汪家文 綜述，朱安娥，吳 君，楊 林，吳文鑫，李小麗，王 杰 審校

(貴州醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)院，貴州 貴陽 550004)

在全球范圍內(nèi)，動(dòng)脈粥樣硬化引起的心血管疾病是導(dǎo)致人群死亡和殘疾的主要原因。流行病學(xué)調(diào)查表明，近15年來我國心血管疾病的死亡人數(shù)增加了48%，僅2020年我國因缺血性心臟病死亡的人數(shù)就達(dá)192萬[1]。冠狀動(dòng)脈粥樣硬化是冠心病的主要病變，斑塊穩(wěn)定性的改變是冠心病猝死的重要原因。因此，預(yù)防斑塊穩(wěn)定性的改變將大大降低心血管疾病的致殘率和死亡率。

動(dòng)脈粥樣硬化最突出的病理學(xué)特征是動(dòng)脈壁形成富含脂質(zhì)和免疫細(xì)胞的斑塊。隨著病變進(jìn)展，穩(wěn)定型斑塊可轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定型斑塊，表現(xiàn)為纖維帽變薄、脂質(zhì)核心增大、新生血管出現(xiàn)，巨噬細(xì)胞、泡沫細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)異常增多等，進(jìn)而導(dǎo)致急性冠狀動(dòng)脈綜合征、心肌梗死和腦卒中等嚴(yán)重的心腦血管疾病[2-4]。

動(dòng)脈粥樣硬化的病理變化包括動(dòng)脈壁脂質(zhì)積累、炎癥和細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化，涉及細(xì)胞增殖、遷移和表型變化。上述過程彼此之間及與體內(nèi)各個(gè)細(xì)胞器之間密切相關(guān)。線粒體是氧化磷酸化的主要場所，參與體內(nèi)許多細(xì)胞過程，如類固醇生物合成、鈣穩(wěn)態(tài)、免疫細(xì)胞激活、氧化還原、凋亡和炎癥等[5]。線粒體是細(xì)胞內(nèi)高度動(dòng)態(tài)的細(xì)胞器，通過不斷地分裂與融合來保持線粒體穩(wěn)態(tài)，即線粒體動(dòng)力學(xué)；線粒體自噬是細(xì)胞自噬裝置對線粒體的靶向吞噬和破壞，是線粒體自身質(zhì)量控制的主要機(jī)制。近年來研究發(fā)現(xiàn)，線粒體動(dòng)力學(xué)(裂變與融合失衡)與線粒體自噬過度是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變的重要原因，穩(wěn)定線粒體裂變與融合的動(dòng)態(tài)平衡，調(diào)控線粒體自噬的程度可能是治療動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)疾病的新策略。

1 線粒體功能障礙與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的關(guān)系

動(dòng)脈粥樣硬化斑塊表面由內(nèi)皮細(xì)胞、纖維細(xì)胞等組成的“纖維帽”成分覆蓋，內(nèi)部含有脂質(zhì)和(或)壞死核心[6]。斑塊的穩(wěn)定性主要由表面厚厚的“纖維帽”保持，其系由VSMCs產(chǎn)生的大量細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)，包括膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白聚糖所組成[7]。后期，由于ECM的形成受到抑制，特別是VSMCs的膠原蛋白生成減少，斑塊會變得不穩(wěn)定[8]。此外，由于巨噬細(xì)胞釋放的蛋白酶降解細(xì)胞外基質(zhì)，穩(wěn)定型斑塊將變得不穩(wěn)定，甚至破裂、血栓形成并危及生命[9]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，不穩(wěn)定斑塊的主要特征包括：(1)覆蓋脂質(zhì)核心表面的薄層“纖維帽”；(2)含有大量低密度脂蛋白和泡沫細(xì)胞的大脂質(zhì)核心；(3)炎癥細(xì)胞增多；(4)膠原蛋白含量降低，斑塊內(nèi)新生血管密集。研究表明，吸煙、糖尿病和遺傳因素等均為動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的影響因素，特別是斑塊中存在的大量炎癥細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，OX40/OX40L等炎癥因子介導(dǎo)的細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)在對照組、穩(wěn)定型斑塊組和不穩(wěn)定型斑塊組中的表達(dá)量呈現(xiàn)顯著上升趨勢[10]。線粒體功能障礙與炎癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[11]，原發(fā)性或繼發(fā)性線粒體功能障礙通過提高活性氧(ROS)的產(chǎn)生、改變線粒體動(dòng)力學(xué)和能量供應(yīng)，以及促進(jìn)炎癥，參與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的進(jìn)展[8]。針對線粒體抗氧化劑的研究表明,輔酶Q10的補(bǔ)充減少了大多數(shù)炎癥參數(shù)，包括通過恢復(fù)和增強(qiáng)線粒體功能減少核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NOD)樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NLRP3)的激活[12]。此外，輔酶Q10還可以減少動(dòng)脈粥樣硬化患者巨噬細(xì)胞的增殖、脂質(zhì)積累和泡沫細(xì)胞的形成[13]?？傊?，實(shí)驗(yàn)證明，線粒體功能狀態(tài)受線粒體動(dòng)力學(xué)和線粒體自噬的周轉(zhuǎn)機(jī)制調(diào)節(jié)，線粒體功能障礙在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變中發(fā)揮重要作用。

