自噬對血管平滑肌細(xì)胞增殖的影響

魏海諒1,2，秦旭平1

(1.南華大學(xué)藥物藥理研究所血管生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽 421001；2.邵陽學(xué)院藥理教研室，湖南 邵陽 422000)

自噬(autophagy)是細(xì)胞降解自身成分(蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類等)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器更新和維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的管家機(jī)制，也是細(xì)胞適應(yīng)外源性刺激的應(yīng)激和防御機(jī)制，是多種基因和信號通路參與的一種細(xì)胞分解代謝過程[1]。饑餓、低氧、機(jī)械損傷、氧化應(yīng)激、感染等都能誘發(fā)自噬。根據(jù)細(xì)胞內(nèi)底物運(yùn)送到溶酶體腔方式的不同，將自噬分為三種類型[2]：微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy)。其中以巨自噬研究最為常見。研究發(fā)現(xiàn)，自噬可調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth cells,VSMCs)增殖，影響血管增生性疾病如高血壓[3]、動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)[4]、肺動脈高壓[5-6]、糖尿病血管病變[7-8]、血管成形術(shù)后再狹窄[9-10]等的發(fā)生和發(fā)展。本文對VSMCs自噬與增殖的相互作用做一綜述。

1 血管平滑肌細(xì)胞自噬的生理學(xué)意義

生理水平的自噬可以抑制VSMCs的異常增殖，發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用，維持血管穩(wěn)態(tài)。自噬缺陷或不足則可能誘發(fā)VSMCs異常增殖，打破血管穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致血管功能失調(diào)，推動血管增生性疾病的發(fā)生發(fā)展。

最新研究發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比，自噬相關(guān)蛋白-7(autophagy related protein-7，Atg7)敲除的小鼠經(jīng)高糖高脂飲食喂養(yǎng)后更易誘發(fā)As，形成的粥樣斑塊更大。其體外培養(yǎng)的VSMCs衰老加速，增殖能力下降[11]。此前Komatsu的研究同樣證實(shí)了Atg7基因敲除導(dǎo)致的自噬缺陷促進(jìn)血管重構(gòu)和As的發(fā)生[12]。而Atg7缺失的新生小鼠由于自噬通路的破壞在一天即死亡，Atg7-1-和ApoE-1-雜交小鼠14周生存率明顯下降。以上研究證實(shí)生理水平的自噬發(fā)揮抗As的作用并促進(jìn)機(jī)體的存活。被敲除LC3B基因的人肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞在缺氧狀態(tài)下增殖增加，說明自噬在缺氧性血管重構(gòu)及肺動脈高壓的病理過程中發(fā)揮保護(hù)性作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)，17β-estradiol(E2)誘導(dǎo)VSMCs自噬，減輕缺氧條件下誘發(fā)的大鼠肺動脈高壓[14]。而自噬正向調(diào)節(jié)因子FoxO1(forkhead box O1，F(xiàn)oxO1)的活性下調(diào)會導(dǎo)致人肺動脈血管平滑肌細(xì)胞增殖[15]。另外，Ras超家族中的Rab5a通過ERK1/2途徑上調(diào)自噬促進(jìn)人主動脈血管平滑肌細(xì)胞的增殖，抑制其凋亡，發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用[16]。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是促進(jìn)VSMCs增殖的重要血管活性物質(zhì)，現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)Hcy促進(jìn)VSMCs增殖與其對自噬的調(diào)節(jié)有關(guān)。Hcy激活A(yù)MPK-mTOR信號通路抑制自噬，上調(diào)VSMCs的內(nèi)皮素(endothelin，ET)受體[17]，間接增強(qiáng)內(nèi)皮素的作用。

2 血管平滑肌細(xì)胞自噬的病理學(xué)意義

2.1 自噬參與生長因子、細(xì)胞因子誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞增殖

血管受到損傷刺激后，在病理狀態(tài)下，血管壁細(xì)胞釋放的生長因子和細(xì)胞因子如：血小板源生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor β，TGF-β)、白介素-6(lnterleukin，IL-6)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)等激活細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，使VSMCs由穩(wěn)定的收縮表型向具有增殖特征的合成表型轉(zhuǎn)變[18]，導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞增殖，血管壁增厚，血管重構(gòu)和血管的收縮功能下降，在此過程中往往伴隨細(xì)胞自噬水平的改變。目前許多研究發(fā)現(xiàn)，生長因子和細(xì)胞因子誘導(dǎo)VSMCs增殖與其對自噬活性的調(diào)節(jié)有關(guān)。

