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本文刊于:中華心血管病雜志, 2016,44(03): 275-277 作者:李瑩 王磊 關(guān)玉慶 王淑亞 汪運(yùn)山 蘇國(guó)海
心血管疾病是目前世界范圍內(nèi)導(dǎo)致人類死亡的最大殺手[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)2008年美國(guó)有1/3的死者源于心血管疾病，這給社會(huì)、保健系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)。據(jù)估算，2030年美國(guó)將有超過(guò)40%的人口罹患心血管疾病[2,3]。在中國(guó)，心血管疾病的發(fā)病率和病死率也呈逐年上升的趨勢(shì)，平均每年約有350萬(wàn)人死于心血管疾病[4]。因此，如何有效控制心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展是當(dāng)前亟待解決的難題。據(jù)報(bào)道，心血管疾病的病理過(guò)程與心肌細(xì)胞的自噬密切相關(guān)。本文就自噬在多種心臟病理過(guò)程中的作用及其機(jī)制作一綜述。
一、自噬簡(jiǎn)介
自噬主要分為巨自噬、微自噬以及分子伴侶介導(dǎo)的自噬。通常所說(shuō)的自噬為巨自噬。巨自噬(以下簡(jiǎn)稱自噬)是真核細(xì)胞中一個(gè)進(jìn)化保守的生物學(xué)過(guò)程。自噬過(guò)程的主要特點(diǎn)是細(xì)胞質(zhì)中的長(zhǎng)壽命蛋白以及損壞或多余的細(xì)胞器由雙層膜包被的自噬小體包裹，隨后自噬小體與溶酶體或晚期內(nèi)體融合，溶酶體中的酶將自噬小體的內(nèi)膜以及內(nèi)容物水解[4]。自噬是由自噬相關(guān)基因(Atg)參與形成并進(jìn)行調(diào)控的。當(dāng)細(xì)胞饑餓時(shí)，上游感知能量和營(yíng)養(yǎng)信號(hào)的一些激酶激活unc－51樣激酶(ULK)復(fù)合體，促進(jìn)自噬的起始。在ULK1/2被激活后，Ⅲ型PI3K－beclin1－VPS34隨后被活化，并被募集到線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體處，回收內(nèi)體或者質(zhì)膜來(lái)形成單獨(dú)的膜系統(tǒng)，這一階段稱為吞噬泡的成核[5,6]。在不同細(xì)胞或不同刺激的前提下，吞噬泡的起始也不同。吞噬泡的延伸和形成完整的閉合自噬小體需要兩個(gè)重要的泛素樣蛋白連接系統(tǒng)。其一是ATG12－ATG5連接系統(tǒng)，以二聚體的方式與泛素樣蛋白ATG16L1共同作用。其二是LC3－磷脂酰乙醇胺(PE)。LC3能夠被半胱氨酸蛋白酶ATG4剪切，并隨后被E1樣蛋白ATG7和E2樣蛋白ATG3激活并與PE偶聯(lián)。成熟的自噬小體會(huì)與溶酶體融合，溶酶體膜蛋白LAMP2和小GTPase RAB7能夠促進(jìn)這一過(guò)程。融合后溶酶體中的水解酶，如組織蛋白酶－B、D、L對(duì)其中的內(nèi)含物進(jìn)行降解[4,7]?；姿降淖允煽刂浦L(zhǎng)壽命蛋白和受損細(xì)胞器的清除，在這種情況下，自噬在細(xì)胞中起到促存活和維持細(xì)胞內(nèi)代謝平衡的作用。正常條件下，心臟維持低水平自噬，而在低氧、炎癥、營(yíng)養(yǎng)缺乏等應(yīng)激條件下，則激活自噬。
近年來(lái)，由于自噬參與多種生理和病理過(guò)程已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。然而，由于對(duì)自噬的認(rèn)識(shí)和檢測(cè)方法不同，其在心血管疾病中的作用備受爭(zhēng)議。對(duì)于自噬常見(jiàn)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)是把自噬小體增多認(rèn)定為自噬活性增強(qiáng)。自噬小體只是自噬流程中的一個(gè)中間結(jié)構(gòu)。自噬是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，自噬小體增加一方面可能是由于自噬前期自噬小體形成增多，也可能是由于自噬后期自噬小體與溶酶體融合受阻，造成自噬小體增多的假象。目前，認(rèn)識(shí)較為一致的決定自噬活性的是自噬流[8]。