自噬在心血管疾病中的作用研究進(jìn)展

林 超，劉兆國(guó)，錢 星，徐 斌，包東橋，李 育，2，卞慧敏，2

（1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，2.江蘇省中藥藥效與安全性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210046）

自噬（autophagy）是指細(xì)胞將受損變性的蛋白質(zhì)以及損傷細(xì)胞器運(yùn)輸?shù)饺苊阁w進(jìn)行消化降解，以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞本身的代謝需要和相關(guān)細(xì)胞器的更新，并且以胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)自噬體為特征的細(xì)胞自我消化過程，是細(xì)胞在應(yīng)激情況下用來維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和存活的重要機(jī)制［1］。生理狀態(tài)下，自噬處于較低的水平，降解的細(xì)胞內(nèi)成分可以提供營(yíng)養(yǎng)或原料供給細(xì)胞循環(huán)再利用［2］；病理狀態(tài)下，自噬水平明顯升高，作為一種適應(yīng)性反應(yīng)被激發(fā)來維持整體的平衡。近年來研究發(fā)現(xiàn)，自噬介導(dǎo)生長(zhǎng)發(fā)育、腫瘤以及心血管疾病的發(fā)生發(fā)展等過程［3-5］。隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)在不同病理環(huán)境下，自噬既能夠促進(jìn)血管的生成，也能夠抑制血管的生成。因此，迫切需要闡明自噬在不同病理?xiàng)l件下在血管生成的作用及其作用機(jī)制。本文對(duì)自噬在心血管疾病中的作用進(jìn)行綜述，重點(diǎn)對(duì)自噬對(duì)心血管疾病中血管生成的作用及其機(jī)制進(jìn)行概述，為靶向自噬進(jìn)行心血管疾病的治療及指導(dǎo)臨床提供重要的參考。

1 自噬的生理功能

自噬作為廣泛存在于真核細(xì)胞中的生命現(xiàn)象，已有研究表明，生物體借助自噬主要發(fā)揮以下生理功能：（1）自噬作為細(xì)胞保持穩(wěn)定狀態(tài)的管家機(jī)制，可調(diào)控過氧化物體、長(zhǎng)壽命蛋白、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的更新，同時(shí)能夠降解胞內(nèi)蛋白，完成細(xì)胞器轉(zhuǎn)化，從而維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定；（2）自噬是一種防御和應(yīng)激調(diào)控機(jī)制，它是對(duì)許多外源性刺激如氧化應(yīng)激、營(yíng)養(yǎng)缺乏、感染以及低氧等的適應(yīng)性反應(yīng)，它的降解產(chǎn)物如游離脂肪酸、氨基酸等可為細(xì)胞的重建、再生和修復(fù)提供必需原料，同時(shí)一些降解產(chǎn)物也可作為能量循環(huán)的物質(zhì)參與能量供給［6］；（3）自噬參與一定的組織特異性融合［7］。自噬既可以作為一種防御機(jī)制來抵御環(huán)境變化對(duì)細(xì)胞造成的損傷，進(jìn)行亞細(xì)胞水平上的重構(gòu)，保護(hù)受損的細(xì)胞；同時(shí)它作為一種細(xì)胞的死亡程序，又可以誘導(dǎo)細(xì)胞主動(dòng)性的死亡［6］。

2 自噬對(duì)血管生成的作用

2.1 自噬促進(jìn)血管生成 大量研究發(fā)現(xiàn)自噬能夠促進(jìn)血管的生成。Du等［8］證實(shí)誘導(dǎo)自噬能夠促進(jìn)血管生成，而抑制自噬則會(huì)引起血管生成抑制，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生和AKT的活化介導(dǎo)了自噬誘導(dǎo)的血管生成過程。該研究也表明靶向自噬為心血管疾病的治療提供了一種新的方法。Roy等［9］通過采用化學(xué)抑制劑及特定基因敲除等手段將自噬阻斷后，發(fā)現(xiàn)一些炎癥因子（如IL-8、MCP-1等）所介導(dǎo)的體外人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）的管腔形成，依賴于這些炎癥因子所誘導(dǎo)的一種鋅指轉(zhuǎn)錄因子MCPIP（MCP-1 induced protein）的表達(dá)，而MCPIP則進(jìn)一步的激活氧化應(yīng)激和自噬，從而促進(jìn)HUVEC的管腔形成。Sachdev等［10］利用小鼠后肢缺血模型和體外人類真皮微血管模型發(fā)現(xiàn)，缺氧可降低骨骼肌細(xì)胞中高遷移率族蛋白B1（HMGB1）的細(xì)胞核定位，促使了細(xì)胞核蛋白HMGB1的釋放，并且引起自噬的發(fā)生，進(jìn)而促進(jìn)了血管的生成。

