你了解什么是胞葬作用（efferocytosis）吗？还对它一头雾水吗？
今天就给大家带来了一篇综述，详细解读一下健康和疾病中的胞葬作用。
首先，我们先来了解一下胞葬作用的定义。每天，一个成年人体内有 37.2 万亿个细胞（大约0.4%）死亡。然而，即使在细胞更新高的组织中，凋亡细胞（apoptotic cells）却不见踪影，这说明体内存在非常高的凋亡细胞清除效率。
此时，就是胞葬作用出场的时候了。胞葬作用是细胞生物学所描述的吞噬细胞将程序性死亡的凋亡细胞移除的过程；这一过程可以理解为埋葬凋亡的细胞，因而称“胞葬”。 在胞葬作用过程中，吞噬细胞会将凋亡细胞吞噬，并形成一个体积较大含有死亡细胞的液泡，这个泡被称作胞葬体（efferosome），与吞噬体类似。
遗传、生化和成像方法表明，胞葬作用在形态和机制上与经典形式的吞噬作用不同。凋亡细胞的清除需要吞噬细胞表达识别凋亡细胞相关配体的受体，重组吞噬细胞骨架以吞噬凋亡细胞，并诱导吞噬体-溶酶体融合以降解凋亡细胞货物（图1）。作为对凋亡细胞摄入的反应，巨噬细胞抑制促炎细胞因子的产生，并增强抑制炎症和介导消退和修复的分子的产生，这些过程在有缺陷的胞葬作用的情况下不能进行。
图1 吞噬细胞如何进行胞吐作用
一、持续的胞葬作用和新陈代谢
吞噬细胞在相对较短的时间内摄取多种凋亡细胞的能力，称为持续胞葬作用。当凋亡细胞与吞噬细胞的比率很高时（例如，在急性炎症反应后），胞葬作用是必不可少的。吞噬细胞持续摄取凋亡细胞面临着几个挑战。首先，当吞噬体进入细胞时，每次凋亡细胞摄取事件都会使大量的质膜内化，因此随后的几轮胞葬作用需要快速恢复细胞表面积。其次，凋亡细胞的吞噬溶酶体降解导致大量必须以安全和高效的方式处理大量代谢物，包括氨基酸、脂质和核酸。
1、膜回收
大颗粒的吞噬作用（包括凋亡细胞）需要足够的细胞表面积来吞噬和密封颗粒。起初， PI3K促进细胞内囊泡的融合，例如再循环内体和可能的内质网 (ER)部分，与发育中的吞噬体部位附近的质膜融合。对于随后的吞噬事件，必须通过吞噬吞噬体的膜回收来恢复细胞表面积。一种机制涉及线粒体：由于DRP1水平的增加，在凋亡细胞吞噬后发生裂变。线粒体裂变导致线粒体从ER上解离，这有助于ER钙释放到细胞质而不是线粒体中。细胞质钙水平升高，可能通过钙依赖性囊泡起作用转运蛋白，如突触结合蛋白 VII，促进吞噬溶酶体到质膜囊泡的转运，从而允许在随后的凋亡细胞周围形成吞噬体。在LDLR 缺陷小鼠，喂食西方饮食且缺乏骨髓DRP1，证明了该过程的体内相关性。在这些小鼠中，与对照小鼠相比，动脉粥样硬化病变胞葬作用受到损害，斑块坏死增加。未来研究应关注动脉粥样硬化和其他由有缺陷的胞葬作用驱动的疾病，如自身免疫和神经退行性疾病，是否会在线粒体分裂中获得缺陷，导致胞葬作用受损。
2、胆固醇代谢
在凋亡细胞被吞噬溶酶体降解后，泡状细胞面临大量和多样性的潜在细胞毒性大分子需要外排或代谢（图2a）。这个过程与胞葬作用如何处理游离（未酯化）胆固醇有关。每次胞葬作用降解凋亡细胞时，细胞内胆固醇水平都会显著增加，如果凋亡细胞中载有胆固醇，这种情况会加剧。当巨噬细胞在体外与凋亡泡沫细胞一起孵育时，内质网中吞噬溶酶体胆固醇向酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶 (ACAT) 的有效运输，催化游离胆固醇酯化为胆固醇脂肪酸酯，从而防止过量的游离胆固醇。此外，巨噬细胞在摄入凋亡细胞后，能够进行大量胆固醇外流，部分原因是诱导了胆固醇外流转运蛋白ABCA1。凋亡细胞衍生的甾醇，可能通过代谢成为氧甾醇，可以激活核受体肝X受体-α (LXRα) 和LXRβ，从而诱导Abca1表达。胞吐作用产生的氧固醇可能具有其他功能，包括通过抑制线粒体氧化应激来阻断炎症小体的激活，以及通过稳定肌动蛋白 GTPase RAC1来促进凋亡细胞内化。
图2 在巨噬细胞中处理凋亡细胞衍生代谢货物的机制
3、能量代谢
