低氧條件下調(diào)控肺動脈平滑肌細胞增殖的自噬相關(guān)通路研究進展

李清月，李生花

青海大學醫(yī)學部基礎(chǔ)醫(yī)學部，西寧 810016

低氧性肺動脈高壓（HPH）是一種由低氧引起的以肺血管重建與血管阻力增加為特征的疾病，其主要病理特征為內(nèi)皮細胞功能紊亂、中膜平滑肌細胞增殖和細胞外基質(zhì)沉積，最終引起血管壁增厚、肺血管阻力增加。這種由低氧誘導的肺動脈平滑肌細胞（PASMCs）異常增殖和肺外膜成纖維細胞活化，可以引起肺血管重構(gòu)，導致HPH 持續(xù)惡化及難以逆轉(zhuǎn)，治療效果不佳［1］。目前，隨著高原地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)和旅游業(yè)的開發(fā)，HPH 發(fā)病率逐年升高，HPH 的預防和治療成為當前高原地區(qū)亟待解決的難題之一，也亟需研發(fā)新的靶向藥物以改善其治療效果。自噬是真核細胞中一種高度保守的被認為是維持細胞內(nèi)平衡的重要細胞功能之一，旨在通過溶酶體途徑對損傷的細胞器及錯誤蛋白進行分解，是一種保證細胞自身內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的自我保護機制［2］。而自噬活化的程度決定了自噬可能是一種適應性反應，也可能是導致細胞死亡的響應機制，呈現(xiàn)“雙刃劍”現(xiàn)象。目前，自噬在HPH 發(fā)生和發(fā)展中的作用尚不明了。本文就低氧條件下調(diào)控PASMCs 增殖的自噬相關(guān)通路作一綜述，為HPH的治療提供新方向。

1 低氧條件下雙向影響PASMCs 增殖的自噬相關(guān)雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路

哺乳動物mTOR 是自噬活動中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子，Akt和MAPK 信號通路等可以通過激活mTOR 蛋白來抑制自噬，腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）和p53等可以通過負調(diào)控mTOR 蛋白來促進自噬。mTOR存在兩類不同的蛋白激酶復合物，即mTOR復合物1（mTORC1）和mTOR 復合物2（mTORC2）。mTORC1主要起調(diào)節(jié)細胞生長的作用，能夠調(diào)控細胞自噬、核糖體生物發(fā)生、蛋白翻譯和脂質(zhì)合成等，而mTORC2則主要影響細胞骨架重塑，并通過激活Akt 而促進細胞存活［3］。

在低氧條件下，mTORC1 和mTORC2 均被激活，通過影響血管生成和細胞增殖來應對低氧環(huán)境。mTORC1 和mTORC2 的信號之間具有協(xié)同機制，但其在促進細胞增殖和生存方面具有不同的作用。①mTOR 對細胞增殖的抑制作用：在低氧條件下，早期mTORC1 對血管生成和細胞增殖具有激活作用，晚期則具有抑制作用；而mTORC2 在低氧條件下對細胞增殖則具有延遲和持續(xù)的抑制作用［4］；mTORC1和mTORC2 對雷帕霉素的敏感性也不同，即短期使用雷帕霉素能夠抑制mTORC1，但長期使用雷帕霉素會抑制mTORC1 和mTORC2。②mTOR 對細胞增殖的促進作用：低氧可通過激活mTORC1，將細胞外的增殖信號轉(zhuǎn)入PASMCs細胞核，從而促進PASMCs增殖［4］；也有研究發(fā)現(xiàn)，抑制mTOR 可增強自噬活動，延緩HAPH 進展［5］。藥物研究發(fā)現(xiàn)，mTOR 抑制劑可以上調(diào)Beclin1表達和激活AMPK-ULK1信號通路，提升自噬標志LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，以激活細胞的自噬活動，抑制PASMCs 增殖［6-8］。草果知母湯可以通過提高mTOR 表達、降低Beclin1 表達，抑制LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ轉(zhuǎn)化，抑制低氧導致的細胞自噬，減少細胞死亡［9］。研究顯示，紅景天苷也可通過AMPKmTOR-ULK1 途徑，升高LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，增強細胞自噬，抑制低氧誘導的PASMCs增殖和凋亡抵抗［10］。由于mTOR 通路對自噬活動或細胞增殖的調(diào)控呈現(xiàn)雙面性，其在HPH 發(fā)生過程中對PASMCs 增殖的影響或許會成為當前肺動脈血管疾病研究領(lǐng)域的一個新方向。

