自噬轉化醫學與疾病研究進展

　　自噬（autophagy）是繼凋亡（apoptosis）之后，生命科學最熱門的研究領域之一。近年來，自噬的研究成果層出不窮，成為許多科學家和各種研究基金重點關注的研究方向。2013年，國家自然科學基金批準的與自噬相關的項目接近300個。但是，有關自噬性細胞死亡和存活在疾病中的作用仍然存在爭議。生物谷圍繞自噬細胞與轉化醫學當前的研究進展，對中科院上海生命科學研究院樂衛東教授進行了相關采訪。

　　1.樂教授此次演講圍繞"自噬異常與神經退行性疾病的研究進展"，可否介紹下該領域目前取得了哪些突破性研究成果？

　　樂教授：自噬是細胞的一個重要生物學功能。細胞通過對自噬底物的識別、自噬囊泡的形成，再經過與溶酶體的融合，清除老化細胞器以及降解長周期蛋白和異常積聚蛋白。因此，自噬在蛋白質的代謝、細胞器更新以及組織發育中有著重要作用，其功能調控直接參與了機體對細胞穩態的維持和對疾病的抵抗。目前已有大量研究表明，自噬與疾病的發生密切相關，如心血管病、腫瘤、炎癥和免疫以及神經退行性疾病等。特別是對于神經退行性疾病，大多數成人神經退行性疾病共同病理特征是神經元內存在易聚集蛋白，如突變的α-突觸核蛋白(α-synuclein)、淀粉樣前體蛋白、Tau蛋白、Huntingtin蛋白等，它們對神經元產生毒性作用，最終導致神經元的死亡而出現相應的臨床癥狀。自噬已經被發現在神經變性疾病中扮演著重要角色。例如，在阿爾茨海默氏癥病人的腦中，大量β-淀粉樣蛋白在白噬泡中堆積，說明細胞自噬與該病的發病機理有關。研究發現，AD病人腦細胞中Beclinl表達水平降低， 這可能影響自噬體的形成。在阿爾茨海默氏癥疾病模型的轉基因小鼠中提高Beclinl的表達會減少β-淀粉樣蛋白的形成。最近研究發現Atg7基因缺失與神經元中磷酸化的Tau蛋白堆積、神經退行性病變有重要關系。刺激mTOR非依賴性細胞自噬能避免tau突變的轉基因小鼠出現神經退化現象。對另一種主要的神經退行性疾病帕金森病來說，自噬同樣重要。細胞自噬與帕金森氏癥發病機理之間的關聯體現在PINK1蛋白。正常的PINK1蛋白與Beclinl相互作用，是細胞自噬的正調控因子，過表達PINK1顯著提高基礎和饑餓誘導的細胞自噬水平。而突變體的PINK1蛋白顯著降低細胞自噬的能力。最近研究表明，在小鼠腦黑質致密區、中腦和后腦部分區域條件性敲除多巴胺神經元細胞中Atg7基因，小鼠表現出帕金森氏癥特征，如腦細胞中出現α-Synuclein的聚集體和泛素化蛋白聚集體，多巴胺能神經元喪失等。另一個與帕金森氏癥相關的關鍵蛋白是Parkin蛋白，Parkin蛋白具有泛素連接酶E3的作用， 它與PINK1相互作用啟動細胞自噬途徑，清除失去功能的線粒體。另外，我們研究團隊最新的研究發現，肌萎縮側索硬化癥的發生與運動神經元內自噬通量異常密切相關，mTOR非依賴自噬激活劑海藻糖能夠通過促進自噬小體與溶酶體的融合，加速聚集狀蛋白質的降解，從而保護運動神經元的存活，延緩疾病的發生發展。同時，研究發現海藻糖還具有保護線粒體功能，延緩ALS骨骼肌的退化，對抗凋亡發生等多種神經保護作用。這些研究結果對以胞內蛋白聚集為特征的其他神經退行性疾病如PD、AD以及ALS的研究具有積極的借鑒意義。

　　2. 該研究成果對人類疾病治療具有怎樣的意義？

　　樂教授：如前所述，神經退行性疾病的發生發展與胞內異常蛋白聚集以及自噬功能的失調密切相關。細胞內蛋白質聚集體的清除有2條途徑：其一是泛素-蛋白酶體途徑，另一個是細胞自噬-溶酶體途徑。多數蛋白質聚集體形成的分子結構很大，很難進入蛋白酶體的桶狀結構，因此，細胞自噬是清除它們的唯一途徑。某些突變型蛋白如Prion、Huntingtin等更是高度依賴細胞自噬清除。一旦這些清除途徑出現障礙，就會導致疾病的發生。因此，研究細胞自噬與疾病的關系，不僅僅能夠讓我們了解疾病的發生機制，更有助于醫藥工作者開發相應的疾病治療藥物，并應用于臨床，最終造福人類。自噬領域的研究發現在醫學領域的重要意義不亞于"細胞凋亡"的發現，并很可能成為今后諾貝爾生理與醫學獎的有力競爭者。

