2022自噬在肺部3种常见非典型病原体感染中的研究进展（全文）.docx

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1、2022自噬在肺部3种常期E典型病原体感染中的研究进展(全文)摘要自噬是溶酶体介导的一种分解代谢过程，通过降解不同的细胞质成分，有助于维持细胞外或细胞内压力下的细胞平衡和生存。自噬也是机体防御病原体入侵的重要方式，侵入机体后的病原体会被宿主细胞的吞噬体吞噬，吞噬体成熟后形成自噬小体，并与溶酶体融合，形成自噬溶酶体，自噬溶酶体由于各种水解酶的作用而降解，同时将病原体清除。肺部非典型病原体通过干扰宿主细胞自噬水平，逃避宿主细胞通过自噬对其清除，并在宿主细胞内繁殖，最终达到感染宿主的目的。本文就近年来关于肺部3种常见非典型病原体感染与自噬关系相关研究作一简要综述。自噬(autophagy)是细胞死亡

2、的一种类型，近年来受到了越来越多的关注和讨论，其基本原理是清除细胞中的垃圾、防止细胞异常死亡和维持正常细胞功能的关键1o这是一种依赖于溶酶体降解自身细胞器或蛋白质的机制，以实现细胞的自我保护和自我更新。目前研究结果显示，自噬除了与癌症、神经退行性疾病、糖尿病等密切相关，和很多感染性疾病也密不可分，尤其与肺部感染性疾病2,3,4,50然而，自噬在参与常见肺部非典型病原体感染中的防御机制尚不完全明确。本文就近年来有关自噬在参与肺部3种常见非典型病原体感染中的相关研究综述如下。一、自噬概述自噬是细胞通过溶酶体或液泡降解自身组分以达到维持胞内正常生理活动及稳态的一种细胞代谢过程1o这种降解既是由于外界

3、营养匮乏而进行的自给自足，也用以清除细胞内异常组分。细胞自噬根据其细胞降解底物进入溶酶体或液泡方式的不同，分为微自噬(micrOaUtoPhagyl巨自噬(macroautophagy)以及分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediatedautophagy,CMA)60通常文献所提及的细胞自噬都是有一双层细胞器-自噬体参与的巨自噬。自噬也是机体防御病原体如细菌、病毒和寄生虫入侵的重要方式7o侵入机体后的病原体会被宿主细胞的吞噬体吞噬，而吞噬体是自噬小体的前体，随着自噬小体的成熟，自噬小体与溶酶体融合，形成自噬溶酶体，最后自噬溶酶体由于各种水解酶的作用而降解，同时将病原体清除7o因此，自

4、噬是机体除吞噬外的另一种重要的抗感染防御途径。自噬途径的一个重要步骤是自噬相关基因8(Atg8)同源物与早期自噬小体结构上的脂质磷脂酰乙醇胺phosphatidylethanolaminePE的耦合80目前，在哺乳动物细胞中，研究最广泛的Atg8蛋白是微管相关蛋白轻链3(Microtubule-associatedproteinlightchain3,LC3)9oLC3主要存在两种形式,即胞质型LC3-1和胞膜型LC3-U。现有研究结果显示，LC3-II水平是细胞自噬活性一个重要指标10。二、自噬在防御肺部3种常见非典型病原体感染中的作用近年来随着检验技术的发展,社区获得性肺炎(communi

5、ty-acquiredpneumonia)中非典型病原体检出率较前明显上升110近期，本课题组通过NGS诊断了中国首例流产衣原体肺炎12L非典型病原体常常属于胞内菌，近年来研究结果显示，肺部非典型病原体感染的发生与其干扰肺泡巨噬细胞的自噬、影响肺泡巨噬细胞通过自噬对其的清除密切相关13o以下就肺部3种常见非典型病原体分别予以介绍。1.自噬与军团菌(Iegionellapneumophila)感染:嗜肺军团菌是一种细胞内革兰阴性细菌，它可以通过IV型分泌系统(Dot/Icm)操纵宿主细胞膜转运机制，并在宿主细胞内特有的液泡L.pneumophila-containingvacuoles(LCVs

6、)中复制14,15l最常见的宿主细胞就翱市泡巨噬细胞16o军团菌之所以能够在巨噬细胞中复制繁殖，最重要的机制是其干扰了巨噬细胞的自噬水平，从而逃避巨噬细胞自噬的防御131在军团菌感染的早期，Dot/Icm分泌系统会分泌多种效应蛋白,其中最常见的效应蛋白是RavZ17,180RavZ既具有磷脂转移蛋白Secl4家族的脂质提取功能，又具有与泛素样Ubl特异性蛋白酶家族相关的半胱氨酸蛋白酶活性，它通过解共粗自噬小体膜上PE的脂化LC3蛋白，抑制宿主细胞自噬190为了了解RavZ对LC3解共辗作用的结构-功能关系，Pantoom翅20制备了不同片段PE或I-十六醇C16修饰的半合成LC3蛋白，发现Ra

