自噬相关基因16 L1 与相关性疾病的研究进展

张红雨， 马兴璇， 柯柳华， 梁 卡， 易 娟， 黄伊轩， 蒋 桂， 闫晓雅

（柳州市中医医院，柳州 545001）

细胞自噬（autophagy）是一种膜介导时将细胞质内的物质输送至溶酶体进行降解的过程。有研究[1]指出，多种细胞器和细胞质膜可以为自噬体膜的形成提供脂类或重要蛋白质，这些膜形成完整的双层膜，该膜内包裹部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等成分形成自噬体，而后自噬体的外膜与溶酶体膜融合形成自溶体，并降解内膜中所含的物质；产生的降解产物（如氨基酸）被循环回到细胞质中，并再次用于合成和分解代谢过程，从而促进细胞的修复和平衡[2]。

自噬是由营养缺乏（如氨基酸缺乏、生长因子缺乏等）引起的，并且受各种生理信号的调节，如细胞低能量水平、内质网应激、缺氧和氧化应激[3]。在正常生长条件下，巨噬细胞自噬可通过特异性降解受损或多余的细胞器来辅助细胞稳定，因此，自噬是一种主要的细胞保护机制。但是，过度的自噬可能是有害的，自噬功能异常与多种人类疾病有关，包括肺、肝和心脏疾病，神经退行性疾病、肌病、癌症、衰老和糖尿病等[4]。

自噬相关基因16 L1（ATG16L1）位于2 号染色体（2q37.1）的长臂上，编码ATG16L1，是自噬过程中必不可少的大型蛋白质复合物的重要组成部分[5]。ATG16L1 在调节LC3 脂化及脂化LC3 的形成和插入双膜自噬体中起重要作用[6]。ATG16L1也参与许多癌症的癌变调节，自噬基因ATG16L1多态性与人类肿瘤的发生有关[7-10]，也与克罗恩病（CD）[11]、动脉粥样硬化[12]、尿路感染[13]、胰腺炎[14]、类风湿性关节炎[15]等疾病密切相关。本研究就ATG16L1 结构、功能及其与相关性疾病的研究进展作一综述。

1 ATG16L1 与自噬过程

自噬过程包括起始、细胞伸长、闭合、自噬体成熟和降解[16]。自噬的过程与几条信号通路有关，雷帕霉素靶蛋白（mTOR）在许多通路中都是自噬调节的关键枢纽，整合了能够控制自噬的几种不同途径的信号传导，包括磷酸肌醇3 激酶（PI3K）-Akt 途径，PI3K-Akt-mTOR 可以被多种生长因子激活，并通过mTOR 激活来促进细胞生长和分化，以及抑制细胞凋亡信号传导[17-18]，PI3K-AktmTOR 轴在肿瘤的发生过程中已经得到印证，并有可能成为癌症的治疗靶标[19]。另外一条信号通路于能量耗尽的情况下，在高环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，CAMP）水平激活CAMP依赖的蛋白激酶（AMPK）使unc-51 样激酶（unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）磷酸化并阻断mTOR 的抑制作用，AMPK-mTOR-ULK1/2轴在自噬的起始阶段得到深入的研究[20]。自噬的信号通路有很多[21]，自噬起始阶段的信号通路目前还无定论，但是在吞噬细胞伸长、闭合、自噬体成熟及降解过程方面的研究观点一致：在自噬过程中，内质网或其他膜状细胞结构通过产生双膜结构对刺激做出反应。在该过程中，ATG16L1 与ATG5-ATG12 形成共轭物复合物，该复合物使LC3（LC3-Ⅱ）聚合并脂化。同时，吞噬细胞伸长包膜以包裹要降解的细胞质或细胞器，形成一种独特的双膜细胞器，即自噬体，然后自噬体的外膜与溶酶体融合形成自溶体，随后内膜降解并吸收其内含物（图1）[22]。

