引用本文： 陳延斌, 黃建安. 自噬在呼吸系統的研究現狀. 中國呼吸與危重監護雜志, 2017, 16(6): 631-636. doi: 10.7507/1671-6205.201702011 復制
自噬（autophagy）是進化過程中高度保守的程序，對于維持細胞穩態及適應應激非常重要。自噬能夠把細胞內的亞細胞成分如蛋白、細胞器及入侵的病原體“扣押”在雙層脂質膜的自噬體中并輸送到溶酶體進行降解[1]。自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬三種類型[2]，本文所討論的自噬特指巨自噬。自噬還可調節免疫系統的級聯反應，免疫反應恢復到穩態需要自噬[3]。自噬在免疫系統中的作用包括消除入侵的病原體、調節炎癥反應、抗原處理與遞呈、調節免疫細胞發育等[4]。自噬體形成是整個自噬過程的關鍵，需要 18 個自噬相關（autophagy-related，Atg）蛋白參與，這些蛋白按功能分成 6 組，即 Atg1 始動復合物、Atg9、Atg2-Atg18 復合物、磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）復合物、Atg12-Atg5 共軛系統和 Atg8-PE（磷脂酰乙醇胺，phosphatidylethanolamine）共軛系統[5]。自噬與人類的多種疾病相關，參與慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）、肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）、特發性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）、感染、腫瘤、糖尿病、肥胖、心血管疾病、神經退行性病變等的發生與發展，既可發揮保護性作用，又具有損害性作用，發揮何種作用取決于自噬的起始速率及維持狀態[6]。本綜述僅就自噬在常見呼吸系統疾病的研究現狀與進展進行探討。
1 自噬與哮喘
哮喘患者氣道上皮及間充質細胞內均可見自噬體形成，哮喘相關的 Th2 及嗜酸性粒細胞（eosinophil，EOS）均可見自噬現象，自噬在細胞外基質（extracellular matrix，ECM）沉積及纖維化、氣道重構過程中均發揮重要作用[7]。對卵清蛋白（ovalbumin，OVA）致敏 BALB/c 小鼠氣道高反應性（airway hyperresponsiveness，AHR）模型的研究發現 2% OVA 組的 AHR、支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中炎癥反應水平、肺組織中 LC3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，MAP1LC3/LC3）表達均明顯高于 1% OVA 組，BALF 及肺組織中 EOS 自噬體及 LC3 表達明顯高于其他細胞，說明自噬與 EOS 炎癥、哮喘嚴重程度密切相關[8]。對 36 例重度哮喘、14 例非重度哮喘、23 例健康對照的研究發現，重度哮喘患者誘導痰粒細胞、外周血白細胞及 EOS 的自噬水平最高[9]。針對 30 例重度哮喘患者、38 例非重度哮喘患者的研究發現，重度哮喘組自噬水平及中性粒細胞外 DNA 陷阱（neutrophil extracellular DNA traps，NET）水平都顯著高于非重度哮喘組，外周血 NET 水平與自噬水平相關，白細胞介素（interleukin，IL）-8 誘導 NET 產生且與 FEV1/FVC 呈負相關，重度哮喘組 NET 誘導外周血 EOS 高水平嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（eosinophil cationic protein，ECP）、嗜酸性粒細胞衍生的神經毒素（eosinophil-derived neurotoxin，EDN）釋放，中性粒細胞自噬及 NET 能夠通過破壞氣道上皮細胞、激發 EOS 炎癥反應，增加哮喘嚴重程度[10]。Atg5（rs12212740 G>A）單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphisms，SNP）與哮喘發病密切相關，攜帶 G 等位基因者后代更容易發生哮喘，并與肺功能下降相關[11]。
針對 312 例哮喘患者、246 例非哮喘健康對照的研究發現，Atg5（rs12201458，rs510432）SNP 與哮喘相關，且急性哮喘患者鼻黏膜 Atg5 表達亦增加[12]。CD11c+ 細胞 Atg5 基因缺失（Atg5-/-）將損害小鼠自噬通路，引起自發性 AHR 和嚴重的中性粒細胞性肺部炎癥，促發激素抵抗型哮喘[13]。針對 408 例成年哮喘患者與 201 例健康對照的研究對 Atg5（-769T>C，-335G>A，8830C>T）、Atg7（-100A>G，25108G>C）進行基因型檢測，發現 Atg5、Atg7 SNP 與成人哮喘患者的中性粒細胞性氣道炎癥相關[14]。與攜帶 AA 基因型者相比，攜帶 AG/GG 基因型者的氣流受限更明顯，氣管支氣管上皮細胞 Toll 相互作用蛋白（Toll-interacting protein，Tollip）表達更少；Tollip 與 LC3 存在交互作用，Tollip 敲除小鼠肺中性粒細胞炎癥水平升高，鼻病毒負荷增加，抗鼻病毒基因表達減少。