2 線粒體動(dòng)力學(xué)與線粒體自噬的相互作用

線粒體融合、裂變和自噬的動(dòng)態(tài)平衡，確保了線粒體維持合適的形狀、分布和數(shù)量。線粒體融合蛋白1/2(MFN1/2)的泛素化和消耗阻止了受損線粒體的融合并導(dǎo)致裂變，進(jìn)而促進(jìn)線粒體自噬[14]。PTEN誘導(dǎo)的激酶1(PINK1)可磷酸化MFN2，并作為Parkin受體清除受損的線粒體[15]。

目前，線粒體裂變被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物細(xì)胞線粒體自噬的先決條件。研究表明，抑制動(dòng)力相關(guān)蛋白質(zhì)1(DRP1)介導(dǎo)的線粒體裂變可防止Parkin誘導(dǎo)的線粒體自噬[16]。IKEDA等[17]認(rèn)為，DRP1下調(diào)抑制線粒體自噬，導(dǎo)致受損的線粒體積累。線粒體自噬與線粒體融合和裂變相協(xié)調(diào)，確保了適當(dāng)?shù)木€粒體質(zhì)量。

3 線粒體動(dòng)力學(xué)與動(dòng)脈粥樣硬化

線粒體裂變由DRP1和線粒體分裂蛋白1調(diào)節(jié)，而MFN1/2和視神經(jīng)萎縮相關(guān)蛋白1(Opa1)介導(dǎo)線粒體融合過程。線粒體動(dòng)力學(xué)在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中起重要作用。從人體樣本及動(dòng)物模型采集的血栓中均發(fā)現(xiàn)MFN2的表達(dá)減少[18]。MFN2過表達(dá)能抑制動(dòng)脈粥樣硬化病變的形成[19]。抑制DRP1可防止VSMCs增殖、遷移并減輕氧化應(yīng)激介導(dǎo)的VSMCs鈣化[20-21]。另外，抑制DRP1能減少動(dòng)脈粥樣硬化病變的面積、降低血清低密度脂蛋白膽固醇水平和甘油三酯含量[22]。總之，越來越多的數(shù)據(jù)表明，線粒體動(dòng)力學(xué)參與了動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。

4 PINK1/Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬與動(dòng)脈粥樣硬化

在動(dòng)脈粥樣硬化早期，線粒體ROS增加，線粒體DNA(mtDNA)損傷積累，以及漸進(jìn)性呼吸鏈功能障礙，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)功能障礙和VSMCs表型轉(zhuǎn)換[23]。ECs凋亡、VSMCs表型轉(zhuǎn)換和炎癥細(xì)胞浸潤將進(jìn)一步促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，使斑塊變得更加脆弱。線粒體自噬是消除這些突變或受損線粒體并保持線粒體穩(wěn)態(tài)和能量代謝的唯一機(jī)制。據(jù)報(bào)道，在動(dòng)脈粥樣硬化患者和疾病模型中，PINK1/Parkin通路上調(diào)[7]。氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)VSMCs中的PINK1和線粒體自噬水平增加[24-25]。PINK1缺乏會導(dǎo)致線粒體自噬缺陷并削弱VSMCs的存活率，而PINK1過度表達(dá)通過增強(qiáng)線粒體自噬，對VSMCs起到保護(hù)作用。線粒體自噬似乎對VSMCs凋亡引起的動(dòng)脈粥樣硬化起保護(hù)作用[26-27]。然而有研究表明，線粒體自噬對心臟功能有“雙重”影響，線粒體自噬過度導(dǎo)致細(xì)胞死亡增多，進(jìn)而對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

VSMCs的異常增殖是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)鍵因素。研究表明，線粒體自噬過度可能導(dǎo)致VSMCs異常增殖。與Apelin-13單獨(dú)處理組相比，Apelin-13治療的PINK1-/-組表現(xiàn)為PINK1、Parkin和增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)減少，VSMCs增殖減弱。因此，PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬可能會促進(jìn)VSMCs的增殖，最終導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化病變[28]。盡管這與大多數(shù)人的觀點(diǎn)不一致，但這也進(jìn)一步說明了不同程度的線粒體自噬對疾病的影響不同。然而，如何調(diào)控線粒體自噬的程度以啟動(dòng)其在動(dòng)脈粥樣硬化中的保護(hù)作用有待進(jìn)一步研究。

