NIX介導(dǎo)的線粒體自噬研究進(jìn)展*

靳曉慧，盧帥菲，白明，沈繼朵，栗俞程△，許二平

（1河南省仲景方藥現(xiàn)代研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥科學(xué)院，河南 鄭州 450046；2河南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，河南 鄭州 450046）

自噬是指細(xì)胞在缺氧、饑餓等不利條件下，利用溶酶體降解細(xì)胞器和大分子蛋白等物質(zhì)，以利于細(xì)胞存活的過(guò)程。根據(jù)對(duì)降解底物的選擇性，自噬可分為選擇性自噬和非選擇性自噬。線粒體自噬（mitophagy）是一種典型的選擇性自噬，最早于2005年提出［1］。線粒體自噬是指細(xì)胞在受到高水平活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）等危害下，線粒體發(fā)生去極化即線粒體膜電位下降，線粒體內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子及其他離子濃度的不對(duì)稱(chēng)分布而形成線粒體膜電位，當(dāng)H+跨膜梯度形成發(fā)生障礙時(shí)，導(dǎo)致外正、內(nèi)負(fù)的線粒體膜電位下降，線粒體從而受到損傷，受損的線粒體被特異性的包裹進(jìn)自噬體中，并與溶酶體融合后完成降解的過(guò)程。線粒體自噬是細(xì)胞清除受損線粒體，對(duì)線粒體進(jìn)行質(zhì)量控制的關(guān)鍵。線粒體自噬異常可導(dǎo)致線粒體功能障礙，與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)［2］。

線粒體自噬主要包括泛素依賴型和受體依賴型兩種途徑［1］。PTEN誘導(dǎo)激酶1（PTEN-induced kinase 1，PINK1）-parkin是一條經(jīng)典的泛素依賴型途徑，因在帕金森病（Parkinson disease，PD）和腦損傷等疾病中發(fā)揮重要作用而受到廣泛研究［3-5］，該途徑是由PINK1通過(guò)泛素化P62蛋白進(jìn)而招募自噬體，最終促使線粒體被包裹在自噬體內(nèi)并通過(guò)溶酶體降解。線粒體自噬受體蛋白主要包括Nip3樣蛋白X（Nip3-like protein X，NIX）、含F(xiàn)UN14結(jié)構(gòu)域蛋白1（FUN14 domain-containing protein 1，F(xiàn)UNDC1）和Bcl-2樣蛋白13（Bcl-2-like protein 13，BCL2L13）等，這些受體蛋白位于線粒體外膜（outer mitochondrial membrane，OMM）上，因含有微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）相互作用區(qū)（LC3-interacting region，LIR），可直接與自噬體膜上的LC3結(jié)合，誘導(dǎo)自噬體包裹線粒體形成線粒體自噬體并通過(guò)溶酶體降解［2］。研究表明，受體途徑對(duì)于維持基礎(chǔ)水平的線粒體自噬更為重要，并可在PINK1-parkin途徑缺陷時(shí)發(fā)揮代償作用［6］。受體蛋白的失調(diào)會(huì)影響線粒體自噬水平，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生［2］。

BCL2/腺病毒E1B 19 kD相互作用蛋白3樣蛋白（BCL2/adenovirus E1B 19 kD interacting protein 3-like protein，BNIP3L）是一種特殊的線粒體自噬蛋白，又稱(chēng)為NIX，最早被發(fā)現(xiàn)于1998年［7］。近年來(lái)，NIX在線粒體自噬中的重要作用日益受到重視，相關(guān)研究進(jìn)展層出不窮。本文對(duì)近年來(lái)NIX介導(dǎo)的線粒體自噬的機(jī)制及其在疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 NIX介導(dǎo)的線粒體自噬機(jī)制

