基于不同信號(hào)通路研究自噬在心臟疾病中的作用及進(jìn)展

李 丹，王 莖，賈學(xué)昭，劉娜娜，楊家輝

（安徽中醫(yī)藥大學(xué)， 合肥 230038）

基于不同信號(hào)通路研究自噬在心臟疾病中的作用及進(jìn)展

李 丹，王 莖*，賈學(xué)昭，劉娜娜，楊家輝

（安徽中醫(yī)藥大學(xué)， 合肥 230038）

細(xì)胞自噬是將生命體細(xì)胞內(nèi)受損、變性或衰老的蛋白質(zhì)以及細(xì)胞器運(yùn)輸?shù)饺苊阁w內(nèi)進(jìn)行消化降解的過程，對(duì)維持生命 體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定具有重要意義。自噬的過程又受到一系列復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控，其中信號(hào)通路主要包括mTOR、 PI3K/Akt、JAK/STAT、AMPK等，同時(shí)參與多種疾病的病理過程，與人類的心血管疾病有著密切的聯(lián)系。近年來，細(xì)胞自噬及其信號(hào)通路的調(diào)控機(jī)制越來越成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，研究其與心臟疾病的關(guān)系 ，以期有助于為臨床治療心臟疾病提供新的思路。

細(xì)胞自噬；心臟疾??；信號(hào)通路

自噬是指膜包裹部分胞質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)需降解的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等形成自噬體，并與內(nèi)涵體形成所謂的自噬內(nèi)涵體，最后與溶酶體融合形成自噬溶酶體，降解其所包裹的內(nèi)容物，以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞器的更新。

根據(jù)細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)送到溶酶體途徑的不同，分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬3種形式，其中巨自噬是細(xì)胞自噬的主要形式，也是人體最常見的。巨 自噬通過雙層膜結(jié)構(gòu)將細(xì)胞質(zhì)中可溶性蛋白和細(xì)胞器包裹形成自噬泡；微自噬通過溶酶體膜的內(nèi)陷、包裹吞噬胞質(zhì)中的底物分子；分子伴侶介導(dǎo)的自噬僅存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞，是指胞漿中的分子伴侶熱休克同源蛋白70（Hsc70）及其協(xié)同伴侶分子形成復(fù)合體,通過復(fù)合體介導(dǎo)底物分子進(jìn)入溶酶體腔中降解。

1 自噬的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

自噬的調(diào)控與多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有關(guān)，且每 條信號(hào)通路之間都可能相互聯(lián)系，并非相互獨(dú)立。1.1 mTOR 信號(hào)通路 mTOR蛋白包括兩種不同的復(fù)合物形式，分別為對(duì)雷帕霉素敏感的mTOR復(fù)合物（mTORC1）和不敏感的mTOR復(fù)合物（mTORC2），mTORC1主要作用是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬，mTORC2參與細(xì)胞骨架蛋白的構(gòu)建和存活[1]。同時(shí)細(xì)胞能量狀態(tài)也可調(diào)控mTORC1活性，當(dāng)細(xì)胞缺乏葡萄糖時(shí)，ATP/AMP比值降低，細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)活化蛋白激酶（AMPK）的自噬過程，通過影響mTOR活性調(diào)控自噬水平。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)不良及生長(zhǎng)因子缺乏時(shí)，激活mTOR通路能夠促進(jìn)細(xì)胞自噬，反之則會(huì)抑制自噬水平[2]。在正常生理?xiàng)l件下，自噬發(fā)生初期，在AMPK-mTOR通路中，mTOR蛋白被抑制，激活自噬；后期PI3K-Akt-mTOR通路中，為防止自噬過度，mTOR蛋白被激活，抑制自噬[3]。

因此，mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)蛋白在自噬發(fā)生中起著關(guān)鍵作用，其活性與細(xì)胞自噬呈負(fù)相關(guān)，缺血缺氧等應(yīng)激條件可抑制mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路蛋白活性，從而激活自噬。自噬與mTOR之間存在相互反饋調(diào)控的作用，認(rèn)為自噬與mTOR的相互反饋調(diào)控作用是促進(jìn)細(xì)胞存活的重要機(jī)制。

1.2 PI3K/Akt信號(hào) 通路 P I3K相關(guān)蛋白家族，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為I型、II型和III型，其中III型的PI3K蛋白是細(xì)胞自噬激活重要的啟動(dòng)因子[4]。王天寶等[5]研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子受體（CX CR4）表達(dá)下調(diào)與PI3KIII mRNA和蛋白、自噬相關(guān)蛋白Beclin-l和微管相關(guān)蛋白1輕鏈3-II（LC3-II）表達(dá)呈正相關(guān)，其中自噬溶酶體數(shù)量減少，表明細(xì)胞自噬降低。鮑曉明等[6]發(fā)現(xiàn)，在心肌細(xì)胞凋亡過程中，低溫誘導(dǎo)PI3K/Akt信號(hào)通路，抑制促凋亡蛋白Bim的表達(dá)，減輕心肌細(xì)胞的凋亡。

