鱼类细胞自噬与炎症反应：自噬是鱼的先天抗病毒反应和防御机制（下）

4、鱼类病原感染与炎症反应

除了细胞自噬外，炎症反应也是先天性免疫系统的重要组成部分，参与了防御和清除入侵细胞的病原体。炎症反应是机体遭受创伤、感染等外源性及内源性刺激后的一种防御性反应，可通过激活先天性免疫和获得性免疫应答恢复机体的动态平衡，适度的炎症反应是清除病原体的必要条件，然而，过度的炎症反应可导致各种疾病，例如败血性休克、过敏和代谢紊乱等。对于低等脊椎动物鱼类而言，先天性免疫在其抵抗病原感染中发挥着重要作用。炎症反应是鱼类对病原体入侵的积极免疫响应，可阻止病原感染或清除体内病原；但过度的炎症反应可引起炎症风暴，诱发凋亡、焦亡和坏死等病变。

当机体受到病原感染时，病原相关分子模式可通过细胞膜上Ｔｏｌｌ 样受体激活下游核转录因子ｋａｐｐａＢ信号通路，进而表达ＩＬ⁃１β、肿瘤坏死因子⁃α等促炎细胞因子，而这些因子常被用于评估炎症反应程度。传染性胰腺坏死病毒是一种高度传染性的急性病毒，可在养殖鱼类中产生全身性感染和高死亡率，且在感染后存活的鱼类中发生再感染。Ｒｅｙｅｓ⁃Ｃｅｒｐａ等人发现，虹鳟感染ＩＰＮＶ后，炎症因子的表达在急性和再感染的组织中存在差异：促炎细胞因子ＩＬ⁃１β 和ＩＬ⁃８在急性感染的鱼组织中高表达，而在再感染的鱼组织中无表达变化；抗炎细胞因子高表达可能会抑制抗体产生，导致病毒再感染。在细菌感染与炎症研究方面，迟缓爱德华氏菌感染斑马鱼，导致胚胎和成鱼中ＩＬ⁃１β及ＴＮＦ⁃α的表达水平显著上调。嗜水气单胞菌感染诱导的草鱼肠道炎症反应与促炎细胞因子ＩＬ⁃１β、ＩＬ⁃８和ＴＮＦ⁃α的表达以及髓过氧化物酶的活性密切相关。此外，白细胞介素⁃１２受体β２在哺乳动物和其它高等脊椎动物炎症细胞因子的表达中发挥重要的调节作用，草鱼ＩＬ⁃１２Ｒβ２也参与调节由嗜水气单胞菌诱导的肠道炎症。

炎症小体作为天然免疫系统的重要组成部分，是炎症反应的关键调控器。适当的炎症小体激活对于宿主应对外来病原体及组织损伤至关重要。炎症小体能够识别ＰＡＭＰｓ及损伤相关分子模式，从而调节胱天蛋白酶１的激活并诱导ＩＬ⁃１β、ＩＬ⁃１８等炎症因子的成熟和分泌，进而抵御感染。在哺乳动物中，目前已确定的炎症小体，包括ＮＬＲＰ１、ＮＬＲＰ３、ＮＬＲＣ４和ＡＩＭ２炎症小体。它们可以招募凋亡相关斑点样蛋白作为衔接蛋白质，调节胱天蛋白酶１的激活，将促炎细胞因子ＩＬ⁃１β和ＩＬ⁃１８裂解成具有生物活性的形式。

