唐斯斯，康徐瑞，馮馨瑤，羅盈，黃曉穎，楊霄旭，陳伶利，成細(xì)華

湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖南 長沙 410208

代謝性疾病主要包括肥胖、2型糖尿病、心腦血管疾病等，這類疾病嚴(yán)重影響患者身體健康。線粒體自噬在疾病發(fā)生機(jī)制中具有重要作用，適度的線粒體自噬有助于維持線粒體的膜電位及細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)和功能；而過度的線粒體自噬導(dǎo)致細(xì)胞的穩(wěn)定性及調(diào)控能力下降，引發(fā)細(xì)胞凋亡[1-3]。線粒體自噬調(diào)控途徑中的關(guān)鍵蛋白有望成為治療代謝性疾病新靶點(diǎn)，中醫(yī)藥通過調(diào)控線粒體自噬相關(guān)信號(hào)途徑，可改善代謝性疾病的發(fā)展，茲就其機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 線粒體自噬概述

線粒體自噬指線粒體在氧化應(yīng)激、能量限制及衰老等刺激下發(fā)生去極化損傷，細(xì)胞通過吞噬作用選擇性清除老化或損傷線粒體，保持線粒體數(shù)目和質(zhì)量的平衡，維護(hù)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。線粒體是細(xì)胞產(chǎn)生活性氧（ROS）的主要部位，ROS蓄積導(dǎo)致線粒體發(fā)生氧化應(yīng)激損傷，而線粒體自噬可選擇性清除受損線粒體，維護(hù)細(xì)胞的正常生理功能。與代謝性疾病有較強(qiáng)相關(guān)性的線粒體自噬通路主要有PINK1/Parkin、NIX/BNIP 3和FUNDC1等[1-4]，線粒體自噬發(fā)生障礙或過度激活均可導(dǎo)致線粒體功能紊亂，進(jìn)而引發(fā)一系列代謝性疾病，如肥胖、糖尿病和心血管疾病等[2]。

1.1 PINK1/Parkin介導(dǎo)

PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬為線粒體自噬調(diào)控的關(guān)鍵途徑。PINK1是分布在線粒體的絲氨酸/蘇氨酸激酶，Parkin是分布在胞漿中的一種新型的環(huán)間環(huán)E3泛素連接酶。正常情況下，Parkin在細(xì)胞質(zhì)中處于無活性狀態(tài)，以穩(wěn)定的自抑制酶構(gòu)象存在；病理?xiàng)l件下，PINK1與Parkin位于同一通路上，且Parkin位于PINK1下游。若線粒體發(fā)生損傷，PINK1招募并聚集于線粒體外膜，發(fā)出線粒體自噬的起始信號(hào)，調(diào)控其下游Parkin分子轉(zhuǎn)位至外膜，同時(shí)使線粒體蛋白泛素化，形成線粒體自噬小體。Parkin 的存在可以放大PINK1介導(dǎo)的線粒體自噬，自噬小體通過線粒體內(nèi)膜和外膜自噬受體蛋白對(duì)受損線粒體進(jìn)行雙重識(shí)別，進(jìn)而減少清除的錯(cuò)誤率，最后由溶酶體降解并清除受損的線粒體[1]。

1.2 NIX/BNIP3介導(dǎo)

NIX（又稱BNIP3L）是從人胎盤cDNA文庫中克隆出來的蛋白質(zhì)，與BNIP3具有56%同源性，分布在人的各個(gè)組織，大多定位于線粒體外層，是線粒體外膜蛋白。NIX可通過自身結(jié)構(gòu)域（LIR）與微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（LC3）蛋白結(jié)合，招募自噬小體包裹線粒體，誘導(dǎo)線粒體自噬發(fā)生。BNIP3需要進(jìn)行同源二聚化才可與LC3相互作用。NIX/BNIP3與LC3的相互作用均受磷酸化調(diào)控。位于BNIP3 LIR模體上的Ser17和Ser24的磷酸化增強(qiáng)了BNIP3與LC3的相互作用。同樣，位于NIX LIR模體的Ser34和Ser35的磷酸化也可增強(qiáng)NIX與LC3的相互作用[2]。

1.3 FUNDC1介導(dǎo)

FUNDC1是一種線粒體自噬受體蛋白，位于線粒體外膜，其氨基末端具有相同LIR結(jié)構(gòu)，活性受磷酸化調(diào)控。正常情況下，線粒體外膜上的FUNDC1穩(wěn)定存在；在低氧刺激及解偶聯(lián)劑誘導(dǎo)下，F(xiàn)UNDC1的LIR與LC3相互作用誘導(dǎo)自噬膜泡包裹線粒體，激活線粒體自噬。該通路受Ser13和Tyr18位點(diǎn)磷酸化狀態(tài)調(diào)控。正常狀態(tài)下，F(xiàn)UNDC1 保持高度磷酸化狀態(tài)有賴于Ser13和Tyr18的磷酸化修飾；而發(fā)生低氧應(yīng)激或用解偶聯(lián)劑處理時(shí)，Ser13去磷酸化，Tyr18也隨之去磷酸化，進(jìn)而誘發(fā)線粒體自噬[3]。

