張新會(huì)，羅文龍，裴漢軍

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)三科，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

線粒體通過氧化磷酸化合成三磷酸腺苷(ATP)為細(xì)胞的各種活動(dòng)提供必要的能量，是真核細(xì)胞能量調(diào)控的重要部位，同時(shí)還是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的主要部位，對(duì)細(xì)胞的生存起著決定性作用。在線立體產(chǎn)生能量的同時(shí)，伴隨著O2-，H2O2等多種活性氧(rective oxygen species ROS)，ROS積累過多損傷線粒體蛋白及DNA，導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能異常[1]。此外缺血、缺氧也會(huì)對(duì)線粒體造成損傷，導(dǎo)致線粒體通透性改變，從而釋放促凋亡蛋白引起細(xì)胞凋亡。為了使細(xì)胞處于正常的穩(wěn)定狀態(tài)，必須及時(shí)清除受損傷的線粒體，而這一過程主要通過自噬機(jī)制完成，被稱為線粒體自噬[2]。近年來線粒體自噬在心血管疾病、肝臟疾病、代謝性疾病、腫瘤、神經(jīng)退行性病變、糖尿病等疾病研究取得進(jìn)展，它在這些疾病的產(chǎn)生、發(fā)展起著至關(guān)重要的作用[3-4]?，F(xiàn)將線粒體自噬與心血管方面研究進(jìn)展作一綜述，為后續(xù)研究提供資料。

1 線粒體自噬的概述

細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)是細(xì)胞進(jìn)行各種生理活動(dòng)的前提，它取決于對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的質(zhì)量控制。自噬是細(xì)胞通過吞噬自身細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的物質(zhì)(包括翻譯異常的蛋白質(zhì)或功能失調(diào)的細(xì)胞器)后，形成囊泡，包裹上述內(nèi)容物，運(yùn)送到溶酶體，降解內(nèi)容物，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)自我更新和代謝的過程。自噬對(duì)細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)維持起到了十分重要的作用。線粒體自噬是一種細(xì)胞特異性吞噬線粒體的選擇性自噬[5]。具體過程如下：各種不同因素造成線粒體損傷，使其通透性發(fā)生改變，進(jìn)而引起相關(guān)的蛋白活化。線粒體膜上的蛋白質(zhì)與胞質(zhì)內(nèi)的自噬小體相連接，逐漸包裹整個(gè)線粒體，后運(yùn)送至溶酶體。被包裹的線粒體與溶酶體相融合，隨后線粒體溶酶體降解，細(xì)胞利用其中成分合成新的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)。雖然現(xiàn)在對(duì)于線粒體自噬的研究不斷進(jìn)展，但到目前為止關(guān)于線粒體自噬的調(diào)節(jié)機(jī)制仍不完全清楚[6]。

2 線粒體自噬的調(diào)節(jié)機(jī)制

2.1酵母中線粒體自噬 早期的自噬研究是利用酵母開展的，參與自噬的蛋白質(zhì)被命名為Atg,這些蛋白在自噬的不同階段發(fā)揮重要作用，其中Atg1和磷脂酰肌醇3復(fù)合物1復(fù)合物參與囊泡膜的構(gòu)成(包括Atg6和Atg14)，接下來需要Atg12或Atg8的參與。Atg12或Atg8是泛素類似蛋白，它們構(gòu)成各自的蛋白結(jié)合系統(tǒng)，兩者均負(fù)責(zé)脂質(zhì)的傳遞。在Atg2、Atg9、Atg18參與下吞噬泡發(fā)生自噬[7]。另外發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)Atg32是一種特異的線粒體自噬蛋白，研究表明Atg32與Atg8、Atg11相互作用，將線粒體運(yùn)送至囊泡進(jìn)行線粒體自噬[7-8]。

2.2Pink1/Parkin調(diào)控線粒體自噬 Pink1是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。Pink1可使ser65磷酸化，通過磷酸化促進(jìn)Parkin激活[9]。Parkin是一種E3泛素連接酶，主要包括一個(gè)N端泛素樣結(jié)構(gòu)和4個(gè)半胱氨酸及鋅指結(jié)構(gòu)域，正常情況下位于細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)線粒體膜受損傷后，Parkin會(huì)移動(dòng)到線粒體上并對(duì)線粒體膜蛋白進(jìn)行泛素化處理，從而能夠標(biāo)記受損傷的線粒體，P62與線粒體上泛素化蛋白及自噬體上LC3結(jié)合，使線粒體與P62連接的自噬小體相連接，為后續(xù)的線粒體自噬作準(zhǔn)備[10]。Youle實(shí)驗(yàn)室研究證實(shí)Pink1/Parkin調(diào)控的線粒體自噬對(duì)于受損傷線粒體的清除起到至關(guān)重要的作用[11]。此外對(duì)Parkin進(jìn)行干預(yù)，也可影響線粒體自噬。線粒體融合蛋白Mfn不僅是Parkin底物，還是線粒體上Parkin受體。由于Mfn2缺失，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的受損線粒體不能夠依靠Parkin定位，從而無法進(jìn)行線粒體自噬，對(duì)受損的線粒體進(jìn)行清除，導(dǎo)致大量的線粒體積累[12]。去泛素化酶usp30可以將已受Parkin標(biāo)記的受損傷的線粒體膜蛋白泛素化的標(biāo)記去掉，使線粒體自噬明顯減少[13]。雖然這一路徑被人們廣泛認(rèn)知，但也有發(fā)現(xiàn)基因敲除Pink1比基因敲除Parkin引起更為嚴(yán)重的心臟損害，表明Pink1還有可能介導(dǎo)其他路徑的線粒體自噬[14]。

