自噬與心律失常的關(guān)系研究

趙鳴鸞 吳曉羽

“自噬”一詞是由諾貝爾獎獲得者Christian de Duve于1963年提出的，他假設(shè)存在將細胞質(zhì)成分運輸?shù)饺苊阁w以進行消化的細胞內(nèi)機制[1]。自噬是一種進化保守的細胞質(zhì)元素降解機制，在蛋白質(zhì)和細胞器的質(zhì)量控制中起著舉足輕重的作用[2-4]。底物的自噬消化為合成ATP、蛋白質(zhì)和細胞器提供氨基酸和脂肪酸。同時自噬也參與調(diào)節(jié)分泌和細胞內(nèi)運輸[2-4]。雖然自噬最初被認(rèn)為是一種非特異性的降解機制，但是目前又發(fā)現(xiàn)了載體特異性的自噬形式。其中，線粒體自噬是一種特殊形式的自噬，用于去除和消化受損線粒體[5-7]。自噬被應(yīng)激，如氧化應(yīng)激、代謝應(yīng)激、遺傳毒性應(yīng)激以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激迅速激活。在大多數(shù)情況下，自噬是適應(yīng)性的，并限制細胞紊亂和死亡。然而，在某些情況下，自噬會促進細胞死亡，包括細胞凋亡和壞死[2-4]。自噬還可以誘導(dǎo)具有獨特形態(tài)特征和調(diào)節(jié)機制的細胞死亡，稱為自死亡[8]。在過去的十年中，自噬已成為心臟穩(wěn)態(tài)和功能的主要調(diào)節(jié)器。

1 自噬的分類

根據(jù)細胞物質(zhì)運送到溶酶體的途徑不同，現(xiàn)在已知有三種自噬存在。主要分為巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperonemediated autophagy, CMA)。①巨自噬：巨噬細胞吞噬作用形成雙層膜囊泡的自噬體，自噬體將細胞蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)和細胞器隔離，然后將其遞送到溶酶體進行降解。②微自噬：微自噬是指細胞因子被溶酶體直接吞噬的過程[2-4]。③分子伴侶介導(dǎo)的自噬：分子伴侶介導(dǎo)的自噬僅存在于哺乳動物細胞中，細胞胞漿中分子伴侶如熱休克蛋白70 (heat shock cognate protein of 70 kd, HSC70) 可以識別底物蛋白質(zhì)分子的特定氨基酸序列 (如KFERQ樣模體) 并與之結(jié)合, 分子伴侶-底物復(fù)合物再與溶酶體膜上受體如Lamp2 (lysosome associated membrane protein type 2, Lamp2 ) 結(jié)合后, 底物去折疊，溶酶體腔中的另外一種分子伴侶介導(dǎo)底物在溶酶體膜轉(zhuǎn)位，進入溶酶體腔的底物被水解酶分解為其組成成分, 被細胞再利用。巨自噬(以下稱為自噬)對于廣泛調(diào)節(jié)細胞質(zhì)量控制過程、細胞器降解和應(yīng)激適應(yīng)至關(guān)重要，而其他兩種形式涉及更專門的細胞功能[2-4]。

2 自噬的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制

自噬是由特異性自噬相關(guān)基因(Atg)調(diào)控的，這些基因編碼調(diào)節(jié)自噬體的啟動和蛋白質(zhì)成熟，以及自噬體與溶酶體的融合以形成自噬溶酶體[2-4]。一些關(guān)鍵的信號機制直接調(diào)節(jié)心肌細胞在基礎(chǔ)和應(yīng)激反應(yīng)時的自噬。主要包括以下幾種主要機制。

2.1哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(target of Repmaycin,TOR) mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，通過兩個多蛋白復(fù)合物起作用[9]。mTORC1是蛋白質(zhì)合成、細胞生長、代謝、線粒體生物合成和自噬的主要調(diào)節(jié)因子。它被營養(yǎng)和生長因子激活，在饑餓時被抑制。mTORC2調(diào)節(jié)細胞存活、胰島素敏感性和細胞極性[10]。mTORC1通過翻譯后修飾和轉(zhuǎn)錄機制負(fù)調(diào)控自噬。mTORC1在絲氨酸 757位點磷酸化Ulk1，從而抑制自噬體形成[11]。

