刘晗, 刘良肇, 莫林烽, 王娜, 何永华△
1桂林医学院公共卫生学院(广西桂林 541001)；
2广州华商职业学院健康医学院(广东广州 511300)
囊性纤维化跨膜转导调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)[1-2]属于膜转运蛋白ATP结合盒(ATP binding cassette，ABC)家族，是环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)调节的阴离子通道，介导氯离子/碳酸氢盐通过上皮的转运。CFTR不仅做为一个阴离子通道，而且它可协调蛋白网络的稳态。CFTR是在相互作用蛋白的特定动态系统中运行的，该系统与蛋白质稳态网络连接并受其影响[3]。CFTR抑制或过表达则会导致细胞蛋白稳态的严重紊乱。细胞自噬(autophagy，Ⅱ型程序性细胞死亡)作为蛋白质稳态网络的主要参与者，调节细胞对胞质蛋白甚至整个细胞器进行降解和再利用。细胞自噬机制之一是通过调节能量代谢及物质代谢来维持细胞稳态[4]。因此，研究CFTR与细胞自噬的作用及其相关性，可为CFTR及自噬相关疾病的治疗提供特异性作用靶点，为开发新的药物提供新思路。本文综述CFTR与自噬的相关进展，已通过桂林医学院附属医院医学伦理委员会伦理审核(批文号：QTLL202129)。
1.1 CFTR的结构 囊性纤维化跨膜转导调节因子的编码基因及其等位基因定位于7号染色体长臂(7q.31.2)，由27个编码外显子组成，约230 kb，是生产和运输完整和功能性CFTR蛋白所必需的。CFTR蛋白分布广泛，在所有与吸收和分泌相关的上皮细胞顶膜、线粒体等多种细胞器均有表达，如气管、肝、胰腺、小肠、生殖腺等的细胞膜中[5]。
1.2 CFTR的功能 ABC家族涵盖CFTR在内总计48个成员，在人类中又分为7个亚家族(ABCA-ABCG)。大多数ABC蛋白作为依赖于ATP的活性转运蛋白进行单向转运[7-8]。CFTR是细胞内第二信使cAMP依赖的ATP门控阴离子通道蛋白，没有主动转运的功能，其最重要的功能是介导Cl-的跨膜转运，进而在细胞内外形成电化学浓度梯度，促进H2O和其他离子的转运。膜片钳技术[9]是目前分析CFTR阴离子通道分子行为的金标准。
CFTR在气道、生殖道等多种上皮组织中均起着十分重要的作用，而缺乏CFTR的上皮细胞[10]会增加分泌物黏度，最终积累并阻塞胃肠道、胆道和生殖道等，产生各种临床表现。例如，CFTR基因突变引起氯离子通道功能异常，从而影响氯离子和水在男性生殖器细胞中的正常交换。在这种情况下导致生殖器细胞内出现异常黏稠分泌物，直接破坏精子形成，阻塞输精管[11-12]。因此，这样的患者宜通过辅助治疗解决生育问题。
1.4 CFTR调节剂 CFTR氯离子通道的功能缺陷能够诱发多种疾病，例如囊性纤维化(cystic fibrosis，CF)、特发性慢性胰腺炎(idiopathic chronic pancreatiti，ICP)、干眼病(keratocon junctivitis sicca，KCS)、多囊肾病(polycystic kidney disease，PKD)、分泌性腹泻(secretory diarrhea，SD)等疾病。现有数据表明，CFTR突变已经超过1 600种，其中有1 300多种突变能够导致CF。因此，CFTR作为治疗相关疾病的药物靶标受到了越来越多人的重视。
1.4.1 CFTR激活剂 目前已发现的CFTR激活剂主要有三羟基黄酮(genistein)、异鼠李素(isorhamnetin)、毛喉素(forskolin，FSK)等。三羟基黄酮激活氯离子通道的方法有两种：一是通过提高细胞内cAMP水平；
二是通过改变CFTR蛋白构象[17]。异鼠李素作为天然产物黄酮醇苷类化合物之一，可以显著增加CFTR氯离子通道活性且呈剂量依赖性，如测量细胞顶膜电流以验证异鼠李素对表达WT-CFTR的FRT细胞中CFTR氯离子通道活性的影响，结果显示在30 μmol/L时异鼠李素可充分激活CFTR[18]。