7、vZ的活性严格依赖于PE的共辗结构。RavZ-LC3相互作用的结构和生物物理分析表明,RavZ最初通过其N端LC3相互作用区(LIR)基序识别LC3PEz利用其C端结构域与磷脂酰肌醇3-磷酸PtdIns3P相互作用，并通过疏水a3螺旋与膜结合,特异靶向自噬小体膜20,210LIR和脂质的结合促进了LC3PE随后的蛋白水解裂解22o总的来说，军团菌通过其效应蛋白RavZ的N端LC3相互作用区LIR基序识别LC3PE1干扰机体肺泡巨噬细胞自噬小体形成，最终抑制肺泡巨噬细胞的自噬水平。机体肺泡巨噬细胞自噬水平下降，其清除军团菌的能力也随之减弱，军团菌得以大量繁殖，从而引起机体肺炎的发生。Arasak

8、i等23,24在研究中发现，除了RavZ之外，另一军团菌效应蛋白Lpgll37也参与了军团菌感染宿主细胞的过程。军团菌Icm/Dot分泌系统分泌的效应蛋白Lpgll37是一种靶向线粒体相关内质网膜的丝氨酸蛋白酶，当军团菌侵入机体肺泡巨噬细胞时，Lpgll37可通过降解一种参与自噬以及线粒体动力学和膜运输的突触素17（syntaxin17I23z从而阻止机体肺泡巨噬细胞自噬，并同时诱导肺泡巨噬细胞凋亡，最终导致机体肺部感染的发生发展。军团菌中存在一种易位效应蛋白-鞘氨醇-1磷酸裂解酶LpSpI250研究中发现，军团菌的SPL与真核生物的SPL在结构上具有很大的相似性，而真核生物的SPL能够严格调

9、节细胞内鞘氨醇-I-磷酸（SlP）的水平26JO鞘脂是真核细胞膜普遍存在的组成部分，鞘脂代谢物神经酰胺、神经酰胺-I-磷酸、鞘氨醇和SlP是调节免疫、炎症、感染和癌症中许多重要的关键细胞过程。当军团菌侵入宿主时，通过靶向宿主肺泡巨噬细胞鞘氨醇的生物合成并抑制其自噬小体的形成，从而抑制其自噬水平，干扰肺泡巨噬细胞防御军团菌侵袭的能力，最终达到感染机体的目的。AbdEIMaksoud等27在2019年发现,军团菌效应蛋白Lpg2936同样是其Icm/Dot分泌的，它通过诱导肺泡巨噬细胞自噬相关基因Atg7酶的甲基化，从而干扰LC3-1向LC3-的转化，影响自噬小体的形成,最终抑制肺泡巨噬细胞的自噬

10、。军团菌得以在宿主肺泡巨噬细胞内大量复制繁殖，最终导致肺炎的发生。研究中还发现军团菌中egA9蛋白参与含有军团菌的液泡的泛素化，而这种泛素化是自噬小体与溶酶体结合必不可少的，当军团菌出现突变体，egA9蛋白缺乏时，就能避免自噬摄取和溶酶体融合,从而逃避宿主细胞自噬途径的杀伤280综上所述，军团菌通过多种效应蛋白干扰宿主肺泡巨噬细胞自噬小体的合成或成熟（图1）,或者干扰自噬小体与溶酶体的结合，最终抑制宿主肺泡巨噬细胞的自噬，从而达到干扰或阻止肺泡巨噬细胞通过自噬清除军团菌的目的，因而军团菌能够穿过巨噬细胞这道防线，迅速在细胞内繁殖，最终引起宿主的感染。军团菌通过干扰宿主巨噬细胞的自噬水平，逃避巨

11、噬细胞自噬的防御示意图。军团菌通过IV型分泌系统（Dot/Icm）操纵宿主细胞膜转运机制，并在宿主细胞内特有的液泡Lpneumophila-containingvacuoles(LCVs)中复制。Dot/Icm分泌系统可以分泌多种效应蛋白，如RavZ、LPgIl37、Lpg2936等。军团菌效应蛋白RaVZ通过解共犯宿主巨噬细胞自噬小体膜上磷脂酰乙醇胺(PE)的脂化微管相关蛋白轻链3(LC3)蛋白，干扰宿主巨噬细胞自噬小体形成；军团菌效应蛋白Lpgll37通过降解一种参与自噬以及线粒体动力学和膜运输的突触素17(syntaxin17),从而阻止宿主巨噬细胞自噬；军团菌效应蛋白Lpg2936通过

