線粒體自噬與心血管疾病

于靜，吳曉羽

· 綜述 ·

線粒體自噬與心血管疾病

于靜1，吳曉羽1

1 線粒體自噬

線粒體是一種雙層膜封閉式細(xì)胞器，其組成約占總細(xì)胞體積的30%，同時(shí)也是細(xì)胞最敏感的細(xì)胞器之一。線粒體不僅能通過氧化呼吸鏈產(chǎn)生大量三磷酸腺苷（ATP）以維持心肌正常的電生理和收縮功能，還參與調(diào)節(jié)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)、活性氧的生成及啟動(dòng)多種信號(hào)分子等，因此，適時(shí)清除受損傷的線粒體對(duì)于細(xì)胞的正常生長和代謝具有重要作用。

線粒體自噬是指在各種外界刺激作用下發(fā)生損傷的線粒體被特異性的包裹進(jìn)自噬體中，與溶酶體融合并完成損傷線粒體的降解過程。線粒體自噬是一個(gè)特異性的選擇過程，并受多種因子調(diào)控。目前已確認(rèn)的線粒體自噬受體包括哺乳動(dòng)物線粒體外膜蛋白NIX（Nip3-like protein X）、BNIP3（BCL2/ade-novirus E1B 19 kDa protein- interacting protein 3）和FUNDC1（FUN14 domain containing 1）及酵母Atg32（自噬相關(guān)蛋白）。線粒體自噬的調(diào)節(jié)機(jī)制主要包括受體介導(dǎo)的線粒體自噬途徑、PTEN 誘導(dǎo)假定激酶 1（PINK1）- Parkin通路，以維持線粒體的健康及完整性。

2 線粒體自噬與心力衰竭

2009年，Christos等[1]對(duì)心力衰竭患者的心臟活組織檢查發(fā)現(xiàn)，自噬特異性基因beclin-1和微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（LC3）Ⅱ表達(dá)增加，當(dāng)使用左心室輔助裝置減輕心臟負(fù)荷后發(fā)現(xiàn)beclin-1和LC3-Ⅱ表達(dá)均降低，這一發(fā)現(xiàn)提示線粒體自噬可能與心力衰竭有關(guān)。隨后有研究[2]提出線粒體融合蛋白2（Mfn2）可能通過調(diào)節(jié)線粒體自噬參與心力衰竭的發(fā)生及發(fā)展。2013年Shires等[3]在不同的心力衰竭模型中證明了線粒體自噬的不足可加重心臟損傷。在小鼠模型中，E3泛素連接酶Parkin的缺失導(dǎo)致心室肌細(xì)胞中線粒體功能失調(diào)、心力衰竭，并增加心律失常后的死亡率[4]。另外PINK1敲除的小鼠更易受到來自體外心肌缺血再灌注的損傷及壓力過載導(dǎo)致的心力衰竭[5]。Cahill等在Python單基因擴(kuò)張型心肌病模型的研究中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)力相關(guān)蛋白Drp1去除的失敗影響線粒體自噬，導(dǎo)致線粒體去極化、鈣處理異常、影響ATP合成及無菌性心肌炎的激活等下游聯(lián)級(jí)效應(yīng)，導(dǎo)致心力衰竭[6]。線粒體功能失調(diào)的患者經(jīng)常引發(fā)心力衰竭，其原因?yàn)榫€粒體自噬水平隨年齡增長而降低，且心力衰竭普遍發(fā)生在老年人群。過度上調(diào)線粒體自噬水平將使線粒體被過度清除，導(dǎo)致心肌細(xì)胞只留下較少的線粒體而不能產(chǎn)生足夠的ATP，這對(duì)心力衰竭的患者來說是極其有害的。

針對(duì)炎癥介導(dǎo)的心力衰竭，F(xiàn)ordjour等[7]在最新研究中提出了一種新的治療概念，即靶向BNIP3。論證了在炎癥介導(dǎo)的心力衰竭中BNIP3蛋白表達(dá)水平的變化，并假設(shè)其作用。研究表明在炎癥介導(dǎo)的心力衰竭過程中，采用干預(yù)的方法，在功能上調(diào)節(jié)BNIP3活性有益于預(yù)防心力衰竭。田夏秋等[8]通過原代培養(yǎng)心肌細(xì)胞建立心力衰竭模型，探討脂聯(lián)素（APN）對(duì)衰老心肌細(xì)胞的影響及線粒休自噬在其中可能的參與作用，APN可抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞衰老，同時(shí)可增強(qiáng)心肌細(xì)胞的線粒體自噬作用；加入腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）途徑阻滯劑抑制線粒體自噬作用后，脂聯(lián)素抗心肌細(xì)胞衰老的作用減弱，說明脂聯(lián)素可能通過AMPK途徑激活線粒體自噬，從而發(fā)揮抑制心肌細(xì)胞衰老的作用。