因此，Tollip rs5743899 SNP 可以預測鼻病毒感染后哮喘氣道的應答能力[15]。辛伐他丁增加肺組織 Atg5、LC3B、Beclin-1 的表達及自噬體的形成，辛伐他丁誘導自噬與它增強支氣管平滑肌細胞（bronchial smooth muscle cells，BSMCs）IFN-γ 分泌，降低 IL-4、IL-5、IL-13 等細胞因子的分泌有關，并可逆轉 ECM 沉積，自噬抑制劑 3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）可以消除上述效果效應。辛伐他丁通過激活 BSMCs 自噬進程、抑制氣道炎癥及氣道重構，為哮喘治療提供了新策略[16]。
2 自噬與急性肺損傷（acute lung injury，ALI）
自噬在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的 ALI 不同階段發揮著不同的作用。在 ALI 發生的早期階段，細胞死亡始于自噬且在 2 h 達到峰值；隨著 ALI 進展，肺組織細胞中自噬逐漸下調而凋亡逐漸上調[17]。骨髓間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSC）通過 PI3K/AKT 信號通路增強自噬減輕 ALI 的嚴重程度。MSC 還可通過下調內皮細胞 miR-142a-5p 而增加 Beclin-1 介導的自噬來緩解 LPS 誘發的 ALI[18]。人支氣管上皮細胞 mTOR 活化通過下調自噬及活化 NFκB 信號加速 LPS 誘導的 ALI[19]。自噬在氯氣誘發的 ALI 反應過程中發揮了保護性作用，上調自噬可使損傷程度明顯減輕[20]。吸入海水后可激發自噬，表現為肺泡上皮細胞自噬體形成增多、LC3-Ⅱ增多，且與動脈血氣、肺的濕/干重比值、BALF 中 IL-8、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等相關。用 3-MA 抑制自噬，可以部分緩解海水誘導的 ALI。說明海水吸入激發的自噬是 ALI 發生的不利因素，MSC 可以通過抑制肺組織自噬緩解海水暴露誘發的 ALI[21]。
大潮氣量通氣可以快速激活肺組織自噬，且主要發生在肺泡巨噬細胞，選擇性沉默肺泡巨噬細胞 Atg5 基因，可以消除機械通氣誘發的 NLRP3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor containing pyrin domain 3）炎癥體活化及肺損傷。因此，抑制肺泡巨噬細胞自噬活化，可為預防或治療機械通氣相關 ALI 提供策略[22]。高氧通過 JNK 信號介導的 Atg7 上調表達激發自噬，促進Ⅱ型肺泡上皮細胞內表面蛋白 C 累積。抑制自噬，可以減輕高氧性 ALI。通過 RPTOR（regulatory associated protein of mTOR）信號通路增強自噬，抑制凋亡，可能是治療高氧誘導 ALI 的有效策略[23]。
3 自噬與慢阻肺
與健康對照相比，慢阻肺患者自噬溶酶體系統明顯活躍。在疾病發生的早期階段，自噬標記蛋白即明顯升高。對 151 例男性吸煙慢阻肺患者及 100 例男性吸煙非慢阻肺患者自噬調節基因Egr-1（early growth response）（4071A/G，rs7729723）和 Atg16L1（autophagy-related 16-like 1）（T300A，rs2241880）SNP 進行檢測，發現攜帶 Egr-1G 等位基因者慢阻肺患病風險是攜帶 A 等位基因的 2.56 倍，攜帶 Atg16L1 A 等位基因者患病風險是攜帶 G 等位基因的 3.34 倍[24]。慢阻肺患者胎盤生長因子（placental growth factor，PGF）水平升高，在肺泡上皮細胞，PGF 誘導的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）8、MAPK14 信號通路介導了 mTOR 失活、LC3B 上調、自噬體形成增加。彈性蛋白酶誘導的自噬通過上調 PGF 促進肺上皮細胞凋亡及肺氣腫形成，PGF 及其下游信號 MAPK8、MAPK14 成為肺氣腫、慢阻肺的潛在治療靶點[25]。小鼠氣道內注入彈力蛋白酶及 LPS，制成肺氣腫模型，然后給予東方澤瀉莖部乙醇提取物（ethanol extract of the tuber of Alisma orientale，EEAO）治療，結果肺氣腫減輕，肺內炎癥細胞浸潤減少，炎性細胞因子如 TNF-α、IL-6、轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β 分泌減少。與對照組相比，慢阻肺組肺 LC3-Ⅱ表達增多，EEAO 治療后明顯減少，與 EEAO 激活 mTOR 有關[26]。
4 自噬與感染及膿毒癥
