自噬在阿霉素誘導擴張性心肌病中的作用

王慶濤綜述王玉璟審校

(長江大學附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，湖北荊州434000)

自噬在阿霉素誘導擴張性心肌病中的作用

王慶濤綜述王玉璟審校

(長江大學附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，湖北荊州434000)

細胞自噬是一種利用溶酶體對自身組成成分進行降解，將產(chǎn)生的有用物質(zhì)予以回收利用的高度保守的細胞分解過程。在各類細胞體系中存在著低水平的自噬行為，促進細胞的生長發(fā)育，然而自噬活動不足或過度時則可誘發(fā)疾病或加重病變。阿霉素是蒽環(huán)類抗腫瘤藥物，是多種腫瘤治療的一線藥物，但其心臟毒性限制了它的應用，其機制尚不清楚。有文獻報道自噬活動在阿霉素誘導的心肌病中發(fā)揮重要作用，本文就細胞自噬在阿霉素誘導的擴張性心肌病中的研究進展做一綜述。

細胞自噬；阿霉素；擴張型心肌??；機制

細胞自噬是機體內(nèi)正常的生命活動，與細胞凋亡、衰老一樣，是非常普遍的生物學現(xiàn)象，參與機體的生長、發(fā)育等多個過程。當某種病理因素影響了細胞正常的自噬活動時，機體內(nèi)大分子物質(zhì)的回收、損傷的細胞器和蛋白質(zhì)的清除過程以及泛素化蛋白酶體系統(tǒng)都會受到影響，引發(fā)多米諾骨牌效應，影響細胞的正常功能。阿霉素作為惡性腫瘤患者常用的抗腫瘤藥物，其抗癌譜廣、療效顯著、與其他抗癌藥物聯(lián)用效果佳。但是阿霉素等蒽環(huán)類藥物的毒副作用較大，尤其是對心臟的毒性作用呈累積性和不可逆性，故蒽環(huán)類藥物的使用受到限制。阿霉素對心肌的毒性作用有很多不同的學說、包括氧自由基紊亂學說、細胞凋亡學說、線粒體損傷學說以及鐵、鈣離子紊亂學說。其中氧自由基紊亂學說的呼聲最高，但是由此研制出的抗氧化藥物，如維他命E和N-乙酰半胱氨酸等的效果卻不理想，表明阿霉素心肌病的形成機制復雜。有研究表明阿霉素影響了心肌的自噬活動，現(xiàn)就其研究進展機遇綜述如下：

1 自噬

1.1 自噬概述細胞自噬(autophagy)是一種普遍存在于真核生物中、進化上相對保守的細胞降解過程，該過程可使蛋白質(zhì)等對機體有益的物質(zhì)得以再循環(huán)、對機體有害的物質(zhì)如衰老的細胞器得以清除，保證機體正常的生命活動，故細胞自噬活動是機體內(nèi)正常的生物學現(xiàn)象，在細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控和細胞生存中具有重要意義[1]。近年來，有研究表明自噬活動的異常與多種疾病的誘發(fā)、進展相關，如神經(jīng)肌肉變性疾病、腫瘤及心血管疾病。當細胞受到不良刺激時，自噬活動被誘發(fā)，一定程度的自噬有細胞保護功能[2]，通過促進微生物及自身抗原的主要組織相容性復合體Ⅱ類(major histocompatibility complexⅡ，MHCⅡ)提呈，參與特發(fā)性和適應性免疫反應[3]，借此清除外來的病原體；當環(huán)境中的刺激超出細胞可耐受的程度時，自噬活動出現(xiàn)紊亂，產(chǎn)生一系列連鎖反應，從而導致細胞功能紊亂。

1.2 自噬類型自噬活動具有以下特征：自食、耗時短、可誘導性、批量降解、“捕獲”包漿成分的非特異性、保守性。根據(jù)細胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運到溶酶體方式的不同，可將自噬分為3類：巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導的自噬(chaperonemediated autophagy，CMA)[4]。細胞內(nèi)穩(wěn)定并永存的蛋白質(zhì)主要以巨自噬的方式被降解，降解產(chǎn)生的物質(zhì)用于維持細胞在營養(yǎng)匱乏時的生命活動。巨自噬也是本文闡述的重點。

