综述：自噬在细胞死亡中的诱导作用

《Cell Communication and Signaling》：The inducible role of autophagy in cell death: emerging evidence and future perspectives

这篇综述聚焦自噬在细胞死亡中的诱导作用，详细阐述自噬介导的多种程序性细胞死亡（RCD）形式，如凋亡、坏死性凋亡、铁死亡等，探讨其机制及在疾病中的意义，为深入理解细胞命运调控和相关疾病治疗提供重要参考。

　　

自噬与细胞死亡概述

自噬是一种进化保守的降解途径，在维持细胞内稳态方面发挥关键作用，包括应对代谢应激、清除有害物质以及回收基本物质和能量。自噬主要有巨自噬、分子伴侣介导的自噬（CMA）和微自噬三种形式，本文重点关注巨自噬（以下简称为自噬）。

通常情况下，自噬被视为一种促生存过程，在多种内源性或外源性应激刺激下被触发。例如，在脂质积累时，自噬加速甘油三酯周转，调节细胞内脂质储存，抑制自噬会导致脂质含量增加；在巨噬细胞中，敲除自噬相关蛋白 7（Atg7）会加重动脉粥样硬化，且巨噬细胞凋亡和氧化应激加剧；神经元中自噬受损会导致神经退行性疾病相关蛋白聚集，引发神经元死亡。

然而，自噬在细胞死亡中的诱导作用逐渐受到关注。细胞死亡有时会伴随大量自噬泡的出现，自噬可通过两种形式影响细胞死亡：一是自噬依赖性细胞死亡（autosis），其独立于经典 RCD，抑制自噬可阻止细胞死亡；二是自噬介导的细胞死亡，自噬发生在细胞死亡之前，诱导不同形式的 RCD，包括凋亡、坏死性凋亡、铁死亡等。

自噬参与细胞死亡诱导

自噬在细胞死亡过程中发挥着复杂且多样的作用，它与多种细胞死亡形式密切相关，参与了从细胞死亡启动到执行的多个环节。

• Autosis：Autosis 是一种自噬依赖性细胞死亡亚型，可由营养饥饿、自噬诱导肽处理或缺氧缺血等因素引发，在多种细胞系和组织中均有发现。其形态学特征包括细胞与基质粘附增加、内质网（ER）结构碎片化、核周间隙局部肿胀以及大量自噬泡形成。研究发现，Na+/K+ -ATP 酶和Na+/H+交换体 1 参与 autosis，强心苷和恩格列净分别可通过抑制它们来阻止 autosis。此外，自噬体的异常积累在自噬诱导肽或缺血 - 再灌注（I/R）诱导的心肌细胞 autosis 中较为常见，这与 Rubicon 上调和转录因子 EB（TFEB）核转位有关。靶向 autosis 有望成为癌症治疗的新策略，如溶瘤病毒疗法与 CAR - T 细胞疗法联合可诱导癌细胞发生 autosis。

• 自噬介导的细胞死亡定义：自噬介导的细胞死亡涉及多种 RCD 类型，判断时需明确自噬是触发还是仅伴随 RCD。其应遵循 “自噬性细胞死亡” 原则，即死亡可通过遗传抑制至少两种自噬机制成分来减轻，并具备特定 RCD 的特征。核心在于区分通过选择性降解促生存元件、参与死亡相关复合物组装或释放促死亡因子来启动不同形式 RCD 的自噬相关蛋白或成分。

自噬介导的多种细胞死亡形式

自噬与多种细胞死亡形式相互关联，在不同细胞环境和刺激下，自噬可以促进或抑制细胞死亡，其作用机制复杂多样。

• 自噬介导的凋亡（Apoptosis）：凋亡是最早被全面描述的程序性细胞死亡形式，其特征包括细胞皱缩、染色质浓缩、核碎片化、凋亡小体形成以及细胞碎片被邻近吞噬细胞清除。自噬与凋亡的相互作用十分复杂，本文主要关注自噬潜在的促凋亡作用。在多种细胞模型中，自噬机制的多个成分参与凋亡的执行。例如，在小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）和 HeLa 细胞中，凋亡起始因子 Caspase - 8 的自结合需要 p62，并在 Atg16L 和 LC3 阳性的自噬体膜上进行自加工，随后 Caspase - 8 通过支架蛋白 FADD 与 Atg5 结合形成细胞内死亡诱导信号复合物（iDISC）；在 HIV 感染的CD4+ T 细胞中，iDISC 包含凋亡、坏死性凋亡和自噬相关蛋白；Atg5 被钙蛋白酶切割后激活凋亡，其机制涉及截短的 Atg5 从细胞质转移到线粒体，与抗凋亡蛋白 Bcl - XL 结合并诱导细胞色素 c 释放；Atg4D 被 Caspase - 3 切割后可招募到线粒体，导致线粒体介导的凋亡；自噬泛素样结合系统的两个关键成分 Atg12 和 Atg3 结合形成的复合物可降低 Bcl - XL 蛋白水平，促进凋亡；Beclin1 被 Caspase - 3 切割后，其 C 末端片段转移到线粒体，使细胞对凋亡更敏感。