2.2 自噬抑制血管生成 雖然自噬能夠促進(jìn)血管的生成，但隨著研究的逐步深入，發(fā)現(xiàn)自噬在某些條件下也能夠明顯地抑制血管生成。Kumar等［11］研究發(fā)現(xiàn)，在HUVEC和前列腺癌細(xì)胞（PC-3）中，采用天然產(chǎn)物厚樸酚（Ery5）所觸發(fā)的自噬，能夠有效地抑制血管生成并且導(dǎo)致凋亡非依賴型的細(xì)胞死亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用3-甲基腺嘌呤（3-methyl adenine）抑制自噬或通過敲除自噬的關(guān)鍵蛋白ATG7時(shí)，血管生成抑制就會(huì)被逆轉(zhuǎn)。Kim等［12］研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中增加胃泌激素釋放肽（GRP）和其受體（GRPR）的表達(dá)，能夠負(fù)性調(diào)控自噬過程，進(jìn)而抑制血管的生成。進(jìn)一步研究表明，自噬介導(dǎo)了GRP的降解。因此自噬的活化可作為一種新型的抗血管生成療法用于富血管神經(jīng)母細(xì)胞瘤的治療。Liu等［13］采用動(dòng)脈環(huán)模型和內(nèi)皮細(xì)胞模型，證實(shí)了糖尿病血管生成能力的下降可能是由于糖酵解產(chǎn)物丙酮醛介導(dǎo)氮氧自由基的產(chǎn)生，進(jìn)而增加了自噬的水平，從而抑制了血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2（VEGFR2）的表達(dá)。有趣的是，抑制氮氧自由基的產(chǎn)生或直接降低自噬的水平可有效恢復(fù)VEGFR2的表達(dá)以及血管生成的能力。

3 自噬介導(dǎo)血管生成調(diào)控的作用機(jī)制

3．1 m TOR信號(hào)介導(dǎo)自噬調(diào)控血管生成 mTOR作為氨基酸、ATP、生長(zhǎng)因子以及胰島素等的感受器，對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)具有重要的調(diào)節(jié)作用，能夠抑制自噬的發(fā)生，發(fā)揮“管家”的作用。當(dāng)mTOR活性增強(qiáng)時(shí)，通過S6K1激活它，進(jìn)而磷酸化核糖體蛋白S6（p70S6）來促進(jìn)信使RNA的翻譯，同時(shí)促使核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的黏附，從而抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫落形成自噬體膜，進(jìn)而抑制了自噬體的形成，從而對(duì)血管生成發(fā)揮調(diào)控作用；當(dāng)mTOR活性被抑制時(shí)則促進(jìn)自噬體的形成，進(jìn)而調(diào)控血管的生成［14］。

3．2 PI3K-AKT信號(hào)通路介導(dǎo)自噬調(diào)控血管生成 研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中增加胃泌激素釋放肽（GRP）和其受體（GRPR）的表達(dá)，能夠激活PI3K-AKT信號(hào)通路，而該信號(hào)通路在腫瘤演進(jìn)的過程中可作為促血管生成的因子，并且AKT的激活能夠使得mTOR發(fā)生磷酸化［12］，而mTOR是自噬的一個(gè)關(guān)鍵負(fù)性調(diào)控因子［15-16］，因此調(diào)控了血管生成的過程。

3．3 1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和其受體 ITPR介導(dǎo)自噬調(diào)控血管生成 研究表明，IP3和ITPR在自噬調(diào)控血管生成過程中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用，使用拮抗劑抑制IP3或敲掉不同的ITPR的亞型都能夠觸發(fā)強(qiáng)烈的自噬［17-18］。Cárdenas等［19］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ITPR沒有被激活時(shí)，氧氣消耗以及ATP水平下降都會(huì)激活A(yù)MPK信號(hào)，并且促進(jìn)自噬，進(jìn)而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。在心肌細(xì)胞中，采用過表達(dá)一種選擇性的磷酸酶，從而使得IP3缺失或是利用ITPR的拮抗劑作用于心肌細(xì)胞，都能夠促進(jìn)自噬的發(fā)生［20］。

