線粒體自噬在心血管病方面的研究進展*

張新會，羅文龍，裴漢軍

(內(nèi)蒙古科技大學包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)三科，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

線粒體通過氧化磷酸化合成三磷酸腺苷(ATP)為細胞的各種活動提供必要的能量，是真核細胞能量調(diào)控的重要部位，同時還是調(diào)節(jié)細胞凋亡的主要部位，對細胞的生存起著決定性作用。在線立體產(chǎn)生能量的同時，伴隨著O2-，H2O2等多種活性氧(rective oxygen species ROS)，ROS積累過多損傷線粒體蛋白及DNA，導致線粒體結(jié)構(gòu)和功能異常[1]。此外缺血、缺氧也會對線粒體造成損傷，導致線粒體通透性改變，從而釋放促凋亡蛋白引起細胞凋亡。為了使細胞處于正常的穩(wěn)定狀態(tài)，必須及時清除受損傷的線粒體，而這一過程主要通過自噬機制完成，被稱為線粒體自噬[2]。近年來線粒體自噬在心血管疾病、肝臟疾病、代謝性疾病、腫瘤、神經(jīng)退行性病變、糖尿病等疾病研究取得進展，它在這些疾病的產(chǎn)生、發(fā)展起著至關(guān)重要的作用[3-4]?，F(xiàn)將線粒體自噬與心血管方面研究進展作一綜述，為后續(xù)研究提供資料。

1 線粒體自噬的概述

細胞的穩(wěn)態(tài)是細胞進行各種生理活動的前提，它取決于對細胞內(nèi)蛋白質(zhì)和細胞器的質(zhì)量控制。自噬是細胞通過吞噬自身細胞質(zhì)內(nèi)的物質(zhì)(包括翻譯異常的蛋白質(zhì)或功能失調(diào)的細胞器)后，形成囊泡，包裹上述內(nèi)容物，運送到溶酶體，降解內(nèi)容物，實現(xiàn)細胞內(nèi)自我更新和代謝的過程。自噬對細胞的穩(wěn)態(tài)維持起到了十分重要的作用。線粒體自噬是一種細胞特異性吞噬線粒體的選擇性自噬[5]。具體過程如下：各種不同因素造成線粒體損傷，使其通透性發(fā)生改變，進而引起相關(guān)的蛋白活化。線粒體膜上的蛋白質(zhì)與胞質(zhì)內(nèi)的自噬小體相連接，逐漸包裹整個線粒體，后運送至溶酶體。被包裹的線粒體與溶酶體相融合，隨后線粒體溶酶體降解，細胞利用其中成分合成新的細胞器和蛋白質(zhì)。雖然現(xiàn)在對于線粒體自噬的研究不斷進展，但到目前為止關(guān)于線粒體自噬的調(diào)節(jié)機制仍不完全清楚[6]。

2 線粒體自噬的調(diào)節(jié)機制

2.1酵母中線粒體自噬 早期的自噬研究是利用酵母開展的，參與自噬的蛋白質(zhì)被命名為Atg,這些蛋白在自噬的不同階段發(fā)揮重要作用，其中Atg1和磷脂酰肌醇3復合物1復合物參與囊泡膜的構(gòu)成(包括Atg6和Atg14)，接下來需要Atg12或Atg8的參與。Atg12或Atg8是泛素類似蛋白，它們構(gòu)成各自的蛋白結(jié)合系統(tǒng)，兩者均負責脂質(zhì)的傳遞。在Atg2、Atg9、Atg18參與下吞噬泡發(fā)生自噬[7]。另外發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)Atg32是一種特異的線粒體自噬蛋白，研究表明Atg32與Atg8、Atg11相互作用，將線粒體運送至囊泡進行線粒體自噬[7-8]。