近年来，鱼类炎症小体在抗菌和调控炎症反应方面的功能逐渐被揭示。斑马鱼感染模型的研究表明，ｃａｓｐｙ２（ｃａｓｐａｓｅ／４／５／１１的同源物） 可启动非典型炎症小体的激活，其在清除体内细菌、缓解肠道炎症中发挥重要作用。Ｃｈｅｎ等人发现，ＮＬＲＰ３是牙鲆炎症小体途径的胞质受体，在体内抑制杀鱼爱德华氏菌感染中发挥重要功能。在斑马鱼中，ＮＬＲＰ３通过ＧａｓｄｅｒｍｉｎＥ介导的细胞焦亡，调节炎症细胞因子的加工和分泌。在哺乳动物中，越来越多的研究表明，ＡＳＣ与抗感染及免疫反应有关。在鱼类中，Ｌｉ等人报道了斑马鱼中ＡＳＣ的单体结构和功能，揭示ＡＳＣ⁃ＰＹＤ为低等脊椎动物炎症小体组装中同源ＰＹＤ和异源ＰＹＤ的关联提供了平 台。Ｗａｎｇ等人从大菱鲆中克隆了大菱鲆ＳｍＡＳＣ全长，通过生物信息学分析发现，ＳｍＡＳＣ与硬骨鱼中的ＡＳＣ具有较高的同一性，并揭示了ＳｍＡＳＣ在大菱鲆的免疫反应中发挥关键作用。在日本青鳉中，ＡＳＣ可通过诱导炎症反应和细胞死亡来清除嗜水气单胞菌，在抵御嗜水气单胞菌感染中发挥了关键作用。此外，斑马鱼Ｎｏｄ样受体蛋白 １（ｎｏｄ⁃ｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｐｒｏｔｅｉｎ１，ＮＬＲＰ１）通过触发经典炎症小体的形成，在体内抗菌性先天免疫中发挥重要功能。鱼类炎症小体的功能及机制研究主要侧重于斑马鱼，而针对于经济鱼类炎症小体的研究仍比较匮乏，需要更多的关注和研究。

5、细胞自噬与炎症反应的平衡

自噬和炎症反应是先天性免疫的两个重要组成部分，两者间的相互作用及平衡对于维持细胞稳态至关重要。但功能失调的细胞自噬通常会导致由感染引发的过度炎症反应，从而对宿主产生严重损害。目前的研究表明，自噬对于炎症的调节主要体现在抗炎方面：自噬可通过抑制促炎细胞因子的分泌、限制炎症小体的激活等方式发挥抗炎功能。以往的大多数研究都集中在自噬在炎症调节中的作用，但越来越多的研究表明，感染期间炎症信号的传导也能调节自噬的不同阶段。

细菌和病毒感染过程中，自噬和炎症的相互作用关系见上面Ｆｉｇ．１ 所示。

5.１自噬可抑制促炎细胞因子的分泌

最早发现自噬具有抗炎作用是在Ａｔｇ１６Ｌ１的研究中：作为自噬发生的核心成员之一，Ａｔｇ１６Ｌ１促进Ａｔｇ１２⁃Ａｔｇ５结合物对隔离膜的招募；在Ａｔｇ１６Ｌ１基因缺陷的巨噬细胞中， 应对脂 多糖刺激时，巨噬细胞产生大量炎症因子ＩＬ⁃１β和ＩＬ⁃１８。后续研究发现，其它自噬相关基因例如Ａｔｇ５等的缺失，也可提高炎症因子的分泌，例如敲除Ａｔｇ５后的细胞受ＬＰＳ刺激时，促炎细胞因子水平显著上调。此外，一些调控自噬体形成的化学药物也反映出自噬具有一定的抗炎作用：受ＬＰＳ或ＡＴＰ刺激时，自噬抑制剂３⁃甲基腺嘌呤处理会增加炎症小体的激活，促进ＩＬ⁃１β和ＩＬ⁃１８分泌；反之，自噬诱导剂雷帕霉素处理或者氨基酸缺乏，可以限制炎症小体的激活，抑制ＩＬ⁃１β的释放。