1.3 自噬信號調(diào)節(jié)目前了解比較清楚的自噬信號通路包括三大類。(1)Ⅰ類磷脂酰肌醇三磷酸激酶(PI3K)途徑：磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，PI)與胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)結合，感知胰島素受體傳來的信號，當血糖升高時可抑制自噬，故此途徑為自噬負調(diào)節(jié)信號。(2)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途徑：mTOR在人類中的同源基因是FRAP1(FK506 binding protein 12-rapamycin associated protein 1)，是一個絲/蘇氨酸蛋白激酶，能感知多種上游信號，如PI3K、IGF-1/2、MAPK，從而了解營養(yǎng)和能量的變化。當營養(yǎng)缺乏時，Tor活性減弱，Atg13迅速去磷酸化后與Atg1緊密連接，促進Atg1激酶活性從而激活自噬；相反，當營養(yǎng)充足時，Tor活性增強則抑制自噬，因此Tor激酶也是自噬負調(diào)節(jié)信號。(3)Ⅲ類PI3K途徑：結構上類似于Ⅰ類PI3K，但作用相反。目前都把研究聚焦在beclin 1(酵母同源物為atg6)上，其能和多種蛋白結合，如Vps34(ClassⅢPI3K的催化亞單位)、mTOR、BCL-2和BCLXL蛋白等。越來越多的證據(jù)表明，Beclin-1也許是自噬活動的“守門人”。

2 阿霉素心肌病概述

迄今為止，有大量研究顯示氧自由基增加，鐵、鈣離子代謝紊亂，細胞凋亡增強以及線粒體損傷等機制參與阿霉素誘導的擴張性心肌病，而且各個病理過程之間相互作用，所以其發(fā)病機制至今尚未有定論。但學者普遍認為氧自由基增加是阿霉素心肌病最重要的機制，然而抗氧化劑的使用效果卻不甚理想，所以研究者開始把目光轉(zhuǎn)向其他機制。同時有研究顯示自噬功能紊亂也參與了阿霉素誘導的擴張性心肌病，這可能是阿霉素導致擴張型心肌病的另一機制。但自噬對于阿霉素心肌病具體作用過程尚不完全清楚，并且兩派持完全相反的觀點。

3 阿霉素激活自噬產(chǎn)生心肌毒性

大多數(shù)學者認為在阿霉素誘導的擴張性心肌病中，過度激活了自噬行為，形成了大量的自噬溶酶體，不僅降解了衰老和受損的蛋白質(zhì)，而且對細胞內(nèi)正常的物質(zhì)產(chǎn)生破壞作用，損傷了正常的心肌細胞。同時自噬還可以誘導細胞凋亡相關蛋白產(chǎn)生，促進心肌細胞凋亡、心肌間質(zhì)纖維增生，最終導致擴張性心肌病。有研究證實阿霉素能夠誘導正常心肌細胞發(fā)生自噬性死亡，逐漸促進大鼠慢性心衰的形成，自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3MA)可緩解阿霉素的心臟毒性作用和心功能異常[5-6]，3MA特異性抑制Beclin-1、LC3的活性，限制了心肌細胞的自噬活動，從而改善阿霉素誘導的心肌病變。當然阿霉素的心肌損傷作用，并不是一個簡單單一的信號通路，從激活自噬到損傷心肌細胞，其途徑很復雜。白藜蘆醇是一種植物多酚類化合物，Xu等[7]發(fā)現(xiàn)其能夠抑制阿霉素誘導的心肌細胞自噬和凋亡，從而減輕阿霉素的心臟毒性作用，進一步研究表明：其調(diào)節(jié)機制主要是通過抑制阿霉素對70 kDa核糖體蛋白S6激酶(Ribosomal protein S6 kinase，p70S6)的激活而抑制細胞的自噬。安濤[8]的研究也發(fā)現(xiàn)：心肌細胞自噬是阿霉素所致乳大鼠心肌細胞損傷的主要機制；表皮生長因子/酪氨酸激酶表皮生長因子受體(Neuregulin/ErbB，NRG-1/ErbB)激動劑外源性neuregulin(rhNRG-1)能夠通過調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)通路有效地降低阿霉素所致的細胞自噬，從而降低阿霉素所致的心肌細胞凋亡水平。同時發(fā)現(xiàn)阿霉素可影響整合素連接激酶(integrin-linked kinase，ILK)表達，ILK是一種多功能激酶，它連接細胞外基質(zhì)和胞內(nèi)信號通路，ILK在心臟中激活能引起一系列心臟功能發(fā)生改變。給大鼠腹腔內(nèi)注射多柔比星制造擴張型心肌病動物模型，第5周后心功能受損、心臟自噬上調(diào)；隨后予以包含ILKcDNA的重組腺病毒載體在心肌內(nèi)注射，4周后提示：炎性細胞浸潤和心肌細胞變性改善，心肌細胞自噬泡減少，左心室擴張和左心室功能受損和死亡率都能得到改善[9]。上述研究提示阿霉素可通過不同的途徑誘導擴張型心肌病，例如增加p70S6(S6K1)的活性、破壞ILK的活性、阻斷PI3K/Akt通路，各種途徑之間也可能有相互作用，而且具體哪些途徑更為重要，或者哪些是主要的機制還不是很清楚，需要更多研究來佐證。Chen等[10]驚奇的發(fā)現(xiàn)阿霉素和2-脫氧葡萄糖均可以通過不同路徑激活自噬，2-脫氧葡萄糖誘發(fā)自噬與激活腺苷酸活化的蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)，增加Atg5、Atg12表達和抑制Akt和mTOR有關，而阿霉素通過增加Atg5、Atg12和Bad表達降低心肌轉(zhuǎn)錄因子4(GATA4)、Bcl2的蛋白水平，以及真核延伸因子激酶2(eukaryotic elongation factor-2 kinase，eEF2k)的磷酸化來誘發(fā)對心肌有害的自噬。當2-脫氧葡萄糖與阿霉素同時存在時，2-脫氧葡萄糖可能通過調(diào)節(jié)這些蛋白和基因的表達來緩解阿霉素誘導的自噬(尤其是對GATA的調(diào)節(jié))。那說明2-脫氧葡萄糖可與阿霉素競爭性激活自噬，激活途徑不同，產(chǎn)生的自噬的類型不同，故對心肌的影響不同。

