自噬在心血管疾病中的作用研究

白雪　孟憲玉　朱菊茹　楊曉敏

【摘要】 心血管疾病是一種嚴(yán)重危害人類健康的心臟和血管疾病，它的發(fā)病機制復(fù)雜，目前對其的研究主要集中在炎癥反應(yīng)、免疫機制、細(xì)胞凋亡等方面。自噬是生物進化中被優(yōu)先保留下來的一種維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的生理機制，是真核細(xì)胞中高度保守的代謝過程，它與細(xì)胞的生長、發(fā)育、衰老、疾病均有重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，自噬與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，尤其在不同環(huán)境下對血管的作用。本文就自噬在心血管疾病中具體作用機制做一綜述。

【關(guān)鍵詞】 細(xì)胞自噬; 心血管疾病; 發(fā)生機制

【Abstract】 At present，the research about cardiovascular disease mainly focuses on inflammatory reactions，immune mechanisms，and apptosis.Autophagy is a kind of physiological mechanism to maintain cell homeostasis，which is a highly conservative metabolic process in eukaryotic cells.It plays an important role in cell growth，development，aging and disease.Some studies have found that autophagy is closely related to the occurrence and development of cardiovascular diseases，especially in different environments on the role of blood vessels.In this article，the following review is made on the specific role of autophagy in cardiovascular diseases.

【Key words】 Autophagy; Cardiovascular disease; Mechanism

First-authors address：Baotou Medical College of Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014040，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.03.043

科學(xué)家在20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬的作用并命名，自噬（autophagy）是細(xì)胞胞漿內(nèi)大分子物質(zhì)和細(xì)胞器在膜包囊泡中大量降解的生物學(xué)過程，實現(xiàn)細(xì)胞本身的自我代謝需要以及對功能失調(diào)細(xì)胞器的更新，在心臟的疾病與預(yù)后方面有著末端執(zhí)行器的作用[1]。它是一種程序化的溶酶體依賴性細(xì)胞內(nèi)降解的過程為真核細(xì)胞所特有，一些特殊因素如機體在饑餓狀態(tài)、受到某些刺激以及某些錯誤折疊的蛋白均可能觸發(fā)引起細(xì)胞自噬[2]。心血管疾病在當(dāng)今社會的發(fā)病率越來越高，嚴(yán)重威脅人類健康，已有研究者報道自噬在心血管疾病的發(fā)病中有重要作用，在多種病理性心臟組織的超微結(jié)構(gòu)中均可以觀測到心肌細(xì)胞的自噬作用[3]。在心血管疾病中，一些應(yīng)激狀態(tài)會使血管壁的自噬活性發(fā)生改變，如糖尿病狀態(tài)下的血管壁細(xì)胞的自噬活性在一定范圍內(nèi)可以加快血管內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)速度，起到積極作用，但超過了限度就會引起血管壁細(xì)胞的自噬性死亡反而嚴(yán)重?fù)p害血管壁[4]。最新的研究顯示，一定水平的自噬在維持心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能上有積極作用，且在心肌細(xì)胞發(fā)生缺血缺氧時，自噬的增強有助于對心臟的保護。

1 自噬的分類與機制

自噬根據(jù)其細(xì)胞內(nèi)容物被轉(zhuǎn)運到溶酶體的方式分為三種[5]：微自噬（microautophagy）、巨自噬（macroautophagy）和分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy），其中微自噬為底物被溶酶體的膜直接包裹并降解;巨自噬是最成熟的一種也是最普遍的一種，過程為底物被非溶酶體來源的雙層膜包裹形成自噬泡（自噬體），然后在溶酶體中降解;分子伴侶的自噬是分子伴侶與底物蛋白分子結(jié)合，與溶酶體膜受體結(jié)合后，在溶酶體內(nèi)降解，整個過程不需要囊泡的參與。自噬既可以作為一種防御機制抵抗外界環(huán)境改變對細(xì)胞的損傷，加快細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的循環(huán)進行細(xì)胞的重塑保護細(xì)胞，同時也是細(xì)胞程序性死亡的一種，可誘導(dǎo)細(xì)胞主動死亡[6]。有研究顯示在心血管系統(tǒng)中，過度的自噬會加重動脈粥樣硬化（AS）、高血壓（HT）、心力衰竭（HF）等疾病的發(fā)展[7-9]。

