朱 鈺 綜述 李永華 審校

(1濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，濟(jì)寧 272013；2濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，濟(jì)寧 272029)

線粒體是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生能量的主要場(chǎng)所，通過氧化磷酸化產(chǎn)生三磷酸腺苷，同時(shí)也產(chǎn)生活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)，維持線粒體穩(wěn)態(tài)即線粒體質(zhì)量控制包括線粒體融合、分裂、自噬等，其中自噬作為細(xì)胞高選擇性移除功能障礙或剩余線粒體的途徑之一對(duì)細(xì)胞的正常生理功能至關(guān)重要。有兩種不同的線粒體自噬途徑，分別是PINK1/Parkin途徑和受體介導(dǎo)的途徑[1]。后者以受體BNIP3、NIX /BNIP3L、含F(xiàn)UN14域蛋白1(FUN14 domain containing 1，F(xiàn)UNDC1)和PHB2(Prohibitin 2)與微管相關(guān)蛋白1輕鏈 3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)相互作用介導(dǎo)自噬[2]。線粒體自噬的失調(diào)導(dǎo)致癌癥、神經(jīng)退行性疾病(如帕金森病)、肌肉萎縮、衰老、糖尿病和心力衰竭等多種疾病的發(fā)生[3]。因此，對(duì)線粒體自噬調(diào)控機(jī)制的解讀，為我們更好地研究相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。本文就FUNDC1介導(dǎo)線粒體自噬的機(jī)制以及與相關(guān)疾病的關(guān)系做一綜述。

1 FUNDC1結(jié)構(gòu)與功能

FUNDC1蛋白由155個(gè)氨基酸構(gòu)成，是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中介導(dǎo)線粒體自噬的一種新型線粒體膜蛋白，其包含3個(gè)高疏水性的斜螺旋延伸跨膜結(jié)構(gòu)域和LC3相互作用區(qū)(LC3-interacting region，LIR)，其N端位于細(xì)胞質(zhì)中，C端位于線粒體內(nèi)外膜間隙中[2](見圖1)。FUNDC1是一種高度保守的蛋白，其同源蛋白從低級(jí)的細(xì)菌酵母菌到高級(jí)靈長(zhǎng)類動(dòng)物中均可見[4]。內(nèi)源性FUNDC1僅定位于線粒體外膜上，并在缺氧條件下被激活[2]，而后通過信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)線粒體自噬。LIR是一個(gè)短序列LC3結(jié)合區(qū)域：Y(18)xxL(21)，通過在細(xì)胞質(zhì)暴露的N端與LC3相互作用，可以與LC3和GABARAP(gamma-aminobutyric acid receptor-associated protein)家族的相關(guān)成員結(jié)合在自噬分離膜上；Y18和L21的突變或LIR的缺失會(huì)破壞FUNDC1與LC3的相互作用及其介導(dǎo)的線粒體自噬功能[2]。在正常情況下，F(xiàn)UNDC1在Y18被肉瘤基因(Sarcoma gene，Src)激酶磷酸化，在S13被肌酸激酶2(creatine kinase 2，CK2)磷酸化形成p-FUNDC1(非活性形式)抑制線粒體自噬。而在低氧條件下相關(guān)殘基去磷酸化，從而使FUNDC1可以與LC3相互作用[2,5]。這說明FUNDC1蛋白磷酸化/去磷酸化是線粒體自噬中重要的一環(huán)。

圖1 線粒體外膜FUNDC1蛋白的結(jié)構(gòu)[5]

2 FUNDC1與線粒體自噬

2.1 線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜(mitochondria-associated ER membranes，MAMs)與FUNDC1