3 線粒體自噬與心肌病

近年研究表明，線粒體自噬與擴(kuò)張性心肌病和糖尿病心肌病的致病原因息息相關(guān)，同時(shí)也從調(diào)節(jié)線粒體自噬的角度提出了心肌病治療的新方向。

Chen等[9]在對(duì)巨噬細(xì)胞纖維化因子（Mff）缺陷的心肌病救治研究中，Mff基因缺失的小鼠在第13周死于嚴(yán)重的擴(kuò)張型心肌病，突變的組織中出現(xiàn)了線粒體密度和呼吸鏈活性的減少，并伴隨線粒體自噬的增加。王佳興等[10]首次證實(shí)糖尿病引起心肌組織中PINK1/Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬水平下降，并從動(dòng)物和細(xì)胞水平的研究證明和正常組相比，高糖組心肌細(xì)胞內(nèi)P62水平升高，而LC3-II/LC3-I比值下降。與高糖組相比，Parkin過表達(dá)組P62水平顯著下降，而LC3-II/LC3-I比值顯著升高。給予自噬抑制劑3-MA（3-Methyladenine）處理后，Parkin過表達(dá)組心肌細(xì)胞中的線粒體自噬水平顯著被抑制，進(jìn)一步闡明PINK1/Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬水平下降是糖尿病心肌損害發(fā)生的重要分子機(jī)制。實(shí)際上，線粒體通過自噬移除喪失功能的線粒體不僅發(fā)生在正常生理?xiàng)l件下，也發(fā)生在病理?xiàng)l件下，Tong等[11]認(rèn)為線粒體功能失調(diào)能夠?qū)е滦募〖?xì)胞死亡或者心肌病。在對(duì)鐵過載和缺鐵有關(guān)的心肌病和心力衰竭研究中[12]發(fā)現(xiàn)，缺少Tfr1（Transferrin receptor protein 1）的小鼠，在存活的第2周出現(xiàn)死亡，并具有線粒體呼吸功能失敗和線粒體自噬無效等現(xiàn)象。

在最近治療心肌病的研究中，馬穎等[13]證實(shí)了細(xì)胞內(nèi)SIRT3（sirtuin酶）在調(diào)控線粒體乙?；€粒體生物合成的代謝過程中發(fā)揮的重要作用。心肌細(xì)胞中SIRT3是通過P53-Parkin途徑，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)線粒體自噬水平，實(shí)現(xiàn)心肌保護(hù)作用。上調(diào)SIRT3表達(dá)水平，改善衰老心肌線粒體自噬水平，從而減緩衰老心肌受損，實(shí)現(xiàn)保護(hù)心肌的作用。Liang等[14]在有關(guān)糖尿病心肌病的研究中表明，新生大鼠心肌細(xì)胞受到高糖作用時(shí)，可以通過一種新型的雙熒光檢測顯示出線粒體自噬的增加，通過測量氧化損傷，線粒體損傷ROS（Reactive oxygen species）生成和心肌細(xì)胞死亡的水平可以發(fā)現(xiàn)，Parkin的過度表達(dá)增強(qiáng)了高糖誘導(dǎo)的線粒體自噬和減輕心肌細(xì)胞損傷。通過過度表達(dá)或者敲除Drp1發(fā)現(xiàn)，線粒體的破碎伴隨著線粒體自噬，并和高糖的毒性效應(yīng)呈負(fù)相關(guān)，并以此證明了高糖誘導(dǎo)的線粒體破碎和自噬是一種能在高糖毒性下保護(hù)心肌細(xì)胞的適應(yīng)性反應(yīng)。在心臟中缺少M(fèi)fn2的小鼠模型中Song等[15]發(fā)現(xiàn)了受損的Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬，導(dǎo)致了活性氧產(chǎn)生。高水平的氯霉素抗性基因（cat基因）表達(dá)抑制了線粒體的ROS的產(chǎn)生，未能改善心肌病。藥物方面，甲福明治療小鼠糖尿病可以通過誘導(dǎo)線粒體自噬減少心肌細(xì)胞凋亡，阻止糖尿病性心肌病的發(fā)展[16]。

