異丙酚對(duì)缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的自噬影響的研究進(jìn)展

盧志琪 張良清

【摘要】自噬是細(xì)胞依賴溶酶體降解衰老或損傷的細(xì)胞器及蛋白的過程，對(duì)維護(hù)機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起著重要的作用。研究顯示，缺血再灌注損傷誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，自噬過度激活甚至導(dǎo)致細(xì)胞自噬性死亡。所以，如何應(yīng)用藥物來(lái)調(diào)控I/R誘導(dǎo)的自噬已成為新的研究熱點(diǎn)。異丙酚能減輕缺血再灌注損傷，但其是否能抑制缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的自噬目前相關(guān)報(bào)道較少。

【關(guān)鍵詞】自噬；異丙酚；缺血再灌注損傷

【中圖分類號(hào)】R614 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1004-4949（2015）03-0676-02

缺血再灌注損傷（I/R）是指在缺血期損傷的組織仍處于可逆性，再灌注后帶來(lái)更為嚴(yán)重的損傷。一般機(jī)體存在著一定程度的自噬，但都處于較低水平，在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏等情況下自噬水平明顯增高，如果發(fā)生過度自噬，甚至導(dǎo)致自噬性細(xì)胞死亡。許多研究表明異丙酚可減輕I/R，但其能否調(diào)控I/R誘導(dǎo)的自噬仍不清楚。

自噬依賴溶酶體對(duì)損傷、衰老的細(xì)胞器或變性蛋白等進(jìn)行降解，對(duì)維護(hù)機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有重要作用。自噬分為3類：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬。自噬的過程：誘導(dǎo)、自噬體的形成、自噬溶酶體的形成、物質(zhì)降解。

I/R對(duì)自噬的誘導(dǎo)：1）氧化應(yīng)激誘導(dǎo)自噬：I/R時(shí)線粒體產(chǎn)生大量的氧自由基，自噬抑制基因Atg4被氧自由基抑制使LC3與PE穩(wěn)定結(jié)合形成自噬體[1]。I/R還可以改變線粒體膜電位，開放線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP），誘導(dǎo)過度自噬。2）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)自噬： I/R時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能紊亂，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)集聚未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白并且鈣離子處于失調(diào)狀態(tài)，使得內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力異常變化[2]，Bip與dRNA依賴蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶分離，激活過度自噬[3]。3）AMP/ATP比值與自噬：I/R使細(xì)胞消耗大量ATP，AMP/ATP比值升高，激活A(yù)MPK后活化ULK[4]；另外AMPK磷酸化激活TSC1/2復(fù)合物而抑制mTOR[5]，誘導(dǎo)自噬的發(fā)生。體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，在無(wú)糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)胞， AMP/ATP比值升高同時(shí)，自噬水平也升高[6]。4）鈣超載與自噬：缺血導(dǎo)致細(xì)胞膜上ATP酶依賴的離子泵功能障礙，Na+-Ca2+交換異常，致使鈣離子超載尤其是線粒體的鈣離子超載，開放mPTP[7]，影響細(xì)胞能量合成。Ca2+升高還能抑制mTOR，促進(jìn)自噬體形成誘導(dǎo)自噬[8]。5）低氧與自噬：Tracy發(fā)現(xiàn)低氧上調(diào)Bnip3， Bnip3可與Atg8家族同源蛋白結(jié)合，促進(jìn)自噬體形成[9]。低氧誘導(dǎo)自噬是通過HIF-1促進(jìn)Bnip3的過表達(dá)[10]。