FUNDC1在線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間的界面MAMs上發(fā)揮其功能。MAMs匯集了關(guān)鍵的信號(hào)通路，這些信號(hào)通路有助于在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)中在凋亡和自噬之間做出決定；它還通過吸收和釋放通道的緊密耦合參與細(xì)胞器之間的鈣轉(zhuǎn)移。MAMs在線粒體分裂、凋亡和線粒體自噬中起重要作用。此外，在位于線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸處存在一個(gè)電壓依賴陰離子通道(voltage dependent anion channels，VDAC)、75kDa葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(GRP75)和肌醇1，4，5-三磷酸受體(inositol 1，4，5-trisphosphate receptor,IP3R)蛋白復(fù)合體，復(fù)合體介導(dǎo)Ca2+在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之間的轉(zhuǎn)移[6](見圖2)。FUNDC1與IP3R2受體相互作用，一方面可以促進(jìn)MAMs的穩(wěn)定，同時(shí)還可促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) Ca2+轉(zhuǎn)移到線粒體和細(xì)胞質(zhì)[7]。在缺血、缺氧引起的心肌疾病中，F(xiàn)UNDC1的增加促進(jìn)MAMs的穩(wěn)定，引起線粒體內(nèi)Ca2+增加和線粒體裂變1蛋白(fisson1，F(xiàn)is1)的表達(dá)增加，促進(jìn)了線粒體自噬與分裂，并且FUNDC1的遺傳缺失(FUNDC1 KO)會(huì)導(dǎo)致心功能障礙和心力衰竭[7]。Wu等[8]發(fā)現(xiàn)在小鼠糖尿病模型心肌細(xì)胞中FUNDC1水平升高，與IP3R2的結(jié)合增加MAMs形成，從而引起線粒體內(nèi)Ca2+增加與Fis1的表達(dá)增加，導(dǎo)致線粒體功能障礙，進(jìn)而損害了心肌結(jié)構(gòu)與功能。在不同的疾病進(jìn)展中，F(xiàn)UNDC1介導(dǎo)的病理機(jī)制也不盡相同。FUNDC1是否通過調(diào)控IP3R2表達(dá)或降解來促進(jìn)MAMs的形成，這一點(diǎn)還有待于進(jìn)一步研究證實(shí)。

注：MCU，線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運(yùn)體；OMM，線粒體外膜

2.2 FUNDC1磷酸化

2.2.1ULK1與FUNDC1 unc-51樣激酶1(unc-51 like kinase 1，ULK1)參與了細(xì)胞自噬的誘導(dǎo)，但其具體作用機(jī)制仍不清楚。ULK1也參與了FUNDC1受體介導(dǎo)的線粒體自噬。ULK1是激活FUNDC1的一種調(diào)控方式，它是自噬的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，通過Ser17位點(diǎn)磷酸化激活FUNDC1[2]。在低氧處理的大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤PC-12細(xì)胞中，ULK1的mRNA和蛋白水平顯著提高，并明顯上調(diào)了FUNDC1的表達(dá)，提示低氧促進(jìn)了細(xì)胞線粒體自噬[9]。ULK1是由腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)控制的，在低氧條件下，AMPK能磷酸化ULK1 S555，導(dǎo)致轉(zhuǎn)位復(fù)合物轉(zhuǎn)到線粒體，并磷酸化FUNDC1[10]。ULK1在線粒體自噬過程中是引導(dǎo)溶酶體進(jìn)入線粒體所必需的。細(xì)胞磷酸化蛋白質(zhì)組分析和質(zhì)譜分析表明，F(xiàn)UNDC1 Ser17是一個(gè)潛在的磷酸化位點(diǎn)。ULK1的異位表達(dá)顯著增強(qiáng)了FUNDC1的Ser17磷酸化，而敲除ULK1則顯著抑制了FUNDC1的Ser17磷酸化[11]。ULK1在Ser17位點(diǎn)磷酸化FUNDC1并相互作用，促進(jìn)FUNDC1與LC3的結(jié)合，增強(qiáng)線粒體自噬。這是連接自噬小體和線粒體片段的重要過程。綜上所述，F(xiàn)UNDC1可以將ULK1招募到功能失調(diào)的線粒體中，ULK1通過Ser17位點(diǎn)磷酸化激活FUNDC1，以加速線粒體自噬。