NIX是一種單通道線粒體外膜蛋白，含有凋亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域BH3（Bcl-2 homology 3）、跨膜結(jié)構(gòu)域和LIR［8］，與BNIP3具有56%的同源性［7］。NIX氨基端的BH3結(jié)構(gòu)域，可與Bcl-2和Bcl-xL相互作用，增加線粒體外膜的通透性，促使細(xì)胞色素C釋放進(jìn)入胞漿，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；另外，BH3結(jié)構(gòu)域與Bcl-2的結(jié)合導(dǎo)致Bcl-2/Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2-associated X protein，Bax）復(fù)合體解離，促進(jìn)凋亡蛋白Bax的釋放，進(jìn)而誘導(dǎo)凋亡的過(guò)程［9］。因此，人們長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)NIX的認(rèn)識(shí)僅停留在BH3結(jié)構(gòu)域的促凋亡作用上。2007年，Schweers等［10］發(fā)現(xiàn)NIX在終末網(wǎng)織紅細(xì)胞分化過(guò)程中的程序性線粒體清除是必不可少的。至此，人們逐漸關(guān)注到NIX在線粒體自噬中的重要作用。NIX可以通過(guò)多種方式參與調(diào)節(jié)線粒體自噬過(guò)程（圖1）：（1）通過(guò)其氨基端的LIR與自噬體膜的LC3蛋白結(jié)合形成線粒體自噬體，參與線粒體自噬的過(guò)程［11］。NIX氨基端的LIR中第34/35位絲氨酸的磷酸化可以增強(qiáng)其與LC3蛋白的結(jié)合，并增加自噬體靶向線粒體的募集，從而提高線粒體自噬水平［12］。NIX還可以二聚體的形式存在，并且二聚體與LC3蛋白結(jié)合比單體形式更加牢固，更易于招募自噬體；NIX跨膜結(jié)構(gòu)域第204位的丙氨酸和第208位的纈氨酸均被替換成甘氨酸，可抑制二聚體形成，減弱NIX與LC3的結(jié)合能力，降低線粒體自噬水平［8］。（2）通過(guò)BH3結(jié)構(gòu)域與Bcl-2結(jié)合，導(dǎo)致Bcl-2/beclin-1復(fù)合體的解離，從而釋放beclin-1，誘導(dǎo)自噬的啟動(dòng)過(guò)程［9］。（3）NIX和parkin通過(guò)相互作用促進(jìn)線粒體自噬，即NIX通過(guò)控制parkin易位至線粒體上，從而促進(jìn)線粒體自噬的啟動(dòng)［13］。另外，NIX也是parkin的底物，NIX被parkin泛素化后特異性被LC3識(shí)別，從而促進(jìn)NIX介導(dǎo)的線粒體自噬［14］。

2 NIX介導(dǎo)的線粒體自噬在疾病中的研究進(jìn)展

2.1 腫瘤盡管線粒體自噬在腫瘤中的作用仍不完全清楚，但已有證據(jù)表明線粒體自噬異常與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［2］。NIX作為調(diào)控線粒體自噬的重要蛋白之一，其介導(dǎo)的線粒體自噬在不同腫瘤細(xì)胞的發(fā)展過(guò)程中均發(fā)揮了重要作用。在有些腫瘤細(xì)胞中，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬有助于腫瘤細(xì)胞的存活。研究發(fā)現(xiàn)，在人類(lèi)胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞系Suit2和FA6中，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬水平顯著升高；敲除NIX可延緩胰腺導(dǎo)管腺癌的進(jìn)展并提高小鼠的存活率［15］。當(dāng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤處于缺氧環(huán)境中，通過(guò)上調(diào)NIX介導(dǎo)的線粒體自噬可減輕缺氧誘導(dǎo)的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞損傷，并促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞存活；NIX敲減可抑制缺氧條件下膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的生長(zhǎng)［16］。米托蒽醌通過(guò)上調(diào)NIX介導(dǎo)的線粒體自噬，抑制肺癌A549細(xì)胞的凋亡［17］。

