引言
大自噬，通常称为自噬，是一个保守的过程，通过一种被称为自噬体的囊泡中间体，将胞液中的基质转移到溶酶体中。在过去的50多年，自噬被认为是对可用营养的囊泡转移途径。因此，人们推断自噬是一种分解代谢过程，重复利用分子来维持细胞生存。除了确证自噬在代谢平衡中的功能，过去几十年的研究将自噬和从器官发育到免疫一系列的生理过程联系起来，反映了自噬在细胞水平上的多种功能。
自噬的靶向基质包括大多数细胞质，蛋白质聚合物，大分子复合物和细胞器。此外，细胞内病原体可通过一种被称为异噬的细胞自主防御形式被自噬体隔离，这是自噬直接促进免疫的一种方式。可能更令人惊讶的是自噬参与多细胞免疫的程度。自噬涉及到许多方面，比如淋巴细胞发育，先天免疫信号和抗原呈递，与感染病和炎性疾病的发病机理相关。这个发现是由YoshinoriOhsumi的研究发现的，他被授予诺贝尔生理学奖。因为他发现了自噬机制，并在酵母筛选中发现了自噬相关基因（这里简称为ATGs）。就像发现FoxP3允许调控T细胞（Tregs）进行严格审讯功能一样，通过抑制ATGs从而发现自噬参与了免疫过程。
在许多情况下，这些发现是无意识的，机制是不可预测的。ATG16L1和炎症性肠炎（IBD）之间的联系就是一个著名的例子。接下来的群体遗传学研究将变异ATG16L1编码视为敏感因素，小组中的转基因动物显示了ATGs在保护肠道黏膜屏障免受感染和炎症中的重要作用。第一批研究表明，自噬抑制了NLRP3炎性体并维持了小肠内潘氏细胞颗粒数量。随后的发现证实了最初的观察并持续提供细节证明。其他研究方向推进了其自噬蛋白似乎不同于传统自噬的研究进程。这些自噬相关途径可能需要多个ATGs，但其发生独立于自噬体的形成，并且在某些情况下并不涉及溶酶体中基质的降解。
在这篇文章中，我们回顾了自噬和自噬蛋白在免疫中的作用。我们提供了自噬机制的概述并讨论了自噬蛋白在应对感染性疾病威胁时的作用。然后我们回顾了自噬是怎样促进免疫细胞的发育和功能。最后，我们扩展了自噬与IBD之间的联系，包括在其它炎性疾病状态下自噬功能紊乱的新证据。在可能的情况下，我们尝试区分传统自噬和自噬相关过程。然而，我们对自噬在免疫中的作用的认识远未完成。研究将不断发现自噬蛋白对宿主防御或炎症发挥作用的新途径。在这篇文章的结尾，我们提供了我们对试图操纵自噬的治疗方法障碍的看法。
自噬机制
哺乳动物自噬蛋白
在基础条件下，雷帕霉素机制性靶标（mTOR）限制了自噬。氨基酸和葡萄糖供应减少，氧化应激和其他环境干扰抑制了mTOR并激活一个由ULK1（或者同源物ULK2）,FIP,ATG13和ATG组成的复合物。UKL1复合物激活磷脂酰肌醇3-激酶催化亚基3型(PI3KC3)复合物，其招募到被称为吞噬泡的自噬体前体结构。PI3KC3复合物包括Beclin-1，ATG14，VPS15(PI3KR4)和VPS34(PI3KC3)，并生成磷酸磷脂酰肌醇3-磷酸标记自噬体产生的位置(7)。尽管吞噬泡可来源于多个膜源，但高尔基体中间室（ERGIC）和ER-线粒体接触位点已经被证实是生成吞噬泡的主要位点。例如，跨膜蛋白ATG9A可以从核内体中获取细胞膜融合到生长中的吞噬泡中（7）。