线粒体是摄入代谢负荷的主要响应者。研究发现吞噬细胞降解凋亡细胞后不久，线粒体膜电位 (MMP) 就会增加。这与凋亡细胞货物的交付有关，因为珠粒的吸收不会影响MMP。重要的是，MMP的增加只是暂时的，这表明一种机制最终会被激活,以防止过度的MMP。事实上，发现这种MMP调节机制涉及线粒体解偶联蛋白UCP2表达上调。当使用小干扰RNA 使UCP2沉默时，MMP仍然很高，并且细胞增多症受损。UCP2 缺陷的小鼠在两种凋亡实验模型中增加了凋亡细胞的数量，这与有缺陷的细胞增多症一致。尽管UCP2上调的机制和将UCP2介导的MMP调节与持续胞葬作用中的特定过程联系起来的信号机制仍有待确定，但这些发现不仅对于揭示UCP2的作用很重要，而且对于显示体内持续胞葬作用的重要性也很重要。
4、产生促解介质
胞葬作用还导致脂质介质的改变，这些介质在炎症消退中起核心作用。与凋亡中性粒细胞或中性粒细胞微粒一起孵育的巨噬细胞可增加称为“专门的分解前介质”(SPM) 的长链脂肪酸衍生脂质的表达，包括脂氧素A4和分解素D1、D2和E2，同时降低促炎性前列腺素和白三烯的表达B4。脂氧素A4和分解素D1进一步增强了胞吐作用，建立了一个循环，通过该循环它们增加了自身的产量。SPM产量的增加通过多种机制发生。首先，ACs 及其微粒含有 SPMs 的前体，当凋亡细胞被巨噬细胞摄取时，SPM 前体被转化成熟的脂质介质。此外，SPM的关键生物合成酶12/15-脂氧合酶的表达被胞吐作用上调。MERTK——细胞外信号调节激酶（ERK）信号促进SPM，通过增加细胞质与核的比率来合成5-脂氧合酶，其是SPM生物合成中的另一种关键酶。
5、与调节性T细胞交叉对话
CD4+CD25+FOXP3+调节性T细胞（Treg细胞）是免疫反应的有效调节剂。它们与先天免疫系统和适应性免疫系统的细胞相互作用，以限制T细胞增殖，通过删除自身反应性细胞和产生抗炎细胞因子来促进耐受性，限制过度炎症，促进巨噬细胞的替代激活，以促进分解表型和促进分解。最近，在体外和急性肺损伤、腹膜炎和动脉粥样硬化模型中，Treg细胞已被证明可以增强巨噬细胞的胞吐作用。该机制涉及Treg细胞分泌IL-13，这会上调巨噬细胞产生IL-10。然后，IL-10 通过诱导GTP交换因子VAV1，促进巨噬细胞胞吐作用，这增强了吞噬体处RAC1依赖性肌动蛋白的组装和随后的凋亡细胞内化。巨噬细胞胞吐作用也会增加体内 Treg细胞的数量，因为凋亡细胞的输注导致Treg细胞以依赖于巨噬细胞衍生的TGFβ 的方式扩增。另一项体外研究表明，摄入凋亡细胞会增加吞噬细胞产生TGFβ和IL-10，从而增加 Treg细胞的分化。最近，实验诱导肠上皮细胞凋亡CD 103+ 树突状细胞对凋亡细胞的摄取，导致参与Treg细胞生成的基因上调，并伴随肠系膜淋巴结中Treg细胞数量的增加。这些研究表明 Treg细胞和巨噬细胞参与了一个由凋亡细胞清除连接的正反馈系统。
6、预防免疫激活
尽管树突细胞对感染的凋亡细胞的胞吐作用可导致病原体抗原的呈递和效应T细胞的激活，作为宿主防御的一部分，但在分解巨噬细胞摄取的未感染的凋亡细胞时通常不会发生此过程。最近的一项研究表明淋巴结T细胞区中的CX3CR1+MERTK+巨噬细胞在启动CD4+ T细胞方面效率低下，这一功能转由该区域的吞噬性树突细胞负责。目前，有几种解释这一观察结果的机制。首先，凋亡细胞通过胞葬作用的内化，使货物分流到再循环内体，并远离MHC II负载区室，从而避免凋亡细胞衍生肽的抗原呈递。其次，促分解巨噬细胞中的吞噬体比促炎性巨噬细胞中的吞噬体更有效地进行酸化，导致凋亡细胞衍生蛋白质的蛋白水解到一定程度，从而阻止产生适合MHC II类呈递的肽。
二、心脏代谢疾病中的缺陷性胞葬作用
胞葬作用的基因工程缺陷会损害分辨率并使有机体易患疾病。然而，疾病过程本身也会通过多种机制导致有缺陷的胞葬作用。在这里举几个例子，重点关注心脏代谢疾病的各个方面。
1、动脉粥样硬化