有研究[7]表明，I型PI3K的激活，是mTOR通路得到觸發(fā)必不可少的環(huán)節(jié)，所以I型PI3K可以起到調(diào)控自噬的作用。在自噬發(fā)生過程中，I型PI3K的激活能夠抑制細(xì)胞自噬，但與Ⅰ型PI3K負(fù)向調(diào)控自噬作用不同的是，III型PI3K的激活促進(jìn)細(xì)胞 自噬為正向調(diào)控作用[8]。

1.3 AMPK通路 AMPK是一種保守的異源三聚體蛋白激酶，由3個(gè)亞單位組成，1個(gè)催化亞單位α和2個(gè)調(diào)節(jié)亞單位β、γ，是調(diào)控細(xì)胞自噬和能量代謝的重要分子。作為心肌細(xì)胞的能量感受器，AMPK通路在細(xì)胞的生長(zhǎng)過程中能夠發(fā)揮重要影響，如調(diào)節(jié)自噬、減輕心肌的異常，降低氧化應(yīng)激導(dǎo)致的心肌損傷等[9]。當(dāng)AMP/ATP比值升高，通過激活A(yù)MPK，可以抑制mTORC1活性，激活增強(qiáng)細(xì)胞自噬并促進(jìn)線粒體ATP的生成[10]。研究[11]發(fā)現(xiàn)，AMPK能夠調(diào)控III型磷脂酰肌醇三磷酸激酶復(fù)合物（Vps34）家族的復(fù)合物，AMPK激活Vps34激酶，調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬；同時(shí)還能抑制那些未參與細(xì)胞自噬的激酶。

1.4 MAPK通路 MAPK家族的 4個(gè)成員在不同的情況下發(fā)揮著重要作用，SUI等[12]研究發(fā)現(xiàn)，p38/ M APK通路在細(xì)胞自噬的調(diào)控過程中發(fā)揮著雙重作用，即正面調(diào)控誘導(dǎo)自噬的積極因素和負(fù)面的調(diào)節(jié)自噬，而且P38/MAPK通路參與巨噬細(xì)胞的自噬，通路激活后，能夠抑制細(xì)胞自噬[13]。JNK通路調(diào)控細(xì)胞自噬關(guān)鍵性的蛋白機(jī)制就是Beclin-1，通過促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Bcl-2和Bcl-XL的磷酸化，解離Bcl-2、Bcl-XL，釋放Beclin-1，刺激細(xì)胞自噬[14]。

2 自噬在心臟疾病中的作用

通常情況下，自噬被看做是維持細(xì)胞體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要因素，但是過度的自噬則是有害的，引起細(xì)胞死亡[15-16]。研究[17-18]證實(shí)，自噬在人類心肌疾病中占據(jù)著越來越重要的作用，其中包括心肌缺血、心肌梗 死和心力衰竭等。

2.1 自噬與心肌缺血 心肌缺血主要是由于冠狀動(dòng)脈硬化導(dǎo)致的心臟血液灌注減少，導(dǎo)致心 臟的供氧減少，心肌能量代謝異常，不能支持心臟正常工作的一種病理狀態(tài)，最終出現(xiàn)心律失常、梗死面積擴(kuò)大、心室收縮功能低下等狀況。

王路喬等[19]認(rèn)為細(xì)胞自噬與心肌缺血再灌注損傷有著極為密切的關(guān)系，細(xì)胞自噬則是研究防治缺血性心臟病的新靶點(diǎn)。有研究[20-21]證實(shí)，在心肌缺血、再灌注損傷（M IRI）過程中，激活A(yù)MPK通路，可以使心肌細(xì)胞凋亡減少，維持細(xì)胞能量代謝的平穩(wěn)。ZHAO[22]認(rèn)為急性缺血和慢性缺血都可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞自噬的發(fā)生；同時(shí)，自噬被激活后，通過清除受損線粒體，降低線粒體細(xì)胞色素C(Cytc)釋放，從而抑制細(xì)胞的凋亡，減輕心肌細(xì)胞的損傷[23]。實(shí)驗(yàn)研究表明，細(xì)胞自噬能夠在心肌缺血、再灌注損傷的情況下，起到抑制心肌細(xì)胞減少及緩解心功能的作用。

2.2 自噬與心肌梗死 心肌梗死是由于心外膜冠狀動(dòng)脈閉塞，血流中斷，使部分心肌因嚴(yán)重的持久性缺血而發(fā)生局部壞死，從而出現(xiàn)心律失常、低血壓、休克等癥狀，引起這些冠脈分布區(qū)域心肌細(xì)胞不可逆的死亡而形成的。

