余肖琴 唐黎群 盧風(fēng)燕 劉慶 沙靜 鐘云春

310009 杭州，浙江愛德醫(yī)院干部科(余肖琴、盧風(fēng)燕、劉慶、沙靜、鐘云春)；310014 杭州醫(yī)學(xué)院附屬浙江省人民醫(yī)院干部科(唐黎群)

自噬性程序性細(xì)胞死亡主要參與了長半衰期蛋白質(zhì)的降解[1]。其在細(xì)胞內(nèi)具有高度保守性的降解過程，一般由其自噬體包裹大分子物質(zhì)和受損細(xì)胞器至溶酶體內(nèi)降解。心肌細(xì)胞是高度分化的終末細(xì)胞，自噬可以幫助心肌細(xì)胞降解衰老、受損及功能異常的細(xì)胞器及蛋白質(zhì)，以維持心肌細(xì)胞的能量代謝及細(xì)胞自我更新[2]，并保持心臟正常功能活動。心肌異常自噬有可能導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大，也有可能阻止心肌肥厚發(fā)生，目前是心肌肥厚研究的熱門靶點之一，而相關(guān)分子機制尚存爭議。

1 自噬

自噬是一種進(jìn)化上高度保守的細(xì)胞內(nèi)分解代謝的過程，包括對細(xì)胞質(zhì)組分，如受損的細(xì)胞器、毒蛋白聚集體與細(xì)胞內(nèi)病原體的降解[3]?；A(chǔ)自噬在真核細(xì)胞中起著關(guān)鍵作用，當(dāng)吞噬泡特異性或非特異性地包裹自噬靶標(biāo)后，形成雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬體。然后自噬體與溶酶體發(fā)生融合，并被溶酶體內(nèi)的水解酶降解以供能量產(chǎn)生或物質(zhì)再利用。在自噬溶酶體中降解的物質(zhì)參與合成代謝反應(yīng)來維持能量水平并用于合成高階結(jié)構(gòu)(核酸、蛋白質(zhì)或細(xì)胞器)，進(jìn)而維持細(xì)胞代謝、穩(wěn)態(tài)和存活[4]。初始自噬泡的形成需要由Beclin1、VPS34和VPS15復(fù)合物組成[5]。其次，由兩個類泛素綴合系統(tǒng)介導(dǎo)膜的膨脹，微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(MAP1LC3)和自噬蛋白ATG12-ATG5復(fù)合物與ATG16L的組裝，及與磷脂酰乙醇胺相連的微管相關(guān)蛋白1輕鏈3的共軛[6]。自噬泡擴(kuò)張直到其邊界圍繞其目標(biāo)融合，形成具有雙重膜的結(jié)構(gòu)，稱為自噬體。最后，自噬體與溶酶體融合[3]。

2 線粒體自噬

2005年，Lemasters[7]首先提出了線粒體自噬，線粒體自噬主要是指線粒體通過自噬機制選擇性清除受損及功能障礙的線粒體的過程。通過該過程線粒體得以保持質(zhì)量與數(shù)量上的動態(tài)平衡，從而保持整個細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。

2.1 線粒體自噬與心肌能量代謝

心肌細(xì)胞富含線粒體，線粒體的數(shù)量占整體心肌體積的35%左右，對維持心肌正常功能及代謝具有重要意義。心肌能量代謝紊亂是心肌肥厚的重要特征，而線粒體是能量代謝產(chǎn)生ATP的主要細(xì)胞器，正常成人心臟約95%以上的ATP合成來源于線粒體氧化磷酸化過程。Warburg效應(yīng)是一種從線粒體氧化磷酸化到有氧糖酵解的能量轉(zhuǎn)移，廣泛存在于各種癌癥中。有趣的是，越來越多的研究表明Warburg效應(yīng)在非腫瘤性疾病中同樣起著至關(guān)重要的作用。例如，Warburg效應(yīng)的干預(yù)改善了心肌肥厚和心力衰竭過程中的線粒體功能和心功能[8]。另外，還有研究發(fā)現(xiàn)心肌線粒體功能障礙和代謝異常引起心肌梗死細(xì)胞凋亡與心力衰竭的加重[9]。