自噬調(diào)節(jié)的基本過程即自噬體的形成、自噬體包裹底物并將其轉(zhuǎn)運至溶酶體、底物被溶酶體降解。自噬的誘導(dǎo)主要通過UNC51樣激酶1（ULK1）介導(dǎo)，受雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMP activated protein kinase，AMPK）的調(diào)控，在心臟應(yīng)激狀態(tài)下，通過AMPK磷酸化并抑制mTOR來激活自噬，同時mTOR的抑制劑（西羅莫司）具有激活自噬的作用。此外classⅢ PI3K/Vps34-Beclin-1復(fù)合物的形成參與細(xì)胞自噬泡的形成，Beclin-1是自噬形成的關(guān)鍵因子;自噬啟動后下游的自噬相關(guān)蛋白（Atg）12-Atg5和微管相關(guān)蛋白輕鏈3-磷脂酰乙醇胺（LC3-PE）兩個泛素樣蛋白結(jié)合同時被激活，參與自噬膜的延伸，同時識別和包裹受損的蛋白和細(xì)胞器，最終形成封閉的成熟自噬體（或自噬小泡）[10]。在自噬的過程中受多種蛋白復(fù)合物和上游信號分子的調(diào)控，除了上述的幾種，此外還有三磷酸肌醇、鈣信號、生長因子信號等[2]。有學(xué)者研究顯示微管相關(guān)蛋白輕鏈3（LC3）是評價自噬活性方面的一個重要指標(biāo)[11]。

2 自噬與心肌梗死

冠心病是心血管疾病中死亡率最高的一種疾病，而急性心肌梗死（AMI）是冠狀動脈急性閉塞引起的缺血性壞死，是冠心病中最嚴(yán)重的一種[12]，目前臨床上對冠心病主要治療手段為經(jīng)皮膚的冠脈搭橋術(shù)能在很大程度上降低了AMI的發(fā)生率[13]。有研究顯示自噬在AMI的發(fā)病機制中有重要作用，自噬可以通過二甲雙弧激活A(yù)MPK來抑制mTOR，抑制心肌重塑、改善心肌功能以減輕在AMI中的心肌損害[14]。Aisa等[15]研究者對SD鼠造模成為AMI模型研究自噬在AMI中的作用機制，將大鼠分為三組分別為對照組、AMI組、雷帕霉素治療組（RAPA），通過觀察心肌組織的形態(tài)學(xué)變化，HE染色后的變化表明自噬的激活可以通過結(jié)扎左前降支來保護心肌，自噬相關(guān)蛋白LC3-Ⅱ在AMI組中表達明顯增加，自噬酶作用底物p62表達也增加，p62是評測細(xì)胞自噬被抑制的敏感指標(biāo)[16]。在RAPA組中，在自噬活化劑或RAPA的作用下，LC33-Ⅱ增加p62降低，在AMI中自噬的抑制被進一步證實。結(jié)論為在AMI中心肌細(xì)胞的損傷等可以通過激活自噬而得到保護。Xie等[17]用兔建立相關(guān)模型后實驗證實了在缺血再灌注狀態(tài)下細(xì)胞自噬激活并且增強有助于減少心肌損傷的面積，對保護心肌細(xì)胞起到積極作用。

3 自噬與心力衰竭

幾乎所有的心血管疾病均會導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生，心臟前后負(fù)荷增加導(dǎo)致血液不能及時有效排出體外，造成心肌肥厚、淤血，心臟逐漸擴大最終發(fā)展為心衰。Zhu等[18]建立了心臟的超負(fù)荷模型，通過實驗得出結(jié)論自噬在心肌肥厚和心力衰竭的發(fā)生過程中有重要作用呈正相關(guān)關(guān)系。有研究表明顆粒狀的胞質(zhì)泛素化包涵體在評價自噬水平中具有高敏感性，有研究顯示在心力衰竭中會出現(xiàn)大量胞質(zhì)泛素化包涵體，Somers等[19]學(xué)者研究得出自噬活性過高時導(dǎo)致心力衰竭的一個重要原因。目前關(guān)于自噬與心力衰竭發(fā)生的具體機制，有專家認(rèn)為細(xì)胞的過度自噬進而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡可能是導(dǎo)致心衰的直接原因。雖然自噬在心肌細(xì)胞的能量物質(zhì)代謝方面有著重要作用，一定水平的自噬能夠促進細(xì)胞更好的生長，起到積極作用，但一旦超過限度，過強的自噬會損傷細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞丟失、死亡，最終加重心力衰竭的發(fā)生[3]。

