自噬，是通过产生膜结构来分离和吞噬胞质内容物进入一个封闭的双层膜囊泡，即自噬体，进而将内容物运送到溶酶体进行降解的过程。这个过程使得细胞能够回收利用营养成分以及去除不需要的细胞成分，例如胞内损伤的细胞器和胞内病原体［1］。自噬除了有“管家”的作用外，还可以被多种应激刺激所诱导，产生适当的代谢反馈来延长细胞的寿命。正是由于其生理作用的多样性，自噬的缺陷与肿瘤、自身免疫性疾病和神经系统疾病等多种疾病有关。
1.自噬与病毒感染
自噬同样也是宿主应对病毒感染的重要组成部分和调节因子，在病原体的侦测和清除中，自噬同样承担着不可或缺的监视和效应器的作用［1］。自噬能传递病毒的成分给胞内的囊泡来产生非特异性免疫信号和提供加工的抗原给主要组织相容性复合物(MHC)分子。此外，自噬体本身可以捕获并降解胞内的病原体(xenophagy，异源吞噬)来增加抗病毒能力。然而，病毒为了自身的生存，已经发展出多种方式来抑制并且破坏自噬。以下对自噬的抗病毒作用、病毒如何克服或者破坏自噬方面的一些研究工作及其临床应用进展进行综述。
2病毒诱导自噬的机制
许多刺激可以诱导细胞发生自噬。一些研究显示在病毒的生活史中很多事件都能触发下游的自噬。这些事件包括受体相互作用和细胞应激等。
2.1病毒-受体的相互作用
在某些病毒感染的情况下，病毒与细胞表面受体结合可以诱导自噬。普遍存在于细胞表面的受体CD46可以与多种病毒结合诱导自噬。CD46C末端剪切体(CD46-Cyt-1)，通过与骨架蛋白含PDZ和螺旋-卷曲基元的Golgi相关蛋白(GOPC)相互作用，与自噬起始复合物Vps-34/Beclin1偶联。麻疹病毒与CD46结合通过CD46-Cyt-1/GOPC通路激活自噬［9］。细胞表面病原受体一旦识别微生物，可直接激活自噬，这也是控制感染的关键步骤。1型人免疫缺陷病毒(HIV-1)包膜糖蛋白(Env)通过与C-X-C基元趋化因子受体4［Chemokine(CXCＲ4］相互作用，诱导未感染CD4+T细胞自噬［10］，这种自噬的诱导与CXCＲ4的信号无关，而与gp41的融合功能有关。值得注意的是，巨噬细胞也表达CXCＲ4，但是HIV-1Env并不能诱导巨噬细胞自噬，表明HIV-1诱导的自噬具有细胞特异性。
2.2ER应激
大多数病毒的感染引发细胞应激，比如EＲ应激和ＲOS的产生，诱导自噬发生。EＲ应激被认为是通过非折叠蛋白反应(UPＲ)处理内质网上错误折叠的蛋白质，阻止更多的蛋白质进入内质网。病毒感染时，大量蛋白质需要在内质网上翻译和正确折叠，此外，高度糖基化蛋白(如病毒的糖蛋白)或疏水蛋白的折叠对内质网折叠机制有更高的要求［11］。因而，在病毒感染时，大量蛋白质通过内质网导致EＲ超载以及接下来UPＲ激活。已经证明UPＲ是一些病毒的自噬诱导信号。大量实验已经证实丙型肝炎病毒(HCV)可引起EＲ应激和UPＲ，导致自噬发生。在细胞中转染HCVJFH1ＲNA可以诱导UPＲ和不完全自噬，沉默3个UPＲ信号分子中的任何一个，可以降低LC3-Ⅱ的生成和HCV复制。HCV感染时，可以诱导完全自噬，c/EBP同源蛋白(CHOP)在UPＲ自噬信号中起主导作用［11］。此外，转染登革病毒(DENV)NS4A蛋白［12］和乙型肝炎病毒小表面蛋白(SHB)［13］都可以通过UPＲ诱导自噬，促进病毒复制。Carpenter等［14］在随机挑选的水痘带状疱疹病毒(VZV)感染病例的皮肤囊泡中，观察到大量自噬体的形成，并通过一系列实验证实这种自噬与EＲ应激和UPＲ反应有关。在基孔肯雅病毒(CHIKV)感染的细中，沉默需肌醇跨膜激酶(IＲE1)mＲNA和使用ＲOS抑制剂N-乙酰-L-半胱氨酸抑制自噬体的形成，证明CHIKV感染引起的自噬是由内质网氧化应激通路介导的［15］。
