線粒體動力學/自噬與動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的關系研究進展*

汪家文 綜述，朱安娥，吳 君，楊 林，吳文鑫，李小麗，王 杰 審校

(貴州醫(yī)科大學法醫(yī)學院，貴州 貴陽 550004)

在全球范圍內，動脈粥樣硬化引起的心血管疾病是導致人群死亡和殘疾的主要原因。流行病學調查表明，近15年來我國心血管疾病的死亡人數(shù)增加了48%，僅2020年我國因缺血性心臟病死亡的人數(shù)就達192萬[1]。冠狀動脈粥樣硬化是冠心病的主要病變，斑塊穩(wěn)定性的改變是冠心病猝死的重要原因。因此，預防斑塊穩(wěn)定性的改變將大大降低心血管疾病的致殘率和死亡率。

動脈粥樣硬化最突出的病理學特征是動脈壁形成富含脂質和免疫細胞的斑塊。隨著病變進展，穩(wěn)定型斑塊可轉化為不穩(wěn)定型斑塊，表現(xiàn)為纖維帽變薄、脂質核心增大、新生血管出現(xiàn)，巨噬細胞、泡沫細胞和血管平滑肌細胞(VSMCs)異常增多等，進而導致急性冠狀動脈綜合征、心肌梗死和腦卒中等嚴重的心腦血管疾病[2-4]。

動脈粥樣硬化的病理變化包括動脈壁脂質積累、炎癥和細胞結構變化，涉及細胞增殖、遷移和表型變化。上述過程彼此之間及與體內各個細胞器之間密切相關。線粒體是氧化磷酸化的主要場所，參與體內許多細胞過程，如類固醇生物合成、鈣穩(wěn)態(tài)、免疫細胞激活、氧化還原、凋亡和炎癥等[5]。線粒體是細胞內高度動態(tài)的細胞器，通過不斷地分裂與融合來保持線粒體穩(wěn)態(tài)，即線粒體動力學；線粒體自噬是細胞自噬裝置對線粒體的靶向吞噬和破壞，是線粒體自身質量控制的主要機制。近年來研究發(fā)現(xiàn)，線粒體動力學(裂變與融合失衡)與線粒體自噬過度是導致動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變的重要原因，穩(wěn)定線粒體裂變與融合的動態(tài)平衡，調控線粒體自噬的程度可能是治療動脈粥樣硬化相關疾病的新策略。

1 線粒體功能障礙與動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的關系

動脈粥樣硬化斑塊表面由內皮細胞、纖維細胞等組成的“纖維帽”成分覆蓋，內部含有脂質和(或)壞死核心[6]。斑塊的穩(wěn)定性主要由表面厚厚的“纖維帽”保持，其系由VSMCs產(chǎn)生的大量細胞外基質(ECM)，包括膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白聚糖所組成[7]。后期，由于ECM的形成受到抑制，特別是VSMCs的膠原蛋白生成減少，斑塊會變得不穩(wěn)定[8]。此外，由于巨噬細胞釋放的蛋白酶降解細胞外基質，穩(wěn)定型斑塊將變得不穩(wěn)定，甚至破裂、血栓形成并危及生命[9]。傳統(tǒng)觀點認為，不穩(wěn)定斑塊的主要特征包括：(1)覆蓋脂質核心表面的薄層“纖維帽”；(2)含有大量低密度脂蛋白和泡沫細胞的大脂質核心；(3)炎癥細胞增多；(4)膠原蛋白含量降低，斑塊內新生血管密集。研究表明，吸煙、糖尿病和遺傳因素等均為動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的影響因素，特別是斑塊中存在的大量炎癥細胞。研究發(fā)現(xiàn)，OX40/OX40L等炎癥因子介導的細胞間黏附分子-1(ICAM-1)在對照組、穩(wěn)定型斑塊組和不穩(wěn)定型斑塊組中的表達量呈現(xiàn)顯著上升趨勢[10]。線粒體功能障礙與炎癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關[11]，原發(fā)性或繼發(fā)性線粒體功能障礙通過提高活性氧(ROS)的產(chǎn)生、改變線粒體動力學和能量供應，以及促進炎癥，參與動脈粥樣硬化斑塊的進展[8]。針對線粒體抗氧化劑的研究表明,輔酶Q10的補充減少了大多數(shù)炎癥參數(shù)，包括通過恢復和增強線粒體功能減少核苷酸結合寡聚化結構域(NOD)樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3(NLRP3)的激活[12]。此外，輔酶Q10還可以減少動脈粥樣硬化患者巨噬細胞的增殖、脂質積累和泡沫細胞的形成[13]?？傊瑢嶒炞C明，線粒體功能狀態(tài)受線粒體動力學和線粒體自噬的周轉機制調節(jié)，線粒體功能障礙在動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變中發(fā)揮重要作用。