此外，自噬通过选择性降解关键生理功能维持蛋白或基本细胞器，破坏细胞内稳态，促进凋亡。比如，棕榈酸在星形胶质细胞中积累会诱导 Caveolin - 1（Cav - 1）的自噬降解，导致细胞凋亡；在 HIV - 1 诱导的未感染旁观者CD4+ T 淋巴细胞凋亡中，自噬参与其中，机制是病毒包膜糖蛋白暴露导致过氧化物酶体蛋白 CAT 和 PEX14 的选择性降解。自噬在 Fas 配体诱导的细胞凋亡中作用相反，在 Fas I 型细胞中，自噬通过选择性降解 Fas 相关磷酸酶 - 1（Fap - 1）促进凋亡，而在 Fas II 型细胞中，自噬可能通过清除受损线粒体发挥保护作用。另外，靶向诱导凋亡的选择性自噬降解是癌症治疗的潜在方法，如通过自噬机制特异性识别并降解砷处理的肝癌细胞中的 IkappaB 激酶 α（IKKα），以及开发 PROTAC 工具选择性靶向突变的 EGFR 蛋白进行自噬降解诱导非小细胞肺癌细胞凋亡。

自噬介导的凋亡还涉及重要细胞器的特异性降解，如线粒体、内质网和溶酶体。p53 上调的凋亡调节因子（PUMA）可诱导 Saos2 细胞中通过 Bax 选择性去除线粒体，即线粒体自噬（mitophagy），伴随细胞色素 c 释放和凋亡；在肾小管上皮细胞中，肌红蛋白或 I/R 损伤通过 PINK/Parkin 途径激活 mitophagy 诱导凋亡；在肝癌细胞中，酮康唑处理会导致 PINK/Parkin 介导的 mitophagy 过度降解正常线粒体，引发凋亡；T - 2 毒素可诱导动力相关蛋白 1（DRP1）依赖的 mitophagy，导致肝细胞凋亡。内质网自噬（ER - phagy）参与阿霉素诱导的心肌细胞凋亡，机制是阿霉素增加 gasdermin D（GSDMD），上调 ER - phagy 受体 FAM134B 的活性，促进 ER - phagy，进而导致细胞凋亡。溶酶体是自噬的降解细胞器，Δ9 - 四氢大麻酚和杠柳毒苷可导致溶酶体膜损伤，释放组织蛋白酶，引发凋亡，杠柳毒苷还诱导针对溶酶体的过度自噬降解（lysophagy），加剧溶酶体损伤和凋亡。

CMA 通常被认为是细胞在长期饥饿或氧化应激下的促生存机制，但它也可能通过选择性降解生存必需蛋白在凋亡中发挥不利作用。例如，从桑黄属物种中分离出的 Hispolon 可通过下调 p53 的负调节因子 MDM2 诱导乳腺癌细胞凋亡，机制是促进 LAMP2A 与 MDM2 的相互作用，导致 MDM2 的靶向 CMA 降解；近年来研究发现，增强 HSC70 与 HIF1A 或 HSC70 与 G6PD 的结合可促进它们的 CMA 降解，使肝癌或小细胞肺癌细胞对凋亡更敏感；CMA 还参与谷氨酸诱导的海马神经元细胞系 HT22 的凋亡。

• 自噬介导的坏死性凋亡（Necroptosis）：坏死性凋亡的特征是细胞肿胀、质膜破裂和中度染色质凝集，RIPK1、RIPK3 和 MLKL 信号通路的激活以及坏死小体的形成参与其中。自噬在坏死性凋亡中起双刃剑作用，一方面，自噬可通过降解促坏死性凋亡因子如 RIPK1、RIPK3 和 TRIF 来拮抗坏死性凋亡；另一方面，在许多情况下，自噬促进坏死性凋亡。例如，在横纹肌肉瘤、糖皮质激素耐药的急性淋巴细胞白血病或胸腺上皮肿瘤中，Bcl - 2 小分子抑制剂 obatoclax（GX15 - 070）抑制凋亡可触发自噬介导的坏死性凋亡，机制是自噬体积累，Atg5 与 FADD、RIPK1 和 RIPK3 相互作用，促进坏死小体在自噬体上的组装；在小鼠前列腺细胞中，TRAIL 诱导的细胞死亡在 MAP3K7 完整时通过凋亡发生，而在 MAP3K7 缺陷时主要通过坏死性凋亡发生，机制是 p62 在自噬体膜上招募释放的 RIPK1，介导坏死小体组装，若阻断自噬通量，细胞死亡又会转变为凋亡。这种通过自噬从凋亡到坏死性凋亡的转变可用于逆转获得性耐药，如石墨烯氧化物与自噬体 - 溶酶体融合抑制剂氯喹联合可导致非小细胞肺癌细胞自噬体大量积累，引发坏死性凋亡。