3抗病毒自噬
自噬是免疫系统中一个完整的部分，既可以感知病毒感染，又具有抗病毒效应［1］。自噬体将PAMP传递给模式识别受体(PＲＲ)，活化PＲＲ，诱导自噬构成一个正反馈环路。其目的包括:分离病毒与早期和晚期内体融合，进而不断将PAMP传递给PＲＲ;加工递呈病毒蛋白给MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ类分子，活化适应性免疫反应;通过与溶酶体融合，以细胞自发的方式降解病毒(异源吞噬)。这得自噬在抗病毒免疫反应方面发挥重要作用
3.1自噬和抗病毒PRR
当病毒感染时，胞质和内体中识别不同种类病毒核酸的免疫感应器可以识别病毒核酸。Toll样受体3(TLＲ3)、TLＲ7、TLＲ8、TLＲ9，分别识别双链ＲNA(dsＲNA)、单链ＲNA(ssＲNA)、CpGDNA，它们位于内体中，其他的免疫感应器，如DNA感应器，包括视黄酸诱导基因1样ＲNA解旋酶受体(ＲLＲ)，双链ＲNA依赖性蛋白激酶Ｒ(PKＲ)，核苷酸寡聚和结合结构域样受体(NLＲ)和环一磷酸鸟苷-一磷酸腺苷合成酶(cGAS)主要位于细胞质中［16］。许多ＲNA病毒将核酸转运至胞质或在胞质中复制，继而激活胞质PＲＲ。但是内体TLＲ的活化机制并不十分清楚，因为在内吞过程中核酸被衣壳蛋白保护起来或者对于在细胞膜发生融合的病毒来说，进入细胞并不通过内体。
TLＲ在调节抗病毒免疫反应方面具有重要作用，对于一些病毒，自噬把病毒的PAMP转运给内体TLＲ活化固有免疫，反过来，固有免疫也能活化自噬。Lee等［17］的研究发现浆细胞样树突状细胞(pDC)通过TLＲ7识别ssＲNA病毒，这个过程需要通过自噬将胞质中病毒复制中间体转运至溶酶体中。此外，还发现自噬也是pDC产生α干扰素(IFN-α)所必需的。这些结果表明自噬在介导ssＲNA病毒的识别和pDC分泌IFN-α中发挥重要作用。有些病毒感染时TLＲ3信号通路活化，缺失TLＲ3的小鼠感染肠病毒导致心肌炎或扩张性心脏病，死亡率较高［18］。有研究表明，TLＲ4和TLＲ家族其他成员在巨噬细胞中诱导自噬，这种自噬可以被髓样分化因子88(MyD88)、含TIＲ结构域接头蛋白诱导的β干扰素(TＲIF)或beclin-1shＲNA的表达所抑制。MyD88和TＲIF可以与自噬体形成的关键因子beclin-1相结合。TLＲ信号增强MyD88和TＲIF与beclin-1的结合，降低beclin1与Bcl-2的结合。这些发现表明，TLＲ信号通过其接头蛋白将beclin-1募集到TLＲ信号复合物，降低beclin-1与Bcl-2的结合来诱导自噬［19］。胞质中的DNA感受器cGAS识别病原体DNA后活化干扰素基因刺激分子(STING)通路，进而产生IFN。Liang等［20］证实在dsDNA刺激或HSV-1感染时，cGAS与beclin-1直接相互作用，不仅通过抑制cGAMP的合成来阻止IFN产生，还通过增强自噬介导的胞质病原体DNA的降解来阻止cGAS的过度活化和持续性免疫刺激。特别是，这种相互作用使一种自噬负调控因子rubicon从beclin-1复合物中释放，活化PI3K，从而诱导自噬清除胞质病原体DNA。cGAS-beclin-1相互作用通过调节cGAMP的产生和自噬形成固有免疫反应，从而调节抗微生物免疫反应。
3.2自噬加工和提呈病毒抗原给MHC分子