1.4.2 CFTR抑制剂 目前对于CFTRinh-172、异甘草素(ISLQ)、羟基酮等CFTR抑制剂的研究相对较多。噻唑烷酮类化合物CFTRinh-172作为研究CFTR功能的金标准，其特点是通过靶向结合NBD1[19]，抑制氯离子的外流,能够有效抑制CFTR氯离子通道的活性。ISLQ[20]作为植物衍生的查尔酮类化合物中的一员，不仅能够抑制CFTR的氯离子通道活性，而且可使细胞活力和其细胞内cAMP水平无法得到提高，因此被作为治疗CFTR突变导致的相关疾病的主要药物。
2.1 自噬概述 细胞自噬是一种十分重要的生物学现象，是一个将细胞内受损、变性、衰老的蛋白质或细胞器清除的过程。自噬机制的构成部分与多种信号通路以动态的形式相互作用，以增强细胞对细胞自主或环境应激信号的适应性[21-22]。自噬的发生[23]始于细胞质成分和细胞器被自噬小体的双膜囊泡包围而形成的双膜结构，随后自噬小体捕获需降解的某些物质将其运输到溶酶体并在溶酶体内降解以完成自噬。LC3作为自噬的分子标志物在哺乳动物中被ATG7和ATG3所修饰加工，产生LC3-Ⅱ，并将活化的LC3转移到ATG3上，最后与含脂质的膜结合。含有LC3脂质的膜可作为支架，构建吞噬细胞的早期自噬元件，该元件可生长成封闭的自噬体。自噬体外膜与溶酶体膜融合形成自噬溶酶体，这意味着溶酶体内被包裹的物质被降解并输出到细胞质中而后进行自我修复，如此循环利用以实现细胞更新[24]。
2.2 自噬调节剂
2.2.1 自噬诱导剂 目前已经发现了许多自噬诱导因子，但它们的诱导机制仍然不太清楚，可能是因为自噬信号通路之间高度多样化和复杂的相互作用。例如，AZD-8055(ATP竞争性mTOR抑制剂)可以在多种癌细胞株中诱导自噬并抑制增殖[25]；
SMK-17以时间依赖性方式诱导MAP1LC3B-Ⅱ/LC3-Ⅱ(微管关联蛋白1轻链3β)的产生，其是自噬体形成的指标[26]。在存在溶酶体抑制剂巴弗洛霉素A1(Bafilomycin A1)的情况下，SMK-17对LC3的转化进一步增加，表明SMK-17激活了自噬通量。
袁尧清等[18]120基于演化经济学思想探索性地分析了旅游产业融合通过跨行业的技术扩散与组合形成技术创新效应以推动旅游产业升级的路径。顺此思路，本文进而剖析技术创新传导路径。文化与旅游产业从形态分化到要素多尺度融合的动态过程，特别是技术融合过程会对文化产业与旅游产业产生知识溢出与技术改进作用，加强知识创造的规模经济效应和技术跨行业溢出的扩散效应，降低从产业间知识链分工到产业内知识链分工过程中产生的交易成本，从而提升文化旅游产品生产效率，推进旅游产业结构高级化。综上，本文提出：
2.2.2 自噬抑制剂 常用的抑制药物如下：巴弗洛霉素A1和羟氯喹等药物可以通过抑制自噬溶酶体的形成来精细调节自噬通量。氯喹(CQ)及其衍生物羟氯喹(HCQ)[27]作为经典的自噬抑制剂，通过增加p62的表达，抑制自噬。DCZ5248是一种新型的自噬抑制剂，其原理跟氯喹相似；
实验结果显示DCZ5248(0.3 μmol/L)在结肠癌细胞中可诱导细胞株胞浆空泡形成，LC3 Ⅱ转化，p62蛋白上调，并抑制晚期自噬[28]。
线粒体膜电位异常可由CFTR功能障碍所致，进而损伤线粒体结构，导致ATP合成减少以及ROS生成增加。ROS阻挡细胞的能量代谢链，诱导谷氨酰胺转移酶2(TGM2)的翻译后修饰，TGM2作为多功能酶可催化靶蛋白的几种翻译后修饰，而后活化的TGM2靶向自噬体形成必需的自噬蛋白Beclin1(BECN1)等多种底物[29-30]。Beclin1与TGM2交联后的复合物被隔离在细胞质基质中以形成凝聚体。值得一提的是，CFTR、TGM2和自噬参与了一个前馈环路。这意味着CFTR功能障碍激活了TGM2，使自噬失活，而抑制TGM2和恢复自噬在细胞表面重新建立了CFTR功能。CFTR、TGM2和自噬之间的这种密切联系可以被认为是监测细胞内稳态的共同平台。从这个角度来看，CFTR可以被视为应激的主要传感器，当应激事件有干扰细胞生理的风险时，它会提醒自噬机制。因此，可以通过刺激CFTR功能、抑制TGM2和刺激自噬来治疗囊性纤维化患者。