2.2 過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α與心肌能量代謝及心肌自噬的關(guān)系

由于心肌儲備減少，衰老與心臟功能下降有關(guān)。心臟重構(gòu)包括多種變化，如線粒體功能的降低和過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α)的表達(dá)，這是線粒體生物合成和代謝適應(yīng)的中心調(diào)節(jié)器。在心肌中，PGC-1α的中度過表達(dá)抵消了許多關(guān)鍵的與年齡有關(guān)的重構(gòu)改變，如通過改善血壓、年齡相關(guān)的細(xì)胞凋亡和膠原積累以及參與線粒體生物合成等，保護(hù)心肌免于凋亡。而適度的過表達(dá)降低了老年心臟的病理重構(gòu)，從而有助于改善老年心臟功能[10-12]。PGC-1α既是調(diào)節(jié)能量代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄因子，又是線粒體生物合成的主要調(diào)節(jié)因子[13-16]。該蛋白質(zhì)與核受體PPARγ相互作用，使該蛋白與多種轉(zhuǎn)錄因子相互作用。這種蛋白可以與cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白和核呼吸因子(nuclear respiratory factors，NRFs)相互作用，并調(diào)節(jié)其活性。它提供了外部生理刺激與線粒體生物合成調(diào)節(jié)的直接聯(lián)系[14]。有報道稱耐力運動可激活人骨骼肌PGC-1α基因[15]。運動誘導(dǎo)骨骼肌PGC-1α增加自噬[16]和未折疊蛋白反應(yīng)[17]。PGC-1α與NRF-1和NRF-2相互作用，以激活線粒體中的呼吸鏈、線粒體轉(zhuǎn)錄因子(TFAM、TFB1M、TFB2M)等基因。在代償性肥大過程中，PGC-1α的表達(dá)水平升高，線粒體生成與細(xì)胞大小也成比例增加。病理性肥大時，PGC-1α表達(dá)下調(diào)，氧化能力下降，導(dǎo)致能量饑餓和心功能不全[18]。

PGC-1α在生理性和病理性肥大中介導(dǎo)代謝變化。同時，PGC-1α表達(dá)減少與心臟肥大和衰竭有關(guān)，PGC-1α表達(dá)增加被認(rèn)為是正常心臟適應(yīng)的重要組成部分。調(diào)節(jié)線粒體生物合成使得PGC-1α及其下游部件NRF-1和TFAM表達(dá)增加(圖1)。

Pathological stimulus：病理刺激；Physiological adaptations：生理調(diào)整；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α；CREB：環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白；FKHR：橫紋肌肉瘤分叉(促凋亡因子)；TF-1：轉(zhuǎn)錄因子1；TF-2：轉(zhuǎn)錄因子2；NRF-1：核呼吸因子-1；TFAM：線粒體轉(zhuǎn)錄因子A；Nucleus：原子核；mtDNA：線粒體基因組；Mitochondria：線粒體圖1 PGC-1α在線粒體生物合成中的作用機制[19]

3 心肌肥厚與線粒體自噬

心肌肥厚可見于高血壓性心臟病、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病及其他心臟疾病的心臟結(jié)構(gòu)改變，臨床上病情進(jìn)展可表現(xiàn)為急慢性心功能不全、心律失常及心原性休克等。而具體的分子機制及信號通路均在研究中。既往研究結(jié)果認(rèn)為腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活、氧化應(yīng)激、心肌纖維化、心肌細(xì)胞凋亡、線粒體損傷等均有可能參與此過程中。在病理情況下，心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體會出現(xiàn)較大程度的受損，此時線粒體自噬會明顯上調(diào)。自噬增強是對長期壓力后負(fù)荷刺激的一種適應(yīng)性反應(yīng)。越來越多的證據(jù)揭示了自噬體-溶酶體途徑(autophagosomal lysosomal pathway，ALP)在心臟肥大與心力衰竭中的活性改變中的重要作用。

心肌ALP不足的結(jié)果是慢性壓力超載，通過協(xié)調(diào)增加兩種途徑，恢復(fù)或改善ALP，將有助于對慢性壓力負(fù)荷引起的心臟肥大和心力衰竭的治療[20](圖2)。

3.1 線粒體與心肌病的發(fā)生

線粒體在成人心肌細(xì)胞中分別定位在三種亞細(xì)胞中：纖維間質(zhì)、肌膜下和核周[21]。纖維間質(zhì)的線粒體在大小和形狀上是相對均勻的。它們在肌原纖維之間縱向排列，位于Ca2+釋放的地方。其主要功能是提供肌肉收縮的ATP。肌膜下和核周線粒體不同于纖維間質(zhì)的線粒體，組織、形狀和尺寸變化較大。這些線粒體參與代謝產(chǎn)物和電解質(zhì)通過。肌膜和核周線粒體可能在核轉(zhuǎn)錄中起作用[22]。

線粒體融合-裂變在新生兒心肌細(xì)胞中最明顯，有確鑿證據(jù)表明這些過程在成人心臟中也很重要。例如，參與融合-裂變的蛋白質(zhì)在成人心臟中高表達(dá)[23]。超微結(jié)構(gòu)分析運動訓(xùn)練的小鼠左心室顯示存在大量線粒體，被認(rèn)為是多個融合事件的結(jié)果。這些形態(tài)變化伴隨著線粒體呼吸的改變、線粒體自噬和線粒體生物合成，最終體現(xiàn)在心肌病中。