自噬不仅是固有免疫系统的重要组分，而且也通过MHC-Ⅰ类和MHC-Ⅱ类抗原提呈调节适应性免疫应答。通常，MHC-Ⅰ类分子提呈胞质中降解的内源性抗原，活化CD8+T细胞。相对地，MHC-Ⅱ类分子提呈外源性抗原肽，活化CD4+T细胞。值得注意的是，MHC分子对抗原的提呈存在交叉提呈现象，MHC-Ⅰ类分子提呈外源性抗原，内源性抗原通过巨吞噬降解被提呈至MHC-Ⅱ类分子上。为增强MHC-Ⅱ类分子对抗原的提呈，有研究者将靶抗原与ATG8/LC3蛋白融合。蛋白-ATG8-LC3复合物通过偶联磷脂酰乙醇胺组装入自噬体，然后在MHC-Ⅱ类分子腔室降解。抗原与ATG8/LC3N末端融合通过上述途径被优先提呈至MHC-Ⅱ类分子上。用共聚焦显微镜能够观察到ATG8/LC3融合抗原定位在MHC-Ⅱ类分子上，还可以用抗原特异性CD4+T细胞克隆实验进行量化［21］。将流感病毒M1蛋白与自噬体相关蛋白ATG8/LC3融合使其通过自噬途径降解，明显促进MHC-Ⅱ类分子将其提呈给CD4+T细胞［22］。内源性抗原加工提呈给MHC-Ⅱ依靠胞质抗原向内体的运输。内源性EB病毒核抗原(EBNA1)通过自噬降解提呈给MHC-Ⅱ类分子，抑制溶酶体酸化，EBNA1慢慢地在胞质自体吞噬体上积聚。此外，抑制自噬降低EBNA1特异性CD4+T细胞对抗原的识别［23］。成功的抗病毒免疫反应通常有赖于树突状细胞活化的CD8+T细胞(CTL)。一旦活化，CTL识别并杀死被感染的细胞。然而，CTL的活化和对感染细胞的杀伤，都需要MHC-Ⅰ类分子对病毒抗原肽的有效提呈。
有研究者［24］描述了1型疱疹病毒(HSV-1)糖蛋白衍生肽被MHC-Ⅰ类分子提呈的机制。在病毒感染6～8h，抗原提呈是ATG5非依赖性的;而在感染8h以后，ATG5的表达对抗原有效提呈起重要作用，证实自噬可以调节MHC-Ⅰ类分子途径的抗原提呈。自噬缺陷(beclin-1+/－)小鼠体内感染呼吸道合胞病毒(ＲSV)，肺脏呈现Th2型细胞因子升高，黏液分泌增加，嗜酸性粒细胞和炎性树突状细胞(DC)的浸润。进一步检测发现，beclin-1+/－DC与CD4+T细胞共培养，产生少量IFN-γ和IL-17，而Th2型细胞因子增加。将ＲSV感染的beclin-1+/－DC移植到野生型小鼠的呼吸道，产生严重的肺脏病变，用ＲSV攻击该小鼠，促进Th2型细胞因子的产生。这些结果表明肺脏病毒感染过程中自噬在DC中发挥重要作用，促进适应性免疫反应［25］。
3.3异源吞噬
自噬除了转运病毒抗原进行非特异性和特异性免疫反应外，还能直接限制病毒对多种多细胞真核生物的感染。自噬基因ATG5在保护鼠中枢神经系统免受辛德毕斯病毒(SIN)感染方面起重要作用。在SIN感染的神经元中使Atg5失活，导致病毒蛋白清除延迟，p62接头蛋白积聚，神经元细胞死亡，但是病毒复制水平没有改变。在体外，p62与SIN衣壳蛋白相互作用，基因敲除p62使病毒衣壳蛋白不能在自噬体中降解。此外，p62或自噬基因敲除增加病毒衣壳蛋白的聚集，加速病毒诱导的细胞死亡，但不影响病毒复制。这些结果表明p62接头蛋白介导的自噬可以清除病毒蛋白，促进细胞存活［26］。新鉴定的接头蛋白Smad泛素调节因子1(SMUＲF1)［27］和p62/SQSTM1(sequestosome1)与SIN核衣壳蛋白以一种不依赖泛素的方式相互作用，这代表了一种新的选择性自噬的机制。
4病毒对自噬的破坏