2.2.2蛋白激酶Src與FUNDC1 Src激酶是一種酪氨酸激酶和調(diào)節(jié)蛋白，在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖和存活中起關(guān)鍵作用。位于線粒體的Src激酶可能負(fù)責(zé)FUNDC1 Tyr18位點(diǎn)的磷酸化。在生理?xiàng)l件下，活化的 Src激酶磷酸化Tyr18抑制FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬。此外，由于磷酸化的FUNDC1可能會(huì)與LC3的疏水囊發(fā)生沖突，從而消除其與LC3的結(jié)合親和性，因此，LC3優(yōu)先與去磷酸化的FUNDC1相互作用[2]。在低氧條件下，失活的Src激酶引起FUNDC1去磷酸化誘導(dǎo)自噬[2]。低氧下，F(xiàn)UNDC1通過去磷酸化進(jìn)行構(gòu)象修飾，這可能會(huì)減弱LC3相互作用的空間干擾，導(dǎo)致FUNDC1與LC3-II的共定位。綜上所述，Src激酶在生理?xiàng)l件下磷酸化FUNDC1的Tyr18可抑制FUNDC1介導(dǎo)的自噬。相反，低氧條件下去磷酸化的FUNDC1和失活的Src激酶導(dǎo)致FUNDC1和LC3-II之間的相互作用和共定位顯著增加，促使線粒體自噬的發(fā)生。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)線粒體外膜蛋白FUNDC1如何調(diào)控自噬，以及Src激酶是如何調(diào)控FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬提供了最新的見解。

2.3 FUNDC1去磷酸化

2.3.1PGAM5與FUNDC1 磷酸甘油變位酶家族蛋白5(phosphoglycerate mutase family member 5，PGAM5)作為線粒體Ser/Thr磷酸酶，參與調(diào)節(jié)線粒體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的多個(gè)過程[12]。PGAM5被線粒體膜電位缺失激活，可能與PINK1激酶同時(shí)觸發(fā)線粒體自噬，它通過Ser13位點(diǎn)去磷酸化激活FUNDC1[13]，去磷酸化的FUNDC1對(duì)LC3有明顯更高的親和力，從而導(dǎo)致FUNDC1和LC3相互作用，導(dǎo)致選擇性的自噬結(jié)合和隨后受影響的線粒體的自噬移除[2,5]。PGAM5對(duì)FUNDC1的去磷酸作用可以通過CK2磷酸化FUNDC1來逆轉(zhuǎn)。PGAM5和CK2組成的調(diào)節(jié)回路將線粒體應(yīng)激信號(hào)與FUNDC1的磷酸化/去磷酸化連接起來，從而調(diào)節(jié)線粒體自噬。

2.3.2BCL2L1與FUNDC1 BCL2家族控制線粒體凋亡、線粒體自噬和線粒體穩(wěn)態(tài)[14]。PGAM5的激活與抗凋亡蛋白Bcl2 Like 1(BCL2L1)密切相關(guān)。在正常條件下，BCL2L1通過BH3結(jié)構(gòu)域與PGAM5相互作用，抑制PGAM5的激活，進(jìn)而阻止Ser13去磷酸化[15]。在低氧條件下，BCL2L1降解，PGAM5釋放，促進(jìn)Ser13去磷酸化，從而啟動(dòng)FUNDC1介導(dǎo)的自噬。因此，BCL2L1-PGAM5-FUNDC1軸在響應(yīng)低氧誘導(dǎo)的自噬中起關(guān)鍵作用。在多種病理生理?xiàng)l件下，細(xì)胞如何感知外界刺激來調(diào)節(jié)FUNDC1的去磷酸化狀態(tài)將是未來研究的重點(diǎn)。在不同人群中可能存在PGAM5/BCL2L1基因多態(tài)性，該基因多態(tài)性將是未來基因治療的關(guān)鍵。

3 FUNDC1與疾病

3.1 癌癥

癌癥是由癌細(xì)胞惡性增殖所致，癌細(xì)胞的代謝重編程發(fā)生異常[16]。線粒體作為代謝重編程的主要細(xì)胞器參與了癌癥的發(fā)生與發(fā)展過程。FUNDC1在癌癥中的作用尚未得到充分的研究。近年來，乳腺癌的發(fā)病率位列女性惡性腫瘤之首，成為威脅女性健康的重要因素[17]。FUNDC1作為一種新發(fā)現(xiàn)的線粒體自噬蛋白，其在乳腺癌中的表達(dá)模式和功能尚不清楚。相關(guān)研究探索了FUNDC1在乳腺癌組織中的表達(dá)譜[18-21]，數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)UNDC1在乳腺癌組織中的表達(dá)明顯高于正常乳腺上皮組織；FUNDC1 mRNA水平升高與乳腺癌患者生存期呈負(fù)相關(guān)；FUNDC1蛋白在乳腺癌組織中的表達(dá)水平分別與腫瘤大小、轉(zhuǎn)移和死亡呈正相關(guān)；FUNDC1水平高的乳腺癌患者預(yù)后較差，這表明FUNDC1相關(guān)表達(dá)水平的上調(diào)可能增強(qiáng)了乳腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。同時(shí)有研究表明FUNDC1可能通過與浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞相互作用來影響癌癥患者的預(yù)后[22]。在FUNDC1高表達(dá)的癌癥中，腦癌、皮膚癌、肝癌預(yù)后較差，肺癌、卵巢癌、腎癌、甲狀腺癌預(yù)后較好[22]。FUNDC1參與了癌癥的發(fā)病、進(jìn)展和預(yù)后，F(xiàn)UNDC1可能是癌癥治療的一個(gè)有前景的生物標(biāo)志物和靶點(diǎn)。