磷脂酰肌醇部分提供了一个结合脂质结合蛋白的平台，例如与FIP共同结合ATG16L1的WIPI2（10,11）。由ATG16L1，ATG5和ATG12组成的复合物代表了一系列类似泛素结合系统的酶促反应的高潮（7）。ATG7激活泛素样蛋白质ATG12并将其转移给ATG10，形成ATG12与ATG5的共价连接。ATG16L1非共价结合ATG5。同时，ATG7还激活另一种类泛素分子LC3。哺乳动物中LC3的几个分类（LC3A，LC3B，LC3C，GABARAP，GABARAPL1和GABARAPL2）具有部分其他功能，它们都需要ATG4半胱氨酸蛋白酶（ATG4A、B、C和D）处理后才能被ATG7激活。裂解的LC3随后被转移到ATG3。随后，ATG16L1复合物通过将LC3连接到磷脂酰乙醇胺（PE）并锚定到膜上而起到非经典E3连接酶的作用。在这里，我们把这些参与LC3-PE结合的蛋白质称为LC3结合机制。
LC3-PE具有膜融合功能，能够介导吞噬泡发展成自噬体的生长和终止，并且也是与溶酶体融合形成自溶酶体后内膜降解所必须的。自噬体的成熟需要囊泡转运蛋白并沿着微管移动，比如RABGTPase和SNAREs这些囊泡转运蛋白（7）。特别是SNARE蛋白通过一个独特的C-末端串联跨膜结构域插入自噬体膜，并通过与溶酶体的同源SNARE同型融合和蛋白质分选复合物来介导与溶酶体的融合(14)。自溶酶体内容物由肽酶、脂肪酶和水解酶降解，并回到胞质中重新利用。
底物选择
当吞噬泡通过自噬蛋白的协同作用生长时，底物也通过自噬受体进入自噬体中。Sequestosome1(SQSTM1，又称p62)，核结构域10蛋白52(NDP52)，视黄素(optineurin，OPTN)，BRCA1基因近邻(NBR1)，TaX1结合蛋白1(TAX1BP1)和其他受体同时与LC3和泛素链相互作用，从而使泛素修饰的底物与新生的自噬体交联(7，15)。通过这种方式，被泛素包被的入侵微生物容易被异体自噬。受损的细胞器是另一种常见的自噬底物。当线粒体完整性受损时，激酶PINK1会积累在外膜上并激活E3连接酶Parkin。具Parkin的泛素化线粒体蛋白质与自噬受体结合，将细胞器的全部或受损部分定向移动至自噬体，这一过程称为线粒体自噬(7，15)。线粒体的转化由NIP3样蛋白X(NIX，又称BNIP3L)介导，BNIP3L是一种定位于外膜的发育调节蛋白，可与LC3直接结合。同样，ER转化是由LC3结合蛋白FAMb介导的，该蛋白定位于ER分裂位点(16)。包括干扰素诱导的模式识别受体(PRRs)在内的几个三重基序蛋白(TRIM)可直接与LC3、ULK1、Beclin-1和SQSTM1相互作用，将HIV-1衣壳和其他底物作为自噬体的底物(17)。因此，选择性自噬会通过底物与自噬蛋白的泛素依赖性交联和非泛素依赖性交联受到调节。
自噬在细胞防御中的作用
异体自噬
A组链球菌、福氏志贺菌、肠伤寒沙门氏菌、产单核细胞李斯特菌等胞内细菌均为异噬的靶标(18-21)。siRNA筛选显示，线粒体自噬和异噬需要许多相同的基因，这暗示了两者相同的进化起源。当胞内细菌进入胞质或者含有病毒的液泡受损时，暴露出的微生物则被Parkin、LRSAM1、SMURF1和RNF等E3连接酶泛素化(23-27)。随后，通过线性泛素链组装复合物(LUBAC)将线性多聚泛素贴片连接到细菌上，该复合物重组和扩增泛素平台，用于结合自噬受体和NF-κB必需调节剂(NEMO)(26，28，29)。LUBAC这一功能允许通过NF-κB途径产生的细胞因子与异噬体一起限制细菌增殖。除泛素外，自噬受体NDP52还结合galectin-8，一种细胞质凝集素，它能识别囊泡受损时暴露在胞浆中的β-半乳糖苷(30)。多个受体分子聚集大量自噬蛋白，与细菌紧密相连，形成有利于自噬体形成的支架。但是，成功感染的细菌病原体进化出不同的方法，以避免被溶酶体通过这一途径降解。相对于最初检测的实验株系，GAS株M1T1编码一种蛋白酶，该蛋白酶降解NDP52、SQSTM1和NBR1以逃避异噬(31)。其他的回避策略包括避免泛素化，比如福氏志贺菌和产单核细胞李斯特菌是由控制肌动蛋白聚合的毒力因子介导而避免泛素化(19，21)。在嗜肺军团菌的例子中，效应分子RavZ直接剪切和抑制LC3而避免泛素化(32)。原生动物弓形虫通过CD40连接可触发异噬，但是这一途径可被诱导EGFR信号的寄生虫微球蛋白所抵消。这些毒力策略的存在意味着自噬抑制是细胞感染成功的关键因素。