I/R激活自噬的機(jī)制：1）TKR-mTOR-Atg信號(hào)通路：一般情況下胰島素樣生長(zhǎng)因子能感受機(jī)體營(yíng)養(yǎng)及能量的變化，當(dāng)機(jī)體營(yíng)養(yǎng)及能量代謝正常，胰島素樣生長(zhǎng)因子1/2結(jié)合TKR激活I(lǐng)類PI3K-Akt-mTOR抑制Atg1，則自噬不能發(fā)生[11]。但機(jī)體在缺血缺氧時(shí)，抑制Atg1作用減弱或消失，Atg1與Atg11、13、17形成自噬激活復(fù)合物，Beclin-1被激活；另外，Atg5、7、12、16復(fù)合物也被III類PI3K及Atg14激活，LC3聚合自噬體形成[11]。2）AMPK信號(hào)通路：當(dāng)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，ATP消耗產(chǎn)生大量AMP，AMP結(jié)合AMPK的 γ亞單位上CBS-2、3串聯(lián)結(jié)構(gòu)域，使其上游暴露LKB1因子，通過α亞單位上 的172位蘇氨酸殘基磷酸化激活A(yù)MPK，增強(qiáng)復(fù)合物TSC1/2的穩(wěn)定性，抑制mTOR的激活，誘導(dǎo)自噬[5， 11， 12]。AMPK還能磷酸化激活ULK，ULK蛋白復(fù)合物參與自噬的誘導(dǎo)[13]。

自噬對(duì)I/R的利和弊：自噬為細(xì)胞代謝提供基本物質(zhì)或能量等，對(duì)機(jī)體起保護(hù)作用，然而過度自噬使細(xì)胞發(fā)生不可逆性的損傷，促使細(xì)胞發(fā)生自噬性細(xì)胞死亡。因而，自噬對(duì)機(jī)體的作用仍然存在著不同的意見。1）自噬的保護(hù)作用：Loos等研究發(fā)現(xiàn)輕度的缺血可激活自噬，保護(hù)細(xì)胞膜的完整及穩(wěn)定線粒體膜電位，而中度到重度缺血可促進(jìn)自噬向壞死和凋亡轉(zhuǎn)變[14]。Aki等在不含葡萄糖的培養(yǎng)基中培養(yǎng)心肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)自噬水平升高能有效提高細(xì)胞存活率[15]。Noh， HS研究發(fā)現(xiàn)在缺血期，自噬通過激活A(yù)MPK和一系列抑制mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進(jìn)自噬[16]。2）自噬加重細(xì)胞損傷：Matsui等指出再灌注期Beclin-1表達(dá)明顯升高，誘發(fā)過度自噬，激活自噬性細(xì)胞死亡，而敲除Beclin-1基因的大鼠，再灌注期自噬明顯被抑制[6]，提示過度自噬可造成細(xì)胞不可逆性的損傷，引起細(xì)胞自噬性死亡。Noh， HS還發(fā)現(xiàn)I/R誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡與LC3-II、Beclin-1表達(dá)、mTOR信號(hào)通路及自噬空泡的集聚相關(guān)[16]。提示在某種條件下，凋亡和自噬可能由共同的上游的信號(hào)分子激發(fā)而誘導(dǎo)自噬性細(xì)胞死亡[17]。