图1 自噬途径

2 ATG16L1 与炎症性肠病

炎症性肠病包括溃疡性结肠炎（UC）和CD，CD 的病因尚未完全清楚，但众所周知，CD 是一种复杂的疾病，由遗传、环境和微生物因素相互作用产生。其中，遗传可能是疾病易感性的主要因素[23]。有研究[24-26]证实，ATG16L1 基因多态性会增加CD 的发病风险，而Zhang 等[27]关于ATG16L1基因多态性与CD 风险的荟萃分析结果显示，在所有4 个遗传模型中，ATG16L1 与CD 之间都存在显著关联。遗传易感性（先天和后天免疫力、细胞因子和种族差异）和环境因素（膳食、药物、吸烟和感染）以，及由营养不良引起的肠道免疫异常均与CD 的发病有关。肠道的免疫学异常与自噬功能障碍一样，都与炎症性肠病的病理有关，在CD 中，ATG16L1，IRGM，NOD2 等与自噬相关的基因已被发现，并且这些基因在免疫细胞如巨噬细胞和肠上皮细胞及Paneth 细胞中起重要作用，尤其是ATG16L1 基因异常会导致自噬功能障碍，引起巨噬细胞炎性因子的增加以及Paneth 细胞功能异常，肠道免疫细胞与自噬之间存在复杂的关系，自噬相关基因ATG16L1 在CD 的发病机制中发挥重要作用[28-29]。Pugazhendhi 等[30]研究发现，rs6737398 的G 等位基因模型与CD 和UC 均表现出保护性关联，rs4663402 处的T 等位基因和rs4663421 处的C 等位基因与CD 和UC 呈正相关，rs2241877 的T 等位基因仅与UC 具有保护性关联，而rs4663402 的AA 基因型和rs4663421的GG 基因型与CD 和UC 都有保护性关联。Serbati 等[31]发现，在摩洛哥人群中ATG16L1（T300A）突变的等位基因存在与CD 类型有关，但与临床特征无关，而携带T300A 变异等位基因在UC 中具有保护作用。国内的研究与上述结果并不完全相同，智佳等[32]发现，ATG16L1 rs2241880 多态性与CD 患者的易感性无关；陈兰等[33]的研究结果显示，ATG16L1 基因SNP 位点rs2241880 与广西壮族炎症性肠病患者的易感性无关。目前ATG16L1 基因多态性与炎症性肠病的关系存在一些争议。

3 ATG16L1 与细菌感染

细菌病原体是选择性自噬的目标，称为异种吞噬，这是一种先天免疫机制。在大多数情况下，自噬小体会在目标细菌周围形成，然后将其递送至溶酶体进行降解。ATG16L1 与细菌感染的关系报道较多，Tanaka 等[34]研究发现，幽门螺杆菌阳性标本中ATG16L1 的水平低于幽门螺杆菌阴性标本，ATG16L1 mRNA 水平与幽门螺杆菌密度成反比，而且ATG16L1 rs2241880 GG 基因型中幽门螺杆菌感染的情况明显低于AA/AG 基因型（OR=0.40，95% CI：0.18～0.91）。Rosentul 等[35]发现，在人类免疫缺陷病毒（human immuno deficiency virus，HIV） 感染人群中，ATG16L1（Thr300Ala，rs2241880）的多态性与念珠菌感染的敏感程度不存在关联性，同时把研究对象按CD4+与CD4-进行分组，但是在所有研究组中均未发现相关性。Raju 等[36]也发现，自噬基因ATG16L1 可以促进人类幽门螺杆菌感染。Savva 等[37]发现，ATG16L1 rs2241880 基因多态性与呼吸机相关性肺炎存在一定的关系，共有155 例患者参加了研究，携带ATG16L1 A 等位基因与伴有至少一个器官衰竭的败血性休克相关。