5 解偶聯(lián)蛋白2(UCP2)通過調(diào)控線粒體動(dòng)力學(xué)保護(hù)心功能

UCP2是線粒體內(nèi)膜的陰離子載體蛋白，主要參與線粒體質(zhì)子傳遞鏈的解偶聯(lián)作用。研究表明，UCP2在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展過程中起保護(hù)作用。UCP2基因敲除的小鼠體內(nèi)多個(gè)區(qū)域出現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化病變，且其壽命明顯縮短[29]。將缺乏UCP2的小鼠骨髓移植到低密度脂蛋白受體敲除的小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊明顯增大[30]。UCP2缺乏導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變的分子機(jī)制包括ROS積累、炎癥細(xì)胞因子的上調(diào)、單核細(xì)胞黏附和經(jīng)內(nèi)皮遷移的增加，以及細(xì)胞死亡的增加[31-32]，進(jìn)而導(dǎo)致一系列的臨床癥狀。

線粒體動(dòng)力學(xué)功能障礙，如MFN2缺乏或DRP1水平表達(dá)升高均會導(dǎo)致線粒體過度分割，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成。因此，如何調(diào)控線粒體裂變與融合的動(dòng)態(tài)平衡受到廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，DRP1介導(dǎo)的腹內(nèi)側(cè)核線粒體裂變增加取決于UCP2。在小鼠丘腦腹內(nèi)側(cè)核神經(jīng)元中選擇性過表達(dá)UCP2，線粒體裂變增強(qiáng)，DRP1激活增加，線粒體密度增加和體積減小，提示UCP2 在線粒體裂變過程中具有重要的調(diào)控作用[33]。此外，UCP2在不同組織、不同疾病模型中對線粒體裂變和融合均存在調(diào)控作用。

UCP2過度表達(dá)可以增強(qiáng)高血壓大鼠紋狀體的線粒體融合和裂變，并減少氧化損傷和炎癥[34]。研究也表明，增強(qiáng)UCP2可以改善急性腎損傷中的線粒體動(dòng)力學(xué)[35-36]。此外，UCP2-/-可通過增加ROS、干擾線粒體動(dòng)態(tài)平衡及影響線粒體超微結(jié)構(gòu)，使小鼠腦梗死面積增大、細(xì)胞死亡增加[37]。尤其是UCP2在心血管疾病中的保護(hù)作用依賴于線粒體裂變與融合的動(dòng)態(tài)平衡。研究表明,UCP2過度表達(dá)可以顯著改善敗血癥大鼠心肌的收縮功能，保護(hù)心肌線粒體超微結(jié)構(gòu)，抑制線粒體裂變，改善線粒體腺嘌呤核苷三磷酸的合成[38]。此外，UCP2過表達(dá)能夠抑制心肌梗死小鼠DRP1磷酸化(P-DRP1)和P-DRP1/DRP1值，從而減少心肌細(xì)胞凋亡，改善心功能[39]。

UCP2可能調(diào)控線粒體動(dòng)力學(xué)在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用。在正常生理環(huán)境下，線粒體動(dòng)力學(xué)的裂變、融合和線粒體自噬能夠維持其穩(wěn)態(tài)平衡。當(dāng)動(dòng)脈發(fā)生粥樣硬化時(shí)，促進(jìn)了線粒體裂變，受損的線粒體增多導(dǎo)致線粒體自噬增加，VSMCs增殖、遷移增多，加速了動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成。隨著受損的線粒體和自噬體的大量累積，細(xì)胞死亡增加，進(jìn)一步促進(jìn)了動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的改變。見圖1。

圖1 線粒體動(dòng)力學(xué)/自噬在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性改變中的作用機(jī)制

6 展 望

線粒體動(dòng)力學(xué)/自噬通過影響內(nèi)皮細(xì)胞功能、血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移等，在動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。為進(jìn)一步了解線粒體功能障礙對冠狀動(dòng)脈發(fā)生、發(fā)展和斑塊穩(wěn)定性的作用，應(yīng)繼續(xù)在其分子生物學(xué)方面進(jìn)行深入探討。此外，與病理生理學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的交叉融合研究將有助于揭示動(dòng)脈粥樣硬化中線粒體功能障礙的潛在機(jī)制，為制定預(yù)防及治療動(dòng)脈粥樣硬化提供新的策略。