線粒體自噬在血管性認(rèn)知障礙中的研究進(jìn)展☆

劉山 解麗 張強(qiáng) 董艷紅※

血管性認(rèn)知障礙 （vascular cognitive impairment,VCI）指由腦血管病的危險(xiǎn)因素（高血壓病、糖尿病、高脂血癥和高同型半胱氨酸血癥等）、顯性腦血管病（腦梗死和腦出血等）及非顯性腦血管?。ò踪|(zhì)疏松和彌漫性腦缺血等）引起的一組從輕度認(rèn)知損害到癡呆的綜合征。線粒體是缺血后神經(jīng)細(xì)胞死亡的關(guān)鍵靶區(qū),機(jī)體可通過自噬控制線粒體數(shù)量,其功能紊亂是慢性腦低灌注 （chronic cerebral hypoperfusion,CCH）、腦缺血再灌注損傷 （cerebral ischemia reperfusion injury,CIR）所致VCI的主要機(jī)制。通過闡述線粒體自噬機(jī)制及其在CCH、CIR所致VCI中的作用，有利于尋找藥物作用靶點(diǎn)，早期干預(yù)VCI的發(fā)生發(fā)展，提升患者生存質(zhì)量。

1 線粒體自噬

線粒體自噬指損傷線粒體利用自噬機(jī)制選擇性清除受損的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器,控制線粒體質(zhì)量與數(shù)量，在營養(yǎng)不良或外界刺激時(shí)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[1]。線粒體自噬可以通過相關(guān)分子通路介導(dǎo)和影響線粒體動(dòng)力學(xué)平衡發(fā)生。

1.1 線粒體自噬相關(guān)分子通路

1.1.1 PINK1/Parkin分子通路同源性磷酸酶張力蛋白誘導(dǎo)激酶 1（phosphataseandtensinhomologinducedputativekinase1,PINK1）是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。各種原因使得線粒體功能紊亂時(shí)，線粒體膜電位降低，膜上的PINK1聚集，將Parkin蛋白從細(xì)胞質(zhì)募集到線粒體，其具有E3泛素連接酶活性，將標(biāo)記的泛素化底物通過微管相關(guān)蛋白1輕鏈LC3相互作用區(qū)域在自噬體上募集LC3，最終導(dǎo)致線粒體與自噬體結(jié)合發(fā)生自噬性降解[2]。

1.1.2 HIF-1α/BNIP3/Beclin1信號(hào)通路 低氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor-1,HIF-1）是由 HIF-1a亞基和HIF-1b亞基組成的異二聚體，而HIF-1a在調(diào)節(jié)氧穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。BNIP3是Bcl-2蛋白家族成員,主要表達(dá)于線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。Beclin1是磷脂酰肌醇3，是細(xì)胞自噬過程中最重要的正性調(diào)節(jié)因子。缺血缺氧時(shí)，HIF-1α表達(dá)上調(diào)，BNIP3蛋白表達(dá)上調(diào)，BNIP3和 Beclin1競爭 Bcl-2結(jié)合位點(diǎn)，釋放Beclin1，參與線粒體自噬的激活，降解受損的線粒體，對(duì)抗各種凋亡因子[3]。

1.1.3 PI3K-Akt-mTOR通路 PI3K,即磷酸肌醇激酶3；Akt，即蛋白激酶 B；mTOR，哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian Target Of Rapamycin）,是雷帕霉素的作用靶點(diǎn)。LV等[4]的研究表明，缺血/低氧條件下，線粒體能量代謝障礙，在某種程度上通過阻斷PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路，增強(qiáng)線粒體自噬，清除受損的線粒體，保護(hù)線粒體的正常生理功能。

1.2 線粒體動(dòng)力學(xué)變化 線粒體通過線粒體融合、分裂蛋白精確調(diào)控，在融合和分裂形態(tài)中不斷變換維持平衡。線粒體融合蛋白主要有視神經(jīng)萎縮蛋白1(Opa1)、線粒體融合蛋白Mfn1和Mfn2。Opa1或Mfn1/2缺乏的細(xì)胞可導(dǎo)致線粒體碎片聚集及線粒體自噬[5-6]。Drp1(DLP1，Dymple)主要調(diào)控線粒體分裂，其具有GTP酶活性。Drp1的下調(diào)及敲除可抑制線粒體自噬而導(dǎo)致功能紊亂的線粒體聚集[7]。如果線粒體裂變和融合失衡，則會(huì)引發(fā)線粒體膜電位改變，進(jìn)而激活線粒體自噬，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