3.2 心肌肥厚細(xì)胞線粒體自噬的相關(guān)機制

由于心肌是高度氧化的組織，線粒體在維持心臟的最佳性能方面起著中心作用。線粒體自噬，線粒體融合、裂變、生物合成，以及線粒體形態(tài)、質(zhì)量和豐富度，均常被關(guān)聯(lián)在心肌肥厚中進(jìn)行研究。通過將線粒體自噬、能量代謝和營養(yǎng)供應(yīng)之間的平衡聯(lián)系起來，線粒體形態(tài)的改變可作為心臟病理重構(gòu)過程中生物能量適應(yīng)的重要機制。線粒體自噬是細(xì)胞選擇性清除受損線粒體的過程，及時清理功能紊亂線粒體并重復(fù)利用其內(nèi)容物，對合成新線粒體尤為重要，因此線粒體融合-裂變與自噬對肥厚心肌生理功能起著極為關(guān)鍵作用。在生理狀態(tài)及應(yīng)激狀態(tài)下，多種因子可調(diào)控心肌細(xì)胞線粒體自噬，進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)心肌細(xì)胞的作用。有文獻(xiàn)報道了線粒體融合-裂變和線粒體自噬在心血管疾病的發(fā)生及進(jìn)展過程中發(fā)揮作用，其中，線粒體融合-裂變會影響心肌肥厚和失代償?shù)取＿@些發(fā)現(xiàn)將有助于改善心肌肥厚的預(yù)防與治療[20]。

為應(yīng)對各種環(huán)境壓力，細(xì)胞可以不合成ATP，線粒體主要產(chǎn)生活性氧，進(jìn)而引起細(xì)胞損傷，啟動凋亡途徑。然而，細(xì)胞已進(jìn)化出現(xiàn)抵抗異常線粒體產(chǎn)生活性氧的防御機制[24]。其中最根本的辦法是將這些功能紊亂的線粒體選擇性隔離和降解，即線粒體自噬。在病理情況下，肥厚心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體會出現(xiàn)較大程度的受損，此時線粒體自噬會明顯上調(diào)，以便在受損線粒體對細(xì)胞造成進(jìn)一步損傷之前將其清除，但當(dāng)應(yīng)激刺激過強或持續(xù)時間過長時，受損線粒體數(shù)量超過線粒體自噬能力時，會導(dǎo)致受損線粒體聚集，其可產(chǎn)生大量活性氧、釋放促凋亡因子，以及通過膜通透性轉(zhuǎn)運孔的開放導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

類似的可引發(fā)線粒體依賴的細(xì)胞死亡的刺激可引起線粒體自噬。這兩種高度調(diào)節(jié)的平衡過程將決定心肌細(xì)胞是否存活或死亡。明確線粒體和線粒體自噬在肥厚心肌病中的作用是非常有意義的。因為線粒體損傷與多種心血管疾病關(guān)聯(lián)，所以適當(dāng)清除功能失調(diào)的線粒體是非常關(guān)鍵的[25]。

線粒體生物合成和線粒體自噬在維持線粒體質(zhì)量和修復(fù)中是同樣重要的。目前線粒體自噬的作用特別受到關(guān)注，有證據(jù)表明它在心肌細(xì)胞損傷修復(fù)與病理中起著重要保護(hù)作用。因此，如果將線粒體自噬作為一個有用的治療靶點，將決定何時調(diào)控線粒體自噬活動，可以防止、抵消或逆轉(zhuǎn)特定的心血管疾病活動。

TFEB：轉(zhuǎn)錄因子EB；mTORC1：雷帕霉素靶點蛋白復(fù)合物1；MAPK1：絲裂原活化蛋白激酶1；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α圖2 轉(zhuǎn)錄因子EB相關(guān)的調(diào)控作用[20]

4 小結(jié)

心肌肥厚的相關(guān)研究一直是熱點，而自噬-線粒體自噬-能量代謝也是目前心肌肥厚的研究熱點，鑒于PGC-1α的重要性，我們試圖在既有研究基礎(chǔ)上闡述自噬-線粒體自噬-能量代謝-PGC-1α之間的關(guān)系及其對心肌肥厚的影響，為進(jìn)一步開展研究提供方向。

適當(dāng)線粒體自噬對于維持心臟正常功能具有重要作用。線粒體自噬受阻會導(dǎo)致受損或功能障礙的線粒體在細(xì)胞內(nèi)聚集；而線粒體自噬過度會使線粒體過度降解影響能量代謝，兩者均可影響心臟生理功能。在某些病理條件下，如心肌缺血再灌注損傷，線粒體自噬的程度會發(fā)生改變，而此時適當(dāng)?shù)恼{(diào)控線粒體自噬可產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。但在某些疾病中，有時難以區(qū)分線粒體自噬的異常是疾病的原因還是結(jié)果，故單純針對線粒體自噬的程度的改變而加以干預(yù)，可能會存在風(fēng)險，盡管如此，以線粒體自噬作為治療靶點，也可在心肌保護(hù)方面提供新思路。我們推測對線粒體自噬的進(jìn)一步研究將揭開心肌細(xì)胞能量代謝、線粒體功能，以便為治療疾病提供新方法。

利益沖突：無