全 文 ：第25卷 第9期
2013年9月
Vol. 25, No. 9
Sep., 2013
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号：1004-0374(2013)09-0897-05
收稿日期：2013-04-07；修回日期：2013-06-05
基金项目：国家自然科学基金项目(81160162，U120-
2227)；昆明理工大学医学神经生物学重点实验室项目
(14078142)；创新团队
*通信作者：E-mail：jiebai662001@126.com；Tel:
0871-65920761
神经元自噬与缺血性脑卒中的相关研究
李　梅，李　晔，白　洁*
(昆明理工大学生命科学与技术学院，昆明 650500)
摘　要： 自噬是细胞内的降解、再循环系统，它能够清除受损的蛋白质和细胞器，维持细胞动态平衡。自
噬可以在生理和病理情况下激活，其作用机制非常复杂。在病理情况下与疾病的发生发展相关，如缺血性
脑卒中。就神经元自噬与缺血性脑卒中的相关研究进行综述。
关键词：自噬；缺血性脑卒中；神经元
中图分类号：Q255；R749.1；R255.2　　 文献标志码：A
The study on relationship between neuron autophagy and ischemic stroke
LI Mei, LI Ye, BAI Jie*
(Faculty of Life Science and Technology, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)
Abstract: Autophagy is an intracellular degradation and recycling system, which removes damaged proteins and
organelles, maintains the cellular dynamic balance. Autophagy is activated under physiological and pathologcial
conditions and its mechanism is very complicated. Autophagy is closely related to various diseases under
pathological conditions, such as ischemic stroke. This paper reviewed the studies on relationship between neuron
autophagy and ischemic stroke.
Key words: autophagy; ischemic stroke; neuron
自噬是广泛存在于真核细胞内的一种溶酶体依
赖性降解途径，是细胞进行自我保护的一种重要机
制，在维持细胞存活、更新、物质再利用和内环境
稳定中起着重要作用 [1]。细胞在受到外界因素刺激，
如饥饿、缺氧、高温等，或细胞内损伤，或过多的
细胞器和胞质成分积聚等情况下，均可诱导自噬的
发生 [2]。自噬具有双重作用，当自噬适度激活时，
可加速胞内蛋白质降解，产生氨基酸等小分子物质，
抵抗能量不足，防止错误蛋白堆积，进而促进细胞
存活；当自噬过度激活时，可导致细胞裂解，引起
自噬性细胞死亡 [3]。
自噬在中枢神经系统中起着重要的作用，尤其
是对维持神经元的功能起着重要的作用 [4]。自噬功
能低下或者过度活跃则会促进神经元的死亡 [5]，自
噬的产生在神经退行性疾病中起着保护作用，但在
缺血性脑卒中时，包括缺血缺氧 (hypoxia-ischemia,
HI)、整体或局部的损害，均可诱导自噬的发生 [6]，
但其对神经元的调节作用还有待研究。
1　自噬
自噬 (autophagy)是溶酶体对细胞内的部分细
胞质、细胞器等进行的一系列降解过程的统称 [7]。