2 低氧條件下促進PASMCs增殖的自噬相關(guān)通路

2.1 ERK1/2 信號通路 在自噬過程中，ERK1/2通路活化能夠直接促進LC3 和p62 表達上調(diào)，同時下調(diào)溶酶體相關(guān)膜蛋白1 和2 表達，阻止自噬體與溶酶體結(jié)合，從而抑制自噬體降解。而低氧能激活PASMCs 的ERK 信號通路，ERK 激活可促使HPH 的血管重構(gòu)［11］。在低氧條件下，在PASMCs中的p-ERK1/2 蛋白表達明顯增強，黃芪甲苷能夠抑制p-ERK1/2 表達，逆轉(zhuǎn)低氧誘導的HPH［12］。舒芬太尼可以通過ERK1/2 擴張冠狀血管，改善缺血再灌注大鼠的心功能，其機制可能與ERK 調(diào)控PASMCs 的 離 子 通 道 有 關(guān)［13］。也 有 研 究 發(fā) 現(xiàn)，ERK1/2 激活劑能夠降低PASMCs 上的鈣激活性氯離子通道蛋白表達，抑制鈣離子內(nèi)流和氯離子外流，從而抑制PASMCs 增殖和血管收縮，降低肺動脈壓［14］。雖然這一實驗結(jié)論與以往研究的結(jié)論相反，但不可否認的是ERK1/2 與細胞膜上的離子通道有一定關(guān)聯(lián)。

2.2 PI3K 信號通路 PI3K 是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，分為三類，其中Ⅰ類PI3K 激活Akt，促使mTOR 磷酸化，抑制自噬活動；Ⅱ類PI3K 參與膜運輸調(diào)控；Ⅲ類PI3K可激活Beclin1，增強自噬活動［15］。多數(shù)研究認為，低氧環(huán)境下PI3K/Akt信號通路具有抗細胞凋亡和促細胞增殖作用。但也有研究認為，抑制PI3K/Akt 信號通路、下調(diào)Bcl-2 蛋白表達可促進PASMCs 凋亡［16］。研究發(fā)現(xiàn)，纖維蛋白溶酶原激活物抑制劑2、白藜蘆醇均可通過抑制ERK1/2 和PI3K/Akt 信 號 通 路，從 而 抑 制PASMCs 增 殖［17］。TIAN 等［18］研究發(fā)現(xiàn)，抵抗素樣分子β 能夠通過鈣離子內(nèi)流誘導PASMCs 增殖，導致肺動脈壓升高，這與PI3K/Akt/mTOR 信號通路相關(guān)分子上調(diào)有關(guān)。然而也有研究得到了相反的結(jié)果，顯示當激活PI3K/Akt/mTOR 信號通路時，細胞自噬水平降低，同時PASMCs增殖被抑制［19］。

2.3 NF-κB 信號通路 研究發(fā)現(xiàn)，mTORC1 可以通過上調(diào)NF-κB 表達，抑制NF-κB 活化，抑制PASMCs增殖并誘導其凋亡，從而延緩HPH的發(fā)生發(fā)展［20-21］。當前研究已經(jīng)證明，自噬可以影響NF-κB 信號通路成分的表達，而NF-κB 通路可以通過不同的途徑激活或抑制自噬［22］。在低氧條件下，NF-κB 磷酸化增強，自噬通路被阻斷，從而抑制自噬［23］。JING 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，低氧可以通過激活NF-κB，提高Cyclin D1等G1/S 期轉(zhuǎn)換因子表達，促使細胞周期從G1期向S期轉(zhuǎn)換，從而促進PASMCs 增殖；在加入自噬抑制劑3-MA 和NF-κB 特異性抑制劑PDTC 的情況下，低氧誘導的PASMCs 中LC3Ⅱ表達和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ均顯著降低，同時也抑制了低氧下PASMCs增殖。

