梁 鵬,涂清鮮,袁立英,袁正強

(遵義醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院(遵義市第一人民醫(yī)院)1.心血管內(nèi)科;2.腎內(nèi)科,貴州 遵義 563000)

全球范圍內(nèi),急性心肌梗死是導致患者死亡和生活質量降低的主要原因,及時通過再通恢復灌注治療可明顯降低患者死亡率,但再灌注過程也常導致心肌損傷加重即MIRI。當MIRI發(fā)生時,自噬對維持心肌細胞穩(wěn)態(tài)具有非常重要的作用[1]。自噬是真核生物體內(nèi)一種通過降解細胞內(nèi)成分如細胞器、細胞內(nèi)異物從而維持細胞穩(wěn)態(tài)的過程,適度水平的自噬有助于心肌細胞存活,但自噬水平過高則不利于心肌細胞存活。在MIRI中,MST-1可通過抑制心肌細胞自噬,從而導致MIRI加重[2]。研究證實Mst-1可直接或間接作用于自噬蛋白Beclin1,調節(jié)自噬參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。近年來的研究發(fā)現(xiàn),Mst-1與Beclin1之間關聯(lián)較為緊密,其在加重MIRI中的作用已得到證實,基于自噬蛋白Beclin1,探索Mst-1調控其在MIRI中的具體機制具有重要意義,本文就Mst-1調控自噬蛋白Beclin1在MIRI作用機制進行綜述。

1 Mst-1的結構和功能

Mst-1是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶,由487個氨基酸殘基組成,在人體各組織器官中普遍表達,受到多種因素的調節(jié),如氧化應激、生長因子。Mst-1主要由N端的激酶結構域、中間抑制性區(qū)域和羧基端結構域構成[3]。應激情況時,在半胱氨酸天冬氨酸水解酶作用下,Mst-1被大量激活[4]。Mst-1激活后抑制自噬,從而調節(jié)細胞存活和死亡[5]。除此之外,Mst-1還具有促進分化、粘附、遷移等細胞功能。在Mst-1基因敲除小鼠MIRI模型中,由MIRI引起的心肌梗死面積明顯減小[2]。且在小鼠MIRI模型中發(fā)現(xiàn),氧化應激產(chǎn)物激活神經(jīng)纖維素2(Neurofibromin2,NF2)使Mst-1激活增加,促進心肌細胞的死亡。當使用Mst-1抑制劑時,心肌細胞死亡明顯減少[6],說明Mst-1在MIRI發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用。

2 自噬蛋白Beclin1

自噬是一把雙刃劍,在適度范圍內(nèi)對細胞有保護作用,過高或過低對細胞均有不利影響。Beclin1是最早在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的自噬蛋白之一,是調節(jié)自噬的關鍵信號分子。研究表明,心肌缺血預處理可使Beclin1的表達增高,提高心肌細胞自噬水平,減輕心肌損傷[7]。在MIRI缺血階段,Beclin1可通過啟動自噬給心肌細胞提供能量,促進心肌細胞存活。而在再灌注階段,Beclin1則可導致自噬水平明顯升高,心肌細胞損傷進一步加重[8],說明Beclin1可在MIRI的各個階段通過調控自噬來影響其發(fā)生發(fā)展。

3 Mst-1調控自噬蛋白Beclin1參與MIRI的發(fā)生發(fā)展

既往在小鼠心肌細胞缺氧復氧實驗中發(fā)現(xiàn),通過抑制Mst-1表達使自噬體和自噬溶酶體數(shù)量增多來促進自噬,從而減少心肌細胞的凋亡[5]。臨床上用于治療心絞痛的藥物尼可地爾具有激動心肌細胞膜KATP通道及擴張冠狀動脈的雙重藥理作用。在通過Mst-1過表達建立的小鼠MIRI模型中,尼可地爾可通過抑制Mst-1的磷酸化,使心肌細胞自噬水平增加,明顯減輕心肌損傷[9]。大多數(shù)研究認為在MIRI缺血期,心肌細胞內(nèi)的自噬對心肌細胞有益,再灌注期心肌細胞內(nèi)的自噬會加重心肌細胞損傷。Mst-1可能在MIRI的缺血期發(fā)揮作用,通過抑制心肌細胞自噬,從而加重MIRI。研究發(fā)現(xiàn)Mst-1通過多途徑作用于自噬蛋白Beclin1[10],調控其在MIRI的作用?；贐eclin1在自噬和MIRI發(fā)生發(fā)展過程中的重要作用,Mst-1調控自噬蛋白Beclin1主要通過以下途徑來參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。