4 ATG16L1 与肿瘤疾病

4.1 ATG16L1 与胃癌的关系

胃癌是消化系统中最常见的肿瘤之一，由于其早期缺乏特异性表现，因此胃癌的早期检出率较低，大约为10%[38]。随着分子诊断和基因测序的不断发展，胃癌的早期诊断成为可能。幽门螺杆菌感染可引起慢性胃炎，是人类胃癌发展最重要的单一危险因素。Raju 等[39]研究指出，ATG16L1基因多态性增加了幽门螺杆菌的易感性，强调了宿主和细菌自噬因子对幽门螺杆菌发病机制的协同作用，并确定了幽门螺杆菌感染后影响自噬途径的机制以及随后发生癌症的可能性。Burada等[7]研究发现，ATG16L1 T300A 基因多态性与胃癌易感性存在潜在关联，尤其是在显性模型中关联最强，G 等位基因的存在与降低胃癌风险有关，对机体有保护作用。进一步分析发现，胃癌和胃癌周围组织中均检测到ATG16L1 基因表达，但胃癌组织中mRNA-ATG16L1 水平升高，ATG16L1 基因在胃癌和胃癌周围组织中的表达也有差异。但也有一些不同意见的报道，Castaño-Rodríguez 等[40]认为，自噬是一种溶酶体水解酶吞噬和降解细胞质的途径，在感染和炎症中起关键作用，自噬缺陷会增加感染的敏感性，其研究结果显示，ATG16L1 rs2241880 增加了胃癌发生的风险（OR=2.38，95% CI：1.34～4.24）和幽门螺杆菌感染的风险（OR=1.49，95% CI：1.02～2.16）。两个研究结果相悖，可能与二者研究的人群、地域以及检测方法等不同有关。ATG16L1 与胃癌化疗过程中的多重耐药有关，Huang 等[41]的研究指出，ATG16L1 被确定为miR-874 的直接靶标；miR-874-ATG16L1 自噬在胃癌化疗过程中的多重耐药中起重要作用，miR-874 可以通过靶基因ATG16L1 抑制自噬，并使胃癌细胞对化疗敏感。张玉梅等[42]指出，靶向干扰ATG16L1 可以抑制胃癌细胞自噬，并可以通过调控细胞凋亡提高胃癌细胞对顺铂的敏感性。

4.2 ATG16L1 与头颈部肿瘤的关系

由于人类头颈部的解剖结构复杂，因此头颈部肿瘤的原发部位和病理类型也较复杂。流行病学调查数据显示[43]，我国近年来头颈部肿瘤的年发病率呈上升趋势，约占全身恶性肿瘤的4.45%。头颈部肿瘤是全球第6 大癌症，吸烟和饮酒是其发生的危险因素；此外，环境和遗传因素也可能与头颈部肿瘤相关。Fernández-Mateos 等[44]纳入450 例患者（喉癌213 例，咽癌165 例，口腔癌72例），并通过调整性别、年龄、烟草和乙醇摄入量后发现，在所有的模型中ATG16L1 rs2241880 的多态性与喉癌和咽癌的易感性不相关，但ATG16L1 rs2241880 的多态性和口腔癌的易感性相关，在显性模型中明显增加了口腔癌的发病风险。而Song 等[45]纳入576 例头颈部鳞状细胞癌患者（口腔鳞状细胞癌462 例，口咽癌9 例，喉癌102 例，其他3 例）和1 552 例健康对照者，通过调整模型中的年龄、性别、吸烟和饮酒状况后发现，在加法模型中ATG16L1 rs4663402 可以明显增加头颈部鳞状细胞癌的发病风险。Tang 等[46]纳入90 例口腔鳞状细胞癌患者，结果发现，有27例患者（30%）出现ATG16L1 过表达，并且指出ATG16L1 过表达与疾病阶段、肿瘤大小、淋巴结转移和组织学等级有关；Kaplan-Meier 生存曲线分析显示，ATG16L1 过表达显著影响口腔鳞状细胞癌患者的总生存期（P=0.020）和复发时间（P=0.031），认为ATG16L1 可作为口腔鳞状细胞癌的生物标志物。Huijbers 等[47]研究指出，ATG16L1 的遗传变异可影响上皮细胞源性甲状腺癌的易感性和结局，该研究以人群为基础，ATG16L1 Thr300Ala 在杂合子和纯合子模型中显示出对上皮细胞源性甲状腺癌具有明显的保护作用，比值分别为0.67 和0.57，而在隐性模型中没有观察到明显的关联性，将性别等可能的混杂因素排除后，发现ATG16L1 与患者的临床参数在肿瘤大小和当前疾病状态方面的差异无统计学意义。

