自噬在心血管常見疾病中的作用研究進展

羅學(xué)秀 綜述，陳紹雄 審校

(福建醫(yī)科大學(xué)附屬福清市醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，福建 福州 350300)

“自噬”一詞是Christian De Duve首次在大鼠肝臟細胞中觀察到自噬空泡的形成而命名[1]。隨著時間的推移，自噬在哺乳動物和疾病狀態(tài)中的研究得到迅速發(fā)展。自噬主要以3種不同的形式存在，包括巨自噬、微自噬及分子伴侶介導(dǎo)的自噬[2]。巨自噬是細胞自噬最主要的形式，也是目前研究最深入、最集中的類型。在本文中討論的自噬泛指巨自噬。自噬與許多生理過程密切相關(guān)，也在眾多疾病狀態(tài)中扮演著重要角色。近年來，逐漸增加的證據(jù)表明，自噬在心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生與發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。因此，現(xiàn)將細胞自噬在心血管系統(tǒng)常見疾病中的作用綜述如下。

1 自噬概述

1.1自噬的概念 自噬是一種進化上高度保守的降解機制，可以隔離受損的、多余的或老化的細胞質(zhì)組分，包括細胞器、蛋白質(zhì)聚集體、大分子復(fù)合物及異物等，并將其轉(zhuǎn)運至溶酶體降解，隨后降解產(chǎn)物被重新運回細胞質(zhì)，用于細胞生物合成或產(chǎn)生能量[3]。正常生理狀態(tài)下自噬處于基礎(chǔ)水平。當細胞遭受外界刺激，如饑餓、缺氧、氧化應(yīng)激及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等因素，自噬被激活，通過再循環(huán)受損的細胞器、蛋白質(zhì)等，為細胞重建、修復(fù)提供原料及能量，去除細胞潛在的危險因素，維持細胞正常結(jié)構(gòu)和功能[4]。然而，自噬活性不足或過度活躍均可影響疾病的發(fā)生與發(fā)展。

1.2自噬的形成過程 自噬形成過程經(jīng)歷3個不同階段：(1)吞噬泡形成，來源于線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及高爾基體等細胞器的雙層隔離膜結(jié)構(gòu)經(jīng)擴張延伸形成吞噬泡；(2)自噬體形成，吞噬泡的邊緣環(huán)狀融合，隔離細胞質(zhì)組分，形成雙膜囊泡，即自噬體；(3)自噬溶酶體形成，自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體，并將包裹其中的細胞質(zhì)組分與自噬體內(nèi)膜一并降解[5]。

2 自噬在心臟疾病中的作用

2.1自噬與心肌缺血再灌注損傷 盡管有效的再灌注措施能為缺血心肌提供必需的營養(yǎng)和氧氣，但缺血心肌再灌注后也可導(dǎo)致心肌細胞損傷和死亡，被稱為心肌缺血再灌注損傷[6]。在心肌缺血再灌注損傷期間自噬活性在心肌缺血及再灌注階段均得到不同程度增強。在心肌缺血階段增強的自噬通過回收受損細胞器及蛋白質(zhì)，從而促進細胞存活[7]。WANG等[8]采用結(jié)扎小鼠冠狀動脈前降支構(gòu)建慢性心肌缺血模型，結(jié)果顯示，慢性缺血誘導(dǎo)的細胞自噬可以減少心肌細胞凋亡，表明自噬可以減輕慢性心肌缺血損傷。然而，WANG等[9]在SD大鼠心肌缺血模型及H9c2細胞氧糖剝奪模型中發(fā)現(xiàn)，抑制自噬可以改善心肌細胞存活率，減輕心肌缺血損傷，揭示了自噬在心肌缺血階段的不利作用。自噬在心肌再灌注階段的作用同樣存在爭議。LIANG等[10]研究表明，輔酶Q10通過激活自噬減少心肌細胞凋亡及心肌梗死面積，保護大鼠急性心肌缺血再灌注損傷。但更多的證據(jù)表明，缺血心肌再灌注往往導(dǎo)致自噬被過度激活，通過過度消化細胞內(nèi)必需細胞器造成細胞毒性作用[11]。WU等[12]發(fā)現(xiàn)，曲美他嗪可以抑制心肌缺血再灌注誘導(dǎo)的過度自噬，改善心臟功能，保護心肌缺血再灌注損傷。LUO等[13]發(fā)現(xiàn)，京尼平苷通過抑制心肌缺血再灌注誘導(dǎo)的自噬，減少細胞凋亡，保護心肌缺血再灌注損傷，在體外實驗中給予自噬激活劑——雷帕霉素回補時發(fā)現(xiàn)，心肌細胞凋亡增多，進一步揭示了自噬在心肌再灌注階段的不利作用。自噬在心肌缺血再灌注的不同階段發(fā)揮著不同的作用，可能取決于心肌組織中自噬水平，以及刺激的強度與持續(xù)時間[14]。