除了促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活外，也有報(bào)道表明NIX介導(dǎo)的線粒體自噬有助于加速腫瘤細(xì)胞的死亡。在A375人惡性黑色素瘤細(xì)胞中，神經(jīng)生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)基因B可與NIX相互作用，并通過(guò)線粒體外膜易位酶40、70蛋白通道進(jìn)入線粒體內(nèi)膜，進(jìn)一步通過(guò)通透性轉(zhuǎn)換孔復(fù)合物（腺嘌呤核苷酸移位酶1-線粒體電壓依賴性陰離子通道）降低線粒體膜電位，從而提高線粒體自噬水平，導(dǎo)致黑色素瘤細(xì)胞自噬性死亡［18］。丹參酮Ⅰ通過(guò)提高NIX介導(dǎo)的線粒體自噬水平和代謝重編程，從而抑制宮頸癌增殖、遷移和侵襲能力［19］?？傊?，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬在腫瘤細(xì)胞的存活和凋亡中發(fā)揮著雙重作用，在某些腫瘤細(xì)胞中可能促進(jìn)存活，而在另一些腫瘤細(xì)胞中則促進(jìn)凋亡，這可能與不同類(lèi)型的癌癥和腫瘤進(jìn)展的不同階段，以及線粒體自噬的程度不同有關(guān)。

2.2 中樞神經(jīng)退行性疾病神經(jīng)退行性疾病通常都伴隨著線粒體功能障礙，線粒體自噬異?？赡茉诎柎暮Ｄ?、PD、肌萎縮側(cè)索硬化?。╝myotrophic lateral sclerosis，ALS）和亨廷頓病等中樞神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制中起了重要作用［2］。長(zhǎng)期以來(lái)，與中樞神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的線粒體自噬研究多集中于PINK1-parkin通路。PINK1和parkin突變導(dǎo)致功能失調(diào)的線粒體累積，進(jìn)一步導(dǎo)致神經(jīng)元的凋亡和中樞神經(jīng)退行性病變。但有研究發(fā)現(xiàn)，敲除parkin的小鼠未能重現(xiàn)PD模型，這表明可能存在其他線粒體自噬的補(bǔ)償機(jī)制［20］。在最近的一項(xiàng)研究中，一名無(wú)癥狀的純合parkin突變攜帶者，盡管parkin功能喪失，但她在80歲之前尚未發(fā)展為PD，而她的復(fù)合雜合子女兒則出現(xiàn)典型的早發(fā)性PD（簡(jiǎn)稱(chēng)parkin MT1），通過(guò)上調(diào)NIX恢復(fù)了parkin MT1的纖維母細(xì)胞的線粒體自噬，并改善纖維母細(xì)胞的線粒體功能，這表明NIX可以成為PD的潛在治療靶點(diǎn)［21］。另外，NIX蛋白在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）誘導(dǎo)的PD模型中表達(dá)顯著降低，通過(guò)靈芝提取物處理后可提高NIX蛋白表達(dá)并減輕MPTP誘導(dǎo)的多巴胺神經(jīng)元死亡［22］。在ALS的患者腦脊液中發(fā)現(xiàn)NIX蛋白表達(dá)上調(diào)［23］。盡管NIX與中樞神經(jīng)退行性疾病的相關(guān)性還需進(jìn)一步研究證實(shí)，但大量研究表明NIX在受損的線粒體自噬中發(fā)揮了補(bǔ)償作用，提高NIX介導(dǎo)的線粒體自噬水平可能為治療中樞神經(jīng)退行性疾病提供了一種新的治療策略。

Figure 1.The mechanism of Nip3-like protein X（NIX）-mediated mitophagy.（1）The amino-terminal LC3-interacting region（LIR）of NIX binds to LC3 to mediate mitophagy.（2）The Bcl-2 homology 3（BH3）domain of NIX competes with beclin-1 to bind Bcl-2，releases beclin-1，and induces the initiation process of autophagy.（3）NIX and parkin mediate mitophagy through interaction.圖1 NIX介導(dǎo)的線粒體自噬機(jī)制