PDGF通過誘導(dǎo)線粒體破裂、促進(jìn)有絲分裂和細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變導(dǎo)致VSMCs過度增殖和遷移。Salabei等[19]對體外培養(yǎng)的VSMCs研究發(fā)現(xiàn)，PDGF-BB誘導(dǎo)VSMCs自噬，使VSMCs收縮表型標(biāo)志物calponin和α-SMA減少，合成表型標(biāo)志物osteopontin和vimentin增多。而自噬抑制劑3-methyladenine(3-MA)、spautin-1、bafilomycin使經(jīng)PDGF-BB處理的VSMCs收縮表型標(biāo)志物的表達(dá)維持穩(wěn)定，抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs過度增殖和遷移。PDGF-BB一方面通過自噬途徑清除收縮型蛋白促進(jìn)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)VSMCs過度增殖，另一方面通過誘導(dǎo)線粒體裂變，影響細(xì)胞的能量代謝促進(jìn)VSMCs增殖。但進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體裂變抑制劑在發(fā)揮對PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs增殖的抑制作用時(shí)對PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs自噬并無影響，因此該研究認(rèn)為，自噬與線粒體裂變無關(guān)，自噬和線粒體裂變是PDGF-BB誘導(dǎo)VSMCs增殖的2條平行途徑[20]。C-Ski能下調(diào)自噬，抑制PDGF誘導(dǎo)的鼠源性VSMCs細(xì)胞株A10過度增殖和遷移，其可能的機(jī)制是抑制AKT的磷酸化，下調(diào)增殖細(xì)胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表達(dá)[21]。此外，凝血酶與細(xì)胞表面的凝血酶受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)內(nèi)源性血小板源性生長因子A鏈(PDGF-A)和堿性纖維母細(xì)胞生長因子(b-FGF)的產(chǎn)生，PDGF-A誘導(dǎo)原癌基因c-fos和c-myc的表達(dá),刺激VSMCs增殖。張佩佩的研究發(fā)現(xiàn)自噬通過溶酶體途徑下調(diào)凝血酶誘導(dǎo)的VSMCs增殖[22]。

AngⅡ激活細(xì)胞內(nèi)多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)VSMCs增殖。有研究證實(shí)，AngⅡ劑量和時(shí)間依賴性地促進(jìn)VSMCs自噬體的形成，上調(diào)自噬標(biāo)志性蛋白LC3Ⅱ、beclin1的表達(dá)和P62的降解。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ誘導(dǎo)自噬的可能機(jī)制為：AngⅡ與AT1-R結(jié)合，激活NAPDH氧化酶誘導(dǎo)活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生，ROS激活線粒體KATP通道產(chǎn)生更多的ROS，從而激活自噬。由此可見，AngⅡ誘導(dǎo)的自噬與氧化應(yīng)激有關(guān)，而氧化應(yīng)激也是AngⅡ促VSMCs增殖的重要機(jī)制之一[23]。

慢性非特異性炎癥是血管中膜病變的發(fā)病機(jī)制之一。有研究發(fā)現(xiàn)，前炎癥細(xì)胞因子IL-6通過增強(qiáng)4B半胱氨酸肽酶(ATG-4B)介導(dǎo)的自噬下調(diào)胸主動脈夾層動脈瘤患者VSMCs收縮型蛋白a-SMA和SM22a的表達(dá)。TNF-α活化IKKα，激活NF-κB，上調(diào)自噬，促進(jìn)VSMCs向合成型轉(zhuǎn)變并促進(jìn)其增殖和遷移。TNF-α誘導(dǎo)的自噬同時(shí)促進(jìn)VSMCs分泌IL-6，IL-6進(jìn)一步促進(jìn)自噬[24]。而拮抗自噬負(fù)向調(diào)控信號mTOR可抑制炎癥轉(zhuǎn)錄因子NF-kB信號通路，下調(diào)炎癥因子IL-6的表達(dá)[25]。此外，腫瘤壞死因子家族成員CD-137與CD-137L結(jié)合后依賴JNK途徑促進(jìn)小鼠胸主動脈VSMCs自噬[26]。