5.２自噬通过限制炎症小体的激活发挥抗炎作用

自噬通过降解炎症小体的组分、去除由病原体感染引起的受损细胞器及其释放的活性氧（ＲＯＳ）来限制炎症小体的激活，从而发挥抗炎作用 。已经发现，自噬调节蛋白质三结构域蛋白家族２０（ｔｒｉｐａｒ⁃ｔｉｔｅｍｏｔｉｆ２０，ＴＲＩＭ２０）和免疫相关的ＧＴＰ酶家族Ｍ（ｉｍｍｕｎｉｔｙ⁃ｒｅｌａｔｅｄＧＴＰａｓｅｆａｍｉｌｙ Ｍ，ＩＲＧＭ）可直接与炎症小体的组分相互作用，阻碍它们组装，同时引导它们进入自噬体进行降解，从而降低感染诱导的炎症小体的活性。此外，线粒体自噬可以减少受损的线粒体，从而抑制炎症小体的激活。相反，自噬缺陷会导致受损线粒体在细胞内积累，ＲＯＳ产生增加，线粒体ＤＮＡ释放以及Ｎｏｄ样受体蛋白３（ｎｏｄ⁃ｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｒｐｒｏｔｅｉｎ３，ＮＬＲＰ３）炎症小体的组装：小鼠微管相关蛋白１轻链３⁃ＩＩ和Ｂｅｃｌｉｎ⁃１被敲除，线粒体功能障碍和线粒体ＤＮＡ的胞质易位大量积累，促进了胱天蛋白酶１的激活和ＩＬ⁃１β、ＩＬ⁃１８的分泌，且ＬＣ３⁃ＩＩ被敲除的小鼠对 ＬＰＳ 诱导的死亡表现出更高的敏感性。值得注意的是，许多炎症小体激动剂，例如二氧化硅，明矾和尿酸单钠晶体等，也会破坏溶酶体的功能，这也表明了自噬可以限制炎症小体的激活。

5.３炎症反应对细胞自噬的调节

炎症反应可以调节细胞自噬，主要体现在：

（１）促炎细胞因子调节自噬。Ｊｉａ等人发现，ＴＮＦ⁃α通过ｃ⁃ｊｕｎＮ⁃端激酶或Ａｋｔ途径诱导自噬发生。此外，ＴＮＦ⁃γ、ＩＬ⁃１和ＩＬ⁃１７等已被证明可诱导自噬，而ＩＬ⁃４、ＩＬ⁃１０等则对自噬具有抑制作用。

（２）模式识别受体影响自噬发生。ＴＬＲｓ可通过增强ＭｙＤ８８ 和Ｔｒｉｆ与Ｂｅｃｌｉｎ１的相互作用，降低Ｂｅｃｌｉｎ１与Ｂ淋巴细胞瘤⁃２（Ｂ⁃ｃｅｌｌｌｙｍｐｈｏｍａ⁃２，Ｂｃｌ⁃２）基因的结合，来诱导细胞自噬 。已报道的能够诱导自噬的ＴＬＲ家族成员包括ＴＬＲ３、ＴＬＲ４和ＴＬＲ７等，分别响应ｐｏｌｙ（Ｉ：Ｃ）、ＬＰＳ和ｓｓＲＮＡ等因素的刺激。

5.４鱼类细胞自噬对炎症反应的调控

目前，鱼类自噬与炎症相关性研究发现，自噬主要通过抑制促炎细胞因子的分泌发挥抗炎作用。同时，部分自噬相关基因的表达一定程度上会对炎症反应进行负调控。自噬体抑制剂３⁃ＭＡ在抑制自噬的同时增强了草鱼促炎细胞因子ＩＬ⁃１β和ＴＮＦ⁃α的分泌。ＧＣＲＶ感染诱导草鱼脾内的自噬，以抑制ＧＣＲＶ复制。而草鱼自噬相关蛋白５（ＣｉＡｔｇ５）保护草鱼肾细胞免受ＧＣＲＶ感染后过度炎症反应的影响，即自噬可减弱急性炎症反应以保护细胞。在石斑鱼Ａｔｇ５、Ａｔｇ１２ 和Ａｔｇ１６ Ｌ１基因功能的研究中发现，上述３种自噬相关基因，均可在一定程度上降低ＩＬ⁃１β、ＩＬ⁃８等促炎细胞因子的转录。鱼类疾病通常伴随着炎症反应的发生，而很多病原刺激可诱发自噬，进一步阐明二者之间的调控关系，对于通过靶向自噬进行免疫防控有着重要的指导意义。

