血管平滑肌細(xì)胞自噬的激活與作用

王 琛，趙振奧，趙自剛

(1.河北北方學(xué)院研究生院，河北 張家口 075000；2.河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北 張家口 075000)

血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)是血管壁中間層的唯一細(xì)胞類型，細(xì)胞內(nèi)Ca2+與鈣調(diào)蛋白相互作用調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞收縮和松弛，進(jìn)一步調(diào)控血管張力和血流量，從而參與血壓調(diào)節(jié)、氧與營養(yǎng)運(yùn)輸。自噬泛指細(xì)胞內(nèi)需要降解的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等成分被運(yùn)輸?shù)饺苊阁w進(jìn)行降解的細(xì)胞分解過程，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞代謝的需要和細(xì)胞器的更新。有研究認(rèn)為，自噬是高度易誘導(dǎo)、精細(xì)調(diào)控的細(xì)胞生物過程，是細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的主要協(xié)調(diào)者，饑餓、各種病理或雷帕霉素等藥物刺激均可引起自噬，從而影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能[1-2]。研究表明，VSMCs自噬在許多血管疾病發(fā)生過程(包括再狹窄、動脈粥樣硬化和高血壓)中被激活，可加速衰老、促進(jìn)新生內(nèi)膜形成，進(jìn)而參與多種血管相關(guān)疾病的進(jìn)展，這對于VSMCs存活和可塑性非常重要。現(xiàn)綜述VSMCs的自噬激活過程及自噬對VSMCs存活的影響。

1 血管平滑肌細(xì)胞自噬的激活

根據(jù)底物運(yùn)送到小體或液泡的不同途徑，自噬的形成分為3種類型：分子伴侶介導(dǎo)的自噬、微自噬和巨自噬[3]。分子伴侶介導(dǎo)的自噬是通過溶酶體膜上的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)將胞內(nèi)底物轉(zhuǎn)位至溶酶體進(jìn)行降解的過程[4]；微自噬是通過溶酶體或液泡膜的直接內(nèi)陷、突起或隔膜作用，將胞漿內(nèi)的底物轉(zhuǎn)入溶酶體或液泡中進(jìn)行降解的過程；巨自噬的特征是形成一個(gè)細(xì)胞相關(guān)的雙膜小泡，包裹底物形成自噬體，與溶酶體融合后降解的過程[3]。在自噬的三種形式中，巨自噬是研究最廣泛、最具代表性的自噬過程，因此下述提及的自噬專指巨自噬。

1.1 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激與自噬激活有關(guān)，過氧化氫(H2O2)等活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)可以直接修飾自噬途徑的關(guān)鍵成分，如ATG4的半胱氨酸殘基，進(jìn)而將氧化還原調(diào)節(jié)與自噬激活結(jié)合起來[5]?，F(xiàn)已證明，ROS能夠直接促進(jìn)VSMCs自噬[6-7]，并且參與了尼古丁誘導(dǎo)VSMCs自噬[8]?？梢哉f，VSMCs自噬與ROS產(chǎn)生具有直接或間接的關(guān)系。然而，ROS增加并不一定總是伴隨VSMCs自噬增加。例如，干擾素治療能強(qiáng)烈提高動脈粥樣硬化病變區(qū)域平滑肌細(xì)胞中載脂蛋白L6(apolipoprotein6,ApoL6)表達(dá)，ApoL6的過度表達(dá)促進(jìn)ROS產(chǎn)生、凋亡增加、并抑制自噬[9]。顯然，這種情況下過量產(chǎn)生的ROS不能完全對抗ApoL6的作用，也不能誘導(dǎo)自噬。