2.2Pink1/Parkin調(diào)控線粒體自噬 Pink1是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。Pink1可使ser65磷酸化，通過磷酸化促進Parkin激活[9]。Parkin是一種E3泛素連接酶，主要包括一個N端泛素樣結(jié)構(gòu)和4個半胱氨酸及鋅指結(jié)構(gòu)域，正常情況下位于細胞質(zhì)中，當發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)內(nèi)線粒體膜受損傷后，Parkin會移動到線粒體上并對線粒體膜蛋白進行泛素化處理，從而能夠標記受損傷的線粒體，P62與線粒體上泛素化蛋白及自噬體上LC3結(jié)合，使線粒體與P62連接的自噬小體相連接，為后續(xù)的線粒體自噬作準備[10]。Youle實驗室研究證實Pink1/Parkin調(diào)控的線粒體自噬對于受損傷線粒體的清除起到至關(guān)重要的作用[11]。此外對Parkin進行干預，也可影響線粒體自噬。線粒體融合蛋白Mfn不僅是Parkin底物，還是線粒體上Parkin受體。由于Mfn2缺失，細胞質(zhì)內(nèi)的受損線粒體不能夠依靠Parkin定位，從而無法進行線粒體自噬，對受損的線粒體進行清除，導致大量的線粒體積累[12]。去泛素化酶usp30可以將已受Parkin標記的受損傷的線粒體膜蛋白泛素化的標記去掉，使線粒體自噬明顯減少[13]。雖然這一路徑被人們廣泛認知，但也有發(fā)現(xiàn)基因敲除Pink1比基因敲除Parkin引起更為嚴重的心臟損害，表明Pink1還有可能介導其他路徑的線粒體自噬[14]。

2.3Binp3/Nix調(diào)控線粒體自噬 Binp3位于線粒體外膜，目前研究表明Binp3和LC3直接相互作用，介導了線粒體自噬的發(fā)生[15]。Nix和Binp3在蛋白質(zhì)序列上具有同源性，Bnip3和nix通過低氧調(diào)節(jié)，低氧誘導因子-1(HIF-1)是在低氧水平下激活bnip3和nix表達，促進線粒體自噬的發(fā)生[16]。此外Nix介導的線粒體自噬選擇性的清除哺乳動物紅細胞中的線粒體，對于紅細胞的分化和成熟起到重要作用。但Nix基因缺失的小鼠出現(xiàn)貧血、外周血化驗成熟的紅細胞減少并出現(xiàn)線粒體滯留，同時紅細胞壽命縮短[17]。Nix可與LC3及γ-氨基丁酸相關(guān)蛋白結(jié)合介導線粒體自噬。最新發(fā)現(xiàn)Nix可以介導干細胞分化過程中的線粒體自噬，表明還可能在其他發(fā)育過程中起重要作用[18]。

2.4FUNDC1調(diào)控的線粒體自噬 FUNDC1是僅位于線粒體外膜的蛋白，通過LIR-Y(18)XXL(21)與LC3相互作用。有研究表明正常生理條件下中依靠SRC激酶在Tyr18位置上的磷酸化，使FUNDC1無法招募LC3與之結(jié)合，線粒體自噬受到抑制。而在細胞低氧時誘導了SRC激酶失活，導致FUNDC1的去磷酸化，F(xiàn)UNDC1招募LC3與之結(jié)合，使線粒體自噬較正常狀態(tài)下明顯增加，F(xiàn)UNDC1通過這種可逆的磷酸化調(diào)節(jié)線粒體自噬[19]。除了上述幾種模式外，Ostu等[20]研究發(fā)現(xiàn)Bcl2-L-13是Atg32在哺乳動物中的同源蛋白，它可以通過WxxL結(jié)構(gòu)域與LC3結(jié)合，并導致線粒體自噬，但這種自噬不依賴泛素化。Fis1和Drp1為線粒體分裂蛋白OPA1是線粒體融合蛋白，抑制Fisl1和Drp1的表達，能夠阻止線粒體自噬，使發(fā)生的線粒體自噬減少。OPA1的丟失使線粒體與自噬小體無法完全融合，導致線粒體自噬減少[21]?？傊诓溉閯游镏杏泻芏嗟鞍踪|(zhì)參與了對線粒體自噬的調(diào)節(jié)，目前除對Pink1/Parkin調(diào)控機制研究較明確外，其余調(diào)控機制尚不完全清楚，仍有待進一步研究。