3．4 轉(zhuǎn)錄因子TP53介導(dǎo)自噬調(diào)控血管生成 有研究發(fā)現(xiàn)，TP53蛋白在自噬調(diào)控的過程中能夠發(fā)揮雙重作用［21］。在細(xì)胞核內(nèi)，TP53能夠以轉(zhuǎn)錄依賴或是轉(zhuǎn)錄非依賴的方式發(fā)揮促進(jìn)自噬的功能［22］。同時(shí)TP53能夠調(diào)控不同的靶基因來激活A(yù)MPK或抑制mTOR，進(jìn)而促進(jìn)自噬，從而發(fā)揮血管生成調(diào)控的作用。另外，TP53可以作為核轉(zhuǎn)錄因子激活DRAM1（DNA damage regulated autophagy modulator 1）家族基因，通過調(diào)控自噬體-溶酶體的融合，從而刺激自噬體的聚積［23］，以此發(fā)揮對(duì)血管生成的調(diào)控作用。而在細(xì)胞質(zhì)中，TP53則通過抑制AMPK和激活mTOR抑制自噬的誘導(dǎo)，發(fā)揮調(diào)控血管生成的目的［24］。

4 臨床靶向自噬進(jìn)行心血管疾病治療的策略

自噬貫穿于正常細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育和生理病理過程，能清除細(xì)胞內(nèi)過量或受損的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)，對(duì)于維持蛋白質(zhì)平衡及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定起到重要的作用，同時(shí)對(duì)于許多疾?。ㄈ缧难懿　⑿募〔∫约澳[瘤等）的治療都能夠發(fā)揮積極的作用。目前，臨床已經(jīng)開展了靶向自噬用于相關(guān)疾病特別是血管性疾病的治療［25-26］，我們?cè)诘却R床試驗(yàn)結(jié)果的同時(shí)，還需要繼續(xù)深入研究自噬調(diào)控心血管疾病的作用機(jī)制。鑒于現(xiàn)有的研究，我們認(rèn)為臨床針對(duì)自噬進(jìn)行血管性疾病治療的策略可以分為3種：①針對(duì)mTOR信號(hào)，研發(fā)適應(yīng)于不同病理環(huán)境的mTOR激活劑和抑制劑，并聯(lián)用其他血管生成調(diào)控因子，從而達(dá)到治療血管性疾病的目的；②針對(duì)PI3KAKT信號(hào)，聯(lián)合應(yīng)用PI3K和AKT的激活劑或抑制劑，以此控制mTOR的磷酸化，進(jìn)而對(duì)自噬進(jìn)行精確調(diào)控，從而達(dá)到血管性疾病治療的目的；③針對(duì)TP53蛋白，充分利用TP53在自噬調(diào)控過程中的雙重作用，開發(fā)在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都能夠控制TP53表達(dá)的抗體或靶向藥物，進(jìn)而調(diào)控自噬，以此達(dá)到治療心血管疾病的目的。

目前，研究已發(fā)現(xiàn)在多種疾病，如心血管病、動(dòng)脈粥樣硬化、細(xì)胞衰老以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中存在自噬的發(fā)生。雖然對(duì)于自噬在血管性疾病特別是血管生成過程中的明確作用尚不可知，并且自噬在不同病理?xiàng)l件下又發(fā)揮不同的血管生成調(diào)控作用，但不可否認(rèn)，自噬在血管生成的過程中的確發(fā)揮了非常重要的作用，通過調(diào)節(jié)自噬的水平可以發(fā)揮調(diào)控血管生成的程度和速度。臨床上，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也正在探討通過靶向自噬用于血管性疾病治療的可能性。

當(dāng)然，目前對(duì)自噬的起源、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及其對(duì)細(xì)胞生存影響的了解尚不全面，并且自噬介導(dǎo)調(diào)控血管生成的明確機(jī)制仍有待進(jìn)一步深入的研究。但相信隨著人們對(duì)遺傳學(xué)、生物化學(xué)、以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等研究的不斷深入，探討靶向自噬用于疾病的治療以及相關(guān)自噬抑制劑的使用將為心血管疾病的治療開辟新的領(lǐng)域。綜上所述，筆者認(rèn)為靶向自噬用于血管性疾病的治療具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Lee J，Giordano S，Zhang J.Autophagy，mitochondria and oxidative stress：cross-talk and redox signaling［J］.Biochem J，2012，441（2）：523-40.

［2］ Kuma A，Mizushima N.Physiological role of autophagy as an intracellular recycling system：with an emphasis on nutrientmetabolism［J］.Semin Cell Dev Biol，2010，21（7）：683-90.

［3］ Marzetti E，Csiszar A，Dutta D，et al.Role ofmitochondrial dysfunction and altered autophagy in cardiovascular aging and disease：from mechanisms to therapeutics［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2013，305（4）：H459-76.

［4］ Nemchenko A，Chiong M，Turer A，etal.Autophagy as a therapeutic target in cardiovascular disease［J］.JMol Cell Cardiol，2011，51（4）：584-93.