氧化應(yīng)激的次級產(chǎn)物也參與了自噬的激活過程。當(dāng)含有多不飽和脂肪酸的脂質(zhì)與自由基發(fā)生過氧化作用時(shí)，形成氧化磷脂類物質(zhì)，如游離醛4-羥基壬烯醛(4-hydroxynonenal,4-HNE)、生物活性核心醛1-棕櫚酰-2-(5-氧戊酰)-sn-甘油-3-磷酰膽堿[1-palmitoyl-2-(5-oxovaleroyl)-sn-glycero-3-phosphocholine,POVPC]、強(qiáng)電子醛類丙烯醛等，它們均可以激活VSMCs自噬，且激活自噬的程度與其自身親電性有關(guān)。4-HNE的非親電子類似物—壬醛，不誘導(dǎo)自噬；輕度親電子類似物—壬烯醛，適度促進(jìn)LC3-II轉(zhuǎn)化；高親電子脂質(zhì)HNE和丙烯醛顯著增加自噬[10]。因此，脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的親電產(chǎn)物激活VSMCs自噬。此外，POVPC可以激活cAMP/R-Ras/PI3K自噬通路，引起VSMCs自噬[11]。這些氧化磷脂類物質(zhì)在糖尿病血管增殖反應(yīng)、血管炎及動脈粥樣硬化等病變血管組織積累，并與VSMCs增殖、表型轉(zhuǎn)換和細(xì)胞凋亡有關(guān)。

1.2 細(xì)胞因子和生長因子

VSMCs自噬受到許多細(xì)胞因子和生長因子調(diào)控，從而影響VSMCs的生物學(xué)行為，參與血管相關(guān)疾病的發(fā)生與進(jìn)展[12]。

腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)存在于動脈粥樣硬化斑塊分離的VSMCs中，在炎癥過程中由活化的巨噬細(xì)胞和VSMCs分泌，TNF-α可單獨(dú)或聯(lián)合其他細(xì)胞因子刺激VSMCs凋亡、誘導(dǎo)自噬、增加Beclin-1表達(dá)，這一作用與c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)活化和Akt抑制有關(guān)[13]。骨橋蛋白(osteopontin,OPN)作為一種新型細(xì)胞因子，可以有效激活VSMCs自噬。研究發(fā)現(xiàn)[14]，在腹主動脈瘤組織中，LC3和自噬相關(guān)基因Atg4b、Beclin1/Atg6、Bnip3和Vps34表達(dá)明顯上調(diào)，這些變化與OPN豐度顯著增加呈正相關(guān)。用OPN處理VSMCs，能顯著增加自噬小體的形成、自噬相關(guān)基因的表達(dá)以及細(xì)胞死亡；有趣的是，雖然OPN可激活p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)和JNK等多種激酶，但只有抑制p38 MAPK途徑才能有效抑制OPN誘導(dǎo)的自噬，說明OPN誘導(dǎo)的自噬僅需要激活p38 MAPK，而不需要激活VSMCs的ERK或JNK；整合素抑制劑或抗CD44抗體能阻斷OPN誘導(dǎo)的自噬。因此，OPN通過激活整合素/CD44和p38信號分子激活自噬，引起VSMCs死亡。

血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factors,PDGF)由血小板、內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌，可以刺激誘導(dǎo)VSMCs自噬，在使VSMCs免受高氧化應(yīng)激損傷的同時(shí)，刺激其增殖和遷移，被認(rèn)為是動脈粥樣硬化和血管再狹窄的主要參與者[15]。與HNE誘導(dǎo)的自噬一樣，PDGF誘導(dǎo)的自噬增強(qiáng)了親電性脂質(zhì)損傷蛋白的降解能力，這一過程與AMP依賴的蛋白激酶[adenosine 5′-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK]磷酸化增強(qiáng)或mTOR抑制無關(guān)[15]。盡管PDGF可以刺激OPN，但目前尚不清楚PDGF和OPN介導(dǎo)的自噬之間是否存在直接聯(lián)系；PDGF和OPN是否整合促進(jìn)生長因子介導(dǎo)的自噬也不清楚。此外，胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)通過Akt通路抑制VSMCs自噬而延長細(xì)胞存活時(shí)間[13]。