2.2 自噬對高糖促血管平滑肌細(xì)胞增殖的影響

高糖條件下培養(yǎng)VSMCs，發(fā)現(xiàn)高糖通過AMPK/mTOR途徑抑制自噬，上調(diào)內(nèi)皮素受體的表達(dá)[27]。Hu等[28]研究發(fā)現(xiàn)晚期糖基化產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)劑量依賴性地上調(diào)大鼠VSMCs的LC3-bII/LC3-I和自噬體數(shù)量，促進(jìn)VSMCs的增殖，而自噬抑制劑3-MA能抑制AGEsVSMCs增殖。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)AGEs通過激活ERK信號通路和抑制Akt信號通路誘導(dǎo)自噬。但Ma等[29]的研究卻發(fā)現(xiàn)AGEs促進(jìn)大鼠VSMCs增殖的作用是通過抑制自噬介導(dǎo)的，AGEs減少組織蛋白酶D(cathepsin D, CatD)抑制自噬，促進(jìn)大鼠VSMCs增殖。因此，自噬在AGEs促進(jìn)VSMCs增殖過程中是發(fā)揮正向調(diào)控還是負(fù)向調(diào)控作用有待進(jìn)一步研究。

2.3 自噬在剪切應(yīng)力誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變中的作用

As主要發(fā)生在低剪切應(yīng)力的動脈分支和分叉。異常剪切應(yīng)力可導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能狀態(tài)的改變，從而啟動和調(diào)節(jié)As病理進(jìn)程，異常剪切應(yīng)力在促As發(fā)生發(fā)展的過程中往往伴隨細(xì)胞自噬水平的變化。在內(nèi)皮細(xì)胞上，剪切應(yīng)力可通過多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路影響血管內(nèi)皮細(xì)胞自噬，調(diào)節(jié)內(nèi)皮功能，如李小紅[30]的研究發(fā)現(xiàn)低剪切應(yīng)力抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞自噬，增強(qiáng)自噬能改善低剪切應(yīng)力下血管內(nèi)皮細(xì)胞eNOS 表達(dá)減少、ET-1表達(dá)增多的情況。剪切力誘導(dǎo)的自噬也參與了VSMCs表型的轉(zhuǎn)變。異常剪切應(yīng)力下調(diào)VSMCs收縮型基因的表達(dá)和上調(diào)促炎/基質(zhì)重構(gòu)基因的表達(dá)，促進(jìn)VSMCs由收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)變，并伴隨自噬活性增強(qiáng)，而自噬抑制劑3-MA可以阻斷異常剪切應(yīng)力的促細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變作用[31]，說明異常剪切力誘導(dǎo)的自噬促進(jìn)VSMCs的表型轉(zhuǎn)變。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，剪切應(yīng)力通過AMPK/mTOR/ULK1途徑介導(dǎo)自噬。低剪切應(yīng)力激活自噬促進(jìn)VSMCs表型的轉(zhuǎn)變參與了顱內(nèi)動脈瘤的病理生理進(jìn)程。

2.4 自噬參與非編碼RNA調(diào)節(jié)的血管平滑肌細(xì)胞增殖

非編碼RNA(noncoding RNA，ncRNA)通過調(diào)控表觀遺傳影響細(xì)胞周期和細(xì)胞分化等眾多生命活動，成為遺傳學(xué)研究熱點(diǎn)[32]。近年的研究發(fā)現(xiàn)ncRNA通過影響自噬相關(guān)基因及調(diào)節(jié)因子的表達(dá)調(diào)控自噬，進(jìn)而影響VSMCs表型的轉(zhuǎn)變和增殖。miR-29b通過下調(diào)靶基因ATG14的表達(dá)，抑制VSMCs表型轉(zhuǎn)變、增殖和遷移，從而抑制顱內(nèi)動脈瘤的發(fā)生發(fā)展和破裂[33]。IncRNA轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1-MALAT1)促進(jìn)多種腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和浸潤、抑制細(xì)胞凋亡，但采用小干擾技術(shù)沉默MALAT1基因后，VSMCs收縮型基因上調(diào)，增殖和遷移相關(guān)基因下調(diào)，細(xì)胞周期停留在G2期，VSMCs向收縮表型轉(zhuǎn)變，細(xì)胞增殖和遷移受到抑制，同時(shí)細(xì)胞自噬水平下降。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)MALAT1扮演ceRNA的角色，發(fā)揮對miR142-3p的海綿吸附作用，抑制miR142-3p對靶基因ATG7的負(fù)向調(diào)控，誘發(fā)細(xì)胞自噬，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)變[34]。