2.25-AMP激活激酶(AMPK)和糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)調(diào)節(jié) 當(dāng)ATP耗竭時AMPK激活，并刺激自噬。AMPK激活TSC1/2，抑制ReNB，為mTORC1激活劑[12]。類似于AMPK，GSK-3β在能量應(yīng)激和磷酸化過程中被刺激，并激活TSC1/2，導(dǎo)致mTORC1抑制和刺激自噬[12]。

2.3Mst1 Mst1(mammalian sterile20-like kinase 1)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，由氧化應(yīng)激等促凋亡刺激激活，并通過蘇氨酸108磷酸化Beclin 1抑制自噬。應(yīng)激誘導(dǎo)MST1激活，通過抑制自噬和刺激細胞凋亡促進心肌細胞死亡。相反，抑制Mst1通過刺激自噬和抑制細胞凋亡保護心肌細胞免受心臟應(yīng)激[13]。

2.4活性氧(ROS) ROS通過在半胱氨酸81氧化Atg4來促進饑餓過程中的自噬激活[14]。Atg4氧化抑制其蛋白酶活性，從而增加脂質(zhì)LC3的生成和自噬體的形成。在心肌細胞營養(yǎng)剝奪和缺血過程中，自噬激活需要生理水平的ROS[15]。但過度氧化應(yīng)激會損害心臟自噬。

2.5轉(zhuǎn)錄機制 轉(zhuǎn)錄因子TFEB通過ERK2和mTOR的磷酸化調(diào)節(jié)其核定位和活性，通過上調(diào)Atg基因和溶酶體酶，促進自噬體的形成、自噬體-溶酶體的融合和饑餓期間的底物降解[16]。

2.6代謝產(chǎn)物 最近的研究發(fā)現(xiàn)，代謝途徑中的幾個關(guān)鍵中間體對自噬的激活、失活至關(guān)重要。胞漿乙酰輔酶A(乙酰-CoA)是丙酮酸脫氫酶或β-氧化酶促反應(yīng)的產(chǎn)物，通過激活p300負(fù)調(diào)節(jié)自噬。己糖激酶2 (HK2)，一種糖酵解酶，激活心肌細胞的自噬。HK2在葡萄糖剝奪過程中與mTORC1相互作用，失活mTORC1，上調(diào)自噬[17]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)，作為吡啶核苷酸和電子載體，也積極調(diào)節(jié)自噬。

此外還有許多自噬相關(guān)蛋白分子參與自噬的發(fā)生及調(diào)節(jié)，通過了解自噬的分子機制，可以更好地利用自噬途徑中常用的分子生物學(xué)指標(biāo)判斷自噬活性，從而研究自噬與疾病的關(guān)系。

3 自噬與心律失常

在正常情況下,心臟沖動來自竇房結(jié),依次經(jīng)過心房、房室束及浦肯野纖維,最后傳至心室肌，引起心臟節(jié)律性收縮。在病理或藥物的影響下,沖動形成異?；騻鲗?dǎo)發(fā)生障礙，就產(chǎn)生心律失常。最近研究表明，在心律失常的情況下自噬激活增加。連接蛋白43(Cx43)形成縫隙連接，這些縫隙連接負(fù)責(zé)心肌細胞之間心臟動作電位的傳播。近年來，關(guān)于自噬在Cx43降解中作用的文獻日益增多[18]。Cx43的低表達也與心律失常有關(guān)：其中，Shu等[19]顯示在快速心房起搏(RAP)誘導(dǎo)的心房顫動(AF)的犬模型中Cx43蛋白表達降低。在心律失常條件下，Cx43表達降低是否通過自噬降解介導(dǎo)，尚待確定。此外，Yuan等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，在AF患者中LC3B-II的蛋白表達與竇性心律的患者相比顯著增加，p-AMPK蛋白表達無論是犬類,還是人類AF中都明顯增高。因此，推測在AF患者中，AMPK的磷酸化能夠增加LC3和自噬體的產(chǎn)生，并促進它們相互轉(zhuǎn)化。缺血-再灌注后的過度炎癥活動引起細胞應(yīng)激，此時心肌細胞的Beclin-1、LC3B-Ⅱ以及LC3Ⅱ/LC3-Ⅰ比值較未發(fā)生心律失常的細胞水平升高，導(dǎo)致致命性心律失常，特別是心室顫動[21]。這些自噬介質(zhì)水平的增加表明心律失常引起的自噬激活增加，因此作為潛在的治療靶點是有意義的。然而，自噬與心律失常之間的確切機制關(guān)系仍然有待闡明。