当胞内细菌破坏细胞膜引起急性氨基酸缺乏时，mTOR受到抑制并触发自噬。PRRs下游也会诱发异噬。在Toll样受体（TLRs）激活后，MYD88和TRIF使Beclin-1与BCL2分离并中断两者的相互抑制作用（35）。此外，TLR4对脂多糖(LPS)的识别还导致了TBK1介导的OPTN磷酸化，从而提高了该受体交联LC3和泛素化鼠伤寒沙门菌的能力。在肽聚糖存在下，胞质PRRs核苷酸结合寡聚结构域蛋白1(NOD1)和NOD2通过信号级联反应或直接将ATG16L1结合在内化的病原体上诱导异噬(37-41)。因此，免疫信号和异噬行为都是由PRRs协调的。
虽然我们对异噬机制的理解很大程度上来自于对细菌病原体的研究，但病毒也是自噬的靶标，这可以从观察到的被SQSTM1识别的Sindbis病毒衣壳被自噬降解，由此增加了受感染神经元的存活中证实(42)。与细菌的异噬一样，病毒的异噬也需要许多与线粒体自噬相同的蛋白质，包括与范科尼贫血和齐薇格谱系障碍相关的基因，这些基因介导了底物选择。(43，44)。许多病毒还编码干扰自噬的机制。HSV-1神经毒性基因产物ICP、小鼠疱疹病毒68(MHV-68)中细胞BCL2蛋白(VBCL2)同源物和HIV-1Nef均能阻断Beclin-1的功能(45-47)。此外，TRIM5α作为ATG16L1和其他自噬分子与p24衣壳分子连接的适配器，HIV-1与朗格汉斯细胞表面的特异性凝集素结合诱导了TRIM5α下游的异噬，也解释了树突状细胞(DC)为什么能抵抗感染(48)。在另一个例子中，当内体形成小孔后，小核糖核酸病毒需要脂质修饰酶PLA2G16使其基因组进入胞质。没有PLA2G16时，galectin-8将自噬机制用一种类似于融合受损带菌液泡的方法带入内体并介导清除内部的内化病毒。在这种情况下，病毒可以感染细胞，但是自噬抑制病毒复制的能力不应被低估。在这方面值得注意的是，通过细胞渗透性Beclin-1肽增强自噬，可以显著提高感染基孔肯雅热或西尼罗河病毒的小鼠成活率（50）。
虽然这不是本综述的重点，但希望大家注意，许多胞内病原体协同自噬机制促进其复制。牛布鲁杆菌可通过激活PI3K和上游自噬蛋白ULK1、Beclin-1和ATG14产生PV。牛布鲁杆菌的复制不需要LC3结合机制，表明胞液是其复制的唯一结构（51）。克氏锥虫是引起夏格氏病的原生动物，它需要自噬介导的溶酶体与PV的结合，以激活感染所必需的毒力因子(52)。自噬被破坏似乎在RNA病毒感染中特别普遍。丙型肝炎病毒(HCV)通过多种机制诱导自噬，包括IRGM介导的ULK1激活、含有Beclin-1复合物的调控和ER应激(53~57)。诱导的自噬促进了HCV蛋白的翻译，提供了一个复制平台，并促进了产物的运出(58-61)。自噬机制支持病毒复制和传播的最有力证据之一是，胰腺腺泡细胞缺失ATG5的小鼠，柯萨奇病毒B3(CVB3)载量减少了0倍（62）。微小核糖核酸病毒(如CVB3和脊髓灰质炎病毒)依赖自噬蛋白来重建作为病毒复制复合物支架的膜(63，64)。在病毒生命周期的后期，自噬体样结构中的病毒体从被感染的细胞中释放出来，并以团簇的形式感染邻近的细胞，这比游离的单个病毒粒子具有更高的感染效率(65，66)。