　　3. 該研究領域目前臨床轉化應用情況？

　　樂教授：近年來，自噬研究得到了國內外科學家的廣泛重視，與自噬相關的研究論文的數量從十幾年前的鳳毛麟角直線上升到如今的每年上千篇，這其中大概有10%的文章來自中國。自噬領域的專業期刊Autophagy雜志從2003年創刊到如今十年的時間，其分數已經快速上升到了11.4分。包括我在內的來自中國的多名學術專家曾經擔任該雜志的編委。在我國，有關自噬的研究正在廣泛開展，科技部和國家自然科學基金委均已投入大量科研經費資助相關課題研究，這進一步促進了我國在自噬研究領域的發展。我國科學家在自噬的機制和疾病關系研究，以及轉化醫學研究中也取得了重大進展，許多研究成果已經走在世界前沿。除了大量創新性的科研論文的發表，國內的相關專家學者也積極地進行廣泛的學術交流，主辦了大量的相關的國際學術會議，例如2011年我們主辦的"自噬-生物學與疾病"學術會議，以及東方科技論壇"自噬-生物學與疾病"學術研討會等，這都極大地推動了自噬相關領域的研究。

　　在臨床轉化方面，研究人員開發細胞自噬治療疾病的首個化學藥物是雷帕霉素，它能抑制mTOR激酶的活性．而mTOR 激酶激活時可抑制細胞自噬。在果蠅和小鼠亨廷頓舞蹈癥疾病模型中，應用雷帕霉素治療能顯著提高對突變Huntingtin蛋白的清除、降低蛋白質聚集體、保護細胞免受毒害等。近年來的研究表明，在小鼠阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥疾病模型中，應用雷帕霉素治療能降低β淀粉樣蛋白的水平、提高對β淀粉樣蛋白聚集體的清除、抑制Tau蛋白過磷酸化等。

　　除了化學合成的小分子化合物，某些天然產物也具有較好的自噬調控作用。我國具有悠久的中藥研究歷史，開發天然產物具有得天獨厚的優勢。我們前期的研究發現，海藻糖對ALS中自噬通量的改善及其在模型小鼠中的神經保護作用，其可能為臨床ALS的治療潛在藥物。

　　目前關于細胞自噬的研究還停留在細胞水平，進入臨床應用還需要時間，而且小分子如雷帕霉素通過抑制mTOR 作用引起細胞自噬，而mTOR 是個多功能激酶，如果被抑制對細胞的正常生理功能是否會產生損害？ 因此小分子藥物長時間作用于人體是否有副作用還有待實驗去檢驗。雖然現在還有很多未知的問題等待解決，不過相信隨著細胞自噬研究的不斷深入，更多能夠引起細胞自噬的小分子將會被發現，小分子細胞自噬誘導劑應用于神經退行性疾病的治療也將會有廣闊的前景。

　　4. 在研究自噬對神經退行性疾病作用機制的過程中，面臨哪些技術難點？

　　樂教授：自噬研究的深入對自噬的檢測方法也提出了更高的要求，自噬功能障礙包括自噬體形成和降解障礙，因此，準確全面地評估自噬不僅包括自噬體的檢測，還包括動態觀察整個自噬性降解的過程是否順暢(即自噬通量分析)。另外，通過藥物或基因干預技術來人為地調控自噬以觀察其在體內體外模型中的作用也是自噬分析的重要內容。需要注意的是，任何一種方法單獨應用均不能作為自噬的依據，對任何方法得到的結果進行解釋時必須慎重，特別是不能將自噬體的增多減少或自噬相關蛋白表達的高低等同于自噬的增強或減弱。

　　另外，目前自噬的研究仍然缺少合適的體外模型和模式動物，目前可用的自噬功能調控的工具藥物非常有限；這些技術難題都為自噬的研究提出了新的挑戰。

　　5. 下一步針對神經退行性疾病的研究主要針對哪些方面進行？

　　樂教授：近年來，探討細胞自噬的分子機制已成為生命科學研究領域的熱點。尤其是細胞自噬與神經退行性疾病密切關聯更引起人們的重視和研究興趣。通過上調細胞自噬治療某些神經退行性疾病仍面臨許多困難。盡管雷帕霉素已經在實踐中得到應用，但其副作用不容回避。因為mTOR激酶除了調控細胞自噬外，還調控著其他重要的生物學過程。因此，尋找不依賴mTOR激酶信號通路的其他可替代的調控機制是治療神經退行性疾病的前提。

　　此外，自噬與包括AD、PD在內的神經退行性疾病病理之間的因果關系，特別是某些特殊的自噬模式，如分子伴侶介導的自噬(CMA)，與神經退行性病變的關系，仍需要大量的研究工作。

　　而且，雖然，目前已經報告了很多因素能誘導細胞發生自噬，如饑餓、生長因子缺乏、微生物感染、細胞器損傷、蛋白質折疊錯誤或聚集、DNA損傷、放療、化療等等，但是這一過程的詳細的信號轉到通路和網絡仍未完全闡明，這么多刺激信號如何傳遞的、哪些自噬蛋白接受信號、又有哪些自噬蛋白去執行等很多問題都還在等待進一步解答中。

　　我們不僅僅要研究自噬功能的調控途徑，更要對自噬自身的動態過程進行研究，以便能夠更加深入而全面的了解自噬在疾病過程中的作用。我們相信，調控自噬，有望為神經退行性疾病的治療提供新的靶標。