自噬转化医学与疾病研究进展

　　自噬（autophagy）是继凋亡（apoptosis）之后，生命科学最热门的研究领域之一。近年来，自噬的研究成果层出不穷，成为许多科学家和各种研究基金重点关注的研究方向。2013年，国家自然科学基金批准的与自噬相关的项目接近300个。但是，有关自噬性细胞死亡和存活在疾病中的作用仍然存在争议。生物谷围绕自噬细胞与转化医学当前的研究进展，对中科院上海生命科学研究院乐卫东教授进行了相关采访。

　　1.乐教授此次演讲围绕"自噬异常与神经退行性疾病的研究进展"，可否介绍下该领域目前取得了哪些突破性研究成果？

　　乐教授：自噬是细胞的一个重要生物学功能。细胞通过对自噬底物的识别、自噬囊泡的形成，再经过与溶酶体的融合，清除老化细胞器以及降解长周期蛋白和异常积聚蛋白。因此，自噬在蛋白质的代谢、细胞器更新以及组织发育中有着重要作用，其功能调控直接参与了机体对细胞稳态的维持和对疾病的抵抗。目前已有大量研究表明，自噬与疾病的发生密切相关，如心血管病、肿瘤、炎症和免疫以及神经退行性疾病等。特别是对于神经退行性疾病，大多数成人神经退行性疾病共同病理特征是神经元内存在易聚集蛋白，如突变的α-突触核蛋白(α-synuclein)、淀粉样前体蛋白、Tau蛋白、Huntingtin蛋白等，它们对神经元产生毒性作用，最终导致神经元的死亡而出现相应的临床症状。自噬已经被发现在神经变性疾病中扮演着重要角色。例如，在阿尔茨海默氏症病人的脑中，大量β-淀粉样蛋白在白噬泡中堆积，说明细胞自噬与该病的发病机理有关。研究发现，AD病人脑细胞中Beclinl表达水平降低， 这可能影响自噬体的形成。在阿尔茨海默氏症疾病模型的转基因小鼠中提高Beclinl的表达会减少β-淀粉样蛋白的形成。最近研究发现Atg7基因缺失与神经元中磷酸化的Tau蛋白堆积、神经退行性病变有重要关系。刺激mTOR非依赖性细胞自噬能避免tau突变的转基因小鼠出现神经退化现象。对另一种主要的神经退行性疾病帕金森病来说，自噬同样重要。细胞自噬与帕金森氏症发病机理之间的关联体现在PINK1蛋白。正常的PINK1蛋白与Beclinl相互作用，是细胞自噬的正调控因子，过表达PINK1显着提高基础和饥饿诱导的细胞自噬水平。而突变体的PINK1蛋白显着降低细胞自噬的能力。最近研究表明，在小鼠脑黑质致密区、中脑和后脑部分区域条件性敲除多巴胺神经元细胞中Atg7基因，小鼠表现出帕金森氏症特征，如脑细胞中出现α-Synuclein的聚集体和泛素化蛋白聚集体，多巴胺能神经元丧失等。另一个与帕金森氏症相关的关键蛋白是Parkin蛋白，Parkin蛋白具有泛素连接酶E3的作用， 它与PINK1相互作用启动细胞自噬途径，清除失去功能的线粒体。另外，我们研究团队最新的研究发现，肌萎缩侧索硬化症的发生与运动神经元内自噬通量异常密切相关，mTOR非依赖自噬激活剂海藻糖能够通过促进自噬小体与溶酶体的融合，加速聚集状蛋白质的降解，从而保护运动神经元的存活，延缓疾病的发生发展。同时，研究发现海藻糖还具有保护线粒体功能，延缓ALS骨骼肌的退化，对抗凋亡发生等多种神经保护作用。这些研究结果对以胞内蛋白聚集为特征的其他神经退行性疾病如PD、AD以及ALS的研究具有积极的借鉴意义。

　　2. 该研究成果对人类疾病治疗具有怎样的意义？

　　乐教授：如前所述，神经退行性疾病的发生发展与胞内异常蛋白聚集以及自噬功能的失调密切相关。细胞内蛋白质聚集体的清除有2条途径：其一是泛素-蛋白酶体途径，另一个是细胞自噬-溶酶体途径。多数蛋白质聚集体形成的分子结构很大，很难进入蛋白酶体的桶状结构，因此，细胞自噬是清除它们的唯一途径。某些突变型蛋白如Prion、Huntingtin等更是高度依赖细胞自噬清除。一旦这些清除途径出现障碍，就会导致疾病的发生。因此，研究细胞自噬与疾病的关系，不仅仅能够让我们了解疾病的发生机制，更有助于医药工作者开发相应的疾病治疗药物，并应用于临床，最终造福人类。自噬领域的研究发现在医学领域的重要意义不亚于"细胞凋亡"的发现，并很可能成为今后诺贝尔生理与医学奖的有力竞争者。