1.3 代謝應(yīng)激

饑餓和營養(yǎng)缺乏或過剩應(yīng)激是細(xì)胞自噬的激活因素[1]，但體內(nèi)代謝應(yīng)激影響VSMCs的作用機(jī)制尚不完全清楚。高脂飲食喂養(yǎng)小鼠8周，提高了肥胖小鼠血管組織Atg7和LC3-II表達(dá)，且電鏡顯示肥胖小鼠血管組織中自噬溶酶體樣空泡與正常小鼠相比增加了2倍；成骨細(xì)胞分泌的骨鈣素，除了調(diào)節(jié)糖脂代謝外，還可以逆轉(zhuǎn)高脂飲食誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞(vein endothelial cells,VECs)和VSMCs自噬；骨鈣素可以逆轉(zhuǎn)體外培養(yǎng)的VSMCs自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以及受損的胰島素信號傳導(dǎo)，抑制蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)或核因子κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)可廢除骨鈣素的有利作用，表明骨鈣素可能以NF-κB依賴方式通過Akt/mTOR信號通路逆轉(zhuǎn)異常自噬和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[16]。此外，胰島素可激活PI3K/Akt/mTOR通路，抑制自噬[17]，同樣具有抑制VSMCs自噬的作用[13]，然而，胰島素信號通路如何調(diào)控VSMCs自噬、功能和代謝仍有待進(jìn)一步研究確定。

1.4 缺氧

缺氧在引發(fā)諸多病理過程或疾病的同時(shí)，也促進(jìn)了肺VSMCs自噬。研究顯示，缺氧或低氧引起肺動脈高壓患者肺VSMCs的AMPK活化和磷酸化增強(qiáng)，抑制AMPK A1阻止了低氧誘導(dǎo)的自噬進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡；然而，激活A(yù)MPK A2可維持MCL-1表達(dá)并防止細(xì)胞凋亡，AMPK抑制劑復(fù)合物C逆轉(zhuǎn)了低氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓，提示AMPK激活在缺氧引起肺VSMCs自噬中發(fā)揮關(guān)鍵作用，AMPK A1和A2分別通過自噬或凋亡的不同機(jī)制對肺VSMCs存活具有不同的調(diào)節(jié)作用[18]。

1.5 血管緊張素II

血管緊張素II(angiotensin II，Ang II)激活VSMCs自噬、增強(qiáng)VSMCs收縮功能與高血壓的發(fā)生密切相關(guān)。不同劑量的Ang II作用大鼠VSMCs不同時(shí)間后，可劑量依賴、時(shí)間依賴性增加ROS生成量、增加LC3-II/LC3-I與Beclin-1表達(dá)、降低SQSTM1/p62表達(dá)，增加了自噬小體的形成；Ang II增加ROS產(chǎn)生的作用可分別被Ang II型1受體阻滯劑(Ang II type 1 receptor(AT1R)blockers，ARB)、NADPH氧化酶抑制劑、線粒體KATP通道抑制劑廢除；Ang II增加自噬的作用可分別被自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)或Bafilomycin A1、ARB(且呈劑量依賴性)、NADPH氧化酶抑制劑、線粒體KATP通道抑制劑以及siRNA Atg5廢除；這些結(jié)果表明，Ang II激活VSMCs自噬的作用是通過激活A(yù)T1R、NADPH氧化酶以及線粒體KATP通道實(shí)現(xiàn)的[19]。此外，ARB、RhoA/Rho激酶抑制劑也同樣發(fā)揮了對Ang II激活VSMCs自噬的抑制作用，說明Ang II的作用是AT1R/RhoA/Rho激酶依賴的[20]。

2 自噬對血管平滑肌細(xì)胞存活的影響

在不同條件下，自噬對VSMCs存活具有特殊的影響，發(fā)揮著有利于細(xì)胞存活、加速細(xì)胞死亡的雙重作用，進(jìn)而參與血管相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。

在一定條件下，自噬激活可引起VSMCs壞死和凋亡[21]。在動脈粥樣硬化病變中，TNF-α可調(diào)節(jié)斑塊內(nèi)VSMCs自噬，引起VSMCs凋亡[13]，該作用是主要通過JNK、PKB/Akt誘導(dǎo)的LC3 mRNA和Jun誘導(dǎo)的Beclin-1表達(dá)實(shí)現(xiàn)的[22]。相反，IGF-1可通過Akt抑制LC3 mRNA表達(dá)，抑制斑塊中VSMCs自噬以保護(hù)VSMCs避免死亡[13]。IGF-1還可抑制血清缺失對線粒體自噬的影響，有助于延長細(xì)胞壽命[23]。OPN誘導(dǎo)的VSMCs自噬可促進(jìn)VSMCs死亡[14]。AngⅡ誘導(dǎo)的VSMCs自噬在血管損傷中起著細(xì)胞毒性作用，不僅造成細(xì)胞凋亡，還可能誘導(dǎo)細(xì)胞鈣化或遷移[19]。這些結(jié)果表明，在一些特定的條件下，自噬激活對于VSMCs生存有不利的影響。然而到目前為止，自噬是通過何種機(jī)制促進(jìn)細(xì)胞凋亡、破壞仍有待闡明?？紤]到自噬可以通過不同的方案來降解未折疊蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器等成分，也可能發(fā)生在嚴(yán)重應(yīng)激所致的過度“自食”過程中，因此可以推測在某些嚴(yán)重的應(yīng)激條件下，VSMCs自噬會造成細(xì)胞發(fā)生過度的自我消化，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