12、诱导宿主巨噬细胞自噬相关基因Atg7酶的甲基化,从而干扰LC3-1向LC3-的转化,影响自噬小体的形成。最终，军团菌通过分泌各种效应蛋白从不同途径抑制宿主巨噬细胞的自噬水平，逃避宿主巨噬细胞通过自噬对其清除，并在宿主细胞内繁殖，最终达到感染宿主的目的2 .自噬与肺炎衣原体(chlamydiapneumoniae)感染：肺炎衣原体是一种专性的细胞内病原体，大小介于病毒和细菌之间，侵入机体后，被巨噬细胞和中性粒细胞吞噬，并在巨噬细胞和中性粒细胞内繁殖29,30Jo肺炎衣原体肺炎与许多慢性疾病有关，包括冠心病、阿尔茨海默病和哮喘，在社区获得性肺炎中占10%左右11,310肺炎衣原体有一个独特的生命周

13、期，包括原体(elementarybody,EB)和始体(initialbody),原体有感染性，但不具有繁殖能力，在宿主细胞外较为稳定；始体(或称网状体)有繁殖能力，但不具有感染性32,330为了研究宿主细胞自噬在防御肺炎衣原体感染过程中的作用，Crother等34在体外实验中将小鼠胚胎成纤维细胞MEFs与肺炎衣原体共培养，实验分为2组：野生株细胞组和自噬基因敲除株Atg5-细胞组，结果发现，里陞株细胞组的细胞内肺炎衣原体数量较自噬基因敲除株Atg5-细胞组明显减少。同时，他们又进行了相关体内实验，实验分为对照组和实验组2组：对照组为正常C57BL/6小鼠，实验组为自噬基因敲除Atgl6L-

14、C57BL6小鼠组，他们用相同数量的衣原体经气管注入小鼠,造成小鼠急性衣原体肺炎，观察两组的死亡率。结果发现，实验组的死亡率明显高于对照组。同时，他们将两组小鼠肺组织进行HE染色，观察肺炎严重程度，结果发现实验组的炎症反应明显重于对照组。由此可以推测，宿主可以通过自噬抑制细胞内肺炎衣原体的增殖，减轻肺炎衣原体对肺组织的损伤。鉴于目前肺炎衣原体感染和宿主细胞自噬关系的相关研究不多，所以具体机制尚不清除，期待以后更深入的研究，进一步明确两者之间的关系。3 .自噬与肺炎支原体(mycoplasmapneumoniae)感染：肺炎支原体是一种专性病原体，可引起人类肺炎、支气管炎、咽炎和哮喘35o支原体

15、肺炎发病率呈上升趋势，在成人社区获得性肺炎中，支原体肺炎占20%左右360在非典型病原体导致的肺炎中，肺炎支原体高居第一位11,370社区获得性呼吸窘迫综合征（community-acquiredrespiratorydistresssyndrometoxin,CARDS)肺炎支原体毒素是最近研究发现的支原体唯一外毒素，它在支原体肺炎发病过程中起着重要作用38o支原体感染时,宿主巨噬细胞会产生活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),ROS不仅具有杀伤病原体的能力，还会造成宿主组织和细胞的损伤，同时也是一种自噬诱导剂39Jo所以当支原体感染时，宿主一方面通过产生ROS对支原

16、体进行杀伤，同时诱导自噬，避免自身正常组织和细胞的损伤。在肺炎支原体中，膜脂蛋白是一种具有脂多糖LPS作用的免疫刺激物，在肺炎支原体感染的炎症反应中起着关键作用40o侵袭性支原体的毒力与呼吸道上皮细胞的细胞黏附、局部宿主细胞损伤和过度侵袭性相关，不适当免疫反应似乎有助于肺炎支原体感染400肺炎支原体以toll样受体TLR4和自噬依赖的方式诱导炎症反应，而肺炎支原体的细胞黏附特性是一个关键因素410Luo等42发现，肺炎支原体脂质激活TLR4信号，诱导核因子KB(NF-KB)活化，并促进含NLR家族pyrin结构域蛋白3重组蛋白NLRP3炎性小体组装和自噬小体形成。自噬介导的炎症反应依赖于NF-KB的激活，而NF-KB的激活又增强了脂质诱导的自噬小体的形成。NF-KB信号通路和自噬诱导之间的正反馈回路最终诱导小鼠巨噬细胞中肿瘤坏死因子T