自噬與心房顫動(dòng)關(guān)系的研究進(jìn)展

陳穩(wěn) 葉強(qiáng)

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，四川 瀘州 646000)

根據(jù)2020年中國(guó)心血管健康與疾病報(bào)告，心血管疾病死亡占中國(guó)城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位，心房顫動(dòng)(房顫)相關(guān)并發(fā)癥如心力衰竭和腦卒中占據(jù)不小的比例。數(shù)據(jù)顯示，在中國(guó)，年齡≥35歲居民的房顫患病率為0.7%，年齡≥75歲居民患病率為2.4%[1]。房顫的患病人數(shù)逐年增加，房顫導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降、心功能損害以及腦卒中風(fēng)險(xiǎn)增加，是目前危害人類健康和增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的重要疾病。

目前，對(duì)于房顫的治療有藥物治療和消融治療等多種方式，但易復(fù)發(fā)，成為治療的難點(diǎn)。大量研究證明房顫的發(fā)生機(jī)制是多因素共同參與，心房重構(gòu)是房顫觸發(fā)和維持的基石。心肌細(xì)胞自噬參與維持正常的心臟代謝與功能，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)自噬參與心房電重構(gòu)、結(jié)構(gòu)重構(gòu)、能量代謝重構(gòu)和神經(jīng)重構(gòu)過(guò)程，在房顫的觸發(fā)與維持中起雙重調(diào)節(jié)作用。目前為止，房顫與自噬之間的關(guān)系還未得到充分闡述，現(xiàn)歸納近年來(lái)自噬調(diào)節(jié)心房重構(gòu)的相關(guān)研究，從電重構(gòu)、結(jié)構(gòu)重構(gòu)和能量代謝重構(gòu)等方面闡述自噬與房顫發(fā)生和發(fā)展之間的關(guān)系。

1 自噬與心肌組織

自噬溶酶體降解途徑在細(xì)胞生理學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，通過(guò)清除細(xì)胞內(nèi)衰老、損傷和多余的物質(zhì)來(lái)維持細(xì)胞質(zhì)的穩(wěn)定和代謝平衡。自噬小體形成是細(xì)胞自噬的核心，自噬小體的形成由自噬相關(guān)蛋白執(zhí)行。如圖1所示，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的自噬溶酶體降解包括起始、延伸、閉合、成熟和降解過(guò)程。然而，機(jī)體是如何控制和調(diào)節(jié)自噬囊泡形成仍是一個(gè)謎。自噬參與生長(zhǎng)發(fā)育、脂質(zhì)代謝、炎癥反應(yīng)、腫瘤發(fā)生和神經(jīng)退變等多種生理病理過(guò)程[2]。根據(jù)自噬底物運(yùn)送到溶酶體內(nèi)的途徑不同，自噬被分為三種類型，即巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬。其中巨自噬(以下簡(jiǎn)稱“自噬”)在心臟疾病中被廣泛研究。此外，還有一些特殊的靶向特定底物的自噬，如線粒體自噬、脂噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬和核糖體自噬等。

在過(guò)去的十年里，自噬的分子機(jī)制、調(diào)控機(jī)制以及對(duì)病理生理影響等領(lǐng)域的研究取得了重大進(jìn)展。大量研究認(rèn)為自噬相關(guān)基因的突變與多種心血管疾病有關(guān)[3]。自噬是一把雙刃劍，即使在同一種細(xì)胞，自噬激活或抑制都可能導(dǎo)致細(xì)胞損傷。心肌細(xì)胞通過(guò)自噬清除異常蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器來(lái)維持正常的心臟功能，過(guò)度自噬激活和完全抑制都會(huì)損傷心臟，適度的自噬激活能提高細(xì)胞應(yīng)對(duì)不良應(yīng)激的存活率，過(guò)度刺激導(dǎo)致自噬激活亦可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，即Ⅱ型程序性死亡[4]。研究表明自噬受損導(dǎo)致的蛋白質(zhì)平衡脫軌與衰老和心臟疾病的發(fā)生有關(guān)。然而，過(guò)度激活的自噬也會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白的降解和細(xì)胞自噬性死亡[5]。