4 線粒體自噬與冠狀動(dòng)脈動(dòng)脈粥樣硬化

大量證據(jù)提示，冠狀動(dòng)脈動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中存在著自噬現(xiàn)象，在心肌保護(hù)機(jī)制中作為心肌細(xì)胞能量供應(yīng)中樞的線粒體扮演了重要角色，以線粒體自噬為切入點(diǎn)也成為近年來研究的熱點(diǎn)。許秋蓮等[17]在研究中表明，細(xì)胞自噬抑制后，動(dòng)脈硬化斑塊內(nèi)受損傷的蛋白不能被適當(dāng)?shù)那宄?，進(jìn)一步激活炎癥體和凋亡信號(hào)。同時(shí)，線粒體自噬不足導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧顯著增加、損傷加重，損傷線粒體破裂后引起細(xì)胞色素C釋放，導(dǎo)致易損斑塊的形成。在線粒體功能障礙參與動(dòng)脈粥樣硬化的分子機(jī)制的研究中[18]表明mROS過量能直接激活類炎癥反應(yīng)，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)減少的K+也能促進(jìn)類炎癥反應(yīng)。在斑塊巨噬細(xì)胞中，Liu等[19]發(fā)現(xiàn)Parkin依賴的線粒體自噬可以通過移除受損的線粒體和抑制內(nèi)源性凋亡來削弱動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，Sergin等最新的研究表明，巨噬細(xì)胞p62/SQSTM（p62 protein, also called sequestosome 1，SQSTM1）可通過隔離包涵體和調(diào)節(jié)線粒體自噬改善動(dòng)脈粥樣硬化。

隨著冠心病發(fā)病率的升高和臨床診療技術(shù)的提高，心肌缺血再灌注損傷成為心肌損傷領(lǐng)域的重要課題。Ji等[20]在研究中證明了，大鼠心肌缺血/再灌注（I/R）模型中的乙醛脫氫酶2（ALDH2）為心臟提供保護(hù)。ALDH2能抑制過度的線粒體自噬，并通過減少4羥基壬烯醛（4-HNE）和ROS水平來增加I/R心肌細(xì)胞的存活率。在I/R誘導(dǎo)的心肌損傷中，高活性ALDH2激動(dòng)劑Alda-1下調(diào)PINK1/Parkin途徑并且抑制隨后的細(xì)胞凋亡。異黃酮苷加上ALDH2抑制劑，呈現(xiàn)出上調(diào)線粒體自噬和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的趨勢。Ikeda等[21]采用心臟雜合的Drp1 KO的小鼠，通過抑制線粒體自噬，增強(qiáng)I/R心肌損傷的反應(yīng)。研究結(jié)果表明，內(nèi)源性的Drp1在調(diào)節(jié)線粒體分裂和線粒體自噬中起著重要作用，相反也在應(yīng)對(duì)I/R心肌保護(hù)的調(diào)節(jié)方面來說也至關(guān)重要。

5 線粒體自噬與心肌梗死

近年來在心肌梗死研究中，人們也逐漸關(guān)注線粒體自噬在這個(gè)過程中發(fā)揮的作用。研究[22]顯示，通過提高自噬可以減輕急性心肌梗死面積，改善心肌 ATP的含量。班努等[23]在揭示Parkin蛋白在調(diào)節(jié)心臟線粒體自噬功能中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，大鼠心肌梗死后心肌內(nèi)線粒體及自噬小體數(shù)量增多，且線粒體結(jié)構(gòu)破壞，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)Parkin在心肌細(xì)胞線粒體的自噬過程中扮演著重要角色。在對(duì)Parkin敲除的小鼠進(jìn)行研究中，Kubli等發(fā)現(xiàn)Parkin缺陷的心肌細(xì)胞中線粒體自噬減少，在梗死后線粒體功能失調(diào)。而在對(duì)照組野生小鼠中，在梗死的邊緣地帶Parkin蛋白水平和線粒體自噬水平則迅速增加。心肌梗死后Parkin的上調(diào)是有益的，能夠通過增強(qiáng)線粒體自噬來抵抗細(xì)胞死亡。

6 結(jié)語

通過近年來有關(guān)線粒體自噬和心血管疾病之間關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬參與心力衰竭、心肌病、冠狀動(dòng)脈動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死等心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過程。然而，目前對(duì)于線粒體自噬與室性心律失常、心臟神經(jīng)官能癥等心血管疾病方面研究較少。今后研究過程中，需進(jìn)一步深入研究線粒體自噬與各種心血管疾病之間的相互關(guān)系，完善二者間的理論及臨床研究成果，從線粒體自噬角度，揭示心血管疾病成因的分子機(jī)制，有助于進(jìn)一步研發(fā)新藥物并發(fā)現(xiàn)疾病治療的新靶點(diǎn)。

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本文編輯：孫竹

R541

A

1674-4055(2017)04-0500-02

1150001 哈爾濱,哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科

吳曉羽,E-mail:xiaoyuwu2006@163.com

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