2 線粒體動力學與線粒體自噬的相互作用

線粒體融合、裂變和自噬的動態(tài)平衡，確保了線粒體維持合適的形狀、分布和數(shù)量。線粒體融合蛋白1/2(MFN1/2)的泛素化和消耗阻止了受損線粒體的融合并導致裂變，進而促進線粒體自噬[14]。PTEN誘導的激酶1(PINK1)可磷酸化MFN2，并作為Parkin受體清除受損的線粒體[15]。

目前，線粒體裂變被認為是哺乳動物細胞線粒體自噬的先決條件。研究表明，抑制動力相關蛋白質1(DRP1)介導的線粒體裂變可防止Parkin誘導的線粒體自噬[16]。IKEDA等[17]認為，DRP1下調抑制線粒體自噬，導致受損的線粒體積累。線粒體自噬與線粒體融合和裂變相協(xié)調，確保了適當?shù)木€粒體質量。

3 線粒體動力學與動脈粥樣硬化

線粒體裂變由DRP1和線粒體分裂蛋白1調節(jié)，而MFN1/2和視神經(jīng)萎縮相關蛋白1(Opa1)介導線粒體融合過程。線粒體動力學在動脈粥樣硬化發(fā)病機制中起重要作用。從人體樣本及動物模型采集的血栓中均發(fā)現(xiàn)MFN2的表達減少[18]。MFN2過表達能抑制動脈粥樣硬化病變的形成[19]。抑制DRP1可防止VSMCs增殖、遷移并減輕氧化應激介導的VSMCs鈣化[20-21]。另外，抑制DRP1能減少動脈粥樣硬化病變的面積、降低血清低密度脂蛋白膽固醇水平和甘油三酯含量[22]?？傊?，越來越多的數(shù)據(jù)表明，線粒體動力學參與了動脈粥樣硬化的進展。

4 PINK1/Parkin通路介導的線粒體自噬與動脈粥樣硬化

在動脈粥樣硬化早期，線粒體ROS增加，線粒體DNA(mtDNA)損傷積累，以及漸進性呼吸鏈功能障礙，導致內皮細胞(ECs)功能障礙和VSMCs表型轉換[23]。ECs凋亡、VSMCs表型轉換和炎癥細胞浸潤將進一步促進動脈粥樣硬化的發(fā)展，使斑塊變得更加脆弱。線粒體自噬是消除這些突變或受損線粒體并保持線粒體穩(wěn)態(tài)和能量代謝的唯一機制。據(jù)報道，在動脈粥樣硬化患者和疾病模型中，PINK1/Parkin通路上調[7]。氧化型低密度脂蛋白誘導VSMCs中的PINK1和線粒體自噬水平增加[24-25]。PINK1缺乏會導致線粒體自噬缺陷并削弱VSMCs的存活率，而PINK1過度表達通過增強線粒體自噬，對VSMCs起到保護作用。線粒體自噬似乎對VSMCs凋亡引起的動脈粥樣硬化起保護作用[26-27]。然而有研究表明，線粒體自噬對心臟功能有“雙重”影響，線粒體自噬過度導致細胞死亡增多，進而對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