與之相反，一些實(shí)驗(yàn)表明自噬對VSMCs具有一定的保護(hù)作用。在低氧[18]、4-NHE[24]、POVPC[10]和7-酮基膽固醇[25]等條件的誘導(dǎo)下，自噬通過降解未折疊蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器等成分，進(jìn)而保護(hù)VSMCs免受細(xì)胞死亡。超負(fù)荷的游離膽固醇激活VSMCs自噬，同樣通過降解線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等功能失調(diào)的細(xì)胞器而形成的一種防止VSMCs死亡的細(xì)胞防御機(jī)制；3-MA抑制線粒體去極化導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和壞死，而RAPA通過減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激從而抑制膽固醇作用后的細(xì)胞死亡[26]。在上述應(yīng)激條件下，自噬通常作為一種內(nèi)務(wù)管理作用——作為VSMCs的一種生存機(jī)制被激活，防止細(xì)胞死亡。

此外，自噬對不同類型細(xì)胞的作用不同，因此自噬也可能參與了各種血管疾病中血管細(xì)胞之間的相互作用。在早期動脈粥樣硬化斑塊中，VSMCs、VECs和巨噬細(xì)胞的自噬激活，有利于應(yīng)對輕至中等強(qiáng)度的應(yīng)激；但過度氧化應(yīng)激引起的自噬無法充分降解受損的線粒體，導(dǎo)致細(xì)胞色素c從線粒體中漏出，從而激活細(xì)胞內(nèi)固有的凋亡通路?？梢姡m當(dāng)自噬可以抑制動脈粥樣硬化斑塊的進(jìn)展并增加動脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性，過度自噬可能引起自噬樣VSMCs死亡，進(jìn)一步引起斑塊的不穩(wěn)定性。

盡管自噬在不同疾病中的作用并不一致，但自噬在疾病的不同階段發(fā)揮不同的作用。生理?xiàng)l件下或某些血管疾病的早期，自噬起著內(nèi)務(wù)管理作用，保護(hù)VSMCs的結(jié)構(gòu)完整，維持功能；然而當(dāng)自噬超過一定閾值時(shí)，通過一種不受抑制的自噬參與應(yīng)激反應(yīng)，搭建了另一種細(xì)胞死亡途徑，最終導(dǎo)致整個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的崩潰，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

3 小結(jié)與展望

自噬是真核細(xì)胞對外界環(huán)境刺激做出反應(yīng)、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的一種自我保護(hù)機(jī)制。氧化應(yīng)激、代謝應(yīng)激、缺氧、細(xì)胞因子與血管活性物質(zhì)均可激活VSMCs自噬，引起VSMCs病理性重構(gòu)；適度自噬可保護(hù)細(xì)胞免受惡劣應(yīng)激的影響，過度自噬最終會導(dǎo)致細(xì)胞“自食性”死亡；二者共同參與了血管相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。目前，對于VSMCs與自噬的研究集中在細(xì)胞與動物實(shí)驗(yàn)，也闡明了一些信號通路或分子在VSMCs自噬及其表型轉(zhuǎn)換中的機(jī)制，但如何將相關(guān)的研究轉(zhuǎn)化應(yīng)用于血管相關(guān)疾病的臨床防治還有很多的工作要做；同時(shí)，對于界定VSMCs適度自噬與過度自噬尚無確切的標(biāo)準(zhǔn)，如何明確疾病發(fā)生發(fā)展過程中的適度自噬與過度自噬，進(jìn)而尋找以調(diào)控自噬靶向的治療措施，還需要不斷深入研究。