3 心血管病中的線粒體自噬

3.1心肌梗死與缺血再灌注損傷 由于供應心的有效循環(huán)血量減少，造成心肌缺氧，繼而導致心肌細胞能量缺乏、代謝紊亂，缺血、缺氧如無法及時緩解造成心肌細胞不可逆損傷，細胞變性壞死，形成心肌梗死。隨著近年來技術(shù)的進步，冠脈介入手術(shù)、溶栓、冠狀動脈搭橋，使心肌缺血后重新得到血液供應，多數(shù)情況下心功能得到恢復。但有時重新獲得血液供應后反而會加重心肌損傷，這種被稱為缺血再灌注損傷。線粒體是缺氧、缺血的主要靶點，在應對缺氧、缺血再灌注損傷中起到重要作用[22]。心肌缺血后可引起心肌細胞中的線粒體損傷產(chǎn)生大量的ROS等促凋亡因子，激活線粒體自噬，促進線粒體更新，維持線粒體數(shù)量及質(zhì)量的穩(wěn)定。在心肌缺血階段有研究表明抑制Drp1能加重缺血造成的損傷，在缺失Drp1的小鼠上，表現(xiàn)出再灌注損傷加重，Drp1的缺失可誘導線粒體伸長，線粒體正常生理功能喪失，同時抑制線粒體自噬，從而促進心功能障礙，增加對缺血/再灌注的易感性[23]。結(jié)扎小鼠左前降支動脈造成小鼠心肌梗死，在梗死交界區(qū)發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)存在大量的線粒體自噬現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)Parkin轉(zhuǎn)移到受損傷的線粒體介導線粒體自噬。在缺血再灌注前給與普通小鼠缺血預處理，可以明顯降低梗死面積，而在敲除Parkin小鼠的缺血、再灌注模型中，小鼠心肌梗死面積增大[24]。Weilin研究組發(fā)現(xiàn)激活血小板中線粒體自噬是依靠FUNDC1介導的，激活血小板的線粒體自噬，可以減輕缺血再灌注引起的心肌損傷[25]。以上證據(jù)表明在心肌梗死、心肌缺血再灌注等急性損傷中線粒體自噬對心臟具有保護作用，抑制線粒體自噬，會加重心肌損傷的程度。

3.2心力衰竭 各種心血管疾病及其他因素造成心肌失代償性肥大，心做功增加同時伴有心功能嚴重受損，引起心力衰竭。目前研究顯示線粒體自噬對心衰的作用存在較大爭議。有研究表明心衰時受損傷的線粒體能夠通過線粒體自噬及時清除，避免損傷的線粒體積累，阻止有害效應進一步發(fā)展，對心肌存在保護效應[26]。如Parkin?/?小鼠，線粒體自噬減少，對急性心梗的敏感性增加，同時隨著年齡的增大，功能失調(diào)的線粒體及氧化損傷增加，心功能惡化壽命較短。Mfn2缺乏的心肌，在30周時就已經(jīng)收縮力降低，心肌肥大，心力衰竭[27]。但又有證據(jù)表明心特異性NIX過度表達線粒體自噬加強，導致心肌細胞凋亡和心力衰竭的發(fā)生，在壓力誘導的心衰情況下NIX敲除的小鼠與對照組相比可以降低心肌纖維化，保持心功能[27]。目前普遍觀點為適度的線粒體自噬可以保護心肌細胞，自噬缺乏與過度均會促進心衰的進展。

3.3其他心血管疾病 動脈粥樣硬化是冠心病、腦部血管疾病、外周血管疾病的主要病因。研究證實血管平滑肌細胞增殖過程推動血管重塑的發(fā)展,對動脈粥樣硬化起到促進作用[28]。血管平滑肌細胞經(jīng)過PDGF(血小板衍生生長因子)處理后引起Mfn2下降，造成線粒體分裂增多、線粒體自噬增多，促進血管平滑肌的增殖。應用抑制劑后PDGF誘發(fā)的線粒體自噬減少，血管平滑肌增殖減少[29]。Oka等實驗表明受損傷的線粒體DNA逃脫自噬會引起TLR9介導的心臟炎癥，會引起心肌炎和擴張型心肌病[30]。關(guān)于糖尿病性心臟病目前觀點為糖尿病心臟損傷與線粒體功能失調(diào)和ROS的產(chǎn)生有關(guān)，維持線粒體的功能對糖尿病性心臟病患者的心臟收縮功能是必要的，糖尿病性心臟病的線粒體自噬可能受多種路徑調(diào)節(jié)，一種調(diào)控路徑受到抑制，另一種途徑表達升高，促進線粒體自噬，對心肌細胞起到保護作用，但這種調(diào)控機制目前還不清楚[31]。

4 總結(jié)與展望

線粒體自噬在許多心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中起到了重要作用。但目前對線粒體自噬信號通路及調(diào)節(jié)機制的了解處于初步階段，還需進一步研究。隨著更深入的研究，將會對心血管疾病治療提供新的靶點。