2.3 腦血管疾病 腦缺血引起大量的線粒體損傷，線粒體損傷已被證明是缺血性神經(jīng)元中引起神經(jīng)元死亡的重要原因之一［24］。線粒體自噬是清除這些受損線粒體的重要途徑，從而保護(hù)神經(jīng)元存活，減輕腦損傷。NIX與急性腦損傷性疾病相關(guān)，包括腦缺血、腦出血和創(chuàng)傷性腦損傷等［24-26］。研究表明，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬可保護(hù)缺血性腦損傷，且獨(dú)立于PINK1-parkin途徑［27］。在永久性大腦中動(dòng)脈閉塞小鼠模型中，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬被抑制，通過(guò)上調(diào)NIX表達(dá)可提高線粒體自噬水平并減輕腦缺血的損傷［25］。敲除NIX可阻斷缺血再灌注誘導(dǎo)的神經(jīng)元線粒體自噬，從而加劇了缺血性腦損傷［28］。在大鼠腦出血模型中，NIX蛋白表達(dá)水平顯著升高，頭針治療后進(jìn)一步上調(diào)NIX表達(dá)可提高線粒體自噬水平并減輕腦出血的損傷，通過(guò)3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）處理后NIX蛋白表達(dá)水平下降，導(dǎo)致受損的線粒體積累并加重了腦出血及細(xì)胞凋亡［24］。在大鼠創(chuàng)傷性腦損傷模型中，NIX蛋白表達(dá)顯著下降，過(guò)表達(dá)NIX后可提高自噬水平，降低神經(jīng)元凋亡和腦組織含水量，從而改善了創(chuàng)傷性腦損傷［26］。這些結(jié)果表明上調(diào)NIX介導(dǎo)的線粒體自噬水平對(duì)于保護(hù)急性腦損傷疾病具有重要作用。

2.4 心血管疾病線粒體作為心肌細(xì)胞中含量最豐富的細(xì)胞器，約占心肌細(xì)胞體積的30%～40%，心血管疾病的發(fā)生發(fā)展與線粒體功能障礙密切相關(guān)，研究表明，線粒體自噬異常與衰老、主動(dòng)脈瓣狹窄和心肌梗塞引起的心臟功能障礙有關(guān)［2］。適度的線粒體自噬有助于清除細(xì)胞內(nèi)受損或功能障礙的線粒體，然而NIX過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致線粒體過(guò)量清除，影響細(xì)胞能量供應(yīng)，反而加重心肌細(xì)胞負(fù)擔(dān)，造成或加重心肌缺血再灌注損傷［29］。在H9c2細(xì)胞缺氧/復(fù)氧損傷模型中，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬水平升高，丹酚酸預(yù)處理可降低NIX介導(dǎo)的線粒體自噬水平，從而對(duì)缺氧再灌注的H9c2細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用［30］。此外，心肌缺血再灌注損傷時(shí)產(chǎn)生的ROS可促進(jìn)beclin-1表達(dá)，其與NIX競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Bcl-2/Bcl-xL，從而抑制NIX介導(dǎo)的線粒體自噬，導(dǎo)致受損或功能障礙的線粒體堆積，促進(jìn)細(xì)胞凋亡［31］。

2.5 自身免疫性疾病病毒通過(guò)不同的方式控制線粒體自噬的過(guò)程，這種能力使病毒能夠持續(xù)感染并減弱先天性免疫反應(yīng)。最新的一項(xiàng)研究表明，在HeLa細(xì)胞中轉(zhuǎn)染開(kāi)放閱讀框10（open reading frame 10，ORF10）-HA質(zhì)粒，ORF10通過(guò)與NIX結(jié)合誘導(dǎo)線粒體自噬，從而降解線粒體抗病毒信號(hào)蛋白（mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS），進(jìn)一步阻斷MAVS介導(dǎo)的抗病毒信號(hào)傳導(dǎo)并促進(jìn)病毒復(fù)制；NIX敲減阻止了線粒體自噬、MAVS降解和病毒的復(fù)制［32］。這一重大發(fā)現(xiàn)為研究嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）抵抗抗病毒先天性免疫的分子機(jī)制提供了新方向。在人類(lèi)皰疹病毒8型感染的BCBL-1細(xì)胞中，NIX蛋白表達(dá)水平顯著升高，病毒干擾素調(diào)節(jié)因子1的氨基末端通過(guò)與NIX結(jié)合誘導(dǎo)線粒體自噬，從而保護(hù)細(xì)胞免于凋亡以促進(jìn)人類(lèi)皰疹病毒8型的生產(chǎn)復(fù)制［33］。