此外，LC3 与 RIPK1 和 RIPK3 的相互作用在缺氧处理的心肌细胞或酒精暴露的肝细胞中介导坏死性凋亡；抑制 Atg7 可挽救棕榈酸诱导的人脐静脉内皮细胞系 EA.hy926 的坏死性凋亡；在衰老心肌中，自噬货物蛋白 p62 积累与 RIPK1 - RIPK3 形成坏死小体复合物，促进它们的相互作用，加剧缺氧 - 复氧（H/R）处理或 I/R 诱导的心肌坏死性凋亡。与凋亡类似，自噬通过选择性降解抗坏死性凋亡因子或特定细胞器促进坏死性凋亡。例如，Chalcone - 24 可诱导 c - IAP1 和 c - IAP2 的降解，促进 ripoptosome 形成，激活坏死小体，导致 A549 和 UM - UC - 3 细胞坏死；在慢性阻塞性肺疾病进展过程中，香烟烟雾暴露通过诱导 PINK1 介导的 mitophagy 导致肺上皮细胞线粒体功能障碍，增加 MLKL 磷酸化，引发坏死性凋亡，mitophagy 抑制剂 Mdivi - 1 和百里醌可保护细胞免受香烟烟雾诱导的坏死性凋亡；DRP - 1 相关的 mitophagy 在小鼠心脏心肌细胞或黑色素瘤细胞中导致线粒体普遍丢失，促进坏死性凋亡，但 DRP - 1 在正常细胞和癌细胞中的功能存在争议。

• 自噬介导的铁死亡（Ferroptosis）：铁死亡是一种铁依赖性的非凋亡、非坏死性 RCD，由 erastin 诱导，其形态学特征包括线粒体变小、线粒体膜破裂增加和线粒体嵴数量减少，诱导原因是铁代谢产生的脂质过氧化物和活性氧（ROS）积累导致脂质膜损伤。近年来研究表明，铁死亡与自噬密切相关，被认为是一种自噬性细胞死亡过程。

自噬机制成分 Beclin1 在铁死亡中发挥重要作用。在癌细胞系和肿瘤模型中，AMPK 磷酸化 Beclin1 后，Beclin1 直接结合胱氨酸 / 谷氨酸反向转运体系统Xc?的中心调节元件 SLC7A11，抑制其活性，激活脂质过氧化，诱导铁死亡；在原代人或小鼠成纤维细胞中，自噬激活导致铁蛋白选择性降解（ferritinophagy），增加细胞内不稳定铁池，促使细胞趋向铁死亡，敲低 Beclin1 可逆转这一过程；此外，m6A修饰稳定 Beclin1 mRNA 可触发自噬介导的铁死亡，多种蛋白如 YTHDF1、ELAVL1、USP11、USP19 和 HMGB1 等可稳定 Beclin1 mRNA，促进铁死亡，而 PCBP1 可抑制自噬激活和铁死亡。Atg5 - Atg12 - Atg16L1 结合系统也参与自噬介导的铁死亡，WTAP 介导的 Atg5 mRNA 的m6A甲基化可触发 ferritinophagy 和铁死亡；RNA 结合蛋白 ZFP36 在 Atg16L1 诱导的铁死亡中起关键作用，其与 Atg16L1 mRNA 结合促进其降解，而 ZFP36 的泛素连接酶 FBXW7 可抑制这一过程；Atg9A 和 TMEM164 在不同情况下分别主导自噬体形成，影响铁死亡。Atg7 参与自噬介导的铁死亡，在脑 I/R 损伤大鼠模型或神经元氧糖剥夺细胞模型中，其受 GATA6/miR - 193b/Atg7 轴负调控；TFEB 核转位可诱导铁蛋白和脂质滴降解，导致铁过载和脂质应激的大鼠肝脏发生铁死亡。