自噬參與了宿主對病原體相互作用的各個環節，對于感染的進程起著決定性作用，自噬可以消滅胞內的病原體，在某些情況下誘導抗炎癥免疫反應卻又導致胞內病原體的持續感染。自噬將侵入胞內的病原體如病毒、細菌、寄生蟲轉移至溶酶體，形成自噬溶酶體而將之降解清除的過程，習慣上稱之為異體吞噬（xenophagy）。但是，入侵的病原體本身亦擁有自身的一套逃脫異體吞噬的體系，甚至可以利用自噬來滿足自身代謝需求。異體吞噬中最主要的因素是泛素非依賴性和泛素依賴性選擇性自噬受體（SAR），SAR 磷酸化是選擇性自噬通路活化的最主要調節機制[27]。自噬在肺泡巨噬細胞感染甲流病毒（influenza A virus，IAV）后誘導胞外囊泡介導的蛋白釋放過程中發揮重要作用[28]；IAV 感染后，宿主易合并細菌性肺炎，與自噬及凋亡信號變化有關。H1N1 感染可以誘導樹突狀細胞自噬，自噬體轉運 H1N1 病毒到溶酶體并激活 TLR 信號通路[29]。H5N1 引起的 A549 細胞自噬反應比 H1N1 強得多[30]。自噬在中性粒細胞介導的殺滅細菌活動中起著重要作用，抑制自噬可以明顯削弱這種殺傷力。清道夫受體 BI（SR-BI）是抗細菌感染過程中 Beclin-1 依賴性自噬的主要驅動劑，SR-BI 激發的自噬可以促進對凋亡細胞及壞死細菌的清除[31]。
銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa，PA）的主要毒力分子綠膿菌素（pyocyanin）可促進氣道上皮細胞自噬，小鼠感染 phzM 突變菌株后（phzM 為綠膿菌素合成所必須），菌落明顯增多，死亡率也更高。慢性感染狀態下，野生型菌株比例高，綠膿菌素產生相對較少，對自噬的刺激誘導弱，利于維持慢性感染狀態。PA 還通過活化 NLRP3 炎癥體激發巨噬細胞自噬從而逃逸胞內對 PA 的殺傷作用[32]。金黃色葡萄球菌侵入胞內后即泛素化，激活 MAPK14、Atg5 磷酸化及抑制自噬體與溶酶體的融合而阻止被進一步降解，提示細菌新的“生存策略”，即阻斷自噬，確保在宿主細胞內存活[33]。A 族鏈球菌（Group A Streptococcus，GAS）在巨噬細胞內能繼續復制增殖，原因與鏈球菌溶血素 O 促進含 GAS 的液泡發生自噬逃逸有關[34]。侵入細胞的鮑曼不動桿菌可以誘導泛素介導的自噬反應，且呈現由 AMPK/ERK/mTOR 信號通路介導的 Beclin-1 依賴[35]。自噬及 LC3 相關吞飲（LC3-associated phagocytosis，LAP）通過誘導免疫反應避免炎癥反應過度而保護機體免遭大部分真菌感染。新型隱球菌自噬相關基因 Atg7 缺失菌株，極易被宿主防御機制殺滅，難以在宿主肺內定植[36]。
自噬可以防止膿毒癥誘導的多器官功能衰竭及免疫功能異常，對細胞的命運具有決定性作用[37]。在膿毒癥早期，自噬即被激活并迅速達到峰值，隨后自噬活性逐漸降低，自噬活性變化與膿毒癥發生發展的進程相一致[38]。Liu 等[39]在小鼠全身炎癥反應綜合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS）模型中發現，腺苷 2A 受體（adenosine 2A receptor，A2AR）是一種具有抗炎作用的 G 蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR），通過抑制 LPS 誘導的中性粒細胞自噬進而抑制中性粒細胞凋亡，而這一作用是通過抑制 ROS-JNK 通路，激活 GPCR β?亞單位 AKT 信號實現的。在膿毒癥恢復期，Akt-TSC2-mTOR 信號通路依賴的骨骼肌蛋白合成明顯增加，自噬活性下降。
5 自噬與IPF
IPF 患者肺組織中 LC3-Ⅱ表達減少，自噬功能減退，mTORC1 活化，成纖維細胞抗凋亡能力增強，PI3K/AKT/mTOR 信號通路參與了 IPF 的進程[40]。年齡相關的自噬及線粒體自噬功能減退可使 IPF 加重或惡化，而提升自噬的活性或質量可能成為預防衰老相關 IPF 的有效策略。線粒體自噬介導的血小板衍生生長因子受體（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）/PI3K/AKT 活化不足，與 PARK2 表達減少有關，是 IPF 成纖維細胞灶形成、肌成纖維細胞分化和增殖的潛在機制[41]。線粒體自噬具有抗纖維化的作用，PINK1 缺陷使Ⅱ型肺泡上皮細胞線粒體穩態破壞，形態與功能異常的線粒體聚集，促進肺纖維化發生[42]。TGF-β1 誘導肺泡上皮細胞線粒體 ROS 和去極化，穩定線粒體自噬的啟動蛋白 PINK1。PINK1 具有緩解上皮細胞死亡，局限纖維化的作用。IPF 患者及小鼠模型肺泡上皮細胞（AECs）中 mTOR 過度活化、自噬功能受抑。抑制 mTOR、增強自噬可能成為 IPF 的治療策略。通過抑制 Smad 調節異常及 FAK 依賴的 PI3K/Akt/mTOR 信號軸，黃連素可以減輕博來霉素誘導的纖維化形成。Nintedanib 通過下調 ECM 分泌，抑制 TGF-β 信號，誘導自噬，發揮抗纖維化作用[43]。
6 自噬與肺癌