自噬被诱导后，胞质内形成双层膜的自噬体 (auto-
phagosome)，包绕将要被降解的物质，之后自噬体
与溶酶体融合，长寿命蛋白质被分解为氨基酸，核
酸被分解为核苷酸，从而使这些物质进入再循环。
1.1　自噬的分类
自噬主要分为 3种类型：巨自噬 (macroau-
tophagy)、微自噬 (microautophagy)和分子伴侣介导
的自噬 (chaperon mediated autophagy, CMA)。其中，
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巨自噬主要负责降解细胞内稳定并永久存在的蛋白
质，产生氨基酸以维持细胞在缺乏营养时的物质供
给，通常自噬是指巨自噬。
1.2　自噬的形成过程
自噬的发生过程大致分为 3个阶段。
第一阶段，自噬诱导。在饥饿、氧化应激损伤
等情况下，粗面内质网的非核糖体区域、高尔基体
等来源的自噬体膜脱落形成杯状分隔膜，包绕在被
降解物周围，形成自噬前体 (phagophore)[8]。
第二阶段，自噬体形成。不断延伸的自噬前体
将胞浆中的若干成分包入，成为密闭的球状自噬体，
其形成阶段主要受两种泛素样结合系统的调节：微
管相关蛋白 1轻链 3 (microtubule associated protein
1 light chain 3, LC3)和自噬相关基因 (autophagy related
gene, Atg) 5~12系统。LC3是第一个自噬体形成相
关的哺乳动物蛋白，可分为胞质型 LC3-I和膜型
LC3-II，LC3-II的表达增加或 LC3-II/LC3-I的比例
增加可表明自噬体的数量增多 [9]。自噬体的特征为：
双层膜，内含诸如线粒体、内质网碎片等胞浆成分。
第三阶段，自噬体内容物的降解。自噬体与溶
酶体 (lysosome)发生融合，形成自噬溶酶体 (autol-
ysosome)。期间溶酶体酶降解自噬体内膜，使两者
的内容物合为一体，自噬体中的包含物被降解，将
产物如氨基酸、脂肪酸之类输送到胞浆中，利用能
量将残渣排出细胞外或滞留于胞浆 [10-11]。
2　缺血性脑卒中
脑卒中是指由于脑局部血液循环障碍所导致的
急性神经功能缺损综合征。按其病理改变可分为出
血性脑卒中和缺血性脑卒中，后者亦称脑梗死，是
由于脑供血障碍引起脑组织缺血、缺氧，从而发生
坏死、软化形成梗死的脑血管疾病。缺血性脑卒中
是临床上的常见多发病，其发病率、死亡率和致残
率均很高，是造成人类死亡和致残的重要原因之一，
约占脑卒中的 80%[12]。缺血性脑卒中可导致神经元
和星形胶质细胞的坏死或凋亡 [13]，因此，脑卒中后
神经功能恢复困难。
3　自噬与缺血性脑卒中
缺血性脑卒中后，缺血、缺氧可导致神经元出
现一系列异常变化，如细胞肿胀、细胞裂解、细胞
器游离等。自噬在脑缺血后数小时即发生，然而，
自噬在缺血缺氧过程中到底是对神经元起保护还是
损伤作用目前还不清楚，可能与自噬程度有关，轻
至中度自噬对缺血缺氧神经细胞起保护作用，而自
噬过度激活则可能导致神经细胞死亡。
1995年，Nitatori等 [14]首次观察到脑缺血后自
噬现象。然而，直到 2005年才提出自噬与缺血性
脑卒中后的细胞死亡有关。Zhu等 [15]在小鼠 HI损
伤 8 h后，检测到 LC3-II表达的增加及大量自噬泡
形成，24~72 h尤为明显。近年来，大部分研究者
通过 HI动物模型和细胞培养实验认为，自噬不仅
对营养缺乏状态下的细胞起保护性作用 , 而且可以
促进细胞存活。例如，应用自噬特异性抑制剂——3-
甲基腺嘌呤 (3-methyladenine, 3-MA)抑制磷脂酰肌
醇 -3- 激酶 (phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)/ 蛋
白激酶 B (protein kinase B, PKB, Akt)通路，则细胞
受损增加；应用自噬激动剂——雷帕霉素，则细胞
凋亡、坏死减少，脑缺血损伤程度减轻 [16]，表明自