总之，许多细胞内病原体均能逃避或破坏自噬。在后面的部分中，我们讨论当异噬不能消除感染威胁时，自噬是如何参与多细胞免疫的。
LC3相关吞噬作用
TLR结合和IFN-γ处理通过诱导LC3生成促进含有细菌的吞噬体的成熟（67-69）。溶酶体与含有内在细菌的多层膜以依赖自噬蛋白的方法结合，这一过程与异噬一致。然而，许多与异噬相同的自噬蛋白也通过一种称为LC3相关吞噬作用(LAP)的途径促进吞噬体的成熟和内化微生物的破坏，这种途径的特点在于缺乏双膜结构(70)。LAP需要活性PI3K和LC3结合机制，但与传统的自噬不同，LAP中不需要ULK1复合物。相反，LAP依赖于NADPH氧化酶2(NOX2)产生的活性氧(ROS)和一种Beclin-1结合蛋白Rubicon(71)。TLR和Dectin-1在巨噬细胞内触发LAP杀死巨噬细胞吞噬的细菌和真菌病原体，而在肝细胞中IFN-γ通过LAP控制间日疟原虫数量(70~74)。IFN-γ还可诱导DAPK1表达，DAPK1与Dectin-1共同识别真菌β-葡聚糖部分，以诱导LAP介导的烟曲霉的清除(75)。然而，孢子形式的熏烟色曲菌中的黑色素隐藏了表面能被Dectin-1识别的β-葡聚糖，以避免NADPH氧化酶的结合和LAP介导的杀伤（76）。因此，就像异噬一样，LAP是病原体感染的一个重要障碍，成功感染的病原体需要克服此障碍。
非降解病原的控制
自噬和LAP涉及到溶酶体融合后囊泡酸化和内容物降解。随着研究逐渐明显，自噬蛋白在宿主防御中具有独立于溶酶体的功能。一个得到充分证实的例子是一个被称为自噬蛋白靶向(TAG)的过程，通过这个过程，LC3可以将免疫效应物而非溶酶体招募到膜上(图3)(77)。在IFN-γ激活细胞后，弓形虫PV被IFN诱导的GTP酶以一种依赖于LC3结合系统，i.e.，ATG3，ATG5，ATG7和ATG16L1的方式机械地破坏(78-82)，其中LC3家族成员GABARAPL2(GATE-16)尤为重要(83)。尽管膜GTP酶和PV的正确靶向结合完全依赖于LC3连接机制，但TAG不受传统自噬途径的药理学抑制或上游ATGs的缺失的影响，表明该途径代表某些自噬蛋白具有非常规的非降解功能(79)。这种依赖TAG的GTP酶靶向性还破坏了包含衣原体(80)和诺如病毒复制复合物的包涵体(84，85)。这些研究表明，LC3的沉积可以不依赖于溶酶体融合而破坏受病原体损伤的膜室。
另一个非降解的变异途径是分泌性自噬，这一过程会促进IL-1β和其他缺乏前导序列的蛋白质的细胞外释放(86，87)。在分泌性自噬过程中，参与底物选择的自噬蛋白和TRIM分子介导了囊泡内容物的分泌(87)。例如，细胞因子IL-1β被结合到新生的自噬体的膜间隙，并在与质膜融合后释放(88)。当溶酶体降解被抑制时，分泌性自噬可能是异噬的一种有用替代。当溶酶体在泌尿系致病性大肠杆菌(UPEC)感染膀胱上皮时不能发挥作用时，自噬蛋白介导膜结合细菌的细胞外释放，作为清除被入侵细胞的机制（89）。此外，已经在多种细胞中观察到自噬蛋白在颗粒分泌中的作用，包括破骨细胞，肥大细胞，两个关键的肠上皮细胞，潘氏细胞和杯状细胞（5,90-93）。自噬蛋白介导颗粒释放的机制尚不明确，但对杯状细胞颗粒释放机制的研究已证实在NADPH氧化酶活性下游存在ROS信号(92)。