4.3 ATG16L1 与泌尿系统肿瘤的关系

泌尿系统肿瘤是较为常见的一种疾病，以膀胱癌最常见，膀胱癌的死亡率居第13 位[48]。肾癌是第7 大最常见的恶性肿瘤，其发病率在全球范围内呈上升趋势，而死亡率在下降[49]。前列腺癌是男性癌症的第5 大死因，在亚洲（尤其是在东亚）有很大比例的前列腺癌男性被诊断时已经处于晚期，预后较差[50]。因此，早期诊断可以延长泌尿系统肿瘤患者的生存时间，节约社会医疗资源。Budak 等[9]进行了ATG16L1 多态性与土耳其人群的人类前列腺癌和膀胱癌关联的研究，该研究包含131 例患者（前列腺癌62 例，膀胱癌69例）和269 例健康对照者，使用聚合酶链反应（PCR）扩增，通过限制性片段长度多态性（RFLP）检测，发现ATG16L1（T300A）的基因型和等位基因频率在前列腺患者和健康对照者之间的差异无统计学意义；膀胱癌患者和健康对照者之间ATG16L1 基因型和等位基因频率的差异有统计学意义，他们认为在土耳其人群中，ATG16L1（Thr300Ala）多态性与前列腺癌和膀胱癌患者无关联。Huang 等[51]分析了ATG16L1 的遗传变异与前列腺癌预后的关系，指出在调整已知临床因素后，ATG16L1 rs78835907 的多态性与晚期前列腺癌的疾病进展显著相关；通过随访发现，与具有纯合子野生型（GG）相比，rs78835907 A 等位基因的患者疾病进展风险降低了22%，ATG16L1 表达水平降低与预后较差相关。

4.4 ATG16L1 与大肠癌、肺癌、肝癌的关系

结直肠癌（CRC）是仅次于肺癌的美国第4大常见癌症，且是仅次于肺癌的第2 大致命恶性肿瘤，是由于结肠镜检查的增加，2017 年美国大肠癌发病率下降，新诊断的结直肠癌患者中年龄＜45 岁占5.7%，而年龄＜55 岁占20.5%，对于50岁以下的人群，大肠癌的发病率上升了22%[52]。Nicoli 等[10]发现，在罗马尼亚人群中，携带突变GG 基因型者与野生AA 基因型相比患大肠癌的风险更高，而且这种表现在男性受试者中更为一致，女性受试者中则更为不一致，这也证实了在中度和低分化的CRC 患者中ATG16L1 GG 基因型与肿瘤分期之间存在相关性。Grimm 等[53]也证实了ATG16L1 Thr300Ala 与延长CRC 患者的整体生存周期有关，也与减少远端转移以及Ⅰ型干扰素（IFN-Ⅰ）活性增加有关，这种相关性表明，自噬基因ATG16L1 Thr300Ala 多态性在人类大肠癌发展过程中的可能作用。ATG16L1 Thr300Ala也被报道与肺癌的转移及预后有关，Li 等[8]的研究指出，ATG16L1 rs2241880 基因型与非小细胞肺癌（NSCLC）的脑转移（BM）有关，AG/GG 基因型与降低BM 风险有关，Cox 多变量风险分析表明，AG/GG 基因型BM 的风险显著较低（HR=0.655，95% CI：0.438～0.978，P=0.039）。Yuan 等[54]研究指出，ATG16L1 基因多态性可以提高肺癌患者晚期的生存率，ATG16L1 rs2241880 与吉非替尼治疗的晚期肺腺癌患者的整体生存率有关，其也与表皮生长因子受体（EGFR）突变患者的不良预后有关。有研究证实[55]，ATG16L1 rs4663402基因多态性与肝细胞癌（HCC）风险显著相关，并部分解释了HCC 遗传易感性，为肝癌早期诊断提供了思路。