4 自噬與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化（AS）的病變基礎(chǔ)是脂質(zhì)代謝障礙，受累的動脈病變是從內(nèi)膜開始，常累及大中肌性動脈，逐漸加重形成血管壁粥樣斑塊和典型的泡沫細(xì)胞形成。其發(fā)病的主要危險因素有高血壓、高血脂、大量吸煙等。研究者發(fā)現(xiàn)自噬可通過細(xì)胞因子、活性脂質(zhì)、脂多糖、高級糖基化終產(chǎn)物以及microRNAs調(diào)節(jié)AS中進展期的斑塊[20]。在AS的早期，自噬可以減少脂質(zhì)的積累，抑制泡沫細(xì)胞的形成，在AS的進展期，自噬可以清除壞死的細(xì)胞并延緩斑塊的形成[21]。Mei等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在動脈粥樣硬化的小鼠模型中，促進AS的一些因素會影響血管壁細(xì)胞中LC3、Bline-1、p62等蛋白的表達，其中Beclin-1是酵母自噬基因Atg6/Vps30的同系物，它可以與Bcl-2直接相互作用，Bcl-2可以抑制Bline-1依賴的自噬通路，因此Bline-1與Bcl-2又被稱為自噬與凋亡之間的平衡因子[2]，同時也充分說明了AS與自噬存在很大關(guān)系，而平滑肌細(xì)胞作為血管壁的重要細(xì)胞在調(diào)節(jié)細(xì)胞的收縮與舒張功能同時分泌一些細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)組成部分，可能參與了細(xì)胞自噬的過程。AS發(fā)展過程中形成的纖維帽結(jié)構(gòu)中存在有遷移和增殖的平滑肌細(xì)胞，它們與凋亡無關(guān)但具有典型的自噬特性，表明動脈纖維塊內(nèi)平滑肌細(xì)胞發(fā)生了過度自噬[23]。血管平滑肌細(xì)胞自噬在AS中有重要作用，它可以通過自噬降低平滑肌細(xì)胞的增殖，控制AS發(fā)展的進程;通過自噬減少細(xì)胞數(shù)量，使得粥樣斑塊中的平滑肌細(xì)胞保持在適當(dāng)數(shù)量上，并且減少細(xì)胞外基質(zhì)的分泌，使斑塊不穩(wěn)定易于破裂。這些結(jié)果可為AS的治療提供新的靶向，盡管自噬對于AS來時是有益的，但是過度的自噬對機體同樣也是一種威脅，它可能導(dǎo)致斑塊的破裂，進而導(dǎo)致臨床事件的發(fā)生，因此如何調(diào)節(jié)使自噬達到一種穩(wěn)態(tài)平衡是我們應(yīng)該繼續(xù)努力的方向。

5 自噬與心律失常

心律失常是心臟活動的起源或傳導(dǎo)阻滯導(dǎo)致的心臟的搏動和頻率發(fā)生節(jié)律異常，是心血管疾病的一部分。目前自噬在心率失常的研究中報道還很少見，Garcia等[24]研究者發(fā)現(xiàn)術(shù)后房顫患者的自噬作用缺失，取房顫患者手術(shù)后的右心房組織發(fā)現(xiàn)聚集有自噬空泡并且LC3表達也減少，提示房顫的術(shù)后心臟可能自噬受到損傷，而老化是發(fā)生房顫的一個重要危險因素之一，因此心肌細(xì)胞的老化導(dǎo)致心肌細(xì)胞的自噬減弱甚至消失進而引發(fā)房顫也是一個因素[25]。