異丙酚抑制I/R誘導(dǎo)的過度自噬：1）抗氧化作用抑制過度自噬：I/R線粒體產(chǎn)生大量氧自由基，是自噬發(fā)生的重要誘因。異丙酚有抗氧化作用，其主要機(jī)制是抗脂質(zhì)過氧化物反應(yīng)，異丙酚干擾脂質(zhì)過氧化物的奪氫反應(yīng)，生成無(wú)化學(xué)活性的產(chǎn)物從而清除氧自由基，維持細(xì)胞膜和線粒體膜的穩(wěn)定性。異丙酚的親脂性有利于其集聚于細(xì)胞膜上，抵擋有害物質(zhì)的損害。2）抑制自噬體的形成：研究發(fā)現(xiàn)心肌I/R時(shí)自噬水平明顯升高，并且過度自噬可導(dǎo)致心肌細(xì)胞大量壞死[18， 19]。Noh， HS研究異丙酚能否抑制自噬性細(xì)胞死亡，發(fā)現(xiàn)I/R后自噬體和自噬溶酶體增多、聚集溶解胞質(zhì)內(nèi)容物及肌原纖維，使線粒體變性等，而缺血再灌注異丙酚后處理可以減少自噬體和自噬溶酶體的形成，能有效抑制細(xì)胞的自噬水平，減少自噬性細(xì)胞死亡[16]。3）異丙酚降低自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)水平：研究發(fā)現(xiàn)自噬受III類PI3K-Beclin-1-Bcl-2通路調(diào)節(jié)，I/R后Beclin-1、LC3-II、III類PI3K等的表達(dá)水平升高，Beclin-1與III類PI3K作用也增強(qiáng)，Bcl-2表達(dá)降低，其中自噬水平與Beclin-1/Bcl-2的平衡相關(guān)，Beclin-1能與Bcl-2結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物，抑制自噬，若Bcl-2降低不僅可以促進(jìn)凋亡的發(fā)生，還使得游離的Beclin-1增多導(dǎo)致自噬的過度激活[20]。而異丙酚后處理提高Bcl-2水平，抑制Bcl-2與Beclin-1解離，使二者結(jié)合更緊密，減少III類PI3K蛋白表達(dá)，從而抑制自噬水平。4）減輕鈣超載：長(zhǎng)時(shí)間的缺血導(dǎo)致依賴ATP的離子泵功能障礙，影響細(xì)胞內(nèi)離子分布，形成細(xì)胞內(nèi)鈣超載。異丙酚可結(jié)合L型慢鈣通道，加速其由開放狀態(tài)向失活狀態(tài)轉(zhuǎn)變，并且減少Ca2+通道開放數(shù)量，抑制細(xì)胞外鈣離子進(jìn)入細(xì)胞，并且這種抑制現(xiàn)象是可逆性的[21]。實(shí)驗(yàn)證明缺血再灌注主要引起的是線粒體的Ca2+超載，可能是自噬的潛在誘導(dǎo)因素，Ca2+抑制mTOR，從而激活自噬[8]；此外Ca2+開放mPTP，誘導(dǎo)自噬。

I/R是體外循環(huán)心臟手術(shù)后、缺血性心臟病等常見的病理生理現(xiàn)象。自噬的發(fā)現(xiàn)為治療I/R提供了新的靶點(diǎn)，探索藥物對(duì)缺血性心臟病誘導(dǎo)的自噬的療效也成為新的研究熱點(diǎn)。異丙酚對(duì)I/R保護(hù)作用的內(nèi)在機(jī)制尚未清晰，異丙酚是否通過調(diào)節(jié)自噬水平而減輕I/R還有待研究。異丙酚可能通過抗脂質(zhì)過氧化物反應(yīng)，清除氧自由基，減少ROS對(duì)細(xì)胞膜上離子泵的損傷，減少鈣離子超載，抑制肌漿網(wǎng)中鈣離子釋放，維持線粒體功能及穩(wěn)定細(xì)胞生物膜的作用；另外異丙酚抑制自噬體的形成，下調(diào)自噬相關(guān)蛋白III類PI3K、Beclin-1、LC3等的表達(dá)，加強(qiáng)Bcl-2與Beclin-1結(jié)合的穩(wěn)定性，從而抑制過度自噬；通過mTOR依賴途徑和Beclin-1依賴途徑等，調(diào)節(jié)自噬水平。總之，異丙酚對(duì)I/R誘導(dǎo)的自噬影響的研究，為臨床指導(dǎo)用藥提供了理論依據(jù)，為進(jìn)一步探索早期防治缺血性心臟病奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]Scherz-Shouval R， Shvets E， Fass E， Shorer H， Gil L， Elazar Z： Reactive oxygen species are essential for autophagy and specifically regulate the activity of Atg4. The EMBO journal 2007， 26（7）：1749-1760.

[2]Thuerauf DJ， Marcinko M， Gude N， Rubio M， Sussman MA， Glembotski CC： Activation of the unfolded protein response in infarcted mouse heart and hypoxic cultured cardiac myocytes. Circulation research 2006， 99（3）：275-282.

[3]Kouroku Y， Fujita E， Tanida I， Ueno T， Isoai A， Kumagai H， Ogawa S， Kaufman RJ， Kominami E， Momoi T： ER stress （PERK/eIF2alpha phosphorylation） mediates the polyglutamine-induced LC3 conversion， an essential step for autophagy formation. Cell death and differentiation 2007， 14（2）：230-239.

[4]Kim J， Kundu M， Viollet B， Guan KL： AMPK and mTOR regulate autophagy through direct phosphorylation of Ulk1. Nature cell biology 2011， 13（2）：132-141

[5] Hardie DG： The AMP-activated protein kinase pathway--new players upstream and downstream. Journal of cell science 2004， 117（Pt 23）：5479-5487.