4 抗心律失常藥物影響自噬途徑

目前，對心律失常條件下自噬的發(fā)生和調(diào)控的研究有限，迄今為止，僅有少數(shù)研究集中于抗心律失常藥物對自噬激活的影響。抗心律失常藥物通過對心臟動作電位的靶點的作用進行分類。Ⅰ類藥物阻斷Na+通道，Ⅱ類藥物是腎上腺素能受體拮抗劑，Ⅲ類藥物是K+通道阻滯劑，Ⅳ類藥物通常通過阻斷L型鈣通道(LTCCs)來減慢房室結(jié)傳導(dǎo)。Huang等[22]發(fā)現(xiàn)，Na+通道阻滯劑雷諾嗪，對HL-1細胞和離體大鼠心肌細胞有誘導(dǎo)自噬作用。常用的β-受體阻滯劑普萘洛爾被報道為自噬抑制劑：在HepG2細胞中測量到LC3-Ⅱ水平升高，自噬體形成和p62(在自噬刺激期間降解)水平，提示普萘洛爾在晚期由于降解減少，抑制肝臟的自噬作用。Ⅲ類抗心律失常藥物胺碘酮抑制mTORC1，導(dǎo)致自噬途徑激活，這在體外進行了研究[23]。在另一項體外研究中，Ji等[24]發(fā)現(xiàn)胺碘酮及其合成的類似物決奈達隆對溶酶體有損傷，導(dǎo)致內(nèi)向整流鉀通道Kir2.1表達增加和細胞內(nèi)積聚。眾所周知胺碘酮的缺點是其副作用的高發(fā)生率，包括甲狀腺毒性、肺毒性、肝毒性、神經(jīng)毒性，這些副作用似乎與藥物的終生累積劑量有關(guān)[25]。然而，胺碘酮自噬的藥理活性已被證明能夠改善小鼠部分肝切除術(shù)后的肝再生[26]。用作動脈血管擴張劑的LTCC阻滯劑硝苯地平，能夠增加自噬流，如增加自噬小體和LC3-Ⅱ水平，以及降低離體大鼠心肌細胞中的p62水平[27]。用于治療心絞痛和心律失常的LTCC阻斷劑維拉帕米增加了自噬通量，PC12細胞和一系列人類細胞系中LC3-Ⅱ水平升高表明了這一點，后者還包括自噬空泡的發(fā)育增加[28-29]。這些研究雖然數(shù)量有限，但清楚地表明了抗心律失常藥物和自噬之間存在聯(lián)系，其直接結(jié)果可以是激活和抑制自噬。

5 總結(jié)

到目前為止，從一些實驗中獲得的數(shù)據(jù)表明，自噬調(diào)節(jié)是治療心律失常的一種很有前途的模式，有證據(jù)表明自噬激活會改變心律失常狀態(tài)。此外，一些抗心律失常藥物已被證明會影響自噬途徑，抗心律失常藥物的復(fù)雜潛在機制對心臟自噬調(diào)節(jié)的直接影響仍有待于進一步確定。需要進一步完善自噬檢測指標(biāo)，通過消除自噬途徑紊亂來指導(dǎo)藥物開發(fā)以提供更安全的抗心律失常藥物。通過不斷完善自噬對于心律失常疾病的發(fā)生發(fā)展機制，將為今后心律失常疾病的研究和治療開拓新的思路。