2.3Binp3/Nix調(diào)控線粒體自噬 Binp3位于線粒體外膜，目前研究表明Binp3和LC3直接相互作用，介導(dǎo)了線粒體自噬的發(fā)生[15]。Nix和Binp3在蛋白質(zhì)序列上具有同源性，Bnip3和nix通過低氧調(diào)節(jié)，低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)是在低氧水平下激活bnip3和nix表達(dá)，促進(jìn)線粒體自噬的發(fā)生[16]。此外Nix介導(dǎo)的線粒體自噬選擇性的清除哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞中的線粒體，對(duì)于紅細(xì)胞的分化和成熟起到重要作用。但Nix基因缺失的小鼠出現(xiàn)貧血、外周血化驗(yàn)成熟的紅細(xì)胞減少并出現(xiàn)線粒體滯留，同時(shí)紅細(xì)胞壽命縮短[17]。Nix可與LC3及γ-氨基丁酸相關(guān)蛋白結(jié)合介導(dǎo)線粒體自噬。最新發(fā)現(xiàn)Nix可以介導(dǎo)干細(xì)胞分化過程中的線粒體自噬，表明還可能在其他發(fā)育過程中起重要作用[18]。

2.4FUNDC1調(diào)控的線粒體自噬 FUNDC1是僅位于線粒體外膜的蛋白，通過LIR-Y(18)XXL(21)與LC3相互作用。有研究表明正常生理?xiàng)l件下中依靠SRC激酶在Tyr18位置上的磷酸化，使FUNDC1無法招募LC3與之結(jié)合，線粒體自噬受到抑制。而在細(xì)胞低氧時(shí)誘導(dǎo)了SRC激酶失活，導(dǎo)致FUNDC1的去磷酸化，F(xiàn)UNDC1招募LC3與之結(jié)合，使線粒體自噬較正常狀態(tài)下明顯增加，F(xiàn)UNDC1通過這種可逆的磷酸化調(diào)節(jié)線粒體自噬[19]。除了上述幾種模式外，Ostu等[20]研究發(fā)現(xiàn)Bcl2-L-13是Atg32在哺乳動(dòng)物中的同源蛋白，它可以通過WxxL結(jié)構(gòu)域與LC3結(jié)合，并導(dǎo)致線粒體自噬，但這種自噬不依賴泛素化。Fis1和Drp1為線粒體分裂蛋白OPA1是線粒體融合蛋白，抑制Fisl1和Drp1的表達(dá)，能夠阻止線粒體自噬，使發(fā)生的線粒體自噬減少。OPA1的丟失使線粒體與自噬小體無法完全融合，導(dǎo)致線粒體自噬減少[21]?？傊诓溉閯?dòng)物中有很多蛋白質(zhì)參與了對(duì)線粒體自噬的調(diào)節(jié)，目前除對(duì)Pink1/Parkin調(diào)控機(jī)制研究較明確外，其余調(diào)控機(jī)制尚不完全清楚，仍有待進(jìn)一步研究。