ATG5在结核分枝杆菌感染过程中具有与自噬无关的功能。髓系细胞（巨噬细胞和中性粒细胞）中ATG5的缺失增加了小鼠对结核分枝杆菌的易感性(94，95)。尽管体外研究表明结核分枝杆菌是由巨噬细胞的异噬控制的，但ATG5被证实可以介导中性粒细胞的死亡，减少肺部炎症，从而在防止体内结核杆菌的感染，这一功能不需要其他自噬蛋白的参与（96）。可能还有其他的例子使单个自噬蛋白的功能从自噬中分离出来。siRNA筛选显示，大量的ATG相互独立地参与病毒的复制(97)。例如，多个小核糖核酸病毒复制增强消耗了ATG13和FIP，而不是ULK1/ULK2或ATG7(97)。这些发现表明，自噬蛋白在细胞自主免疫中的非降解功能比以前所认识到的更为普遍。
自噬在免疫细胞发育和功能中的作用
巨噬细胞
自噬蛋白在巨噬细胞中除了调节吞噬物质的分解外还有其他功能。单核细胞需要诱导自噬才能有效分化为巨噬细胞(图4)。M-CSF(CSF-1)与单核细胞受体结合可诱导钙释放，并通过激活ULK1引发自噬而促进分化(98，99)。另一个巨噬细胞分化因子GM-CSF的存在诱导了JNK磷酸化BCL2，解离了Bcl-2和Beclin-1之间的抑制相互作用以诱导自噬()。自噬在细胞活力和代谢中的作用可能解释了巨噬细胞分化过程中通过这些途径诱导自噬的需求。与此相一致的是，ATG7缺乏的巨噬细胞糖酵解增加，降低了衰老细胞的吞噬能力并使炎性细胞因子产生增加()。在自噬缺乏的巨噬细胞中，代谢紊乱伴随着炎性细胞因子IL-1α、IL-1β、I型干扰素(IFN-I)和巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)的分泌(图4，-)。自噬抑制细胞因子生成的机制将在后面的部分讨论。
对不同极化条件下巨噬细胞的分析更加证实了线粒体自噬的重要性。虽然经典活化(IFN-γ/LPS处理)的巨噬细胞维持糖酵解需要线粒体存在，但在依赖氧化磷酸化激活(IL-4/13处理)的巨噬细胞中，线粒体并不是必要的（）。然而，如果用抗炎细胞因子IL-10处理LPS激活的巨噬细胞，则自噬可以抵消葡萄糖摄取增加和糖酵解所造成的炎症状态。在这种情况下，IL-10抑制mTOR信号，诱导线粒体自噬，抑制活性氧(ROS)和炎症体活性(图4)()。因此，在巨噬细胞中，线粒体自噬程度受到外部信息的严格控制；巨噬细胞的分化和活化似乎需要某些线粒体自噬，但线粒体自噬在高于某一水平后继续增加，将会使巨噬细胞恢复到静止状态。
树突状细胞
自噬蛋白通过抗原呈递在协调适应性免疫中起着核心作用，特别是在DCs中(图4)。由于化学抑制PI3K活性会干扰某些抗原向CD4T细胞的呈递，细胞自噬最初被认为是一种使胞质抗原进入核内体后装载到MHC-II分子上的途径(，)。自噬蛋白（ATG12）的作用首先在转化的淋巴母细胞中证实，表现为对EB病毒蛋白EBNA1的MHC-Ⅱ呈递，然后在包括DCs在内的其他抗原提呈细胞中发现流感病毒抗原()。在体内，CD4T细胞增殖和HSV-2，产单核李斯特菌和黄热病毒疫苗株YF-17D感染时产生干扰素-γ都需要DC中的ATG5和ATG7（，）。多数研究表明ATG缺失对CD4+T细胞的MHC-Ⅱ呈递有影响。然而，在YF-17D抗原呈递到CD4和CD8T细胞过程中都需要自噬蛋白。YF-17D诱导DCs表达GCN2，激活自噬促进MHC-Ⅱ的表达和MHC-I的交叉提呈()。这种交叉提呈的机制可以通过自噬蛋白在将内化抗原传递到含有MHC-I分子的膜室中的作用来解释(，)。自噬机制可能对交叉提呈可溶性蛋白特别重要，而对受体介导的内吞作用的抗原传递不是特别重要()。