［5］ Guo JY，Xia B，White E.Autophagy-mediated tumor promotion［J］．Cell，2013，155（6）：1216-9.

［6］ Mizushima N，Komatsu M.Autophagy：renovation of cells and tissues［J］.Cell，2011，147（4）：728-41.

［7］ 虞燕霞，顧振綸，秦正紅，梁中琴.自噬激活與抗腫瘤藥物的作用［J］.中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)，2006，22（2）：137-41.

［7］ Yu Y X，Gu Z L，Qin Z H，Liang ZQ.The role of autophagy in pharmacological actions of anticancer drugs［J］.Chin Pharmacol Bull，2006，22（2）：137-41.

［8］ Du J，Teng R J，Guan T，Eis A.Role of autophagy in angiogenesis in aortic endothelial cells［J］.Am J Physiol Cell Physiol，2012，302（2）：C383-91.

［9］ Roy A，Kolattukudy P E.Monocyte chemotactic protein-induced protein（MCPIP）promotes inflammatory angiogenesis via sequential induction of oxidative stress，endoplasmic reticulum stress and autophagy［J］.Cell Signal，2012，24（11）：2123-31.

［10］Sachdeva U M，Thompson C B.Diurnal rhythms of autophagy：implications for cell biology and human disease［J］.Autophagy，2008，4（5）：581-9.

［11］Kumar S，Guru SK，Pathania A S，et al.Autophagy triggered by magnolol derivative negatively regulates angiogenesis［J］.Cell Death Dis，2013，4：e889.

［12］Kim KW，Paul P，Qiao J，etal.Enhanced autophagy blocks angiogenesis via degradation of gastrin-releasing peptide in neuroblastoma cells［J］.Autophagy，2013，9（10）：1579-90.

［13］Liu H，Yu S，Zhang H，Xu J.Angiogenesis impairment in diabetes：role ofmethylglyoxal-induced receptor for advanced glycation endproducts，autophagy and vascular endothelial growth factor receptor 2［J］.PLoSOne，2012，7（10）：e46720.

［14］Kirshenbaum L A.Regulation of autophagy in the heart in health and disease［J］.JCardiovasc Pharmacol，2012，60（2）：109.

［15］Kim KW，Paul P，Qiao J，Chung D H.Autophagymediates paracrine regulation of vascular endothelial cells［J］.Lab Invest，2013，93（6）：639-45.

［16］Wang X，Li L，Niu X，et al.mTOR enhances foam cell formation by suppressing the autophagy pathway［J］.DNACell Biol，2014，［Epub ahead of print］.

［17］Criollo A，Vicencio JM，Tasdemir E，et al.The inositol trisphosphate receptor in the control of autophagy［J］.Autophagy，2007，3（4）：350-3.

［18］Criollo A，MaiuriM C，Tasdemir E，etal.Regulation of autophagy by the inositol trisphosphate receptor［J］.Cell Death Differ，2007，14（5）：1029-39.

［19］Cárdenas C，Miller R A，Smith I，etal.Essential regulation of cell bioenergetics by constitutive InsP3 receptor Ca2+transfer tomitochondria［J］.Cell，2010，142（2）：270-83.

［20］Wong A，Grubb D R，Cooley N，et al.Regulation of autophagy in cardiomyocytes by Ins（1，4，5）P（3）and IP（3）-receptors［J］.J Mol Cell Cardiol，2013，54：19-24.

［21］Tasdemir E，Chiara MaiuriM，Morselli E，et al.A dual role of p53 in the control of autophagy［J］.Autophagy，2008，4（6）：810-4.

［22］MaiuriM C，Galluzzi L，Morselli E，et al.Autophagy regulation by p53［J］.Curr Opin Cell Biol，2010，22（2）：181-5.

［23］Feng Z，Hu W，de Stanchina E，et al.The regulation of AMPK beta1，TSC2，and PTEN expression by p53：stress，cell and tissue specificity，and the role of these gene products in modulating the IGF-1-AKT-mTOR pathways［J］.Cancer Res，2007，67（7）：3043-53.

［24］Tasdemir E，MaiuriM C，Galluzzi L，etal.Regulation of autophagy by cytoplasmic p53［J］.Nat Cell Biol，2008，10（6）：676-87.

［25］Kim H P，Chen Z H，Choi A M，Ryter SW.Analyzing autophagy in clinical tissues of lung and vascular diseases［J］.Methods Enzymol，2009，453：197-216.

［26］Swampillai A L，Salomoni P，Short SC.The role of autophagy in clinical practice［J］.Clin Oncol（RColl Radiol），2012，24（6）：387-95.