4 阿霉素阻斷自噬產(chǎn)生心肌毒性

關于自噬在阿霉素誘導擴張型心肌病中的作用有學者提出與上述研究完全相反的結論。一部分學者認為自噬流被阿霉素阻斷，自噬的平衡被破壞，損傷的蛋白質(zhì)和細胞器不能及時被降解，引起細胞損傷；同時有益物質(zhì)得不到回收利用，降低了細胞對于營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，從而降低了細胞的效能。牛婷[11]的研究顯示：小鼠注射阿霉素后雖然代償性的激活了自噬行為，試圖將細胞內(nèi)損傷的物質(zhì)清除；但是其對自噬流的抑制作用也使得大量的有害物質(zhì)聚集在細胞內(nèi)，無法降解。阿霉素使自噬流平衡被破壞，從而誘發(fā)心肌細胞的壞死，心功能下降。Dutta等[12]也有類似發(fā)現(xiàn)：阿霉素不但沒有促進自噬，反而破壞了心肌的自噬流。Sishi等[13]在細胞自噬對阿霉素造成心臟毒性的研究中用自噬抑制劑巴甫洛霉素A1或自噬誘導劑雷帕霉素(rapamycin)對阿霉素(doxorubicin，DXR)處理后的H9C2大鼠心肌細胞進行干預，發(fā)現(xiàn)雷帕霉素處理組因增強了細胞自噬活動而明顯改善了由DXR引發(fā)的不良反應，細胞活力被提高，線粒體功能被增強，起到保護心臟的作用。說明阿霉素的毒性作用阻斷了心肌細胞中正常的自噬活動，利用藥物激活自噬后可改善DXR對心肌細胞的毒性。楊錦龍[14]在阿霉素誘導的慢性心衰中發(fā)現(xiàn)：降低胞外熱休克蛋白70 (HSP70)活性可明顯減少了心臟組織活性氧自由基的含量，同時激活自噬，改善心肌細胞老化，最終心功能障礙和心肌重構得以改善。這些研究與之前的研究結果截然相反，可能為阿霉素誘導的心肌病研究提供全新的視野。Kawaguchi等[15]發(fā)現(xiàn)阿霉素導致的急性心肌毒性是損傷了自噬功能，導致ATP含量下降，并且LC3-Ⅱ(微管相關蛋白3-Ⅱ)和P62(核孔蛋白P62)累積，表面上是活化了自噬，其實在超微結構中自噬活動卻遠遠不足；通過饑餓預處理后心肌的自噬活性得到恢復，ATP含量的升高，緩解了阿霉素誘導的心肌毒性。LC3-Ⅱ和p62等自噬標志物增多，僅僅表明自噬被初步激發(fā)，但是其形成自噬體及后續(xù)的過程被破壞了，所以是無效的自噬活動，故僅僅根據(jù)自噬標志物的含量來反映自噬的程度是不可取的，這也告誡我們在研究自噬時一定要動態(tài)觀察，任何橫向的研究結果都不足評估自噬的活性。真核生物有兩種蛋白降解機制：自噬和泛素蛋白酶體系統(tǒng)。當自噬活動受到抑制時，泛素蛋白酶體系統(tǒng)便會反饋異常激活。Li等[16]發(fā)現(xiàn)：阿霉素降低了心肌細胞的自噬活性，增加了心肌細胞內(nèi)泛素化蛋白聚集，而Nrf2(NF-E2-related factor 2，紅系衍生核因子相關因子2)可通過減少泛素化蛋白的積聚和增加自噬體的形成來保護心肌細胞。Xu等[17]也發(fā)現(xiàn)阿霉素可抑制心肌自噬溶酶體的形成，同時巨噬細胞MIF-/-(Migratory inhibitory factor，游走抑制因子)的小鼠更進一步加強了阿霉素的作用；雷帕霉素預處理激活自噬后可促進自噬溶酶體形成，緩解阿霉素誘導的MIF-/-C57BL/6小鼠心肌重構，改善其心功能，同時重組的MIF注射后也可產(chǎn)生相同的作用。說明在阿霉素誘導的心肌損傷中，內(nèi)生性的MIF通過促進自噬溶酶體的形成緩解其心肌毒性。這些研究從各方面顯示阿霉素破壞了心肌自噬的功能，與之前的研究結果相反。同時利用MIF，Nrf2以及雷帕霉素等激活自噬可促進自噬功能恢復，緩解阿霉素導致的心肌損傷，也表明阿霉素誘導心肌損傷的機制之復雜，所以到現(xiàn)在為止尚無定論。