[6]Matsui Y， Takagi H， Qu X， Abdellatif M， Sakoda H， Asano T， Levine B， Sadoshima J： Distinct roles of autophagy in the heart during ischemia and reperfusion： roles of AMP-activated protein kinase and Beclin 1 in mediating autophagy. Circulation research 2007， 100（6）：914-922.

[7] Di Lisa F， Bernardi P： Mitochondrial function as a determinant of recovery or death in cell response to injury. Molecular and cellular biochemistry 1998， 184（1-2）：379-391.

[8]Hoyer-Hansen M， Bastholm L， Szyniarowski P， Campanella M， Szabadkai G， Farkas T， Bianchi K， Fehrenbacher N， Elling F， Rizzuto R et al： Control of macroautophagy by calcium， calmodulin-dependent kinase kinase-beta， and Bcl-2. Molecular cell 2007， 25（2）：193-205.

[9]Tracy K， Dibling BC， Spike BT， Knabb JR， Schumacker P， Macleod KF： BNIP3 is an RB/E2F target gene required for hypoxia-induced autophagy. Molecular and cellular biology 2007， 27（17）：6229-6242.

[10]Zhang H， Bosch-Marce M， Shimoda LA， Tan YS， Baek JH， Wesley JB， Gonzalez FJ， Semenza GL： Mitochondrial autophagy is an HIF-1-dependent adaptive metabolic response to hypoxia. The Journal of biological chemistry 2008， 283（16）：10892-10903.

[11] 張飛彩 李張： 自噬在心肌缺血再灌注中作用的研究進(jìn)展. 實(shí)用心腦肺血管病雜志 2014年， 第22卷（第9期）.

[12] 李為民 王劉樊： 自噬在心肌缺血再灌注損傷中作用的研究進(jìn)展. 中國(guó)介入心臟病學(xué)雜志 2 008 年， 第 16 卷（第 5期）.

[13]Mizushima N： The role of the Atg1/ULK1 complex in autophagy regulation. Current opinion in cell biology 2010， 22（2）：132-139.

[14]Loos B， Genade S， Ellis B， Lochner A， Engelbrecht AM： At the core of survival： autophagy delays the onset of both apoptotic and necrotic cell death in a model of ischemic cell injury. Experimental cell research 2011， 317（10）：1437-1453.

[15]Aki T， Yamaguchi K， Fujimiya T， Mizukami Y： Phosphoinositide 3-kinase accelerates autophagic cell death during glucose deprivation in the rat cardiomyocyte-derived cell line H9c2. Oncogene 2003， 22（52）：8529-8535.

[16]Noh HS， Shin IW， Ha JH， Hah YS， Baek SM， Kim DR： Propofol protects the autophagic cell death induced by the ischemia/reperfusion injury in rats. Molecules and cells 2010， 30（5）：455-460.

[17]Maiuri MC， Zalckvar E， Kimchi A， Kroemer G： Self-eating and self-killing： crosstalk between autophagy and apoptosis. Nature reviews Molecular cell biology 2007， 8（9）：741-752.

[18]Kostin S， Pool L， Elsasser A， Hein S， Drexler HC， Arnon E， Hayakawa Y， Zimmermann R， Bauer E， Klovekorn WP et al： Myocytes die by multiple mechanisms in failing human hearts. Circulation research 2003， 92（7）：715-724.

[19]Uchiyama Y， Koike M， Shibata M： Autophagic neuron death in neonatal brain ischemia/hypoxia. Autophagy 2008， 4（4）：404-408.

[20] Pattingre S， Tassa A， Qu X， Garuti R， Liang XH， Mizushima N， Packer M， Schneider MD， Levine B： Bcl-2 antiapoptotic proteins inhibit Beclin 1-dependent autophagy. Cell 2005， 122（6）：927-939.

[21] 王芳；王迪芬： 異丙酚對(duì)缺血再灌注損傷的保護(hù)作用研究進(jìn)展. 濱州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào) 2006 第 29 卷（第 6期）.