圖1 自噬溶酶體降解途徑示意圖

2 自噬在房顫中的作用

多種心臟疾病可引起心房重構(gòu)，最終導(dǎo)致房顫。心房重構(gòu)為房顫的發(fā)生和發(fā)展提供了基礎(chǔ)，尤以電重構(gòu)和結(jié)構(gòu)重構(gòu)為主。心房重構(gòu)導(dǎo)致房顫復(fù)律后早期復(fù)發(fā)、長(zhǎng)期持續(xù)性房顫的藥物抵抗，以及陣發(fā)性房顫到持續(xù)性房顫的時(shí)間縮短[6]。自噬溶酶體途徑作為細(xì)胞重要的自穩(wěn)機(jī)制，通過(guò)多種方式調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞電重構(gòu)、機(jī)械重構(gòu)及細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝。多種導(dǎo)致心臟重構(gòu)的心血管疾病如高血壓、心力衰竭和糖尿病心肌病等的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中都有異常自噬激活。Yue等[7]以高頻電流刺激犬心房組織建立房顫動(dòng)物模型，在犬心房肌細(xì)胞中檢測(cè)到自噬異常激活，房顫患者心房肌細(xì)胞中也得到了同樣的結(jié)果，表明自噬水平的失衡可能是房顫的潛在致病因素。研究發(fā)現(xiàn)胺碘酮等多種抗心律失常藥可能靶向自噬相關(guān)蛋白，影響心肌細(xì)胞自噬。此外，冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)后房顫患者中發(fā)現(xiàn)自噬受損，快速心房起搏犬模型(易發(fā)生房顫)微管相關(guān)蛋白1輕鏈3B-Ⅱ水平升高，表明自噬通路參與房顫的發(fā)生[8]。

2.1 過(guò)度自噬激活促進(jìn)心房電重構(gòu)

2.1.1 離子通道重構(gòu)

異常激活的自噬降解心肌細(xì)胞正常的結(jié)構(gòu)和蛋白，使心肌細(xì)胞正常功能受損。傳導(dǎo)功能是心臟電生理活動(dòng)的基礎(chǔ)，依賴于正常離子通道和細(xì)胞間縫隙連接。心房電重構(gòu)是房顫的重要基礎(chǔ)，使動(dòng)作電位時(shí)程和心房有效不應(yīng)期縮短。L型鈣通道介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流，在心肌細(xì)胞動(dòng)作電位平臺(tái)期中起重要作用。已有研究發(fā)現(xiàn)自噬可選擇性降解細(xì)胞跨膜蛋白。房顫患者心肌細(xì)胞自噬標(biāo)志物及自噬相關(guān)基因顯著激活，而高頻電刺激快速起搏心房同樣可激活心肌細(xì)胞自噬，并通過(guò)泛素蛋白促進(jìn)L型鈣通道蛋白的自噬降解，縮短動(dòng)作電位時(shí)程和心房有效不應(yīng)期，使房顫更易發(fā)生和維持[9]。

2.1.2 間隙重構(gòu)

心肌細(xì)胞間存在獨(dú)特的縫隙連接結(jié)構(gòu)，使電信號(hào)能迅速傳至整個(gè)心房?？p隙連接蛋白(connexin，Cx)40和Cx43是縫隙連接的重要組成蛋白。Cx43下調(diào)或分布紊亂可能導(dǎo)致心肌細(xì)胞間不同的阻抗和傳導(dǎo)速度，導(dǎo)致微折返形成，增加房顫的易感性[10]。Chen等[11]發(fā)現(xiàn)心房肌細(xì)胞自噬激活抑制Cx43的表達(dá)，Cx43重構(gòu)是心房重構(gòu)中最重要的過(guò)程之一，可能與自噬有密切關(guān)聯(lián)，但其機(jī)制尚不清楚。