自噬與肺癌密切相關。一方面，自噬可以促進肺癌細胞存活，有利于腫瘤發生、發展；另一方面，自噬又可以通過非 Caspase 依賴的途徑引起肺癌細胞凋亡或死亡，抑制腫瘤的發展[44]。研究認為自噬與腫瘤細胞移動、侵襲，腫瘤干細胞分化及免疫逃逸等諸多環節密切相關，直接參與了腫瘤轉移進程。化療與放療往往誘導腫瘤細胞自噬，抑制自噬可以增強肺癌細胞對化放療的敏感性，這一事實為自噬抑制劑與化療或放療聯合應用提供了一個合理的基礎，其前提是化療或放療誘導的自噬對腫瘤細胞而言是具有細胞保護作用的[45]。抗衰老基因 klotho 亦具有抑制腫瘤的作用，誘導 klotho 上調表達可抑制耐藥肺癌細胞株自噬，從而恢復對化療的敏感性[46]。活化的內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）通過抑制 PI3K/AKT/mTOR 信號通路，促進自噬和凋亡，恢復耐藥小細胞肺癌對化療藥物的敏感性[47]。表達極光激酶 A 的肺癌患者生存期縮短，極光激酶 A 的抑制劑 TC-A2317 可使肺癌細胞增殖緩慢，并出現凋亡、自噬及衰老[48]。乳酸促進癌細胞溶酶體酸化及自噬，乳酸脫氫酶 B（lactate dehydrogenase B，LDHB）促進乳酸氧化，產生質子，為溶酶體提供 V-ATPase，針對 LDHB 選擇性阻斷自噬，有望成為抗癌新策略[49]。
TNF 相關的凋亡誘導配體（tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）是 TNF 超家族成員，能破壞癌細胞而對正常細胞沒有影響。降糖藥二甲雙胍通過誘導肺腺癌 A549 細胞自噬流，增強 TRAIL 誘導的腫瘤細胞死亡[50]。對 466 例Ⅰ/Ⅱ期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的研究發現，自噬蛋白 LC3 高表達者預后好[51]。對 1 001 例 NSCLC 患者自噬相關基因 Atg10 的研究發現，rs10514231、rs1864182 和 rs1864183 三個位點的 SNP 與患者總生存期短相關[52]。吉西他濱可誘導肺癌細胞自噬，從而改變肺癌細胞對化療的敏感性[53]。自噬通過活化 AMPK/mTOR 信號通路促使肺腺癌細胞對順鉑耐藥，順鉑與自噬抑制劑或 ERS 抑制劑聯用導致肺癌細胞凋亡增加。阻斷自噬可以增加肺癌對卡鉑的敏感性，阻止腫瘤相關的免疫耐受，增加腫瘤微環境免疫細胞浸潤，抑制肺癌進展與轉移。紫杉醇降低 NSCLC 細胞 miR-216b 水平，上調 Beclin-1，增加 NSCLC 細胞自噬，拮抗紫杉醇誘導的細胞死亡。增加 miR-216b 水平或抑制自噬可以改善紫杉醇治療 NSCLC 的結局[54]。Gefitinib 通過阻斷 PI3K/AKT/mTOR 信號通路誘導肺癌細胞自噬性死亡[55]。Gefitinib 誘生的 Exosomes 能通過上調自噬改變 NSCLC 對順鉑的敏感性[56]。Erlotinib 通過增強自噬發揮對肺腺癌細胞的放療增敏效應[57]。抑制自噬可以增強 PF-04691502（PI3K/mTOR 的雙重抑制劑）對肺癌細胞凋亡及 DNA 破壞的效力[58]。抑制 JNK 介導的自噬可以增強 NSCLC 對 mTORC1/2 抑制劑的敏感性[59]。實體瘤乏氧區腫瘤細胞自噬活動增強，乏氧有利于腫瘤細胞存活，抑制乏氧區自噬可增加抗腫瘤治療的療效[60]。自噬為 Ras 驅動的肺癌細胞提供代謝底物以維持其能量及核酸，從而促其存活[61]。自噬通過樁蛋白（paxillin）和 LC3 直接作用促進粘著斑分解，腫瘤細胞移動，進而促發轉移[62]。NSCLC 高表達 βⅢ-tubulin 減少對自噬的誘導，維持腫瘤細胞存活與增殖，與 NSCLC 化療耐藥及腫瘤進展相關[63]。
7 自噬與PAH
肺血管內皮細胞及肺動脈平滑肌細胞自噬在 PAH 發生過程中具有重要作用，參與了肺血管重構。PAH 患者肺組織中自噬標記蛋白 LC3B 及自噬體形成明顯增加。慢性缺氧所致 PAH 小鼠肺組織中自噬體形成亦增加；與野生型鼠相比，LC3B 缺陷鼠更易發生慢性缺氧性 PAH。LC3B 可以拮抗增殖和重構，提示自噬在 PAH 發生過程中發揮了保護作用。PAH 患者肺組織中，mTOR 明顯下調，通過誘導 mTOR 上調表達，可以減少肺動脈壁厚度，降低右心室收縮壓及其肥大程度，說明 mTOR 對 PAH 具有保護作用[64]。在 HIV 相關 PAH 中，自噬加速肺血管內皮細胞由凋亡狀態向過度增殖狀態轉換[65]。低氧處理的肺動脈平滑肌細胞脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FAS）表達增多、活性增強，抑制 FAS 可以減弱自噬活性，減少肺動脈平滑肌細胞增殖，增加其凋亡[66]。采用間歇性低氧誘導小鼠 PAH 模型證實，內皮細胞通過線粒體非偶聯蛋白 2（uncoupling protein 2，Ucp2）激發線粒體自噬，參與了 PAH 的發生。PAH 大鼠右心室自噬活性增強，而左心室沒有變化。PAH 發生發展的早期，即通過心肌纖維化、血管周圍間質重構、毛細血管稀疏和自噬而出現右心室重構，eNOS 及膠原代謝通路參與整個過程。雌二醇（estradiol，E2）通過增強自噬、特別是線粒體自噬活性直接抑制血管內皮細胞增殖，改善血流動力學，抑制重構，從而達到拮抗 PAH 發生的作用，該效應呈雌激素受體依賴性，為 PAH 治療提供了新模式[67]。卡非佐米（Carfilzomib）通過增強自噬和凋亡，可以逆轉肺血管重構及 PAH[68]。
總之，自噬是進化過程中高度保守的細胞行為，不同的細胞類型可能具有獨特的自噬調節機制。雖然目前對于自噬的研究正日趨深入，但仍多局限于細胞水平。如何發揮自噬的積極作用，避免或減小自噬的不良影響，仍需進一步研究。從實驗室到臨床的轉化之路，依然還很漫長！