自噬流是指自噬從前期自噬小體形成到后期自噬小體與溶酶體融合的整個(gè)流程，能反映自噬小體的形成、自噬底物的運(yùn)輸及其在溶酶體中降解的動(dòng)態(tài)過(guò)程。既往研究多通過(guò)檢測(cè)自噬小體來(lái)評(píng)價(jià)自噬活性。誘導(dǎo)自噬后，胞漿中的LC3－Ⅰ被剪切并與PE共價(jià)結(jié)合形成LC3－Ⅱ，定位到自噬小體膜上。因此，LC3－Ⅱ的表達(dá)水平以及LC3－Ⅱ/LC3－Ⅰ的比例，被廣泛作為自噬小體的標(biāo)志。通過(guò)Western blot法檢測(cè)自噬小體標(biāo)志蛋白LC3－Ⅱ的表達(dá)水平，細(xì)胞內(nèi)GFP標(biāo)記的LC3分布及點(diǎn)狀聚集(或內(nèi)源LC3)，或者通過(guò)透射電鏡觀察雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小體的數(shù)量來(lái)檢測(cè)。然而，自噬小體增加并不能充分說(shuō)明其活性增加。新近研究更注重通過(guò)自噬流的檢測(cè)來(lái)說(shuō)明自噬活性。使用抑制劑如氯代奎寧、巴佛洛霉素A1等阻斷自噬小體和溶酶體融合后，若LC3－Ⅱ進(jìn)一步增加，則說(shuō)明自噬小體形成增多，反之則說(shuō)明自噬小體的聚集可能來(lái)源于后期的融合受損。另外，還可通過(guò)自噬底物p62/SQSTM1的降解、免疫膠體金電鏡觀察自噬小體、自噬溶酶體的數(shù)量，或者利用GFP－RFP雙熒光標(biāo)記的LC3檢測(cè)自噬小體和自噬溶酶體的數(shù)量來(lái)檢測(cè)自噬流。
二、心肌肥厚與自噬
關(guān)于心肌肥厚與自噬的關(guān)系備受爭(zhēng)議。有的研究認(rèn)為促進(jìn)自噬能夠抑制心肌肥厚，改善心功能紊亂[9,10]，有的研究則認(rèn)為抑制自噬能夠?qū)剐募》屎?。如Huang等[11]發(fā)現(xiàn)，微小RNA(miR)－34a通過(guò)與ATG9A的3'－UTR區(qū)結(jié)合，抑制ATG9A蛋白表達(dá)，抑制自噬，從而對(duì)抗血管緊張素(Ang)Ⅱ誘導(dǎo)的心肌肥厚。這些研究所得結(jié)論不同，可能與研究者采用的檢測(cè)方法不同以及自噬流的阻斷有關(guān)。最近的研究發(fā)現(xiàn)在高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)心肌肥厚的過(guò)程中，自噬流被阻斷，敲除Akt2，能夠抑制過(guò)度激活的mTOR，并解除自噬流阻斷，緩解心肌肥厚[12]。因此，抑制mTOR，促進(jìn)自噬，能夠削弱壓力脅迫誘導(dǎo)的心肌損傷。而另一方面，在病理?xiàng)l件下，抑制自噬前期自噬小體的形成，也會(huì)阻止心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在老化相關(guān)的心肌肥厚和擴(kuò)張型心肌病中，自噬過(guò)程受到抑制，其中NAD＋依賴的Ⅲ型組蛋白去乙酰化酶(SIRT)和內(nèi)皮素－1(ET－1)發(fā)揮著重要作用[13]。因?yàn)镾IRT1調(diào)控的AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和ATG蛋白的活性對(duì)于正常自噬是必要的，故老化過(guò)程中SIRT1的活性受損是抑制自噬的關(guān)鍵因素[14]。另外，血漿中ET－1水平的增加也是導(dǎo)致自噬抑制的原因之一[15]。但在不同的病理?xiàng)l件下，調(diào)控自噬流的信號(hào)是否相同，具體的分子機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。
三、心肌缺血再灌注與自噬
急性心肌梗死是高病死率的疾病，梗死后的早期再灌注策略是最重要的治療手段。但缺血再灌注損傷使得心力衰竭和心律失常等的發(fā)病率居高不下。已有的研究表明，心肌缺血再灌注損傷與心肌細(xì)胞自噬密切相關(guān)，但具體的分子機(jī)制尚存爭(zhēng)議。Matsui等[16]認(rèn)為在缺血階段自噬具有保護(hù)作用，而在再灌注階段，自噬是有害的。Valentim等[17]通過(guò)敲除自噬相關(guān)蛋白beclin1 '抑制自噬'，有效地減少了心肌細(xì)胞死亡，也認(rèn)為自噬在心肌缺血再灌注損傷中是有害的。Hamacher－Brady等[18]則認(rèn)為過(guò)表達(dá)beclin1能夠'促進(jìn)自噬流'并抑制促凋亡蛋白Bax的激活，從而發(fā)揮保護(hù)作用。這些研究的結(jié)論不同可能與研究者采用的模型以及自噬判定的方法不同有關(guān)。