2 線粒體自噬與血管性認(rèn)知障礙

在所有認(rèn)知障礙性疾病中，VCI是目前唯一一個(gè)可干預(yù)的認(rèn)知障礙性疾病。干預(yù)VCI的早期階段，延緩疾病的發(fā)生發(fā)展，對(duì)于提升患者及其家庭的生活質(zhì)量至關(guān)重要。從臨床研究來講，CCH、CIR都是與腦血管病有關(guān)的病因，二者均可導(dǎo)致VCI。CCH指長期腦血流降低導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)性腦缺血。既往研究表明，CCH可通過誘導(dǎo)血管損傷，血腦屏障系統(tǒng)功能失調(diào)，神經(jīng)遞質(zhì)紊亂等因素最終導(dǎo)致認(rèn)知障礙[8]。CIR損傷是指腦缺血一定時(shí)間恢復(fù)血液供應(yīng)后，其功能不但未能恢復(fù)，反而出現(xiàn)了更加嚴(yán)重的腦機(jī)能障礙。已有國內(nèi)外研究表明CIR損傷可能通過能量代謝障礙、突觸損傷、炎癥反應(yīng)等引起認(rèn)知障礙[9]。從基礎(chǔ)研究層面來講，目前VCI動(dòng)物模型采用兩種方法較多：①永久結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈的CCH模型；②反復(fù)結(jié)扎再灌注雙側(cè)頸總動(dòng)脈的CIR模型。在分子機(jī)制上，VCI發(fā)病涉及自噬、氧化應(yīng)激、炎癥、凋亡等多種途徑，近年來線粒體自噬在VCI中作用成為國內(nèi)外研究重點(diǎn)。因此我們通過探討線粒體自噬在CHH、CIR所致VCI中的病理生理機(jī)制，并在相關(guān)作用靶點(diǎn)及時(shí)干預(yù)治療，將有助于我們深入了解VCI的發(fā)病機(jī)制及治療方法。

2.1 線粒體自噬與慢性腦低灌注導(dǎo)致的血管性認(rèn)知障礙 CCH是一種常見的臨床病理現(xiàn)象，見于多種腦血管疾病的病理過程中。CCH有多種危險(xiǎn)因素如高血壓病、糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化和吸煙等，是VCI的高危發(fā)病因素之一。線粒體自噬在CCH所致VCI的發(fā)生和發(fā)展過程中起著重要的作用，闡述兩者之間作用機(jī)制及干預(yù)治療，有助于加深對(duì)VCI的發(fā)病機(jī)制、治療研究。

2.1.1 作用機(jī)制 CCH狀態(tài)下，適度激活的線粒體自噬可以保護(hù)神經(jīng)元減緩損傷，抑制或低效的線粒體自噬則會(huì)加重?fù)p傷。一項(xiàng)自噬在CCH所致VCI發(fā)病機(jī)制的研究闡明，自噬降解受損和低效率的BNIP3介導(dǎo)的細(xì)胞吞噬作用可能構(gòu)成了慢性缺氧期間神經(jīng)元損傷的機(jī)制[10]。線粒體自噬是一把雙刃劍，過度激活的自噬也會(huì)加重慢性腦缺血神經(jīng)元損傷，加重認(rèn)知障礙。VENKAT等[11]研究了磷酸二酯酶5型抑制劑西地那非對(duì)多微梗死的CCH致VCI模型的治療效果，顯示西地那非顯著降低Beclin1表達(dá)，降低自噬活性有助于大鼠的認(rèn)知改善，反之提高自噬活性，大鼠認(rèn)知障礙加重。此外，線粒體動(dòng)力學(xué)也影響線粒體自噬程度，參與CCH致VCI發(fā)病進(jìn)程。既往海馬神經(jīng)元研究中，通過抑制線粒體裂變蛋白Drp1減少線粒體裂變并促進(jìn)線粒體伸長，顯著增強(qiáng)線粒體質(zhì)量和功能，保護(hù)神經(jīng)元免受CCH的刺激，減輕其導(dǎo)致的認(rèn)知障礙[12]。

2.1.2 相關(guān)靶點(diǎn)治療 針對(duì)線粒體自噬在CCH致VCI作用靶點(diǎn)，在激活線粒體自噬和抑制過度自噬方面，國內(nèi)外學(xué)者做了很多靶向性治療研究。例如，腦缺血預(yù)處理可活化線粒體自噬相關(guān)蛋白，發(fā)揮對(duì)腦缺血組織神經(jīng)元的保護(hù)作用[13]。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇通過抑制AKT/mTOR信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá)，激活自噬抑制神經(jīng)元凋亡，改善CCH致VCI大鼠模型的認(rèn)知功能[14]。與之相反的研究結(jié)果是，URB597(URB)通過抑制受損的自噬降解和beclin1/Bcl-2復(fù)合物的破壞，防止異常過度的線粒體自噬保護(hù)神經(jīng)元，因此URB597具有CCH所致VCI的治療潛力[15]。此外，有研究表明CCH可以誘導(dǎo)過度的自噬造成認(rèn)知障礙，而血管內(nèi)皮生長因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）具有抑制過度自噬的能力，改善由CCH誘導(dǎo)的突觸功能受損，從而能從某種程度上改善認(rèn)知障礙[16]。針對(duì)線粒體動(dòng)力學(xué)研究方向，有研究表明加蘭他敏通過干預(yù)CCH狀態(tài)的線粒體融合、裂變的平衡，大大減輕了導(dǎo)致認(rèn)知障礙的神經(jīng)病理過程[17]。