自噬在抗病毒反应中发挥重要作用，但同时病毒也已经进化出破坏自噬的方法。一些病毒对抗beclin-1，这种对抗作用在不同病毒产生不同的结果。疱疹病毒属卡波西肉瘤病(KSHV)，小鼠γ疱疹病毒68(γHV68)和HSV-1，编码的病毒蛋白竞争性地结合beclin-1，阻碍beclin-1-Vps34的相互作用，从而阻止自噬的启动［28］。HIV-1负调控因子(Nef)蛋白［29］和流感病毒M2蛋白［28］，通过与beclin-1相互作用来阻止自噬体的成熟。对于Nef和M2，它们是直接和beclin-1相互作用，还是间接通过与更大的复合体作用还不清楚。因为自噬体的启动和成熟由beclin-1/Vps34复合体成分的改变所调节，了解Nef和M2如何选择性地阻止自噬体成熟的分子机制将非常有意义。除了以beclin-1为靶点之外，病毒还有其他很多阻止自噬的机制。HIV一进入CD4+T细胞，Env激活mTOＲ信号，关闭由HIV-1进入CD4+T细胞启动的自噬反应［30］。KHSV编码的FLICE样抑制蛋白(vFLIP)可以阻止LC3和ATG3的相互作用，从而抑制LC3的脂化和自噬体的形成［31］。在猴疱疹病毒和接触传染性软疣病毒中也发现了vFLIP的同源物，也能阻止自噬。然而，在更多病毒中，阻断自噬的机制尚不清楚。例如，人巨细胞病毒(HCMV)UL83可以通过未知的机制来阻断mTOＲ依赖和非依赖性自噬［31］。近年来的研究表明，自噬的调节异常是许多神经退行性疾病的共同特征。用猿猴免疫缺陷病毒(SIV)感染的神经胶质细胞的培养上清处理神经元，可以阻止周围神经元的自噬［32］。如此一个自噬的旁分泌抑制可能在神经元的死亡和SIV-1、HIV-1感染相关的痴呆中发挥重要作用［33］。毫无疑问，当我们了解更多自噬相关路径的同时，我们也将会发现对抗这些新路径的病毒。
5自噬抗病毒作用的应用
自噬通过介导固有免疫清除病毒和其他胞内微生物，因此人们期望利用此过程作为对抗微生物感染的一种策略。已知HIV-1Nef蛋白通过与正调节自噬的关键因子beclin-1相互作用来抑制自噬。Shoji-Kawata等［29］在研究HIV抑制自噬机制时，发现beclin-1上一段18个氨基酸残基的肽段介导这种相互作用，将这段肽与穿膜激活子(Tat)融合，导入多种细胞，可以诱导细胞自噬。这种促自噬肽可以抑制HIV、西尼罗河病毒(WNV)、CHIKV的复制，在WNV和CHIKV感染的小鼠模型体内也证实了这种抗病毒作用，并且在体内外未见明显的毒副作用，这是自噬与疾病治疗相关的一项研究，但是这种策略只有在增加自噬对疾病治疗的益处远远超过其对正常细胞可能的有害作用的基础上是可取的。
弹状病毒科水疱性口炎病毒(VSV)、病毒性出血性败血病病毒(VHSV)和鲤鱼春季病毒血症病毒(SVCV)的糖蛋白可以诱导脊椎动物细胞自噬。将SVCV或VHSV糖蛋白基因免疫斑马鱼，免疫后不久出现自噬，自噬可能是这些病毒蛋白引起的抗病毒免疫反应的重要组成分。用肽扫描技术扫描VHSV和VSV糖蛋白上的自噬相关线性决定簇时，发现定位在融合结构域的15个氨基酸的肽段可以诱导自噬。这项研究表明调节自噬的策略可以被用来预防和治疗弹状病毒感染，比如每年引起数千人死亡的狂犬病病毒［34］。
6结语与展望
随着人们对自噬机制认识的加深，病毒也通过多种途径与自噬相互作用。自噬的抗病毒作用使病毒进化出多种方式逃避自噬或者为己所用。自噬体降解病毒成分并将降解成分递送给内体PＲＲ和MHC分子。同时，病毒也能直接利用自噬促进病毒的复制、成熟和释放。对病毒与自噬相互作用的深入研究，有助于人们更好地了解自噬在固有免疫和适应性免疫中的作用，为通过调控自噬治疗疾病提供新的思路和方法。
来源：彭立玮,张晓晓,吴兴安,等.细胞自噬在病毒感染与免疫过程中的作用[J].细胞与分子免疫学杂志,,31(4):-.
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