VSMCs的異常增殖是導致動脈粥樣硬化的關鍵因素。研究表明，線粒體自噬過度可能導致VSMCs異常增殖。與Apelin-13單獨處理組相比，Apelin-13治療的PINK1-/-組表現(xiàn)為PINK1、Parkin和增殖細胞核抗原表達減少，VSMCs增殖減弱。因此，PINK1/Parkin介導的線粒體自噬可能會促進VSMCs的增殖，最終導致動脈粥樣硬化病變[28]。盡管這與大多數(shù)人的觀點不一致，但這也進一步說明了不同程度的線粒體自噬對疾病的影響不同。然而，如何調控線粒體自噬的程度以啟動其在動脈粥樣硬化中的保護作用有待進一步研究。

5 解偶聯(lián)蛋白2(UCP2)通過調控線粒體動力學保護心功能

UCP2是線粒體內膜的陰離子載體蛋白，主要參與線粒體質子傳遞鏈的解偶聯(lián)作用。研究表明，UCP2在動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展過程中起保護作用。UCP2基因敲除的小鼠體內多個區(qū)域出現(xiàn)動脈粥樣硬化病變，且其壽命明顯縮短[29]。將缺乏UCP2的小鼠骨髓移植到低密度脂蛋白受體敲除的小鼠體內，發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化斑塊明顯增大[30]。UCP2缺乏導致動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變的分子機制包括ROS積累、炎癥細胞因子的上調、單核細胞黏附和經(jīng)內皮遷移的增加，以及細胞死亡的增加[31-32]，進而導致一系列的臨床癥狀。

線粒體動力學功能障礙，如MFN2缺乏或DRP1水平表達升高均會導致線粒體過度分割，促進動脈粥樣硬化形成。因此，如何調控線粒體裂變與融合的動態(tài)平衡受到廣泛關注。研究發(fā)現(xiàn)，DRP1介導的腹內側核線粒體裂變增加取決于UCP2。在小鼠丘腦腹內側核神經(jīng)元中選擇性過表達UCP2，線粒體裂變增強，DRP1激活增加，線粒體密度增加和體積減小，提示UCP2 在線粒體裂變過程中具有重要的調控作用[33]。此外，UCP2在不同組織、不同疾病模型中對線粒體裂變和融合均存在調控作用。

UCP2過度表達可以增強高血壓大鼠紋狀體的線粒體融合和裂變，并減少氧化損傷和炎癥[34]。研究也表明，增強UCP2可以改善急性腎損傷中的線粒體動力學[35-36]。此外，UCP2-/-可通過增加ROS、干擾線粒體動態(tài)平衡及影響線粒體超微結構，使小鼠腦梗死面積增大、細胞死亡增加[37]。尤其是UCP2在心血管疾病中的保護作用依賴于線粒體裂變與融合的動態(tài)平衡。研究表明,UCP2過度表達可以顯著改善敗血癥大鼠心肌的收縮功能，保護心肌線粒體超微結構，抑制線粒體裂變，改善線粒體腺嘌呤核苷三磷酸的合成[38]。此外，UCP2過表達能夠抑制心肌梗死小鼠DRP1磷酸化(P-DRP1)和P-DRP1/DRP1值，從而減少心肌細胞凋亡，改善心功能[39]。

UCP2可能調控線粒體動力學在動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用。在正常生理環(huán)境下，線粒體動力學的裂變、融合和線粒體自噬能夠維持其穩(wěn)態(tài)平衡。當動脈發(fā)生粥樣硬化時，促進了線粒體裂變，受損的線粒體增多導致線粒體自噬增加，VSMCs增殖、遷移增多，加速了動脈粥樣硬化斑塊的形成。隨著受損的線粒體和自噬體的大量累積，細胞死亡增加，進一步促進了動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的改變。見圖1。

圖1 線粒體動力學/自噬在動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變中的作用機制

6 展 望

線粒體動力學/自噬通過影響內皮細胞功能、血管平滑肌細胞增殖和遷移等，在動脈粥樣硬化病變的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。為進一步了解線粒體功能障礙對冠狀動脈發(fā)生、發(fā)展和斑塊穩(wěn)定性的作用，應繼續(xù)在其分子生物學方面進行深入探討。此外，與病理生理學、生物信息學等學科的交叉融合研究將有助于揭示動脈粥樣硬化中線粒體功能障礙的潛在機制，為制定預防及治療動脈粥樣硬化提供新的策略。