2.2自噬與心肌纖維化 心肌纖維化是膠原蛋白合成與降解失衡的結(jié)果，在心血管疾病中普遍存在。逐漸增加的證據(jù)表明，心肌纖維化與自噬密切相關(guān)。ZHAO等[15]發(fā)現(xiàn)，抑制雷帕霉素介導(dǎo)的心臟成纖維細胞自噬過程可以減輕心肌纖維化。LIU等[16]發(fā)現(xiàn)，姜黃素通過激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路抑制自噬，減輕異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠心肌纖維化。另一項在小鼠心肌梗死模型中的研究發(fā)現(xiàn)，自噬誘導(dǎo)劑——海藻糖通過增加自噬水平抑制心肌梗死后心肌纖維化，并改善心臟重塑，然而，特異性自噬效應(yīng)蛋白(Beclin-1)敲除抵消了其有利作用[17]。由此可見，自噬的作用似乎與誘導(dǎo)纖維化的方式有關(guān)，調(diào)控心肌組織中的自噬水平可能成為改善心肌纖維化的有效靶點。

2.3自噬與心肌病 近年來，自噬在心肌病中的相關(guān)研究逐漸增多。有研究表明，δ-肌聚糖缺乏誘導(dǎo)的擴張型心肌病小鼠表現(xiàn)出左心室廣泛擴張及功能障礙，自噬在心肌組織中被激活，而進一步增強自噬有利于減少心肌細胞肥大、變性及心肌纖維化，并改善心臟功能[18]。另有研究表明，在自發(fā)性肥厚型心肌病獼猴的肥大心肌細胞中檢測自噬標志物——微管關(guān)聯(lián)蛋白3B(LC3B)和自噬底物蛋白p62均呈陽性，而健康動物心肌組織LC3B、p62均呈陰性，表明肥大心肌細胞發(fā)生了自噬體積累，可能是由于壓力引起的繼發(fā)性作用，但具體細節(jié)仍然未知[19]。在體內(nèi)，采用低劑量鏈脲佐菌素注射結(jié)合高脂飲食誘發(fā)小鼠實驗性糖尿病心肌病時發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠心肌細胞凋亡明顯增加，自噬受到抑制，而激活腺苷酸活化蛋白激酶、c-Jun氨基末端激酶1信號通路使B淋巴細胞瘤-2基因磷酸化，破壞其與Beclin-1的相互作用，可以促進自噬形成并減輕心肌細胞凋亡[20]。此外，LIANG等[21]在慢性飲酒誘導(dǎo)的酒精性心肌病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，激活磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B信號通路下調(diào)自噬水平可以抑制心肌膠原沉積并改善心臟重塑。由此可見，自噬在不同類型心肌病中均扮演著重要角色。