自噬（autophagy）是進化過程中高度保守的程序，對于維持細胞穩態及適應應激非常重要。自噬能夠把細胞內的亞細胞成分如蛋白、細胞器及入侵的病原體“扣押”在雙層脂質膜的自噬體中并輸送到溶酶體進行降解[1]。自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬三種類型[2]，本文所討論的自噬特指巨自噬。自噬還可調節免疫系統的級聯反應，免疫反應恢復到穩態需要自噬[3]。自噬在免疫系統中的作用包括消除入侵的病原體、調節炎癥反應、抗原處理與遞呈、調節免疫細胞發育等[4]。自噬體形成是整個自噬過程的關鍵，需要 18 個自噬相關（autophagy-related，Atg）蛋白參與，這些蛋白按功能分成 6 組，即 Atg1 始動復合物、Atg9、Atg2-Atg18 復合物、磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）復合物、Atg12-Atg5 共軛系統和 Atg8-PE（磷脂酰乙醇胺，phosphatidylethanolamine）共軛系統[5]。自噬與人類的多種疾病相關，參與慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）、肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）、特發性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）、感染、腫瘤、糖尿病、肥胖、心血管疾病、神經退行性病變等的發生與發展，既可發揮保護性作用，又具有損害性作用，發揮何種作用取決于自噬的起始速率及維持狀態[6]。本綜述僅就自噬在常見呼吸系統疾病的研究現狀與進展進行探討。
1 自噬與哮喘
哮喘患者氣道上皮及間充質細胞內均可見自噬體形成，哮喘相關的 Th2 及嗜酸性粒細胞（eosinophil，EOS）均可見自噬現象，自噬在細胞外基質（extracellular matrix，ECM）沉積及纖維化、氣道重構過程中均發揮重要作用[7]。對卵清蛋白（ovalbumin，OVA）致敏 BALB/c 小鼠氣道高反應性（airway hyperresponsiveness，AHR）模型的研究發現 2% OVA 組的 AHR、支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中炎癥反應水平、肺組織中 LC3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，MAP1LC3/LC3）表達均明顯高于 1% OVA 組，BALF 及肺組織中 EOS 自噬體及 LC3 表達明顯高于其他細胞，說明自噬與 EOS 炎癥、哮喘嚴重程度密切相關[8]。對 36 例重度哮喘、14 例非重度哮喘、23 例健康對照的研究發現，重度哮喘患者誘導痰粒細胞、外周血白細胞及 EOS 的自噬水平最高[9]。針對 30 例重度哮喘患者、38 例非重度哮喘患者的研究發現，重度哮喘組自噬水平及中性粒細胞外 DNA 陷阱（neutrophil extracellular DNA traps，NET）水平都顯著高于非重度哮喘組，外周血 NET 水平與自噬水平相關，白細胞介素（interleukin，IL）-8 誘導 NET 產生且與 FEV1/FVC 呈負相關，重度哮喘組 NET 誘導外周血 EOS 高水平嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（eosinophil cationic protein，ECP）、嗜酸性粒細胞衍生的神經毒素（eosinophil-derived neurotoxin，EDN）釋放，中性粒細胞自噬及 NET 能夠通過破壞氣道上皮細胞、激發 EOS 炎癥反應，增加哮喘嚴重程度[10]。Atg5（rs12212740 G>A）單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphisms，SNP）與哮喘發病密切相關，攜帶 G 等位基因者后代更容易發生哮喘，并與肺功能下降相關[11]。
針對 312 例哮喘患者、246 例非哮喘健康對照的研究發現，Atg5（rs12201458，rs510432）SNP 與哮喘相關，且急性哮喘患者鼻黏膜 Atg5 表達亦增加[12]。CD11c+ 細胞 Atg5 基因缺失（Atg5-/-）將損害小鼠自噬通路，引起自發性 AHR 和嚴重的中性粒細胞性肺部炎癥，促發激素抵抗型哮喘[13]。針對 408 例成年哮喘患者與 201 例健康對照的研究對 Atg5（-769T>C，-335G>A，8830C>T）、Atg7（-100A>G，25108G>C）進行基因型檢測，發現 Atg5、Atg7 SNP 與成人哮喘患者的中性粒細胞性氣道炎癥相關[14]。與攜帶 AA 基因型者相比，攜帶 AG/GG 基因型者的氣流受限更明顯，氣管支氣管上皮細胞 Toll 相互作用蛋白（Toll-interacting protein，Tollip）表達更少；Tollip 與 LC3 存在交互作用，Tollip 敲除小鼠肺中性粒細胞炎癥水平升高，鼻病毒負荷增加，抗鼻病毒基因表達減少。因此，Tollip rs5743899 SNP 可以預測鼻病毒感染后哮喘氣道的應答能力[15]。辛伐他丁增加肺組織 Atg5、LC3B、Beclin-1 的表達及自噬體的形成，辛伐他丁誘導自噬與它增強支氣管平滑肌細胞（bronchial smooth muscle cells，BSMCs）IFN-γ 分泌，降低 IL-4、IL-5、IL-13 等細胞因子的分泌有關，并可逆轉 ECM 沉積，自噬抑制劑 3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）可以消除上述效果效應。辛伐他丁通過激活 BSMCs 自噬進程、抑制氣道炎癥及氣道重構，為哮喘治療提供了新策略[16]。