5 展望

細胞受到外界刺激時會發(fā)生各種適應性反應，這是正常的生理調(diào)節(jié)機制，當超出其調(diào)節(jié)范圍后將引發(fā)一系列疾病。在此過程中細胞自噬扮演著重要的角色，其具體作用與疾病的狀態(tài)以及引發(fā)的細胞自噬的程度有關。以上研究闡述了自噬活動在阿霉素誘導擴張型心肌病中的作用，但具體是誘發(fā)自噬還是阻斷自噬、是如何誘發(fā)和阻斷的、如何進行調(diào)控、誘發(fā)自噬后是如何發(fā)揮作用的、阻斷自噬后疾病是如何發(fā)展的，這些問題都有待進一步研究證明。如果上述問題得以闡明，可能為阿霉素誘發(fā)擴張型心肌病的發(fā)生、發(fā)展機制的研究提供新的理論依據(jù)。

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Autophagy in the dilated cardiomyopathy induced by adriamycin.

WANG Qing-tao,WANG Yu-jing.Department of Cardiology,the First Affiliated Hospital of Yangtze University,Jingzhou 434000,Hubei,CHINA

Cell autophagy is an kind of highly conservative cell degradation process which can decompose own organelles by lysosome and have the macromolecular substances recycled.In various cell system,there are also low levels of autophagy activity,which has a protective effect on the myocardial cells.However,autophagy may contribute to disease or aggravate the disease when it is insufficient or excessive.Adriamycin is anthracycline-based antitumor drugs, which are widely used in the treatment of blood system malignancies and solid tumors,but its cardiac toxicity is advanced and irreversibility,whose mechanism is unclear.There are more and more researches about the autophagy activity which plays an important role in cardiomyopathy induced by adriamycin.This article will review the cell autophagy in dilated cardiomyopathy induced by adriamycin.

Cell autophagy;Adriamycin;Dilated cardiomyopathy;Mechanism

R542.2

A

1003—6350（2016）21—3536—03

2016-02-23)

王玉璟。E-mail：496666462@qq.com

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.21.031