自噬介导铁死亡的关键机制是选择性降解铁储存蛋白、抗氧化系统核心成分以及应对细胞应激的关键细胞器。Ferritinophagy 中，核受体共激活因子 4（NCOA4）作为主要货物受体，将铁蛋白特异性转运至溶酶体降解。多种上游途径调节 NCOA4 影响铁死亡，如 ATM 磷酸化 NCOA4 促进其与铁蛋白相互作用，维持 ferritinophagy；IL - 6/STAT3 信号通路在心肌损伤时上调 NCOA4 表达，而 piperlongumine 可通过降低磷酸化 STAT3 水平保护心肌细胞免受铁死亡；USP14 通过去泛素化稳定 NCOA4；c - MYC 和 miR - 6862 - 5P 分别抑制 NCOA4 表达，赋予癌细胞对铁死亡的抗性；TRIM7 通过结合并泛素化 NCOA4 促进其蛋白酶体降解，减少 ferritinophagy 和铁死亡。

谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）是抗氧化系统的核心成分，CMA 通过识别 GPX4 中的 KFERQ 基序，参与其选择性降解，进而影响铁死亡。在 HT - 22 和 HT - 1080 细胞或辐射诱导的肺上皮细胞铁死亡中，抑制 CMA 可阻碍铁死亡；胰岛素样生长因子 1 受体信号激活的 AKT 可磷酸化肌酸激酶 B，进而磷酸化 GPX4，阻止其与 HSC70 结合，对抗铁死亡；WBP2 与 HSC70 竞争结合 GPX4 的 KFERQ 基序，增加 GPX4 稳定性，抵抗铁死亡；legumain 则加强 HSC70 与 GPX4 以及 LAMP2A 与 GPX4 的相互作用，促进铁死亡；转录因子 4（ATF4）诱导 HSPA5 表达，保护 GPX4 不被 CMA 降解，而在神经元细胞中，胞质保留的前体激素原阿黑皮素原（POMC）可隔离 HSPA5，加速 GPX4 的 CMA 降解，E3 泛素连接酶 Marchf6 调节 POMC 降解，是铁死亡的负调节因子。除 CMA 外，macroautophagy 也参与 GPX4 的选择性降解，如外源铜处理可使 GPX4 泛素化并形成聚集体，通过货物受体 TAX1BP1 转运至溶酶体降解；在 I/R 诱导的 AKI 小鼠或 H/R 诱导的 HK - 2 细胞中，去泛素酶 OTUD5 可减少 GPX4 泛素化，保护其免受 TAX1BP1 依赖的自噬。AMPK/mTOR 信号通路在 macroautophagy 介导的 GPX4 降解中起重要作用，可受 SIRT3 和 ALOX5 调节。

除铁蛋白和 GPX4 外，其他抗铁死亡蛋白也可被自噬降解促进铁死亡。BMAL1/ARNTL 是昼夜节律钟的核心成分，其选择性降解（clockphagy）参与多种肿瘤细胞的铁死亡，p62 是 clockphagy 中识别和转运 ARNTL 的特异性货物受体；细胞内铁输出蛋白 SLC40A1/ferroportin - 1 可被 p62 识别并靶向溶酶体降解，增加细胞内不稳定铁浓度，引发铁死亡；HPCAL1 作为 CDH2 选择性降解的货物受体，促进多种癌细胞的铁死亡；可溶性葡萄糖调节蛋白 78（sGRP78）介导 TLR4 - p62 - LC3 复合物进入自噬体，促进髓细胞的铁死亡；高表达的 CD38 增加 ROS 水平，导致二氢叶酸还原酶（DHFR）氧化降解，使骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）对铁死亡更敏感。

细胞器特异性自噬在铁死亡中也发挥重要作用。PINK/Parkin 介导的 mitophagy 在多种情况下加剧铁死亡，如在半胱氨酸剥夺、三（1,3 - 二氯 - 2 - 丙基）磷酸和锌诱导的铁死亡中，线粒体靶向的 H2S 供体 AP39 可通过抑制 mitophagy 对抗心肌铁死亡；FUNDC 可能在 mitophagy 中起选择性介导作用，其缺失使心肌对百草枯诱导的铁死亡具有抗性；在胰腺导管腺癌中，WJ460 靶向 myoferlin 激活 mitophagy 诱导铁死亡，mitophagy 抑制剂 Mdivi1 可逆转这一过程；在 2 型糖尿病骨质疏松大鼠模型或高糖处理的人成骨细胞系 hFOB 1.19 中，沉默线粒体铁蛋白 Ftmt 可诱导 mitophagy 和铁死亡，表明 FTMT 对自噬介导的铁死亡具有保护作用；而 DRP - 1 在黑色素瘤细胞中可加剧 mitophagy 介导的铁死亡。

脂自噬（lipophagy）是选择性降解脂质滴的自噬过程，在铁死亡中具有重要意义。在原代小鼠肝细胞和 HepG2<