cAMP作为真核细胞生物中重要的第二信使，通过下游分子对细胞的各项生理活动起双向调节作用。CFTR与蛋白激酶 A (PKA)、AMP依赖的蛋白激酶AMPK(AMPK)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)均为cAMP的下游效应物,CFTR与cAMP的其他下游效应物也可互相作用。PKA通过与CFTR调节域的结合并使其磷酸化以增强其活性，而AMPK则与CFTR的核内结合域结合，降低其活性[31]，这与PKA对CFTR的影响正好相反。抑制CFTR则降低细胞PKA活性[32]、提高AMPK活性[33]。PKA和AMPK也与细胞自噬互相反馈和调节[34]。此外，第二信使钙离子Ca2+是细胞生存与死亡过程中最重要的调节因子之一。当其与CFTR协同作用时，细胞内流离子Ca2+浓度升高，自噬的特异性基因Beclin-1活性增强，自噬相关蛋白ATG2A表达水平升高，可诱导自噬发生[35]。
有研究显示[36]，对携带Ⅱ类CFTR突变的患者使用表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG，自噬抑制乙酰转移酶的抑制剂EP300)进行治疗可以延长半胱胺对自噬诱导的有益作用，并恢复CFTR功能上皮细胞。NBD1结构域第508位苯丙氨酸残基(F508del)的缺失是囊性纤维化中最常见的Ⅱ类突变，导致F508del CFTR折叠缺陷。而涉及F508del CFTR的小鼠在经过上述联合治疗(半胱胺加EGCG)后[37]，在Becn1单倍体功能不全(Becn1+/-)的情况下失去了恢复CFTR功能的能力。因此，自噬是维持细胞表面功能性CFTR所必需的过程。Liu等[3]用GFP-CFTR F508del转染自噬缺陷IB3-1细胞24h，Western blotting结果显示，经p62敲低处理后的CFTRF508del与GFP-CFTR F508del单独转染的细胞相比蛋白含量更高；
共聚焦显微镜结果显示，与仅用GFP-CFTRF508del转染的IB3-1细胞相比，用胱胺处理以及p62敲低处理后质膜上的GFP-CFTR F508del增加。以上结果表明通过Beclin 1过表达、胱胺或抗氧化剂来拯救细胞免于自噬，可改善CFTR转运，减少ROS形成和炎症。该研究结果同上述观点一样证实了自噬对于CFTR的重要性。
线粒体自噬(mitophagy)[38]是一种特异性靶向受损线粒体的自噬反应，可以说是最具特征性的选择性自噬类型，可作为调控线粒体质量的一种机制，因此线粒体自噬可能具有细胞毒性。清除受损线粒体的关键是线粒体自噬，线粒体在线粒体毒性条件下受到损害，毒性条件包括缺氧和胞质Ca2+超载。CFTR在线粒体处有表达，但其与线粒体自噬的关系目前尚无相关文献报道，仍需要广大学者对其进行深入探究。
迄今为止，CFTR基因突变已高达2 000余种，其临床表现多样化。CFTR不仅是ABC大家族中唯一具有通道功能的成员，而且其在癌症进程相关的多个信号通路中也起到了重要的调节作用，它的突变会增加患癌风险并严重威胁人民生命健康。因此，CFTR是许多组织单位持续探索的重要课题，越来越多的研究者投入到对CFTR的结构、功能、信号通路、小分子调节剂等的研究中。但是，目前对于CFTR与细胞自噬的研究鲜有报道，CFTR在细胞自噬中的作用及机制仍未明。我国有学者发现，在精子活力低下的患者中，低CFTR表达水平是精子前向运动的有害因素[39]。由此可推测深入对CFTR与精子细胞自噬的关系研究或许可为提高精子活力提供新思路。期待更多具有说服力的临床试验数据对CFTR相关疾病的预防与治疗以及提出新的药物靶点等研究提供可靠的理论和实践的支撑。
利益相关声明：本文作者和单位未曾接受第三方资金或服务支持，无相关利益冲突。
作者贡献说明：本文由刘晗进行文献检索及撰写成文；
刘良肇、莫林烽、王娜进行资料收集整理；
何永华指导论文修改。