当修饰的脂蛋白在动脉内皮下层积聚时形成动脉粥样硬化斑块，产生炎症刺激，驱使白细胞流入血管壁。这些白细胞中的许多会发生凋亡，尽管在病变形成的早期它们被有效清除，但在晚期斑块中胞葬作用开始失败，导致在称为坏死核心的斑块区域中继发性坏死细胞的积累。在人类中，大的坏死核心与容易引起心肌梗塞和中风的高危斑块类型相关。
在动脉粥样硬化中，胞葬作用受体MERTK和LRP1的蛋白水解切割，会损害斑块巨噬细胞清除动脉粥样硬化病变中死细胞的能力，从而导致斑块坏死和分辨率受损。MERTK裂解产物，可溶性MER，能够竞争GAS6，将其与完整的MERTK受体隔离。细胞表面LRP1水平也因epsin介导的受体内化而降低。一种在动脉粥样硬化病变中积累的特殊脂质称为12(S)-HETE，通过激活RHOA来抑制凋亡细胞的内化。最后，动脉粥样硬化斑块内的凋亡细胞会上调CD47信号，从而削弱它们被吞噬细胞识别的能力。已经提出了几种机制，包括通过NF-κB1途径诱导CD47表达和CD47抑制microRNA miR-143-的丢失。
2、心肌梗塞和心力衰竭
胞葬作用在心肌梗死后心肌的修复中起关键作用。与动脉粥样硬化相似，心脏巨噬细胞中的 MERTK 裂解和凋亡心肌细胞上不适当的高水平CD47都会导致实验性心肌梗死后的消退反应受损。
3、肥胖和糖尿病
在肥胖症和糖尿病中，MERTK裂解在巨噬细胞清除凋亡细胞的能力受损中也起着重要作用，尽管与动脉粥样硬化的情况相反，裂解是由去整合素和ADAM9 驱动的，因为 miR-126的下调。糖尿病巨噬细胞还具有涉及EPO-EPO 受体信号传导的促细胞通路的下调。在正常情况下，EPO 受体信号会增加 PPARγ 的表达，从而增强 PPARγ 介导的许多胞吐作用受体和桥接分子的转录。然而，在糖尿病小鼠中，EPO和EPO受体的水平都降低了，这会中断该途径并损害细胞增多症的效率。
图3 疾病中胞葬作用受损的机制
4、宿主防御中的胞葬作用
病原体入侵会导致宿主细胞死亡，而病原体通常在这些垂死的细胞中存活。如果受感染的死细胞没有被吞噬细胞迅速吞噬，则由于病原体诱导的孔形成或整体质膜渗漏（例如发生在继发性细胞坏死或坏死性凋亡中），活病原体可以释放，从而导致感染扩散。如果发生快速细胞增多症，病原体的命运和随后的免疫反应会有所不同，取决于病原体的类型和它所在的垂死细胞，例如巨噬细胞与树突细胞，还有其他的宿主因素，包括遗传多态性。
5、胞葬作用后的细菌命运
当结核分枝杆菌侵入巨噬细胞时，由于结核分枝杆菌诱导的溶酶体-吞噬体融合抑制，细菌在吞噬体中仍然存活。相对低毒力的结核分枝杆菌菌株通常会诱导细胞凋亡，当巨噬细胞吞噬这些凋亡细胞时，溶酶体与含 凋亡细胞的吞噬体融合会促进细菌杀伤。
体外巨噬细胞对受感染的中性粒细胞的胞吐作用，这是通过细胞焦亡细胞上的孔诱导细胞内陷，与巨噬细胞上的清除子和补体受体的相互作用促进的，导致细菌中和。
在其他情况下，病原体可以通过防止巨噬细胞吞噬受感染的凋亡细胞来逃避胞葬作用介导的杀伤。例如，中性粒细胞对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的内化诱导了CD47的表达 。
图4 胞吐作用在感染和宿主防御中的作用
三、总结
胞葬作用对于维持组织稳态和促进对炎症和损伤的反应至关重要。缺陷的胞葬作用正在成为推动慢性炎症性疾病发展和进展的关键机制，包括动脉粥样硬化、肥胖症、糖尿病、心力衰竭、慢性肺病、神经退行性疾病和癌症。因此，预计旨在改善胞葬作用的治疗策略会抑制炎症并提高分解。对胞葬作用代谢的进一步了解可能会为由过度细胞凋亡、有缺陷的胞葬作用和受损的分解和修复驱动的疾病提供新的治疗机会。
好啦，胞葬作用就给大家介绍到这里了，下次再见！
参考文献：
Doran, A. C., Yurdagul, A., & Tabas, I. (2020). Efferocytosis in health and disease. Nature Reviews Immunology, 20(4), 254-267.
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