在TLR4、NOD1和NOD2(40，)下游的自噬诱导作用下，DC刺激T细胞的能力进一步增强。通过佐剂刺激PRRs可能通过增强DCs的自噬作用来促进疫苗的应答。在一个原理验证实验中，BCG作为一种结核分枝杆菌疫苗，通过化学增强BCG异噬从而提高了DCs激活T细胞的能力（）。此外，在DC分化过程中加入IL-4，通过抑制mTOR和诱导自噬体成熟的阳性调节因子RUN和FYVE结构域蛋白4(RUFY4)的表达，增强自噬介导的抗原提呈（）。因此，刺激DCs自噬的各种上游信号被预测会增强T细胞免疫。然而，ATGS的缺失增加了MHC-I和共刺激分子的表面表达水平，从而增强了某些抗病毒和异源T细胞反应(，)。因此，自噬蛋白是促进还是抑制T细胞反应是背景特定的。同样值得注意的是，T细胞也可影响DC自噬。最近的一项研究发现，除了产生调节自噬的细胞因子外，Treg表面分子CTLA4结合DCs上的共刺激分子可以抑制自噬并刺激自身反应性T细胞。（图4）（）。因此，自噬是T细胞与DC双向通讯的中心。
自噬同样促进了DCs在细胞因子生成中的作用。自噬蛋白在将病毒RNA传递到核内体并通过TLR7确认和类浆DCs细胞中IFN-I的产生中是必须的（）。类似于巨噬细胞中的原理，DCs中的自噬抑制增加了IL-1α和IL-1β的产生，这是由于ROS的积累介导了产生IL-17的T细胞亚群的分化(，)。许多针对DCs的抗原提呈或细胞因子生成的研究都是在最近对LAP的理解之前完成的。在LAP中自噬蛋白和NOX2都是必不可少的，用来稳定吞噬体和提高MHC-Ⅱ提呈效率（）。因此，我们认为LAP更能解释自噬蛋白在DCs吞噬吸收外源抗原功能中的作用。
中性粒细胞
活化中性粒细胞可以诱导自噬，并且自噬在中性粒细胞的维持和功能中起作用。类同于杯状细胞中的自噬，中性粒细胞中的自噬对其脱颗粒和由NADPH氧化酶的ROS产生是必须的，这也解释了为什么髓系细胞中的Atg7缺失可以减少中性粒细胞介导的疾病的炎症，包括实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)()。药物抑制自噬也减少了中性粒细胞胞外杀菌网络(Nets)的形成，减少了能够捕获和杀死微生物的染色质结构(，)。如上述所讲，ATGs缺失的结核分枝杆菌易感小鼠涉及到中性粒细胞中与自噬无关的功能。ATG5可减少引起肺病理损伤的中性粒细胞的数量(96)。其机制尚不清楚，但可能与早期观察到的ATG5经钙蛋白酶介导的凋亡产生的裂解产物有关()。研究自噬蛋白对中性粒细胞生物学作用可能会对这些传统上难以探究的短寿命吞噬细胞进行深入研究。
T细胞和先天淋巴样细胞
自噬通过维持线粒体稳态，防止细胞毒素活性氧的生成来支持T细胞存活（-）。自噬在不变自然杀伤T细胞、自然杀伤细胞和先天淋巴细胞中具有相似的功能（—）。在与T细胞受体(TCR)结合后，泛素编辑酶A20使mTOR复合物处于无活性、去泛素化的状态，从而发生自噬()。除了维持细胞器稳态外，自噬对于TCR结合后CD4+T细胞的能量需求也是非常重要的()。自噬和自噬受体TAX1BP1对于活性T细胞代谢转变中L-半胱氨酸循环也十分重要（）。自噬在Tregs中起着特殊的作用，Tregs通过分解代谢来支持谱系稳定，而分解代谢对依赖mTOR的糖酵解具有负调控作用()。此外，自噬通过选择性降解CDKN1B来支持CD8T细胞的增殖，CDKN1B是细胞周期的主要负调节因子()。然而，在增值过程中自噬有所降低，因为增值过程需要合成代谢而不是分解代谢，然后在收缩期上调，使其与淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒感染期间CD8+记忆细胞的建立相一致（）。另一项研究支持该发现，证明自噬缺陷削弱了针对流感病毒和鼠巨细胞病毒的CD8+T记忆细胞形成()。因此，自噬支持T细胞存活的机制取决于T细胞的分化阶段。
虽然我们在这篇综述中