑制自噬可减少局灶性脑缺血后的神经退行性改变。因此，越来越多的人认为抑制自噬可能是改善缺血性脑损伤的一种新策略[1]。Wang等[5]发现作为自噬诱导的重要基因ATG7，其选择性缺失后，使得自噬得以抑制，自噬抑制后缺氧缺血性损伤的神经元死亡得以改善。何坚等[23]通过实验发现，电针刺激“曲池”“足三里”穴可激活脑缺血后大鼠皮质神经细胞PI3K-mTOR信号通路，抑制细胞自噬，减少了脑梗死范围，减少神经细胞凋亡数量，保护脑神经细胞组织。王洁等[24]通过对大鼠脑缺血再灌注模型进行对应处理，发现丁苯酞通过活化p53蛋白、激活AMPK，从而抑制mTOR通路，减轻细胞自噬，可降低脑神经组织结构的破坏。Liu等[25]发现慢性脑灌注不足（CCH）后大鼠体内的miR-96水平升高，抑制miR-96水平后，LC3和Beclin-1水平降低，自噬体数量减少，减少了自噬的激活，改善了由水迷宫实验检测到的双侧颈总动脉结扎术引起的认知障碍。Mei等[26]发现mIR-30D-5P通过靶向Beclin-1和ATG5抑制缺血诱导的自噬，可减轻体内和体外自噬介导的炎性反应，抑制缺血诱导的神经元损伤。
3.3自噬在脑缺血中相关信号通路
3.3.1 mTOR 信号通路在脑缺血损伤中的作用 mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇激酶相关激酶（PIKK）家族成员之一。由2个不同的蛋白质复合物组成，mTOR复合物1（mTORC1）和mTOR复合物2（mTORC2），具有不同的下游信号事件[27]。mTOR在血管生成、神经元再生、神经元调亡、消除神经毒性物质等方面发挥着关键性作用[13]。mTOR信号通路是调控细胞生长増殖和蛋白质合成的重要信号通路，在神经系统，mTOR信号通路调节神经元发育、突触可塑性，并调控氧化应激、自噬。mTOR信号通路在大鼠脑缺血-再灌注后被激活，抑制剂雷帕霉素可诱导自噬，可能通过自噬减少脑梗死体积，减少神经元死亡，抑制小胶质细胞活性来保护缺血再灌注对大脑造成的损伤[28]。
3.3.2 AMPK在脑缺血损伤中的作用 AMPK是由催化亚基α、调节亚基β和γ组成的异源三聚体蛋白激酶复合物。AMPK是细胞内重要的代谢和应激感受器，是自噬的关键调控蛋白[29]，AMPK通过直接或间接方式调控下游的信号通路来维持氧化还原平衡，其对细胞的自噬、增殖、凋亡、极化等有调节作用。AMPK激活与缺氧、低糖、运动相关，其在细胞水平的上调和疾病的预防的过程中有潜在的有利因素。AMPK在能量剥夺的情况下被快速激活，促使自噬的发生，激活的AMPK能调节多条参与细胞内能量稳态的信号通路，可维持细胞的正常功能。脑缺血后脑组织局部缺血缺氧出现能量代谢障碍，产生如氧化应激性损伤、炎性反应、细胞凋亡等一系列的反应，在能量缺乏的时候，AMPK将被激活，可诱导细胞自噬，通过自身消化来获得能量，同时刺激脂肪酸氧化产生和利于ATP，来补充细胞代谢所需的能量，从各种途径来保护脑组织的正常功能。
3.3.3 Beclin1-Bcl-2在脑缺血损伤中的作用 Beclin-1是自噬发生与调控的关键蛋白，是自噬通路重要的调节器，直接执行自噬的过程，被作为自噬启动的标志物，并且调节细胞自噬与凋亡之间的平衡，在脑缺血再灌注大鼠缺血半暗带灰质的表达明显升高，提示在脑损伤中自噬激活[30-31]。在缺血半暗带中，Beclin-1的上调和相关的LC3变化可能代表着增强的自噬作用，作为一种循环损伤细胞和减少损伤的机制或导致細胞死亡的过程。Beclin-1的发现源于抗凋亡蛋白Bcl-2，Bcl-2是Bcl-2家族蛋白的奠基者，具有抗细胞凋亡作用，同时可与其他蛋白的相互作用介导细胞自噬，来维持细胞的存活。Bcl-2与Beclin-1相互作用可阻止细胞过度自噬的作用。因此，Beclin1-Bcl-2复合物能够保证自噬水平维持在生理稳态范围内，防止过度自噬导致的细胞死亡。
4 小结与展望
通过对国内外文献的阅读研究，发现细胞自噬与脑缺血的联系密切，细胞自噬已成为当今治疗脑缺血的一个较新的突破点，越来越多的医家从细胞自噬角度来寻找解决脑缺血这一疾病的有效治疗方法。目前医学界对细胞自噬主要有两种观点：①适度的自噬对脑缺血后神经细胞损伤起保护作用;②过度或不足的自噬，会导致细胞的凋亡，加重损伤。因此，如何把握细胞自噬的度很重要，也是目前所遇到的比较棘手的问题。
由于细胞自噬与凋亡共享部分信号通路，两者的关系很复杂，目前就细胞自噬和凋亡在脑缺血中的信号通路及两者的具体调节机制有许多不明了的地方，需要进一步的研究，具体如下：①如何干预细胞自噬和细胞凋亡两者的信号通路在脑缺血中的作用;②脑缺血后细胞自噬开始干预的具体阶段和时间;③寻找安全有效的干预细胞自噬的手段，如针灸、中药等。这些问题的突破对脑缺血疾病有重要的意义。此外，针灸对细胞自噬有明显的调控作用，对抗脑缺血损伤具有显著意义，针灸对脑缺血的细胞自噬的影响及作用机制将成为下一阶段研究的方向。
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（收稿日期：2019-02-13 本文编辑：王 蕾）