2.4自噬與心房顫動(房顫) 心律失常是心臟電沖動形成和(或)傳導(dǎo)異常的一類疾病，可引起嚴重并發(fā)癥，甚至引發(fā)患者死亡。房顫是十分常見的心律失常之一，也是自噬在心律失常研究中較為集中的類型。一項關(guān)于實驗性與臨床房顫的研究表明，心房肌細胞快速起搏可誘導(dǎo)自噬激活，自噬通量增加，而給予藥物抑制心房肌細胞自噬，可以改善心房肌重塑，延緩房顫的發(fā)展[22]。另一項研究表明，兔心房快速起搏模型與持續(xù)性房顫患者心房肌細胞自噬通量均明顯增加，自噬相關(guān)基因7(ATG7)表達明顯上調(diào)，而采用慢病毒介導(dǎo)的ATG7過表達可以顯著促進房顫的發(fā)生和持續(xù)，相反，采用ATG7敲低或自噬通量抑制劑——氯喹干預(yù)可以恢復(fù)縮短的心房有效不應(yīng)期，并減輕因心動過速引起的房顫易損性[23]。揭示了抑制自噬可能是防治房顫的有效策略。

2.5自噬與心力衰竭 心力衰竭是因各種心臟結(jié)構(gòu)或功能性疾病導(dǎo)致心室充盈和(或)泵血能力受損而引發(fā)的一組綜合征。眾多證據(jù)表明，自噬與多種不同形式心力衰竭有關(guān)。一項臨床研究表明，在人體衰竭的心臟組織中細胞自噬先于凋亡發(fā)生，自噬可能是導(dǎo)致終末期心力衰竭患者進行性心肌細胞喪失的主要驅(qū)動力[24]。GAO等[25]在慢性心肌梗死誘導(dǎo)的小鼠心力衰竭模型中發(fā)現(xiàn)，心臟發(fā)生持續(xù)性自噬，利用基因敲除技術(shù)抑制自噬形成可以縮小心肌梗死面積，改善心力衰竭及生存率，而體內(nèi)使用自噬誘導(dǎo)劑——雷帕霉素干預(yù)抵消了這些保護作用，表明自噬在心肌梗死后心力衰竭中具有不利的作用。在主動脈縮窄誘導(dǎo)的壓力負荷引發(fā)心力衰竭小鼠模型中心肌組織自噬活性大大增加，而破壞Beclin-1編碼基因可以減少自噬形成必需蛋白Beclin-1的表達，降低心肌細胞自噬水平，從而改善心臟病理性重塑及心功能衰竭，相反，過表達Beclin-1提高了自噬活性，加劇了心臟重塑并加重了心力衰竭[8]。因此，抑制心肌組織中自噬水平可能是防治心力衰竭的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 自噬在血管疾病中的作用

3.1自噬與高血壓 高血壓是一種以體循環(huán)動脈血壓持續(xù)升高為主要表現(xiàn)的進行性心血管綜合征。有學(xué)者認為，自噬累積可導(dǎo)致高血壓，而給予自噬通量抑制劑——氯喹干預(yù)可以抑制增強的自噬，從而改善動脈硬化及高血壓[26]，揭示了自噬在高血壓中的不利作用。但更多的證據(jù)表明，自噬缺乏或抑制自噬則可導(dǎo)致或加重高血壓。自噬必需基因——ATG7缺乏癥介導(dǎo)的胎盤自噬失衡可能導(dǎo)致先兆子癇及妊娠高血壓[27]。抑制自噬可以促進細胞凋亡并破壞血管內(nèi)皮細胞，從而加重原發(fā)性高血壓[28]。另外，使用自噬激活劑重建自發(fā)性高血壓大鼠中的動脈自噬可以降低血壓并改善內(nèi)皮依賴性舒張功能[29]。