2.2 自噬在心肌纖維化中的雙向作用

2.2.1 自噬激活促進(jìn)心肌纖維化

心肌纖維化造成心肌束間電傳導(dǎo)的不均一性，當(dāng)心房異位電信號(hào)遇到這種易損基質(zhì)時(shí)，可能誘發(fā)折返環(huán)形成，導(dǎo)致房顫的發(fā)生。心臟成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，同時(shí)合成大量膠原蛋白和纖連蛋白，導(dǎo)致心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)，使房顫向永久性形式進(jìn)展。腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)過(guò)度激活是心臟重構(gòu)的重要機(jī)制，血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)是其主要效應(yīng)分子。AngⅡ促進(jìn)小鼠肌成纖維細(xì)胞分泌膠原蛋白且與自噬激活相平行，使用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤或氯喹阻斷自噬后，膠原蛋白分泌明顯減少，表明自噬可能與心肌纖維化有關(guān)[12]。Ghavami等[13]用轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)處理人心房肌成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)心肌纖維化的同時(shí)，觀察到自噬體和自噬溶酶體的形成，使用自噬抑制劑抑制自噬激活后心肌纖維化標(biāo)志物明顯減少，表明自噬激活促進(jìn)心肌纖維化。

2.2.2 自噬受損導(dǎo)致心肌纖維化

研究表明自噬在細(xì)胞外基質(zhì)的調(diào)節(jié)中至關(guān)重要。一方面，許多細(xì)胞信號(hào)可激活自噬，直接降解膠原蛋白和纖連蛋白[14]；另一方面，自噬可調(diào)節(jié)TGF-β1等促纖維化因子的分泌來(lái)調(diào)節(jié)纖維化過(guò)程[15]。迄今為止，多種導(dǎo)致心房纖維化的細(xì)胞因子被發(fā)現(xiàn)，其中骨橋蛋白(osteopontin，OPN)與多種纖維化病理過(guò)程有關(guān)，在房顫患者血液循環(huán)和心房組織中高表達(dá)，且與心房纖維化程度正相關(guān)。Lin等[16]發(fā)現(xiàn)OPN激活A(yù)kt/mTOR信號(hào)通路抑制自噬，減少Ⅰ型膠原蛋白和纖連蛋白的降解，促進(jìn)心房纖維化，OPN的這種促纖維化作用可通過(guò)使用雷帕霉素(一種自噬誘導(dǎo)劑)來(lái)減弱。

2.3 自噬與細(xì)胞物質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)

蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)對(duì)維持心肌細(xì)胞正常形態(tài)和電傳導(dǎo)十分重要，蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡會(huì)引起未折疊蛋白蓄積，導(dǎo)致細(xì)胞損傷甚至誘導(dǎo)凋亡。研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)脫軌導(dǎo)致心房重構(gòu)，是房顫自我持續(xù)特性的重要原因。在動(dòng)物模型和房顫患者的心房組織中觀察到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)自噬激活，促進(jìn)心房重構(gòu)，使用4-苯基丁酸鹽阻斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激或自噬抑制劑抑制自噬激活，使心肌細(xì)胞免受電重構(gòu)，表明自噬激活介導(dǎo)房顫患者的心肌細(xì)胞重構(gòu)[17]。

自噬溶酶體途徑是細(xì)胞內(nèi)異常蛋白質(zhì)、受損細(xì)胞器和活性氧清除的重要方式。Ullrich等[18]發(fā)現(xiàn)SPRED2(ERK-MAPK信號(hào)通路抑制蛋白)缺失的小鼠心律失常的發(fā)生率和嚴(yán)重程度明顯升高，相比正常小鼠壽命明顯縮短；進(jìn)一步的研究證明SPRED2缺失小鼠自噬受損，心肌細(xì)胞大量無(wú)功能線粒體和電子致密物的沉積，伴隨著活性氧積聚，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的自噬降解過(guò)程紊亂可能是SPRED2缺失小鼠發(fā)生嚴(yán)重心律失常的原因。

