脊髓损伤中自噬介导的病理机制及其相关干预手段

吴杏英 胡 蓉综述 马睿杰审校

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）常导致感觉、运动、括约肌功能的丧失，是导致死亡和长期残疾的主要原因之一[1]。SCI 包括原发性损伤和继发性损伤，其中原发性损伤的主要特征包括撞击加持续性压迫、单独冲击与瞬态压缩、分裂、撕裂/横断[2]；继发性损伤包括氧化应激、炎症、谷氨酸介导的兴奋性毒性、水肿、坏死、凋亡和自噬[3]。自噬是真核生物特有的依赖于溶酶体的细胞内降解过程，在应对营养缺乏、维持内稳态中发挥重要作用。自噬可以通过调节神经细胞的凋亡而在神经系统疾病中起到保护作用，尤其是SCI。然而，自噬是一把“双刃剑”。一方面，自噬可以诱导自噬细胞死亡并加速细胞凋亡；另一方面，自噬可以促进受损细胞中蛋白质和细胞器的循环，是细胞分解自身成分的基本稳态过程[4]。改善SCI 后的自噬对神经和运动功能恢复起重要作用。本文就SCI后自噬介导的病理机制研究进展进行综述。

1 自噬介导的SCI继发性损伤

1.1 出血与缺血SCI原发性机械损伤导致局部毛细血管和血脑脊髓屏障的破坏[5]。局部毛细血管的直接破裂导致脊髓实质出血，尤其是脊髓灰质。损伤部位血管完整性的破坏导致空洞形成、细胞死亡和轴突再生不良。另一方面，神经组织水肿也会增加间质压力，从而压迫周围血管，继而导致缺血。Ramalho 等[6]研究表明，自噬通过细胞外调节蛋白激酶磷酸化增强间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）分泌，加快皮肤伤口愈合。Ma 等[7]还发现SCI 后移植MSCs 有利于增强自噬，进而修复血管，促进神经再生。

1.2 瘢痕形成胶质瘢痕形成是SCI病理学的重要组成部分，主要由小胶质细胞、巨噬细胞和细胞外基质和星形胶质细胞组成。SCI 导致巨噬细胞浸润和小胶质细胞激活，触发局部星形胶质细胞的激活，形成胶质疤痕，影响突触可塑性。研究表明，雷帕霉素提高抑制mTOR信号通路，激活自噬，从而抑制突触前膜递质释放，这表明自噬是一种与突触微环境相关的稳态机制[8]。神经元可塑性通过细胞器生物发生和降解以及蛋白质合成和降解的精细调节来维持，以确保高效周转[9]。蛋白质降解在突触可塑性过程中发挥着重要作用[10]，因此，自噬是神经元细胞器和蛋白质的质量控制机制，在其生理和病理中发挥核心作用。

1.3 脱髓鞘和再髓鞘化SCI后脊髓局部微环境失衡，少突胶质细胞死亡可能是脱髓鞘的主要原因。研究显示脊髓挫伤1 周内，病变中心的少突胶质细胞凋亡水平达到峰值，导致受损局部脱髓鞘；然而，病变周围未受伤的轴突髓鞘几乎完好；SCI 后3 个月，受损的轴突似乎重新髓鞘化[11]。脱髓鞘和再髓鞘化的失衡，导致机械损伤，局部缺血，促炎细胞因子，氧化应激，谷氨酸和ATP介导的兴奋性中毒和自噬[12]，其中Beclin1、LC3 和GSH-PX 的表达减弱会降低线粒体自噬，破坏细胞稳态[13]，导致生长锥塌陷、轴突回缩，增加细胞凋亡的风险。因此，脱髓鞘过程可能抑制轴突的再生。

1.4 炎症反应炎症在SCI 继发性损伤中起重要作用，是一个复杂的过程。研究表明，NF-κB可促进其下游TNF-α和IL-1β等基因的表达，加剧SCI继发性损伤，而自噬在炎症信号的调控中也发挥关键作用，主要表现为调节炎症转录反应。SCI 后自噬缺陷细胞中接头蛋白p62 水平增加，自噬减少促进激酶的激活，增加NF-κB 介导的TNF-α和IL-1β的产生[14]。除了调节炎症信号外，自噬途径还可以通过其在凋亡碎片清除中的作用来预防组织炎症。在发育和组织稳态过程中有效清除凋亡细胞，防止继发性坏死，减少引发炎症的危险信号。

2 干预自噬修复SCI

2.1 MSCs与自噬MSCs在各种难治性中枢神经系统疾病治疗中具有广阔的前景[15]。MSCs在SCI修复中发挥抗炎、神经营养和血管生成作用[16]。MSCs 可以促进受损脊髓功能的恢复[17]。

自噬是细胞成分降解和再循环的过程，在组织稳态和细胞存活中起重要作用。研究表明自噬激活是干细胞自我更新、多能性、分化和静止所必需的，而功能失调的自噬可能与各种疾病有关[18]。研究发现脊髓损伤部位的多种趋化因子会募集移植的MSCs，自噬不仅使MSCs分泌高水平的VEGF和脑源性神经营养因子，促进内皮细胞存活、增加血管通透性、抑制细胞凋亡，并通过其旁分泌作用发挥神经保护作用。

2.2 轴突重塑与自噬轴突生长能力的有限、细胞外抑制因子的存在以及神经营养因子的缺乏是限制SCI 后轴突再生的主要障碍[19]。研究表明针对多个目标的干预使临床应用变得困难，由于多个信号通路集中在细胞骨架动力学的调节上，细胞骨架重塑是轴突生长和修复的基础。He 等[20]发现体外培养的神经元，促进自噬可以通过降解微管不稳定颈上神经节蛋白10 来稳定微管，减少瘢痕形成，促进损伤后轴突再生。而施用微管稳定剂可以促进轴突再生并改善运动功能[21]。此外，Tat-beclin1 是一种特异性自噬诱导肽，可以减弱轴突收缩，促进轴突再生并改善SCI小鼠的脊髓功能。

2.3 神经干细胞与自噬SCI可导致严重的不可逆性运动功能障碍甚至死亡，神经干细胞（neuralstem cell，NSC）移植可以促进实验动物急性SCI后功能恢复[22]。小 细 胞 外 囊 泡（small extracellular vesicle，sEVs）是最小的膜结合纳米囊泡，参与复杂的细胞间通讯，是治疗药物旁分泌传递的重要载体[23]。Rong等[24]发现NSC 衍生的sEVs 增加自噬标记蛋白LC3B和beclin-1的表达，促进自噬体的形成，而促凋亡蛋白Bax、caspase-3 和促炎细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6 的表达水平显著降低，抗凋亡蛋白Bcl-2 的表达水平上调。

总之，自噬参与调节中枢神经系统损伤、免疫炎症、突触可塑性等多个生理病理过程，但自噬在SCI中的作用机制并没有完全研究清楚。自噬参与SCI后出血与缺血、瘢痕形成、轴突脱髓鞘和炎症反应过程，其时间模式、激活、表达与变化均与SCI 的类型和严重程度相关。根据损伤的位置和严重程度，中枢神经系统创伤后自噬通量可能增加或减少，故自噬可能在损伤后发挥有益或有害的功能作用。然而，自噬通量的恢复及增加都可以增加细胞存活并改善损伤后的功能，这表明自噬途径是SCI 的潜在治疗靶点。