NF-κB 通路激活可促進低氧條件下PASMCs 的增殖，NF-κB 表達抑制劑有可能成為治療HPH 的新藥物?，F(xiàn)階段，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有不少藥物依賴NF-κB相關(guān)通路在人體內(nèi)產(chǎn)生作用。王瑩等［24］發(fā)現(xiàn)，安石榴苷可以通過抑制Akt/NF-κB/Cyclin D1 通路增強細胞自噬，抑制大鼠氣道平滑肌細胞增殖并誘導其凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，死亡相關(guān)蛋白激酶1 能夠通過抑制NF-κB 通路，改善氧化應激，抑制細胞自噬，減輕脂多糖誘導的急性肺損傷的炎癥反應［25］。因此，安石榴苷等通過抑制NF-κB信號通路抑制細胞增殖的藥物，未來可能在抑制低氧條件下PASMCs 增殖這一領(lǐng)域取得顯著療效。

3 低氧條件下抑制PASMCs增殖的自噬相關(guān)通路

3.1 AMPK 信號通路 目前研究表明，AMPK 信號通路參與了細胞對低氧的反應過程［25］。AMPK 對細胞的存活和增殖具有十分重要的調(diào)節(jié)作用，并在快速增殖的細胞中被激活，如心臟成纖維細胞、癌細胞和PASMCs。人類PASMCs 可同時表達AMPK α1 和α2，AMPK α1和α2對處于低氧狀態(tài)的PASMCs的存活具有不同作用。AMPK α2 的激活可以抑制細胞凋亡，妨礙了尚未病變的PASMCs 對環(huán)境的適應；而AMPK α1的激活可以刺激自噬，促進PASMCs增殖。使用AMPK 抑制劑可以抑制PASMCs 增殖，并部分逆轉(zhuǎn)HPH［21］。而SONG 等［26］研究表明，AMPK 高表達可以抑制PASMCs 增殖，其機制主要與AMPK 抑制抗凋亡蛋白mTOR 表達有關(guān)，并據(jù)此使用二甲雙胍抑制低氧條件下PASMCs 增殖。此外，在HPH 發(fā)展的不同階段，PASMCs 的自噬水平也不同，一定程度的自噬有利于PASMCs 存活，但超出范圍的自噬會導致PASMCs 死亡。這些不同的條件影響了AMPK 通路，從而導致其對PASMCs 增殖的不同影響。自噬的兩面性對實驗研究和藥物研發(fā)有著重要的影響，不同條件下自噬可產(chǎn)生不同甚至相反的作用，由此對疾病產(chǎn)生相反的影響。因此，目前需要更多的實驗來尋找有利于HPH轉(zhuǎn)歸的條件。

3.2 死亡相關(guān)蛋白激酶（DAPK）信號通路 DAPK是一種受鈣調(diào)節(jié)的多結(jié)構(gòu)域絲氨酸/蘇氨酸激酶，參與細胞多種活動，如細胞凋亡、自噬等［27］。研究發(fā)現(xiàn)，DAPK 在自噬方面的作用機制與mTOR、NF-κB等信號通路相關(guān)［28］。LI 等［29］研究發(fā)現(xiàn)，DAPK1 能夠通過抑制p38 MAPK/NF-κB 通路而抑制自噬，降低炎癥反應，改善內(nèi)毒素誘導的急性肺損傷。DAPK3抑制劑HS56 能通過抑制DAPK3 表達，降低自發(fā)性高血壓小鼠的血壓［30］。因此，抑制DAPK3表達能夠緩解血管平滑肌收縮，結(jié)合DAPK 在自噬過程中發(fā)揮的作用，可以以DAPK 為靶點，通過其對PASMCs的影響作為今后治療HPH的新方向。

綜上所述，在HPH 的治療中，自噬作為一個新的研究方向有著極高的研究價值，很有可能成為其治療和預防的突破口。通過對自噬相關(guān)分子、基因和通路的研究，更多有效的藥物都能夠被應用到HPH 的治療中。然而，自噬是一把雙刃劍，對PASMCs 的增殖同時存在著促進和抑制的雙重作用，不同的條件對自噬產(chǎn)生的實際作用有著極大影響；而且，自噬對HPH 發(fā)生發(fā)展的作用機制尚不明確，需要更多的研究來完善這一領(lǐng)域。