2 自噬與急性肺損傷（acute lung injury，ALI）
自噬在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的 ALI 不同階段發揮著不同的作用。在 ALI 發生的早期階段，細胞死亡始于自噬且在 2 h 達到峰值；隨著 ALI 進展，肺組織細胞中自噬逐漸下調而凋亡逐漸上調[17]。骨髓間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSC）通過 PI3K/AKT 信號通路增強自噬減輕 ALI 的嚴重程度。MSC 還可通過下調內皮細胞 miR-142a-5p 而增加 Beclin-1 介導的自噬來緩解 LPS 誘發的 ALI[18]。人支氣管上皮細胞 mTOR 活化通過下調自噬及活化 NFκB 信號加速 LPS 誘導的 ALI[19]。自噬在氯氣誘發的 ALI 反應過程中發揮了保護性作用，上調自噬可使損傷程度明顯減輕[20]。吸入海水后可激發自噬，表現為肺泡上皮細胞自噬體形成增多、LC3-Ⅱ增多，且與動脈血氣、肺的濕/干重比值、BALF 中 IL-8、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等相關。用 3-MA 抑制自噬，可以部分緩解海水誘導的 ALI。說明海水吸入激發的自噬是 ALI 發生的不利因素，MSC 可以通過抑制肺組織自噬緩解海水暴露誘發的 ALI[21]。
大潮氣量通氣可以快速激活肺組織自噬，且主要發生在肺泡巨噬細胞，選擇性沉默肺泡巨噬細胞 Atg5 基因，可以消除機械通氣誘發的 NLRP3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor containing pyrin domain 3）炎癥體活化及肺損傷。因此，抑制肺泡巨噬細胞自噬活化，可為預防或治療機械通氣相關 ALI 提供策略[22]。高氧通過 JNK 信號介導的 Atg7 上調表達激發自噬，促進Ⅱ型肺泡上皮細胞內表面蛋白 C 累積。抑制自噬，可以減輕高氧性 ALI。通過 RPTOR（regulatory associated protein of mTOR）信號通路增強自噬，抑制凋亡，可能是治療高氧誘導 ALI 的有效策略[23]。
3 自噬與慢阻肺
與健康對照相比，慢阻肺患者自噬溶酶體系統明顯活躍。在疾病發生的早期階段，自噬標記蛋白即明顯升高。對 151 例男性吸煙慢阻肺患者及 100 例男性吸煙非慢阻肺患者自噬調節基因Egr-1（early growth response）（4071A/G，rs7729723）和 Atg16L1（autophagy-related 16-like 1）（T300A，rs2241880）SNP 進行檢測，發現攜帶 Egr-1G 等位基因者慢阻肺患病風險是攜帶 A 等位基因的 2.56 倍，攜帶 Atg16L1 A 等位基因者患病風險是攜帶 G 等位基因的 3.34 倍[24]。慢阻肺患者胎盤生長因子（placental growth factor，PGF）水平升高，在肺泡上皮細胞，PGF 誘導的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）8、MAPK14 信號通路介導了 mTOR 失活、LC3B 上調、自噬體形成增加。彈性蛋白酶誘導的自噬通過上調 PGF 促進肺上皮細胞凋亡及肺氣腫形成，PGF 及其下游信號 MAPK8、MAPK14 成為肺氣腫、慢阻肺的潛在治療靶點[25]。小鼠氣道內注入彈力蛋白酶及 LPS，制成肺氣腫模型，然后給予東方澤瀉莖部乙醇提取物（ethanol extract of the tuber of Alisma orientale，EEAO）治療，結果肺氣腫減輕，肺內炎癥細胞浸潤減少，炎性細胞因子如 TNF-α、IL-6、轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β 分泌減少。與對照組相比，慢阻肺組肺 LC3-Ⅱ表達增多，EEAO 治療后明顯減少，與 EEAO 激活 mTOR 有關[26]。
4 自噬與感染及膿毒癥