2.6 內(nèi)分泌與代謝性疾病肥胖介導(dǎo)的氧化應(yīng)激可導(dǎo)致線粒體功能障礙，與代謝綜合征和2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）密切相關(guān)。臨床研究表明，與代謝健康非肥胖受試者比，NIX在代謝健康肥胖者保持不變，但在代謝異常糖尿病肥胖受試者中顯著下降［34］。此外，在新診斷的T2DM和長(zhǎng)期T2DM受試者中，NIX蛋白表達(dá)均顯著下降［35］。二甲雙胍通過(guò)提高NIX介導(dǎo)的線粒體自噬水平，從而改善線粒體結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙，防止T2DM患者的高血糖進(jìn)一步惡化［36］。

2.7 其他疾病此外，在香煙煙霧誘導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞損傷模型中，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬促進(jìn)了氣道上皮細(xì)胞和線粒體損傷，表明NIX介導(dǎo)的線粒體自噬可能參與了慢性阻塞性肺病和其他與香煙相關(guān)的肺部疾病的病理過(guò)程［37］。近期有研究表明，NIX與LC3相互作用以激活脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）中過(guò)度線粒體自噬，過(guò)度的線粒體自噬可導(dǎo)致SCI神經(jīng)元死亡；通過(guò)下調(diào)NIX可恢復(fù)缺氧條件下脊髓神經(jīng)元線粒體的功能［38］。在過(guò)氧化氫誘導(dǎo)HEIOC1細(xì)胞聽(tīng)力老化的過(guò)程中，NIX蛋白表達(dá)水平顯著降低，導(dǎo)致受損或功能障礙的線粒體堆積；而過(guò)表達(dá)NIX后可提高線粒體自噬水平，改善線粒體結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙。總之NIX可能在維持耳蝸細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的線粒體降解中發(fā)揮了重要作用［39］。另外，在白蛋白超載誘導(dǎo)小鼠蛋白尿模型中，上調(diào)NIX介導(dǎo)的線粒體自噬可減輕蛋白尿引起的腎損傷［40］。

3 總結(jié)及展望

綜上所述，NIX是線粒體自噬關(guān)鍵受體蛋白，是近年來(lái)線粒體自噬領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文綜述了NIX介導(dǎo)的線粒體自噬機(jī)制的最新研究進(jìn)展，并總結(jié)了與之相關(guān)的疾病及靶向調(diào)節(jié)NIX的藥物（表1～3）。由于自噬是一個(gè)雙刃劍，自噬缺陷或自噬過(guò)度激活均可導(dǎo)致線粒體和細(xì)胞功能的異常。因此，NIX在腫瘤等多種疾病中常表現(xiàn)為雙重作用，即可促進(jìn)疾病的進(jìn)展過(guò)程，又可對(duì)疾病的發(fā)展起到一定的保護(hù)作用，這可能與不同的線粒體自噬水平程度以及疾病的不同類(lèi)型或階段有關(guān)。盡管與經(jīng)典的PINK1-parkin通路相比，NIX介導(dǎo)的線粒體自噬的相關(guān)研究還不夠充分，機(jī)制也不完全清楚，但其與多種疾病中的相關(guān)性已逐步受到重視。亟需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)NIX介導(dǎo)的線粒體自噬的研究，并以此為著眼點(diǎn)揭示疾病發(fā)生發(fā)展的新機(jī)制，為相關(guān)疾病的治療提供新思路。

表1 NIX在不同疾病中的表達(dá)情況Table 1.Expression of NIX in different diseases

表2 上調(diào)NIX的藥物Table 2.Drugs up-regulating NIX

表3 下調(diào)NIX的藥物Table 3.Drugs down-regulating NIX