在心肌梗死動(dòng)物模型中，心肌細(xì)胞缺血時(shí)可通過AMPK激活細(xì)胞自噬，起到保護(hù)心肌細(xì)胞的作用[24]。相反，在心肌梗死缺血的情況下，抑制AMPK通路的激活，則會(huì)抑制心肌細(xì)胞的自噬和增加心肌梗死的面積[25]。同時(shí)，在心肌梗死模型中細(xì)胞自噬現(xiàn)象還可以增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)、降低梗死面積的范圍[26]。研究[27]發(fā)現(xiàn)，老年心肌梗死中心肌細(xì)胞內(nèi)p53蛋白表達(dá)上調(diào)與細(xì)胞凋亡之間呈明顯的正相關(guān)性，而Bcl-2蛋白表達(dá)與細(xì)胞凋亡呈負(fù)相關(guān)性，通過調(diào)節(jié)p53、Bcl-2蛋白表達(dá)控制心肌細(xì)胞凋亡，降低梗死面積。曹群等[28]通過建立動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)SYD（參元丹）可以通過降低心肌細(xì)胞凋亡與增強(qiáng)自噬活性，延緩大鼠心肌梗死狀態(tài),改善心功能,降低氧化損傷。通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自 噬，能夠減輕心肌梗死面積，改善心功能。

2.3 自噬與心力衰竭 心力衰竭發(fā)生的基本機(jī)制是心肌病理 性重構(gòu)，是由于心臟結(jié)構(gòu)和功能異常導(dǎo)致的心室充盈和射血能力受損的一系列臨床綜合征，其病理改變主要有心肌細(xì)胞肥大導(dǎo)致心肌肥厚、細(xì)胞收縮力降低和壽命縮短等。

有研究發(fā)現(xiàn)在心力衰竭動(dòng)物模型中可觀察到泛素化蛋白聚集，異常的泛素化蛋白積聚可誘導(dǎo)自噬增強(qiáng)，促進(jìn)心力衰竭[29]。陳保 林等[30]認(rèn)為，AMPK的激活對(duì)抑制心肌肥大有著重要的作用，可以減少心肌細(xì)胞表面積，減輕心肌肥大，降低心衰的發(fā)病。宋杰等[31]研究發(fā)現(xiàn)，利用黃芪多糖能夠激活A(yù)MPK信號(hào)通路，抑制心肌細(xì)胞自噬，從而減少心肌壞死，改善心衰癥狀。在心力衰竭過程中，適度的細(xì)胞自噬，可以起到保護(hù)心肌細(xì)胞的作用，相反，過度細(xì)胞自噬則會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡，導(dǎo)致心力衰竭進(jìn)一步惡化[32]。同時(shí)，保護(hù)性的細(xì)胞自噬現(xiàn)象還會(huì)隨心肌細(xì)胞的衰弱老化而減弱[33]。細(xì)胞自噬是可以通過抑制或誘導(dǎo)相關(guān)通路，作出對(duì)人體有利的選擇，但是其機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

隨著自噬研究的不斷深入，自噬在心臟疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的作用也受到 越來越多的關(guān)注，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)通路mTOR、PI3K/Akt、AMPK、JAK/STAT等也逐漸成為生命科學(xué)領(lǐng)域研究中的熱點(diǎn)。在不同疾病狀態(tài)下，細(xì)胞自噬的誘發(fā)途徑，通過抑制或激活不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，尤其是自噬發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)或損傷作用的不同機(jī)制，則可以為治療或預(yù)防MIRI、心力衰竭以及心肌梗死等心臟疾病提供有效的靶點(diǎn)。盡管現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一部分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通道的作用機(jī)制，能夠通過調(diào)節(jié)信號(hào)通路發(fā)揮細(xì)胞自噬的積極作用，減少梗死面積，保護(hù)心肌細(xì)胞，改善心功能。但是信號(hào)通路調(diào)節(jié)的細(xì)胞自噬不僅有刺激依賴特點(diǎn)，即激活通路可以增加自噬，還有著非典型的通路調(diào)節(jié)自噬的信號(hào)，抑制自噬的產(chǎn)生。同時(shí)，這些機(jī)制尚不完善，細(xì)胞自噬及相關(guān)通路方面仍需要作進(jìn)一步系統(tǒng)的研究，為心臟疾病的治療提供更好的科學(xué)依據(jù)。

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Study on the role of autophagy in heart disease based on different signaling pathways

LI Dan, WANG Jing*, JIA Xuezhao, LIU Nana, YANG Jiahui
（Anhui University of Chinese Medicine, Anhui 230038, China）

Autophagy is a process that w ill damage the life body cells, degeneration or aging of protein and organelle transport to the digestion and degradation of the enzyme, which is of great significance to maintain the stability of the inner environment of the body. The process of autophagy is regulated by a series of complex signal transduction pathway, which mainly include m TOR, PI3K/Akt, JAK/STAT, AMPK pathway, and pathological processes involved in many diseases and closely linked w ith human cardiovascular disease. In recent years, the regulation mechanism of autophagy and its signaling pathway has become a hot topic in the fi eld of people’s attention. It is helpful to provide a new way of thinking for clinical treatment of heart disease.

autophagy; cardiovascular disease; signal channel

R541

A

2095-6258（2017）03-0483-04

2016-10-08）

10.13463/j.cnki.cczyy.2017.03.047