自噬參與了宿主對病原體相互作用的各個環節，對于感染的進程起著決定性作用，自噬可以消滅胞內的病原體，在某些情況下誘導抗炎癥免疫反應卻又導致胞內病原體的持續感染。自噬將侵入胞內的病原體如病毒、細菌、寄生蟲轉移至溶酶體，形成自噬溶酶體而將之降解清除的過程，習慣上稱之為異體吞噬（xenophagy）。但是，入侵的病原體本身亦擁有自身的一套逃脫異體吞噬的體系，甚至可以利用自噬來滿足自身代謝需求。異體吞噬中最主要的因素是泛素非依賴性和泛素依賴性選擇性自噬受體（SAR），SAR 磷酸化是選擇性自噬通路活化的最主要調節機制[27]。自噬在肺泡巨噬細胞感染甲流病毒（influenza A virus，IAV）后誘導胞外囊泡介導的蛋白釋放過程中發揮重要作用[28]；IAV 感染后，宿主易合并細菌性肺炎，與自噬及凋亡信號變化有關。H1N1 感染可以誘導樹突狀細胞自噬，自噬體轉運 H1N1 病毒到溶酶體并激活 TLR 信號通路[29]。H5N1 引起的 A549 細胞自噬反應比 H1N1 強得多[30]。自噬在中性粒細胞介導的殺滅細菌活動中起著重要作用，抑制自噬可以明顯削弱這種殺傷力。清道夫受體 BI（SR-BI）是抗細菌感染過程中 Beclin-1 依賴性自噬的主要驅動劑，SR-BI 激發的自噬可以促進對凋亡細胞及壞死細菌的清除[31]。
銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa，PA）的主要毒力分子綠膿菌素（pyocyanin）可促進氣道上皮細胞自噬，小鼠感染 phzM 突變菌株后（phzM 為綠膿菌素合成所必須），菌落明顯增多，死亡率也更高。慢性感染狀態下，野生型菌株比例高，綠膿菌素產生相對較少，對自噬的刺激誘導弱，利于維持慢性感染狀態。PA 還通過活化 NLRP3 炎癥體激發巨噬細胞自噬從而逃逸胞內對 PA 的殺傷作用[32]。金黃色葡萄球菌侵入胞內后即泛素化，激活 MAPK14、Atg5 磷酸化及抑制自噬體與溶酶體的融合而阻止被進一步降解，提示細菌新的“生存策略”，即阻斷自噬，確保在宿主細胞內存活[33]。A 族鏈球菌（Group A Streptococcus，GAS）在巨噬細胞內能繼續復制增殖，原因與鏈球菌溶血素 O 促進含 GAS 的液泡發生自噬逃逸有關[34]。侵入細胞的鮑曼不動桿菌可以誘導泛素介導的自噬反應，且呈現由 AMPK/ERK/mTOR 信號通路介導的 Beclin-1 依賴[35]。自噬及 LC3 相關吞飲（LC3-associated phagocytosis，LAP）通過誘導免疫反應避免炎癥反應過度而保護機體免遭大部分真菌感染。新型隱球菌自噬相關基因 Atg7 缺失菌株，極易被宿主防御機制殺滅，難以在宿主肺內定植[36]。
自噬可以防止膿毒癥誘導的多器官功能衰竭及免疫功能異常，對細胞的命運具有決定性作用[37]。在膿毒癥早期，自噬即被激活并迅速達到峰值，隨后自噬活性逐漸降低，自噬活性變化與膿毒癥發生發展的進程相一致[38]。Liu 等[39]在小鼠全身炎癥反應綜合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS）模型中發現，腺苷 2A 受體（adenosine 2A receptor，A2AR）是一種具有抗炎作用的 G 蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR），通過抑制 LPS 誘導的中性粒細胞自噬進而抑制中性粒細胞凋亡，而這一作用是通過抑制 ROS-JNK 通路，激活 GPCR β?亞單位 AKT 信號實現的。在膿毒癥恢復期，Akt-TSC2-mTOR 信號通路依賴的骨骼肌蛋白合成明顯增加，自噬活性下降。
5 自噬與IPF
IPF 患者肺組織中 LC3-Ⅱ表達減少，自噬功能減退，mTORC1 活化，成纖維細胞抗凋亡能力增強，PI3K/AKT/mTOR 信號通路參與了 IPF 的進程[40]。年齡相關的自噬及線粒體自噬功能減退可使 IPF 加重或惡化，而提升自噬的活性或質量可能成為預防衰老相關 IPF 的有效策略。線粒體自噬介導的血小板衍生生長因子受體（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）/PI3K/AKT 活化不足，與 PARK2 表達減少有關，是 IPF 成纖維細胞灶形成、肌成纖維細胞分化和增殖的潛在機制[41]。線粒體自噬具有抗纖維化的作用，PINK1 缺陷使Ⅱ型肺泡上皮細胞線粒體穩態破壞，形態與功能異常的線粒體聚集，促進肺纖維化發生[42]。TGF-β1 誘導肺泡上皮細胞線粒體 ROS 和去極化，穩定線粒體自噬的啟動蛋白 PINK1。PINK1 具有緩解上皮細胞死亡，局限纖維化的作用。IPF 患者及小鼠模型肺泡上皮細胞（AECs）中 mTOR 過度活化、自噬功能受抑。抑制 mTOR、增強自噬可能成為 IPF 的治療策略。通過抑制 Smad 調節異常及 FAK 依賴的 PI3K/Akt/mTOR 信號軸，黃連素可以減輕博來霉素誘導的纖維化形成。Nintedanib 通過下調 ECM 分泌，抑制 TGF-β 信號，誘導自噬，發揮抗纖維化作用[43]。
6 自噬與肺癌