　　3. 该研究领域目前临床转化应用情况？

　　乐教授：近年来，自噬研究得到了国内外科学家的广泛重视，与自噬相关的研究论文的数量从十几年前的凤毛麟角直线上升到如今的每年上千篇，这其中大概有10%的文章来自中国。自噬领域的专业期刊Autophagy杂志从2003年创刊到如今十年的时间，其分数已经快速上升到了11.4分。包括我在内的来自中国的多名学术专家曾经担任该杂志的编委。在我国，有关自噬的研究正在广泛开展，科技部和国家自然科学基金委均已投入大量科研经费资助相关课题研究，这进一步促进了我国在自噬研究领域的发展。我国科学家在自噬的机制和疾病关系研究，以及转化医学研究中也取得了重大进展，许多研究成果已经走在世界前沿。除了大量创新性的科研论文的发表，国内的相关专家学者也积极地进行广泛的学术交流，主办了大量的相关的国际学术会议，例如2011年我们主办的"自噬-生物学与疾病"学术会议，以及东方科技论坛"自噬-生物学与疾病"学术研讨会等，这都极大地推动了自噬相关领域的研究。

　　在临床转化方面，研究人员开发细胞自噬治疗疾病的首个化学药物是雷帕霉素，它能抑制mTOR激酶的活性．而mTOR 激酶激活时可抑制细胞自噬。在果蝇和小鼠亨廷顿舞蹈症疾病模型中，应用雷帕霉素治疗能显着提高对突变Huntingtin蛋白的清除、降低蛋白质聚集体、保护细胞免受毒害等。近年来的研究表明，在小鼠阿尔茨海默氏症和帕金森氏症疾病模型中，应用雷帕霉素治疗能降低β淀粉样蛋白的水平、提高对β淀粉样蛋白聚集体的清除、抑制Tau蛋白过磷酸化等。

　　除了化学合成的小分子化合物，某些天然产物也具有较好的自噬调控作用。我国具有悠久的中药研究历史，开发天然产物具有得天独厚的优势。我们前期的研究发现，海藻糖对ALS中自噬通量的改善及其在模型小鼠中的神经保护作用，其可能为临床ALS的治疗潜在药物。

　　目前关于细胞自噬的研究还停留在细胞水平，进入临床应用还需要时间，而且小分子如雷帕霉素通过抑制mTOR 作用引起细胞自噬，而mTOR 是个多功能激酶，如果被抑制对细胞的正常生理功能是否会产生损害？ 因此小分子药物长时间作用于人体是否有副作用还有待实验去检验。虽然现在还有很多未知的问题等待解决，不过相信随着细胞自噬研究的不断深入，更多能够引起细胞自噬的小分子将会被发现，小分子细胞自噬诱导剂应用于神经退行性疾病的治疗也将会有广阔的前景。

　　4. 在研究自噬对神经退行性疾病作用机制的过程中，面临哪些技术难点？

　　乐教授：自噬研究的深入对自噬的检测方法也提出了更高的要求，自噬功能障碍包括自噬体形成和降解障碍，因此，准确全面地评估自噬不仅包括自噬体的检测，还包括动态观察整个自噬性降解的过程是否顺畅(即自噬通量分析)。另外，通过药物或基因干预技术来人为地调控自噬以观察其在体内体外模型中的作用也是自噬分析的重要内容。需要注意的是，任何一种方法单独应用均不能作为自噬的依据，对任何方法得到的结果进行解释时必须慎重，特别是不能将自噬体的增多减少或自噬相关蛋白表达的高低等同于自噬的增强或减弱。

　　另外，目前自噬的研究仍然缺少合适的体外模型和模式动物，目前可用的自噬功能调控的工具药物非常有限；这些技术难题都为自噬的研究提出了新的挑战。

　　5. 下一步针对神经退行性疾病的研究主要针对哪些方面进行？

　　乐教授：近年来，探讨细胞自噬的分子机制已成为生命科学研究领域的热点。尤其是细胞自噬与神经退行性疾病密切关联更引起人们的重视和研究兴趣。通过上调细胞自噬治疗某些神经退行性疾病仍面临许多困难。尽管雷帕霉素已经在实践中得到应用，但其副作用不容回避。因为mTOR激酶除了调控细胞自噬外，还调控着其他重要的生物学过程。因此，寻找不依赖mTOR激酶信号通路的其他可替代的调控机制是治疗神经退行性疾病的前提。

　　此外，自噬与包括AD、PD在内的神经退行性疾病病理之间的因果关系，特别是某些特殊的自噬模式，如分子伴侣介导的自噬(CMA)，与神经退行性病变的关系，仍需要大量的研究工作。

　　而且，虽然，目前已经报告了很多因素能诱导细胞发生自噬，如饥饿、生长因子缺乏、微生物感染、细胞器损伤、蛋白质折叠错误或聚集、DNA损伤、放疗、化疗等等，但是这一过程的详细的信号转到通路和网络仍未完全阐明，这么多刺激信号如何传递的、哪些自噬蛋白接受信号、又有哪些自噬蛋白去执行等很多问题都还在等待进一步解答中。

　　我们不仅仅要研究自噬功能的调控途径，更要对自噬自身的动态过程进行研究，以便能够更加深入而全面的了解自噬在疾病过程中的作用。我们相信，调控自噬，有望为神经退行性疾病的治疗提供新的靶标。