其中，對(duì)于beclin1的認(rèn)識(shí)，也是導(dǎo)致?tīng)?zhēng)議的關(guān)鍵因素。beclin1是酵母中ATG 6的同源體，是一種高度保守的蛋白，在自噬過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。最初發(fā)現(xiàn)beclin1，是因其可與抗凋亡蛋白bcl－2相互作用。正常情況下bcl－2與beclin1結(jié)合抑制自噬小體形成，而細(xì)胞在饑餓的情況下，beclin1與bcl－2解離，并與Vps 34和UVRAG等形成復(fù)合體誘導(dǎo)自噬小體形成[19]。2012年Ma等[20]發(fā)現(xiàn)缺血再灌注過(guò)程中自噬流是決定細(xì)胞死亡的關(guān)鍵因素，在再灌注階段beclin1被過(guò)度激活，抑制了自噬小體和溶酶體的融合，阻斷了自噬流，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。該研究讓我們重新認(rèn)識(shí)了beclin1的功能，不再簡(jiǎn)單地將beclin1增加認(rèn)定為自噬活性增加。由于beclin1在自噬前期自噬小體的形成過(guò)程中是不可獲缺的，所以部分抑制beclin1的表達(dá)，可促進(jìn)自噬小體與溶酶體融合，從而減輕自噬流阻斷帶來(lái)的損傷。
四、心力衰竭與自噬
心肌肥厚失代償最終導(dǎo)致心力衰竭，可導(dǎo)致眾多因素發(fā)生改變，包括鈣離子調(diào)控、纖維化、炎癥、細(xì)胞死亡等。有證據(jù)表明心力衰竭時(shí)心肌細(xì)胞自噬顯著上調(diào)，Hein等[21]發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的心力衰竭患者其心肌細(xì)胞自噬水平可上調(diào)10倍，這一影響要大過(guò)細(xì)胞凋亡和壞死。心力衰竭后的能源危機(jī)強(qiáng)有力地激活了心肌細(xì)胞的自噬功能。心力衰竭晚期，心肌的三磷酸腺苷(ATP)降至正常水平的30%～40%，從而激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)，AMPK通過(guò)磷酸化UNC－51樣激酶1(ULK1)上調(diào)自噬。另外，脂肪酸的氧化和氧化磷酸化不可避免的產(chǎn)生活性氧(ROS)，過(guò)量的ROS可導(dǎo)致蛋白、脂質(zhì)以及細(xì)胞器的氧化損傷，這將直接激活自噬。而心力衰竭時(shí)心肌細(xì)胞自噬可能會(huì)加劇代謝紊亂。過(guò)度自噬可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)代謝必要的酶類和線粒體的非特異性降解，導(dǎo)致能量危機(jī)。有研究表明，壓力超負(fù)荷心衰中心肌細(xì)胞的線粒體自噬非常明顯，利用自噬抑制劑3－MA可增加線粒體數(shù)量，改善心肌收縮功能，逆轉(zhuǎn)不良心肌重構(gòu)[22,23]。另外，心力衰竭時(shí)心肌細(xì)胞過(guò)度自噬可導(dǎo)致線粒體數(shù)量減少，線粒體功能下降，這將進(jìn)一步降低ATP的水平，從而形成惡性循環(huán)，加劇心力衰竭的發(fā)展。
五、展望
許多病理、生理?xiàng)l件均可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞自噬?；A(chǔ)水平的自噬能夠降解長(zhǎng)壽命蛋白并清除受損的細(xì)胞器，保持營(yíng)養(yǎng)和代謝的平衡。心肌細(xì)胞饑餓誘導(dǎo)的自噬對(duì)于補(bǔ)充ATP生產(chǎn)的底物，維持機(jī)體代謝平衡是不可或缺的。當(dāng)心臟遭受持續(xù)的壓力脅迫時(shí)，可導(dǎo)致代償失調(diào)，最終會(huì)發(fā)展成為心力衰竭，其中自噬在其的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。心力衰竭常伴隨自噬過(guò)度，線粒體數(shù)量減少和功能降低。有研究表明抑制自噬，可改善心力衰竭引起的心肌病理性重塑。因此，抑制過(guò)度自噬有望成為今后心力衰竭治療的一個(gè)新靶點(diǎn)。自噬在心肌肥厚和心力衰竭不同階段中的作用仍有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)（略）
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