4.5 ATG16L1 与其他肿瘤的关系

ATG16L1 基因多态性也与其他肿瘤的易感性存在关系，White 等[56]发现，在墨西哥人群中，ATG16L1 基因多态性与黑色素瘤存在关系，该研究纳入911 例黑色素瘤患者，发现ATG16L1 rs2241880 AG 杂合基因型与黑色素瘤临床病理特征呈负相关，而GG 基因型与Breslow 厚度的减少有关，在早期确诊的患者中更明显。此外，rs2241880 AG 杂合型基因与年轻患者的确诊相关。Chen 等[57]的研究指出，ATG16L1 是miR-410的潜在目标基因，miR-410 通过靶向调控其3’-非翻译区而直接降低ATG16L1 的表达，从而影响自噬，miR-410 通过抑制骨肉瘤细胞中的自噬而增强了对化疗药物（雷帕霉素、阿霉素和顺铂）治疗的敏感性，miR-410 可能是抗化疗性骨肉瘤的潜在生物标志物。ATG16L1 与乳腺癌、髓母细胞瘤和淋巴瘤也存在一定的关系[58-60]，主要与ATG16L1 在自噬过程中的表达有关，从而被串联到信号通路轴上，影响肿瘤发生及药物的敏感性。刘亚敏等[61]收集宫颈癌患者和健康对照者100 例，通过基因分型发现，病例组与健康对照组的ATG16L1 基因型及等位基因频率分布的差异无统计学意义。

5 ATG16L1 与其他疾病

强直性脊柱炎（AS）是一种慢性炎症性关节炎，会导致严重的残疾并影响患者的生活质量。Li 等[62]研究发现，在中国汉族女性人群中，两个ATG16L1 rs4663421 基因的TT 单倍型可能与AS 易感性有关。但Chatzikyriakidou 等[15]发现，ATG16L1 rs2241880 基因多态性与类风湿性关节炎没有关系。Paget 骨病（PDB）是一种局部性的局灶性骨病，Usategui-Martín 等[63]发现，ATG16L1 rs2241880 的C 等位基因携带者与PDB 的风险增加相关。Lee 等[64]发现，ATG16L1 rs2241880 的基因多态性可能与男性痛风的易感性无关。

6 小结与展望

ATG16L1 是调节自噬体生成的关键蛋白，在自噬的过程中发挥重要作用。ATG16L1 前期的研究主要集中于ATG16L1 在降解细胞内病原体中的主要作用，而最新的研究报道了ATG16L1 的新功能，包括抑制核苷酸结合寡聚化结构域（nucleotide binding oligomerization domain，NOD）介导的炎性反应，调节促炎细胞因子和内质网应激。此外，很多研究报道了ATG16L1 基因多态性与炎性肠炎、细菌感染、骨性炎症和肿瘤等疾病的发病和临床进程有关。尽管如此，我们必须清楚这些ATG16L1 基因多态性也是健康个体中常见的遗传变异，仅这些单核苷酸基因位点突变可能不足以诱发相关疾病。因此，进一步从遗传方面揭示疾病的诱因并充分与自噬途径相结合，将会从新的角度为疾病的诊断及治疗提供新的思路。