噬可保护神经细胞，减轻缺血性损伤。Yan等 [17]在
大鼠实验中发现，高压氧预适应模型中，自噬激活，
从而保护脑组织，而雷帕霉素具有模拟高压氧预适
应的生物学效应，减轻脑缺血损伤作用。然而，又
有研究表明，雷帕霉素的脑保护作用主要发生在缺
血的早期，而在缺血后期的保护作用不明显 [18]。神
经自噬的保护作用可能包括：通过降解神经突触为
神经元提供能量；降解受损的线粒体抑制凋亡发生；
降解细胞中的耗能产物以维持细胞内能量平衡，从
而延迟细胞坏死 [19]。
然而，也有研究证实，自噬可加重缺血性脑卒
中的损伤。Puyal等 [20]发现，在大鼠局灶性脑缺血后，
再灌注起始及 3 h后注射 3-MA，发现梗死体积明
显减小，说明局灶性脑缺血后，抑制自噬可以保护
神经组织。Zheng等 [21]运用 RNA干扰技术 (RNA
interference, RNAi)使缺血大鼠脑内的自噬相关分子
Beclin-1表达下调，从而减轻了缺血性脑损伤，并
促进神经再生。Koike等 [22]更直接地证明：在小鼠
缺血缺氧模型中，LC3-II蛋白水平显著升高，海马
锥体细胞层自噬体的形成以及海马神经元广泛死
亡，而 Atg7基因 (诱导自噬的必需基因 )缺陷小鼠
的神经元死亡显著减少，说明自噬导致神经元损伤。
在脑缺血发生时氧化应激增加，氧化应激可以损伤
细胞内在分子，从而诱导自噬发生 [23]。
因此，自噬对缺血缺氧后神经元的保护或损
伤作用不明，轻至中度自噬对缺血缺氧神经细胞
起保护作用，而自噬过度激活则可能导致神经细
胞死亡。
李　梅，等：神经元自噬与缺血性脑卒中的相关研究第8期 899
4　神经元自噬在缺血性脑损伤中的分子机制
缺血性脑损伤导致神经元自噬的机制较为复
杂，目前研究报道的有 PI3K-Akt-mTOR等信号转
导途径。
4.1　PI3K-Akt-mTOR
雷帕霉素靶蛋白 (mammalian target of rapamycin,
mTOR)属磷脂酰肌醇 -3-激酶类家族成员，是氨基
酸、ATP、生长因子、胰岛素等的感受器，对细胞
生长具有重要的调节作用 [24]。胰岛素、生长因子与
跨膜胰岛素受体或酪氨酸激酶受体结合后，激活
I 型 PI3K (class I PI3K)，使磷脂酰肌醇 4- 磷酸
(phosphatidylinositol-4 phosphate, PIP)被磷酸化为磷
脂酰肌醇 3,4,5-三磷酸 (phosphatidylinositol 3,4,5-
trisphosphate, PIP3)，PIP3与蛋白激酶 B和它的活
化分子3-磷酸肌醇依赖蛋白激酶 -1 (3-phosphoinositide-
dependent protein kinase-1, PDK1)结合，进而调节
mTOR。在哺乳动物中，mTOR主要以两种形式存在，
mTOR复合体 1 (mTOR complex 1, mTORC1)和mTOR
复合体 2 (mTOR complex 2, mTORC2)，其中mTORC1
对雷帕霉素敏感。
mTOR是机体内发生自噬的负调控因子，可抑
制自噬的发生，与缺血所致的病理生理改变有关 [25]。
结节性硬化复合物 (tuberous sclerosis complex 1 and 2,
TSC1/2)位于 Class I PI3K/Akt途径的下游，TSC1/2
能够负调节小 G蛋白 Rheb (Ras homolog enriched in
brain)，使具有 mTOR结合活性的 GTP Rheb转变
为 GDP Rheb[26]。TSC1/2被 Akt磷酸化后，这种调
节作用减弱，mTOR活性增强。TSC1/2表达局限
于海马区的神经元，在缺血发生时，TSC1表达增加，
通过 shRNA降低 TSC1的表达，则增加了神经元
对缺血和缺氧的敏感性，这一作用是 TSC1通过间
接抑制 mTORC1的活性，促进自噬起到保护神经
元的作用 [27]。TSC1-/-神经元表现出对氧化应激、内
质网应激和谷氨酸过度释放敏感的特性 [28-29]。因此，