3.1 Mst-1/Beclin1途徑Mst-1的活性主要通過其磷酸化、二聚體化來調節(jié)。在心肌組織中,Mst-1激活后磷酸化Beclin1抑制心肌細胞自噬。通過磷酸化Beclin1 BH3結構域108位蘇氨酸,增強與抗凋亡蛋白bcl2的相互作用,促進Beclin1與bcl2復合物的形成,使自噬復合體Beclin1-Vps34活性降低,自噬水平降低,促進心肌細胞凋亡,MIRI加重[5,11-13],Beclin1-Vps34復合物可促進自噬過程中脂膜延伸和自噬體成熟,是自噬形成過程中的關鍵,當其復合物活性降低的時候,自噬水平降低,從而參與MIRI調控。WILKINSON[14]等人發(fā)現(xiàn),當敲除細胞中Mst-1時,代表細胞自噬水平的LC3-II/LC3I的比值明顯降低,自噬水平降低。Beclin1常作為反映細胞自噬的測量指標,間接說明,代表細胞自噬水平的Beclin1水平也可能減低。

3.2 Mst-1/SIRT3/Beclin1途徑Sirtuin3(SIRT3)屬于III類組蛋白去乙?；赋蓡T之一。SIRT3可以通過刺激下游不同的信號分子,從而起到激活或抑制自噬的作用,從而調節(jié)MIRI。ZHANG[15]等人發(fā)現(xiàn),當褪黑素作用于Mst-1過表達建立的糖尿病心肌病小鼠模型時,Mst-1磷酸化水平和SIRT3蛋白表達量降低,自噬蛋白Beclin1和自噬水平升高,減少心肌細胞死亡,改善小鼠心臟的舒張功能,提升小鼠心臟射血分數(shù)。而Mst-1基因敲除后發(fā)現(xiàn),SIRT3蛋白表達量、自噬蛋白Beclin1及自噬水平?jīng)]有發(fā)生變化,沒有減少心肌細胞的死亡,小鼠心臟舒張功能未得到改善,沒有提高小鼠心臟射血分數(shù)。提示褪黑素降低糖尿病小鼠中Mst-1磷酸化水平,通過抑制Mst-1/SIRT3/Beclin1信號通路使心肌細胞自噬水平上調,從而改善糖尿病模型小鼠心功能。WU[16]等人在褪黑素作用于心肌細胞缺氧復氧作用的實驗中發(fā)現(xiàn),褪黑素可通過激活SIRT3信號通路抑制自噬從而保護心肌細胞。BAI[17]等人進一步實驗表明,缺氧的心肌細胞在復氧開始時給予褪黑素可明顯降低心肌細胞線粒體自噬,明顯降低心肌細胞損傷,當使用線粒體自噬抑制劑時,心肌細胞損傷也減輕。這提示基于中間反應分子SIRT3作用于Beclin1,可以通過Mst-1/SIRT3/Beclin1信號通路抑制自噬減輕MIRI。

3.3 Mst-1/JNK/Beclin1途徑C-jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases,JNK)是一種應激激活的絲裂原活化蛋白激酶,可誘導自噬的產(chǎn)生。CHENG[18]等人在血管緊張素2(Angiotensin II,Ang II)誘導心肌細胞凋亡的實驗中發(fā)現(xiàn),心肌細胞內(nèi)Mst-1和JNK磷酸化水平、caspase-3、ROS和心肌細胞凋亡均明顯增加。特異性敲除心臟Mst-1后,JNK磷酸化水平、caspase-3、ROS和心肌細胞凋亡均明顯減少,說明Ang II作用于小鼠心肌細胞通過提高Mst-1的磷酸化水平,使JNK磷酸化水平升高,導致心肌細胞凋亡增加。當使用ROS清除劑N-乙酰半胱氨酸對小鼠腹腔注射后發(fā)現(xiàn),JNK磷酸化水平降低,心肌細胞凋亡減少。說明Mst-1以ROS為信號分子,通過JNK介導的信號轉導減少心肌細胞凋亡。除此之外,CHENG[19]等人還發(fā)現(xiàn),心臟特異性敲除Mst-1可以通過增強心肌細胞自噬減輕Ang II對心肌的損傷,沉默Mst-1可以抵消Ang II對心肌細胞自噬的損害,減輕心肌損傷。有研究表明,Mst-1抑制心肌細胞自噬,從而促進心肌細胞凋亡。在Mst-1過表達建立的心肌細胞缺氧復氧模型中發(fā)現(xiàn),Mst-1過表達的心肌細胞自噬水平降低、凋亡增加、肌鈣蛋白表達增加、心肌細胞損傷加重[5],已有研究證實,在MIRI模型中,JNK可誘導心肌細胞過度線粒體自噬,使Beclin1的表達上調,心肌細胞線粒體自噬水平升高,同時加重MIRI。由此發(fā)現(xiàn)Mst-1可能是通過Mst-1/JNK/Beclin1途徑促進線粒體自噬從而加重MIRI。