脂肪酸氧化是心肌細(xì)胞的主要能量來(lái)源，血清游離脂肪酸升高是房顫及房顫相關(guān)性卒中的危險(xiǎn)因素，脂肪酸代謝失調(diào)可能導(dǎo)致游離脂肪酸和二酰甘油等毒性代謝產(chǎn)物積聚，促進(jìn)心房重構(gòu)。自噬已被證明可通過(guò)特異性“脂噬”在脂肪酸代謝中起作用。Shingu等[19]發(fā)現(xiàn)房顫患者血清游離脂肪酸升高，且心房?jī)?nèi)徑增大及電-機(jī)械延遲，提示心房重構(gòu)，自噬可能對(duì)慢性房顫患者的心臟脂肪毒性有保護(hù)作用。

2.4 線粒體自噬在房顫中的作用

線粒體參與了心肌細(xì)胞的能量代謝、鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)控、氧化還原、衰老、自噬和凋亡等生理過(guò)程。受損線粒體積聚會(huì)顯著增加線粒體活性氧的產(chǎn)生，啟動(dòng)內(nèi)源性細(xì)胞死亡程序，造成心肌細(xì)胞損傷。越來(lái)越多的證據(jù)表明線粒體功能障礙與心律失常有關(guān)。Montaigne等[20]發(fā)現(xiàn)，心房肌線粒體功能受損的代謝綜合征患者行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)后房顫發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高，表明受損線粒體蓄積可能是房顫發(fā)生的潛在因素。同樣，快速起搏的心房肌細(xì)胞中也檢測(cè)到線粒體Ca2+處理能力下降、線粒體應(yīng)激、線粒體膜電位和ATP產(chǎn)生降低，表明房顫也會(huì)導(dǎo)致線粒體損傷[21]。

受損線粒體會(huì)產(chǎn)生大量活性氧并損傷細(xì)胞，線粒體的選擇性自噬清除，即線粒體自噬，對(duì)清除受損線粒體至關(guān)重要。線粒體自噬靶向降解受損線粒體，維持線粒體正常功能及數(shù)量，是細(xì)胞自穩(wěn)的重要機(jī)制[22]。Zhou等[23]發(fā)現(xiàn)與竇性心律組相比，房顫組患者自噬受損，且細(xì)胞內(nèi)可見較多受損線粒體，表明自噬靶向降解受損線粒體功能受損，這也許是研究房顫?rùn)C(jī)制的新方向。目前對(duì)線粒體自噬與房顫的關(guān)系及分子機(jī)制研究有限，線粒體自噬可能是房顫的潛在機(jī)制和治療靶點(diǎn)。

3 總結(jié)與展望

心肌細(xì)胞屬于終末分化細(xì)胞，已喪失分化和再生能力，自噬是機(jī)體應(yīng)激狀態(tài)下的自我保護(hù)機(jī)制，對(duì)維持心肌細(xì)胞功能和活性具有重要作用。如圖2所示，心肌細(xì)胞通過(guò)自噬激活降解異常蛋白質(zhì)、毒性代謝產(chǎn)物和受損細(xì)胞器，對(duì)心肌具有保護(hù)作用。然而，近年來(lái)亦有大量研究證明異常自噬激活在心房重構(gòu)發(fā)生中起重要作用，如圖3所示。自噬與房顫之間的機(jī)制尚未完全闡明，自噬激活在房顫發(fā)生過(guò)程中是起促進(jìn)還是抑制作用仍需進(jìn)一步研究。

注：↑表示促進(jìn)或增加，↓表示抑制或減少。

房顫是多因素共同作用的結(jié)果，又因心房重構(gòu)難以逆轉(zhuǎn)，藥物治療及導(dǎo)管消融效果有限，其易復(fù)發(fā)及持續(xù)特性是困擾諸多學(xué)者的難題。聚焦于心房重構(gòu)的分子機(jī)制，限制心肌細(xì)胞重構(gòu)可能是房顫防治的關(guān)鍵。通過(guò)調(diào)節(jié)自噬改善心房重構(gòu)對(duì)包括房顫在內(nèi)的心臟疾病可能是一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。

注：↑表示促進(jìn)或增加，↓表示抑制或減少，IL-Ca2+為L(zhǎng)型鈣電流，APD為動(dòng)作電位時(shí)程，AERP為心房有效不應(yīng)期。