2.2 線粒體自噬與腦缺血再灌注損傷導(dǎo)致的血管性認(rèn)知障礙 腦缺血再灌注損傷是一種復(fù)雜的病理生理過程，線粒體功能紊亂、炎性損傷及細(xì)胞損傷等多種機(jī)制均在腦缺血再灌注損傷所致VCI中起重要作用，目前越來越多的證據(jù)表明線粒體自噬參與了CIR的級(jí)聯(lián)性損害。線粒體自噬作為一種清除受損線粒體的途徑,在腦缺血再灌注所致VCI中起重要作用,但目前尚有爭議，CIR致VCI動(dòng)物模型已經(jīng)證實(shí)調(diào)節(jié)腦內(nèi)自噬過程可以改善其神經(jīng)功能損害，因此國內(nèi)外研究人員針對(duì)線粒體自噬與CIR致VCI兩者關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)靶向性治療研究。

2.2.1 作用機(jī)制 在CIR致VCI過程中，激活線粒體自噬可以保護(hù)神經(jīng)元減輕腦缺血損傷，但是線粒體自噬也可能產(chǎn)生不同的作用。例如，采用大腦中動(dòng)脈閉塞法（MCAO）和氧葡萄糖剝奪/復(fù)氧法（OGD/R）分別模擬大鼠和HT22細(xì)胞的腦I/R損傷時(shí)，黃芪甲苷IV均促進(jìn)線粒體自噬，減少細(xì)胞凋亡而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[18]。然而在CIR大鼠模型中，小許明湯通過下調(diào)LC3，Beclin1，線粒體p62的表達(dá)水平，抑制線粒體自噬反而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用改善大鼠認(rèn)知功能[19]。此外，線粒體分裂也是CIR致VCI機(jī)制之一，CHEN等[20]探討阿魏酸對(duì)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)OGD影響時(shí)，通過透射電子顯微鏡觀察到線粒體自噬，并發(fā)現(xiàn)阿魏酸誘導(dǎo)自噬的機(jī)制與線粒體分裂有關(guān)，其通過線粒體依賴性自噬減輕OGD誘導(dǎo)的線粒體氧化損傷。

2.2.2 相關(guān)靶點(diǎn)治療 線粒體損傷及功能紊亂是造成CIR致VCI的重要原因。線粒體自噬抑制劑可加重CIR導(dǎo)致的VCI,而自噬激活劑可以減輕CIR致VCI，起到細(xì)胞保護(hù)作用。有研究通過再灌注早期給予短暫溫和的酸處理，激活Parkin依賴的線粒體自噬減輕CIR損傷，而敲除Parkin可以取消酸后處理帶來的神經(jīng)保護(hù)作用[21]。適當(dāng)應(yīng)用自噬激活劑可以保護(hù)受損神經(jīng)元，然而過度激活線粒體自噬也可能導(dǎo)致?lián)p傷，應(yīng)用藥物靶向抑制過度自噬同樣重要。NING等[22]研究黃芩苷對(duì)CIR損傷亞急性期的治療作用時(shí)發(fā)現(xiàn)黃芩苷能促進(jìn)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路磷酸化，抑制自噬從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。從細(xì)胞層面上，羥基紅花黃色素也通過抑制過度自噬來保護(hù)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞免受OGD/R損傷，這種抑制可能也與抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路的激活有關(guān)[23]。線粒體動(dòng)力學(xué)也可以調(diào)節(jié)線粒體自噬，XU等[24]實(shí)驗(yàn)證明Esculetin可通過調(diào)節(jié)線粒體片段化和線粒體自噬作用改善小鼠CIR所致VCI。

很多研究顯示,可以將線粒體自噬作為靶點(diǎn)來攻克多種神經(jīng)疾病,但我們對(duì)線粒體自噬的認(rèn)識(shí)仍然有限，適度的線粒體自噬可以起保護(hù)作用，而過度的線粒體自噬會(huì)加重神經(jīng)元損傷甚至死亡。應(yīng)用干預(yù)措施調(diào)控線粒體自噬程度將成為VCI治療研究方向。未來應(yīng)更深入研究線粒體自噬在VCI的機(jī)制及其他信號(hào)通路,從而為靶向治療VCI提供新思路。