3.4 Mst-1/TLR4/NF-κB/NLRP3/Beclin1途徑Toll樣受體4(Toll-like receptor4,TLR4)是一種跨膜蛋白,被激活后將細胞外抗原信息轉移至細胞內(nèi),是引發(fā)炎癥的重要分子,抑制TLR4的表達明顯減輕MIRI。核因子-κB(nuclear factor-k-gene binding,NF-κB)是一種常見的轉錄因子,特異性結合某些基因的增強子和啟動子,從而參與細胞炎癥、免疫、增殖等細胞功能,NF-κB表達減少可減輕MIRI。NLRP3炎性小體是Nod樣受體(NOD-like receptor9,NLR)家族的成員,由NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)和caspase-1組成。在MIRI中,NLRP3炎性小體激活后促進炎癥因子如TNF-α的產(chǎn)生,減少Beclin1蛋白表達,降低心肌細胞自噬水平,加重心肌損傷[20-21]。TLR4/NF-κB/NLRP3是導致MIRI的重要信號通路之一,TLR4、NF-κB和NLRP3可被炎癥信號激活,TLR4/NF-κB/NLRP3通路激活后會抑制自噬。Mst-1可通過抑制TLR4/NF-κB/NLRP3/Beclin1信號通路抑制炎癥從而降低心肌細胞自噬水平加重MIRI。有研究表明,MIRI早期炎癥反應對減輕MIRI有利[22],Mst-1可能降低早期炎癥反應損害自噬導致MIRI加重。據(jù)報道,巨噬細胞介導的炎癥與MIRI密切相關,巨噬細胞來源的外泌體可減輕MIRI[23]。Roh KH[24]等人發(fā)現(xiàn)脂多糖誘導的Mst-1基因敲除的小鼠較野生型小鼠體內(nèi)巨噬細胞NF-κB表達上升,及下游的炎癥因子如TNF-a表達明顯增加,同時發(fā)現(xiàn),Mst-1基因敲除后小鼠對脂多糖誘導的炎癥所致感染性休克的風險增加。Lee IY[25]等人發(fā)現(xiàn)小鼠成纖維細胞和骨髓來源的巨噬細胞在TNF-a誘導的誘導下,Mst-1基因敲除的小鼠對比于野生型小鼠NF-κB的表達明顯增加。由此說明,Mst-1可能通過Mst-1/TLR4/NF-κB/NLRP3/Beclin1途徑減低心肌細胞自噬水平從而加重MIRI。

3.5 Mst-1/ERK/CREB/FUNDC1/Beclin1途徑胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulate kinase,ERK)/cAMP應答元件結合蛋白(cAMP response element-binding protein,CREB)信號通路是心血管疾病中線粒體自噬的上游信號。ERK/CREB信號通路激活后促進線粒體自噬減輕MIRI。含F(xiàn)UN14域蛋白1(FUN14 domain containing1,FUNDC1)是一種線粒體自噬受體,在用縫合線結扎野生型小鼠左前降支30 min后解開縫合線建立的MIRI模型中發(fā)現(xiàn),Mst-1磷酸化水平增加,FUNDC1、Beclin1、線粒體自噬及線粒體膜電位水平下降,明顯降低小鼠心臟射血分數(shù)。在敲除Mst-1后發(fā)現(xiàn),FUNDC1、Beclin1、線粒體自噬及線粒體膜電位水平升高,小鼠心臟射血分數(shù)明顯增加。使用ERK抑制劑PD98059時,ERK和CREB磷酸化、FUNDC1及Beclin1水平降低,加重心肌損傷[2]。說明Mst-1通過抑制ERK/CREB信號通路降低線粒體自噬水平加重MIRI。此外,有研究還發(fā)現(xiàn)Mst-1能通過FUNDC1能減輕心肌細胞線粒體鈣超載,從而減輕MIRI[2]。提示Mst-1還可能通過ERK/CREB/FUNDC1/Beclin1調節(jié)線粒體相關自噬減輕心肌細胞內(nèi)鈣超載損傷。

4 小結與展望

MIRI發(fā)病機制復雜,目前仍沒有有效的治療手段,研究MIRI的發(fā)病機制及治療靶點減輕MIRI是當前重要的研究方向。自噬是MIRI的重要發(fā)病機制之一。Mst-1、自噬蛋白Beclin1各在MIRI發(fā)生發(fā)展中分別發(fā)揮著非常重要作用,Mst-1可通過多途徑調控Beclin1降低心肌細胞自噬水平并參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。積極探索Mst-1、Beclin1與自噬之間的聯(lián)系,有助于發(fā)現(xiàn)更多治療MIRI的靶點。