该研究表明，TSC1在缺血所致自噬保护神经元的
作用中起重要的作用。
此外，NF-κB也可作为脑缺血中细胞凋亡的调
节因子，研究发现与正常对照相比，p50-/-小鼠细胞
凋亡和自噬表现明显，这一现象与 Akt途径有关 [30]。
4.2　AMPK-mTOR
AMP激活蛋白激酶 (AMP-activated protein kinase,
AMPK)的活化程度主要受细胞内 ATP/AMP比值影
响，从而敏感地反应细胞的营养状况，在自噬发生
中发挥着重要作用。脑缺血过程中，神经元处于缺
血缺氧、能量不足的状态下，AMP/ATP增加，激
活 AMPK，磷酸化激活 TSC1/2，从而抑制 mTOR，
促进自噬 [31]。
4.3　Bcl-2与Beclin-1
Bcl-2家族与细胞凋亡密切相关，主要有抑制
凋亡的 Bcl-2、Bcl-xL 和促进凋亡的 Bax、Bad、
Bcl-xS等。Beclin-1是自噬基因，其为自噬的直接
执行者，Bcl-2和 Bcl-xL能结合到 Beclin-1的功能
结构域上，从而抑制 Beclin-1的活性。而 Bcl-2家
族中的 HB3-only蛋白成员，如 Bad等通过破坏
Bcl-xL或 Bcl-2与 Beclin-1相互作用，从而诱导自
噬性细胞死亡 [32]。缺血缺氧等状态下，Bcl-2能抑
制 Beclin-1依赖性自噬，是主要的非 mTOR自噬调
节途径，Bcl-2可通过抑制 Beclin-1依赖性自噬，
降低缺血再灌注中的细胞死亡。
此外，Bcl-2主要通过自身磷酸化及去磷酸化
发挥对细胞自噬的调节作用。细胞在缺血状态下，
c-Jun的 N末端蛋白激酶 1(c-Jun N-terminal protein
kinase l, JNKl)被激活，JNKl激酶将 Bcl-2蛋白的
非结构域进行多位点磷酸化，磷酸化的 Bcl-2失去
了与 Beclin-1的结合能力，因而不能发挥其对自噬
的抑制作用。相反，在血流充分条件下，JNKl激
酶失活，Bcl-2的磷酸化作用减弱，Bcl-2与 Beclin-1
相互作用使细胞的 Beclin-l依赖性自噬作用难以发
挥 [33]。
4.4　自噬与炎症途径
此外，脑缺血发生与炎症有关 [34]。免疫相关
GTP酶 (immune-related GTPase M, IRGM1)是干扰
素的应答分子 [35-37]，在脑缺血发生时，IRGM1表
达增加，LC3I向 LC3II转换增加 [38]，自噬增加。
IRGM1缺失小鼠与正常对照小鼠相比，梗塞面积
增加，说明 IRGM1通过调节自噬起保护作用。此外，
脑缺血过程中细胞因子和血小板及纤维蛋白增加，
伴有自噬增加，自噬增加可以减轻脑缺血再灌注所
致的血液凝集造成的损害 [6]。
4.5　自噬与细胞骨架
自噬在调节细胞骨架的功能中起重要作用 [39-40]。
在脑缺血再灌注损害时，也有细胞骨架改变。研
究发现，αB-晶体蛋白 (αB-crystallin, α-BC, the fifth
member of mammalian small heat shock protein
family)，在神经胶质细胞中维持细胞骨架进而支撑
神经元，在早期脑缺血发生时起保护作用 [41]。因此，
很有可能自噬通过调节细胞骨架分子对脑缺血损害
生命科学 第25卷900
起保护作用。
5　总结
自噬参与多种生理和病理生理学过程。正常生
理状况下，自噬在维持细胞存活、更新、物质再利
用和内环境稳定中起着重要作用。越来越多的研究
表明，在缺血性脑卒中中，自噬被激活。然而，自
噬的作用机理十分复杂，它在缺血缺氧后神经元的
作用及其所涉及的分子机制还需进一步的研究。更
为重要的是，如何调控自噬的发生，使其发挥神经
元保护作用，而又不影响其他的正常活动，将是缺
血性脑卒中后自噬研究的关键。进一步阐明缺血性
脑卒中的分子机理，将为缺血性卒中治疗提供新靶
点和新策略。
[参　考　文　献]
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