3 影響血管平滑肌細(xì)胞自噬與增殖的藥物

3.1 增強(qiáng)自噬活性抗VSMCs異常增殖的藥物

目前已發(fā)現(xiàn)多種通過增強(qiáng)自噬活性抗VSMCs增殖的化學(xué)成分，如丹皮酚通過AMPK/mTOR信號通路上調(diào)自噬，抑制VSMCs增殖，發(fā)揮抗As作用[35]。鈣通道阻滯藥維拉帕米除依賴其鈣拮抗作用發(fā)揮抗As及術(shù)后再狹窄以外，還能通過上調(diào)自噬增加線粒體損傷，抑制VSMCs增殖而發(fā)揮其抗血管增殖性疾病作用[36]。自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素及其衍生物通過抑制S6K1及其下游重要的細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)增加VSMCs收縮型蛋白及促進(jìn)細(xì)胞分化發(fā)揮抗血管成形術(shù)后再狹窄作用[37]。除此之外，大黃素也能通過上調(diào)自噬抑制VSMCs增殖[38]。

3.2 下調(diào)自噬活性抗VSMCs異常增殖的藥物

芹菜種子提取物丁-基苯酞(dl-3-n-butylphthalide，NBP)通過抑制β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號通路下調(diào)自噬，抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs增殖[39]。自噬抑制劑氯喹和羥化氯喹通過抑制BMPR-Ⅱ(bone morphogenetic protein type II receptor，BMPR-Ⅱ)的溶酶體降解途徑發(fā)揮抑制SD大鼠肺動脈血管平滑肌細(xì)胞(pulmonary artery vascular smooth muscle cells，PASMCs)增殖、血管重構(gòu)的作用，從而減緩肺動脈高壓動物模型的病理進(jìn)程[40]。抗癌藥物多烯紫杉醇不僅能殺死增殖期的人源性PASMCs細(xì)胞株，而且能改善低氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓SD大鼠的血管重構(gòu)和右心室纖維化[41]。

4 小結(jié)與展望

自噬對VSMCs增殖的影響是雙面的和復(fù)雜的。適度的自噬可以通過及時(shí)清理受損的細(xì)胞器和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，減少它們對細(xì)胞的毒害作用，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，阻止VSMCs異常增殖。在病理因素刺激下，過度自噬則通過分解大分子物質(zhì)為VSMCs的增殖提供物質(zhì)基礎(chǔ)和能量，促進(jìn)其增殖，導(dǎo)致血管病理性重構(gòu)，促進(jìn)血管增生性疾病的發(fā)生發(fā)展。在不同的病理?xiàng)l件下自噬對VSMCs增殖的影響不同，甚至在同一疾病的不同病理階段，自噬對VSMCs增殖的影響也不盡相同。目前對于自噬與VSMCs增殖關(guān)系的研究主要是在細(xì)胞水平進(jìn)行的，動物實(shí)驗(yàn)方面的數(shù)據(jù)相對較少，界定生理性自噬或過度自噬并無確切的標(biāo)準(zhǔn)，目前主要是根據(jù)自噬是維持還是破壞細(xì)胞穩(wěn)態(tài)來做出大致的判斷。

同時(shí)，自噬對VSMCs增殖的調(diào)節(jié)并不是單向的，而是相互協(xié)同或相互制約，其信號通路也存在著交叉連接，一些調(diào)節(jié)哺乳動物細(xì)胞自噬的信號通路(如PI3K/AKT/mTOR)同時(shí)也是調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖的重要信號通路。自噬影響細(xì)胞增殖，細(xì)胞增殖對自噬又存在怎樣的反饋？自噬影響VSMCs增殖的具體機(jī)制是什么？這些問題都有待進(jìn)一步探究。