3 心血管病中的線粒體自噬

3.1心肌梗死與缺血再灌注損傷 由于供應(yīng)心的有效循環(huán)血量減少，造成心肌缺氧，繼而導(dǎo)致心肌細(xì)胞能量缺乏、代謝紊亂，缺血、缺氧如無法及時(shí)緩解造成心肌細(xì)胞不可逆損傷，細(xì)胞變性壞死，形成心肌梗死。隨著近年來技術(shù)的進(jìn)步，冠脈介入手術(shù)、溶栓、冠狀動(dòng)脈搭橋，使心肌缺血后重新得到血液供應(yīng)，多數(shù)情況下心功能得到恢復(fù)。但有時(shí)重新獲得血液供應(yīng)后反而會(huì)加重心肌損傷，這種被稱為缺血再灌注損傷。線粒體是缺氧、缺血的主要靶點(diǎn)，在應(yīng)對(duì)缺氧、缺血再灌注損傷中起到重要作用[22]。心肌缺血后可引起心肌細(xì)胞中的線粒體損傷產(chǎn)生大量的ROS等促凋亡因子，激活線粒體自噬，促進(jìn)線粒體更新，維持線粒體數(shù)量及質(zhì)量的穩(wěn)定。在心肌缺血階段有研究表明抑制Drp1能加重缺血造成的損傷，在缺失Drp1的小鼠上，表現(xiàn)出再灌注損傷加重，Drp1的缺失可誘導(dǎo)線粒體伸長(zhǎng)，線粒體正常生理功能喪失，同時(shí)抑制線粒體自噬，從而促進(jìn)心功能障礙，增加對(duì)缺血/再灌注的易感性[23]。結(jié)扎小鼠左前降支動(dòng)脈造成小鼠心肌梗死，在梗死交界區(qū)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)存在大量的線粒體自噬現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)Parkin轉(zhuǎn)移到受損傷的線粒體介導(dǎo)線粒體自噬。在缺血再灌注前給與普通小鼠缺血預(yù)處理，可以明顯降低梗死面積，而在敲除Parkin小鼠的缺血、再灌注模型中，小鼠心肌梗死面積增大[24]。Weilin研究組發(fā)現(xiàn)激活血小板中線粒體自噬是依靠FUNDC1介導(dǎo)的，激活血小板的線粒體自噬，可以減輕缺血再灌注引起的心肌損傷[25]。以上證據(jù)表明在心肌梗死、心肌缺血再灌注等急性損傷中線粒體自噬對(duì)心臟具有保護(hù)作用，抑制線粒體自噬，會(huì)加重心肌損傷的程度。

3.2心力衰竭 各種心血管疾病及其他因素造成心肌失代償性肥大，心做功增加同時(shí)伴有心功能嚴(yán)重受損，引起心力衰竭。目前研究顯示線粒體自噬對(duì)心衰的作用存在較大爭(zhēng)議。有研究表明心衰時(shí)受損傷的線粒體能夠通過線粒體自噬及時(shí)清除，避免損傷的線粒體積累，阻止有害效應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)心肌存在保護(hù)效應(yīng)[26]。如Parkin?/?小鼠，線粒體自噬減少，對(duì)急性心梗的敏感性增加，同時(shí)隨著年齡的增大，功能失調(diào)的線粒體及氧化損傷增加，心功能惡化壽命較短。Mfn2缺乏的心肌，在30周時(shí)就已經(jīng)收縮力降低，心肌肥大，心力衰竭[27]。但又有證據(jù)表明心特異性NIX過度表達(dá)線粒體自噬加強(qiáng)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡和心力衰竭的發(fā)生，在壓力誘導(dǎo)的心衰情況下NIX敲除的小鼠與對(duì)照組相比可以降低心肌纖維化，保持心功能[27]。目前普遍觀點(diǎn)為適度的線粒體自噬可以保護(hù)心肌細(xì)胞，自噬缺乏與過度均會(huì)促進(jìn)心衰的進(jìn)展。

3.3其他心血管疾病 動(dòng)脈粥樣硬化是冠心病、腦部血管疾病、外周血管疾病的主要病因。研究證實(shí)血管平滑肌細(xì)胞增殖過程推動(dòng)血管重塑的發(fā)展,對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化起到促進(jìn)作用[28]。血管平滑肌細(xì)胞經(jīng)過PDGF(血小板衍生生長(zhǎng)因子)處理后引起Mfn2下降，造成線粒體分裂增多、線粒體自噬增多，促進(jìn)血管平滑肌的增殖。應(yīng)用抑制劑后PDGF誘發(fā)的線粒體自噬減少，血管平滑肌增殖減少[29]。Oka等實(shí)驗(yàn)表明受損傷的線粒體DNA逃脫自噬會(huì)引起TLR9介導(dǎo)的心臟炎癥，會(huì)引起心肌炎和擴(kuò)張型心肌病[30]。關(guān)于糖尿病性心臟病目前觀點(diǎn)為糖尿病心臟損傷與線粒體功能失調(diào)和ROS的產(chǎn)生有關(guān)，維持線粒體的功能對(duì)糖尿病性心臟病患者的心臟收縮功能是必要的，糖尿病性心臟病的線粒體自噬可能受多種路徑調(diào)節(jié)，一種調(diào)控路徑受到抑制，另一種途徑表達(dá)升高，促進(jìn)線粒體自噬，對(duì)心肌細(xì)胞起到保護(hù)作用，但這種調(diào)控機(jī)制目前還不清楚[31]。

4 總結(jié)與展望

線粒體自噬在許多心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中起到了重要作用。但目前對(duì)線粒體自噬信號(hào)通路及調(diào)節(jié)機(jī)制的了解處于初步階段，還需進(jìn)一步研究。隨著更深入的研究，將會(huì)對(duì)心血管疾病治療提供新的靶點(diǎn)。