3.2 心血管疾病

線粒體功能障礙與各種心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。研究表明，在病理?xiàng)l件下，F(xiàn)UNDC1在維持心血管細(xì)胞穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用[3,23-24]。心肌細(xì)胞含有大量線粒體，約占心肌總體積的30%～40%，成人心臟每天通過線粒體氧化磷酸化系統(tǒng)消耗大量ATP來支持心臟功能。Zhou等[25]報(bào)道在急性心肌缺血-再灌注后CK2水平以時(shí)間依賴性的方式升高，導(dǎo)致線粒體損傷和心功能障礙。功能分析顯示，CK2的增加上調(diào)了磷酸化的FUNDC1的表達(dá)，同時(shí)這一結(jié)果還伴隨著線粒體自噬停止和心肌細(xì)胞線粒體功能障礙。敲除CK2可恢復(fù)FUNDC1介導(dǎo)的自噬，從而形成保護(hù)線粒體和心臟免受缺-再灌注損傷。心肌細(xì)胞和血小板在缺血-再灌注期間均檢測(cè)到自噬。在低氧處理和缺血-再灌注小鼠中血小板總FUNDC1和Tyr18位磷酸化FUNDC1的水平均降低，提示Tyr18位磷酸化FUNDC1可能與缺血-再灌注的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[26]。另外FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬可以調(diào)節(jié)血小板活化及細(xì)胞凋亡，促進(jìn)血小板活化，增加血小板聚集、黏附分子的表達(dá)和微血栓的形成[27]?？傊?，F(xiàn)UNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬與心血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)，未來FUNDC1可成為心血管疾病的治療靶點(diǎn)之一。

3.3 眼部疾病

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病常見的一種特殊的微血管并發(fā)癥。目前在DR中線粒體自噬的研究尚少。由于DR和視網(wǎng)膜脫離病理機(jī)制均包括視網(wǎng)膜缺血缺氧，并且研究表明在大鼠視網(wǎng)膜脫離模型中，脯氨酰羥化酶抑制劑可通過穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子-1a(hypoxia inducible factor-1a ，HIF-1a)增強(qiáng)FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬，減少因ROS過量引起的光感受器細(xì)胞損傷[28]。這提示在視網(wǎng)膜中FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬極有可能也參與DR的發(fā)病。目前眼科疾病中FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬的研究尚少，其機(jī)制仍需深入探討。FUNDC1介導(dǎo)線粒體自噬的干預(yù)可能為眼科疾病的治療提供一種新的策略。

4 小結(jié)與展望

線粒體自噬與人體細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持和疾病息息相關(guān)，密不可分。FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬可選擇性地清除功能障礙的線粒體，進(jìn)而減少對(duì)細(xì)胞和組織的損傷，在疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。盡管FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬在許多線粒體相關(guān)疾病中的作用正在顯現(xiàn)，但闡明這些復(fù)雜的病理生理過程并將分子信息轉(zhuǎn)化為醫(yī)學(xué)仍有很長(zhǎng)的路要走。鑒于不同的疾病條件下可能存在不同的應(yīng)激信號(hào)，因此，有必要確定具體的上游信號(hào)分子，特別是發(fā)病機(jī)制中的蛋白激酶和磷酸酶。

未來在細(xì)胞和分子水平上對(duì)FUNDC1機(jī)制的研究將有助于闡明FUNDC1的作用，更加深入了解線粒體自噬的調(diào)控機(jī)制，掌握其在相關(guān)疾病中的作用，將為疾病的治療提供一種新的方法。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。