自噬與肺癌密切相關。一方面，自噬可以促進肺癌細胞存活，有利于腫瘤發生、發展；另一方面，自噬又可以通過非 Caspase 依賴的途徑引起肺癌細胞凋亡或死亡，抑制腫瘤的發展[44]。研究認為自噬與腫瘤細胞移動、侵襲，腫瘤干細胞分化及免疫逃逸等諸多環節密切相關，直接參與了腫瘤轉移進程。化療與放療往往誘導腫瘤細胞自噬，抑制自噬可以增強肺癌細胞對化放療的敏感性，這一事實為自噬抑制劑與化療或放療聯合應用提供了一個合理的基礎，其前提是化療或放療誘導的自噬對腫瘤細胞而言是具有細胞保護作用的[45]。抗衰老基因 klotho 亦具有抑制腫瘤的作用，誘導 klotho 上調表達可抑制耐藥肺癌細胞株自噬，從而恢復對化療的敏感性[46]。活化的內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）通過抑制 PI3K/AKT/mTOR 信號通路，促進自噬和凋亡，恢復耐藥小細胞肺癌對化療藥物的敏感性[47]。表達極光激酶 A 的肺癌患者生存期縮短，極光激酶 A 的抑制劑 TC-A2317 可使肺癌細胞增殖緩慢，并出現凋亡、自噬及衰老[48]。乳酸促進癌細胞溶酶體酸化及自噬，乳酸脫氫酶 B（lactate dehydrogenase B，LDHB）促進乳酸氧化，產生質子，為溶酶體提供 V-ATPase，針對 LDHB 選擇性阻斷自噬，有望成為抗癌新策略[49]。
TNF 相關的凋亡誘導配體（tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）是 TNF 超家族成員，能破壞癌細胞而對正常細胞沒有影響。降糖藥二甲雙胍通過誘導肺腺癌 A549 細胞自噬流，增強 TRAIL 誘導的腫瘤細胞死亡[50]。對 466 例Ⅰ/Ⅱ期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的研究發現，自噬蛋白 LC3 高表達者預后好[51]。對 1 001 例 NSCLC 患者自噬相關基因 Atg10 的研究發現，rs10514231、rs1864182 和 rs1864183 三個位點的 SNP 與患者總生存期短相關[52]。吉西他濱可誘導肺癌細胞自噬，從而改變肺癌細胞對化療的敏感性[53]。自噬通過活化 AMPK/mTOR 信號通路促使肺腺癌細胞對順鉑耐藥，順鉑與自噬抑制劑或 ERS 抑制劑聯用導致肺癌細胞凋亡增加。阻斷自噬可以增加肺癌對卡鉑的敏感性，阻止腫瘤相關的免疫耐受，增加腫瘤微環境免疫細胞浸潤，抑制肺癌進展與轉移。紫杉醇降低 NSCLC 細胞 miR-216b 水平，上調 Beclin-1，增加 NSCLC 細胞自噬，拮抗紫杉醇誘導的細胞死亡。增加 miR-216b 水平或抑制自噬可以改善紫杉醇治療 NSCLC 的結局[54]。Gefitinib 通過阻斷 PI3K/AKT/mTOR 信號通路誘導肺癌細胞自噬性死亡[55]。Gefitinib 誘生的 Exosomes 能通過上調自噬改變 NSCLC 對順鉑的敏感性[56]。Erlotinib 通過增強自噬發揮對肺腺癌細胞的放療增敏效應[57]。抑制自噬可以增強 PF-04691502（PI3K/mTOR 的雙重抑制劑）對肺癌細胞凋亡及 DNA 破壞的效力[58]。抑制 JNK 介導的自噬可以增強 NSCLC 對 mTORC1/2 抑制劑的敏感性[59]。實體瘤乏氧區腫瘤細胞自噬活動增強，乏氧有利于腫瘤細胞存活，抑制乏氧區自噬可增加抗腫瘤治療的療效[60]。自噬為 Ras 驅動的肺癌細胞提供代謝底物以維持其能量及核酸，從而促其存活[61]。自噬通過樁蛋白（paxillin）和 LC3 直接作用促進粘著斑分解，腫瘤細胞移動，進而促發轉移[62]。NSCLC 高表達 βⅢ-tubulin 減少對自噬的誘導，維持腫瘤細胞存活與增殖，與 NSCLC 化療耐藥及腫瘤進展相關[63]。
7 自噬與PAH
肺血管內皮細胞及肺動脈平滑肌細胞自噬在 PAH 發生過程中具有重要作用，參與了肺血管重構。PAH 患者肺組織中自噬標記蛋白 LC3B 及自噬體形成明顯增加。慢性缺氧所致 PAH 小鼠肺組織中自噬體形成亦增加；與野生型鼠相比，LC3B 缺陷鼠更易發生慢性缺氧性 PAH。LC3B 可以拮抗增殖和重構，提示自噬在 PAH 發生過程中發揮了保護作用。PAH 患者肺組織中，mTOR 明顯下調，通過誘導 mTOR 上調表達，可以減少肺動脈壁厚度，降低右心室收縮壓及其肥大程度，說明 mTOR 對 PAH 具有保護作用[64]。在 HIV 相關 PAH 中，自噬加速肺血管內皮細胞由凋亡狀態向過度增殖狀態轉換[65]。低氧處理的肺動脈平滑肌細胞脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FAS）表達增多、活性增強，抑制 FAS 可以減弱自噬活性，減少肺動脈平滑肌細胞增殖，增加其凋亡[66]。采用間歇性低氧誘導小鼠 PAH 模型證實，內皮細胞通過線粒體非偶聯蛋白 2（uncoupling protein 2，Ucp2）激發線粒體自噬，參與了 PAH 的發生。PAH 大鼠右心室自噬活性增強，而左心室沒有變化。PAH 發生發展的早期，即通過心肌纖維化、血管周圍間質重構、毛細血管稀疏和自噬而出現右心室重構，eNOS 及膠原代謝通路參與整個過程。雌二醇（estradiol，E2）通過增強自噬、特別是線粒體自噬活性直接抑制血管內皮細胞增殖，改善血流動力學，抑制重構，從而達到拮抗 PAH 發生的作用，該效應呈雌激素受體依賴性，為 PAH 治療提供了新模式[67]。卡非佐米（Carfilzomib）通過增強自噬和凋亡，可以逆轉肺血管重構及 PAH[68]。
總之，自噬是進化過程中高度保守的細胞行為，不同的細胞類型可能具有獨特的自噬調節機制。雖然目前對于自噬的研究正日趨深入，但仍多局限于細胞水平。如何發揮自噬的積極作用，避免或減小自噬的不良影響，仍需進一步研究。從實驗室到臨床的轉化之路，依然還很漫長！