6 自噬與糖尿病心肌病

糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）作為糖尿病的一個獨立并發(fā)癥日益受到大家的關(guān)注，在心血管疾病中它是一種特異性的心肌病，它以心肌結(jié)構(gòu)和功能重塑為主要特征，病理表現(xiàn)為細(xì)胞凋亡、收縮機制異常、心臟重塑最終發(fā)展為心力衰竭[26]。在心肌的重構(gòu)中心肌肥厚和心肌纖維化是最常見的結(jié)構(gòu)改變，而在DCM的發(fā)病機制中，心肌細(xì)胞的肥大、凋亡和壞死，膠原纖維的大量丟失和破壞，心肌細(xì)胞外間質(zhì)的不溶性的膠原蛋白積聚，是導(dǎo)致心臟發(fā)生心肌纖維化的主要因素。自噬調(diào)節(jié)能夠?qū)π呐K的能量應(yīng)激做出應(yīng)答，如心肌細(xì)胞的能量代謝、心臟成纖維細(xì)胞的膠原生成。Mellor等[27]學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在以果糖持續(xù)喂養(yǎng)的糖尿病小鼠模型中，自噬能夠被心肌細(xì)胞產(chǎn)生的過氧化氫所激活，對心臟組織的間質(zhì)細(xì)胞以及間質(zhì)纖維化浸潤擴散有明顯抑制作用，表明自噬與心肌纖維化的變化有關(guān)，進一步證明自噬在糖尿病性的心肌病纖維化中有著潛在的協(xié)同作用。在基礎(chǔ)性研究中，Gao等[28]通過動物實驗研究同樣證實了自噬在糖尿病心肌病中心肌纖維化方面有著重要的協(xié)同作用，有趣的是，該研究團隊在體外用大鼠H9C2心肌細(xì)胞株實驗時，發(fā)現(xiàn)在高糖狀態(tài)下自噬是被抑制的，而法舒地爾作為抑制高糖狀態(tài)下心肌細(xì)胞的凋亡作用是通過激活自噬實現(xiàn)的，表明自噬對于糖尿病狀態(tài)下的心肌細(xì)胞是保護作用[29]。基于以上發(fā)現(xiàn)，自噬在與糖尿病心肌病確實存在關(guān)系，但具體的分子機制仍有待進一步研究，同時也可以推測通過調(diào)節(jié)自噬可能作為治療DCM的新靶點。

隨著對自噬的研究越來越深入，以及自噬檢測技術(shù)的迅速發(fā)展，自噬在很多疾病中的發(fā)生發(fā)展過程受到越來越多的關(guān)注，其中在心血管疾病中的研究也越來越深入。人們對自噬的認(rèn)識比起以前也有了質(zhì)的飛躍。自噬在維持心血管系統(tǒng)的正常生理功能方面有著極其重要的作用，而自噬異常間接誘導(dǎo)心血管病事件的發(fā)生。自噬被證實存在于心肌梗死、心力衰竭、動脈粥樣硬化和心律失常等疾病中，但自噬的調(diào)控機制復(fù)雜，在疾病的不同階段，自噬的作用可能都不盡相同，具體在心血管疾病中扮演何種角色，是保護還是損傷還有待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。因此在潛在的藥物應(yīng)用于臨床前，詳細(xì)闡明心肌自噬在心血管疾病中分子機制和作用方式，對于治療和預(yù)防心臟病將是一個新的靶向點。

參考文獻

[1] Karabiyik C，Lee M J，Rubinsztein D C.Autophagy impairment in Parkinson's disease[J].Essays Biochem，2017，61（6）：711-720.

[2] Papácková Z，Cahová M.Important role of autophagy in regulation of metabolic processes in health，disease and aging[J].Physiol Res，2014，63（4）：409-420.

[3]李瀾，高慧，邢曉雪，等.心肌自噬及其分子機制研究進展[J].中國臨床藥理學(xué)雜志，2015，31（24）：2479-2482.

[4]宋仕聰，阮云軍.自噬與心血管疾病[J].醫(yī)學(xué)綜述，2017，23（1）：34-37.

[5] Jia G，Sowers J R.Autophagy：a housekeeper in cardiorenal metabolic health and disease[J].Biochim Biophys Acta，2015，1852（2）：219-224.

[6] Bajaj L，Lotfi P，Pal R，et al.Lysosome biogenesis in health and disease[J].J Neurochem，2018 Aug 9.

[7] Blagonravov M L，Korshunova A Y，Azova M M，et al.Cardiomyocyte Autophagia and Morphological Alterations in the Left Ventricular Myocardium during Acute Focal Ischemia[J].Bull Exp Biol Med，2016，160（3）：398-400.