6、问题与展望

细胞自噬是一种高度保守的细胞代谢过程，存在于所有真核细胞中。炎症反应是机体对病原体入侵时的免疫响应，在细菌和病毒感染过程中，自噬在调节炎症反应中发挥重要作用，炎症反应也可以反过来对自噬进行调控。两者互相调节，以便在提供宿主防御所需的炎症反应和预防过度炎症反应之间取得平衡。因此，深入解析病原体感染过程中的炎症与自噬的相互作用关系，将有助于在适当的阶段，通过调控自噬和炎症来预防或清除病原体。

近年来，随着基因组学和蛋白质组学以及相关技术的发展，极大地促进了自噬核心蛋白质与炎症分子相互作用的大规模筛选和分析，这有助于加速对自噬与炎症相互作用的深入理解和研究。在哺乳动物方面，最新研究发现，自噬调节剂可通过抑制ＮＬＲＰ３炎症小体活化，来缓解炎症性肠道疾病。关于自噬调节靶向治疗急性髓细胞白血病的研究结果表明：靶向溶酶体的自噬抑制剂（例如ＣＱ、Ｌｙｓ０５、ｂａｆｉｌｏｍｙｃｉｎ Ａ１）可以减弱ＡＭＬ细胞中的线粒体自噬，并增强抗白血病作用。这一结果会有助于自噬抑制剂的进一步临床开发。上述研究也为鱼类通过调节自噬进行疾病免疫防控提供新的思路。然而，通过调节自噬以治疗炎症性疾病仍面临很多挑战，并存在亟待解决的问题，主要问题有：

（１）在一定条件下，诱导自噬或过度诱导自噬，可能通过触发“自噬细胞死亡”，从而对细胞产生负面影响。因此，为了安全有效地利用自噬治疗炎症性疾病，需要更深入地研究诱导自噬的途径；

（２）基于自噬进行治疗时，应动态地评估体内自噬，这对于诊断和监测自噬治疗效果至关重要。因此，开发体内自噬动态测量方法，是当前需要克服的最紧迫的挑战之一；

（３）采用自噬调节剂处理过程中，其细胞特异性、使用剂量以及处理时间等因素都可影响其作用效果。因此，在设计基于自噬的干预措施时，应充分考虑到自噬区域和细胞特异性差异。

在鱼类研究方面，对自噬和炎症反应的报道逐渐增多，但对自噬及其与炎症反应的相关性研究相对匮乏，且侧重于自噬对炎症反应的影响。鱼类细胞自噬主要通过抑制促炎细胞因子的分泌发挥抗炎作用。此外，部分自噬相关基因在一定程度上对炎症反应具有负调控作用。这些研究从基因表达水平上初步揭示了鱼类细胞自噬对炎症反应的影响，而对其具体信号通路及相互调控机制的研究有待进一步深入。关于炎症反应对自噬的影响研究甚少，此方面需要开展更加系统性的研究。今后的研究需要在分子水平上更深入地揭示自噬与炎症反应之间的相关性，并对其信号通路进行深入研究，这有助于未来在疾病防控上针对自噬途径的各个步骤，研发基于自噬过程的治疗方法，将与炎症反应相关的自噬信号通路作为作用靶点，通过调节细胞自噬水平，缓解并消除鱼类过度的炎症反应。此外，还需深入研究自噬对炎症小体激活的调控机制，通过调控自噬和炎症小体的相关通路，开发一些靶向炎症小体抑制剂的药物以治疗多种疾病。上述问题的解决，将为水产养殖鱼类的炎症性疾病防控和治疗提供新的策略，从而避免因病害而造成的渔业经济损失，促进水产养殖业的健康可持续发展。

参考文献（略）

西南渔业网白话解释：自噬功能，比如当我们少吃或者断食的时候，可以激发细胞自噬。自噬是细胞更新和自我进食的过程，就像身体里住了一个扫地机器人，看到垃圾就开动扫地程序。对于水产养殖来说，鱼的自噬功能，在当鱼有病发生时，其间少喂料或者暂时投喂，就可以激发"细胞自噬"来防御病害的再侵入（见下图：扫地机器人）。

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来源：中国生物化学与分子生物学报２０２３年６月。
作者：张云丽，李趁，孔祥会 ∗河南师范大学水产学院水产动物疾病控制河南省工程实验室。
备注：西南渔业网对内容略有修改并配图。

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