3.2自噬與肺動脈高壓 肺動脈高壓是一種臨床常見慢性疾病，其特征在于血管壁細胞(包括肺動脈內(nèi)皮、平滑肌細胞和成纖維細胞)異常增生，肺血管重構(gòu)及肺動脈阻力增加，從而導(dǎo)致右心結(jié)構(gòu)改變及功能障礙。肺動脈高壓病因復(fù)雜，而自噬對肺動脈高壓的形成可能很重要。雖然有學(xué)者在肺動脈高壓大鼠血管中觀察到自噬標志性蛋白LC3B與Beclin-1減少，闡述了減少的自噬體可能參與肺動脈高血壓肺血管重塑的調(diào)控[30]。然而，另有文獻報道了抑制自噬可以改善肺血管生成及肺動脈高壓形成，自噬可能在肺動脈高壓進程中具有不利的作用[31]。近年來，更多的證據(jù)表明，增加的自噬可以促進肺動脈高壓的形成。在肺動脈高壓動物實驗?zāi)Ｐ图盎颊叻谓M織中均觀察到自噬體形成增多，而增加的自噬體促進肺動脈高壓的發(fā)展，同時，在動物模型中測試了幾種自噬抑制劑，利用自噬抑制劑——3-甲基腺嘌呤或自噬溶酶體抑制劑——氯喹干預(yù)實驗，抑制自噬體形成或自噬小體成熟而抑制自噬可以有效減少血管平滑肌增殖，進一步證實了抑制自噬可以阻止肺動脈高壓的形成[32]。表明抑制肺血管中自噬體的形成可能是防治肺動脈高壓的新策略。

3.3自噬與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是復(fù)雜的血管炎癥性反應(yīng)過程，其特點是血管內(nèi)炎性反應(yīng)、內(nèi)皮功能障礙和脂質(zhì)形成，隨后血管平滑肌細胞異常增殖、遷移及內(nèi)皮細胞活化，最終導(dǎo)致脂質(zhì)斑塊的形成。越來越多的證據(jù)表明，自噬參與了動脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展，并可能成為防治動脈粥樣硬化的有效靶點。體外培養(yǎng)自噬必需基因——ATG7特異性缺失(ATG7 cKO)小鼠平滑肌細胞發(fā)現(xiàn)，細胞生長及增殖能力減弱，細胞凋亡增加。而在體內(nèi)實驗采用高脂飲食喂養(yǎng)并經(jīng)載脂蛋白E缺陷小鼠雜交的ATG7 cKO小鼠，其降主動脈內(nèi)細胞減少，凋亡陽性細胞增多，小鼠存活率降低，尸檢顯示主動脈破裂，降主動脈顯示斑塊面積增加，動脈瘤形成，表明細胞自噬缺乏可以促進動脈粥樣硬化的發(fā)生及動脈重構(gòu)[33]。ZHOU等[34]發(fā)現(xiàn)，促進LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ轉(zhuǎn)化，上調(diào)Beclin-1表達，可以加速自噬形成過程，進而減少細胞凋亡，恢復(fù)自噬與凋亡之間的平衡，從而改善高脂飲食誘導(dǎo)的載脂蛋白E缺陷小鼠動脈粥樣硬化。SERGIN等[35]研究表明，在鼠類及人體動脈粥樣硬化斑塊中均發(fā)生了進行性自噬功能障礙，而給予自噬生物發(fā)生誘導(dǎo)劑——海藻糖刺激可以發(fā)揮保護動脈粥樣硬化的作用，進一步證實了自噬在動脈粥樣硬化中的有利作用。表明激活動脈粥樣硬化中的自噬水平有利于預(yù)防動脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展。

4 小 結(jié)

自噬與心血管疾病的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)，在不同動物或細胞模型中均扮演著重要角色。自噬活性不足或過度活躍均會造成機體損害，因此，如何有效干預(yù)自噬在疾病狀態(tài)中的程度將可能成為治療心血管疾病的新方法。然而，現(xiàn)階段大部分關(guān)于自噬的研究一方面依賴于藥物干預(yù)，如雷帕霉素、自噬溶酶體抑制劑等，但藥物干預(yù)存在非特異性方面的顧慮；另一方面采用自噬相關(guān)基因缺失，如ATG5、ATG7、Beclin-1等，雖然基因干預(yù)保證了更高的特異性，但因其倫理限制仍無法用于臨床治療。因此，積極尋找在不同疾病中靶向調(diào)控自噬的藥物或手段將會是有前途的策略，也必將是漫長而艱難的過程。