[8] Grootaert M O J，Moulis M，Roth L，et al.Vascular smooth muscle cell death，autophagy and senescence in atherosclerosis[J].Cardiovasc Res，2018，114（4）：622-634.

[9]李程飛，孫喜慶.自噬在心血管疾病中的作用[J].心臟雜志，2016，28（2）：216-220，230.

[10] Kim K H，Lee M S.Autophagy--a key player in cellular and body metabolism[J].Nat Rev Endocrinol，2014，10（6）：322-337.

[11] Klionsky D J，Abdelmohsen K，Abe A，et al.Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy（3rd edition）[J].Autophagy，2016，12（1）：1-222.

[12] Khan J N，McCann G P.Cardiovascular magnetic resonance imaging assessment of outcomes in acute myocardial infarction[J].World J Cardiol，2017，9（2）：109-133.

[13] Chapman A R，Adamson P D，Mills N L.Assessment and classification of patients with myocardial injury and infarction in clinical practice[J].Heart，2017，103（1）：10-18.

[14] Wu X，He L，Chen F，et al.Impaired autophagy contributes to adverse cardiac remodeling in acute myocardial infarction[J].PLoS One 2014，9（11）：e112891.

[15] Aisa Z，Liao G C，Shen X L，et al.Effect of autophagy on myocardial infarction and its mechanism[J].Eur Rev Med Pharmacol Sci，2017，21（16）：3705-3713.

[16] Martinet W，Timmermans J P，De Meyer G R.Methods to assess autophagy in situ-transmission electron microscopy versus immunohistochemistry[J].Methods Enzymol，2014，543：89-114.

[17] Xie M，Kong Y，Tan W，et al.Histone deacetylase inhibition blunts ischemia/reperfusion injury by inducing cardiomyocyte autophagy[J].Circulation，2014，129（10）：1139-1151.

[18] Zhu H，Tannous P，Johnstone J L，et al.Cardiac autophagy is a maladaptive response to hemodynamic stress[J].The Journal of Clinical Investigation，2007，117（7）：1782-1793.

[19] Somers P，Knaapen M，Kockx M，et al.Histological evaluation of autophagic cell death in calcified aortic valve stenosis[J].J Heart Valve Dis，2006，15（1）：43-47.

[20] Luo Y，Lu S，Zhou P，et al.Autophagy：An Exposing Therapeutic Target in Atherosclerosis[J].J Cardiovasc Pharmacol，2016，67（3）：266-274.

[21] Martinet W，De Meyer G R.Autophagy in atherosclerosis：A cell survival and death phenomenon with therapeutic potential[J].Circulation Research，2009，10（4）：304-317.

[22] Mei Y，Thompson M D，Cohen R A，et al.Autophagy and oxidative stress in cardiovascular disease[J].Biochim Biophys Acta，2015，1852（2）：243-251.

[23]陳富華，張明芳，齊元麟，等.細(xì)胞自噬在心血管疾病發(fā)病過程中的作用[J].海峽藥學(xué)，2016，28（10）：80-84.

[24] Garcia L，Verdejo H E，Kuzmicic J，et al.Impaired cardiac autophagy in patients developing postoperative atrial fibrillation[J].J Thorac Cardiovasc Surg，2012，143（2）：451-459.

[25] Schiattarella G G，Hill J A.Therapeutic targeting of autophagy in cardiovascular disease[J].J Mol Cell Cardiol，2016，95（11）：86-93.

[26] MiKi T，Yuda S，Kouzu H，et al.Diabetic cardiomyopathy：pathophysiology and clinical features[J].Heart Failure Rev，2013，18（2）：149-166.

[27] Mellor K M，Bell J R，Young M J，et al.Myocardial autophagy activation and suppressed survival signaling is associated with insulin resistance in fructose-fed mice[J].J Mol Cell Cardiol，2011，50（6）：1035-1043.

[28] Gao H，Yang Q，Dong R，et al.Sequential changes in autophagy in diabetic cardiac fibrosis[J].Mol Med Rep，2016，13（1）：327-332.

[29] Gao H，Hou F，Dong R，et al.Rho-Kinase inhibitor fasudil suppresses high glucose-induced H9c2 cell apoptosis through activation of autophagy[J].Cardiovasc Ther，2016，34（5）：352-359.

（收稿日期：2018-10-19） （本文編輯：程旭然）