2 線粒體自噬與代謝性疾病相關(guān)性

2.1 肥胖

線粒體自噬可能與肥胖個(gè)體的代謝異常有關(guān)，長期高脂飲食導(dǎo)致脂質(zhì)堆積，從而抑制線粒體自噬，加重線粒體損傷[4]。高脂飲食誘導(dǎo)的C57BL/6J小鼠肥胖的脂肪組織和炎癥條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞線粒體自噬及相關(guān)蛋白（LC3B-Ⅱ/Ⅰ、Beclin1、Atg5、PINK1 和Parkin）表達(dá)下降[4]。線粒體自噬受體FUNDC1敲除小鼠在喂食高脂飲食時(shí)會(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)重的肥胖和胰島素抵抗[3]。

2.2 2型糖尿病

肥胖、骨骼肌中的胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞產(chǎn)生的胰島素減少是糖尿病發(fā)生的主要原因。肌肉胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能障礙在很大程度上取決于線粒體的代謝超負(fù)荷，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞氧化不完全、氧化應(yīng)激、有毒脂質(zhì)中間體的積累和線粒體損傷。線粒體自噬消除了這種氧化應(yīng)激和線粒體損傷的惡性循環(huán)，從而抵消了致病過程[5-7]。炎癥損傷導(dǎo)致1型和2型糖尿病中的胰島β細(xì)胞衰竭。線粒體自噬缺陷的胰島β細(xì)胞對(duì)炎癥應(yīng)激敏感，導(dǎo)致功能失調(diào)的線粒體碎片的積累、胰島β細(xì)胞死亡增加和高血糖癥。C型凝集素家族16成員A基因（CLEC16A）為一種線粒體自噬調(diào)節(jié)劑，在胰島中的表達(dá)對(duì)糖尿病具有保護(hù)作用，其過表達(dá)可改善細(xì)胞因子誘導(dǎo)的人胰島β細(xì)胞凋亡，因此，線粒體自噬可通過對(duì)抗炎癥損傷促進(jìn)胰島β細(xì)胞存活并預(yù)防糖尿病[5]。糖尿病小鼠心臟中含溴域蛋白4 的上調(diào)抑制PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬，導(dǎo)致受損線粒體的積累和隨后的心臟結(jié)構(gòu)和功能受損[6]。糖尿病腎病與線粒體自噬密切相關(guān)，高脂飲食和鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的2 型糖尿病小鼠模型腎組織p-AMPK、PINK1、Parkin、LC3Ⅱ和Atg5表達(dá)明顯降低，線粒體自噬減少導(dǎo)致了腎損傷[7]。

2.3 心血管疾病

研究認(rèn)為，線粒體自噬參與代謝性心血管疾病的發(fā)生進(jìn)程，線粒體自噬的激活與心臟和脈管系統(tǒng)的精細(xì)功能有關(guān)，如高血壓、心臟疾病、動(dòng)脈粥樣硬化等。代謝性心血管疾病的特征之一是線粒體功能障礙、活性氧物質(zhì)的大量產(chǎn)生、炎癥反應(yīng)增加和ATP 水平低[8-10]。Chen等[8]研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性高血壓大鼠和血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞模型中，PINK、Parkin、mtDNA、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mtTFA）和轉(zhuǎn)錄輔助活化因子（PGC）-1α的表達(dá)降低，減少了線粒體自噬和線粒體生物合成，損傷血管重塑水平而致高血壓。研究表明，心肌細(xì)胞線粒體自噬主要受人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因誘導(dǎo)的PINK1/Parkin途徑調(diào)節(jié)，也受FUNDC1或Bcl2相互作用蛋白BNIP3L/NIX途徑調(diào)節(jié)，線粒體自噬失調(diào)導(dǎo)致心臟功能障礙[9]。過度激活PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬在缺血再灌注過程中也可能是有害的。Luo等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧/復(fù)氧的H9C2細(xì)胞中存在過度激活的線粒體自噬，阿魏酸通過抑制PINK1/Parkin依賴性線粒體自噬，保護(hù)H9C2細(xì)胞免受缺血/再灌注損傷。線粒體功能障礙可能與動(dòng)脈老化和內(nèi)側(cè)變性有關(guān)，而通過線粒體自噬消除功能失調(diào)的線粒體可以延緩動(dòng)脈衰老，防治動(dòng)脈粥樣硬化。

3 中醫(yī)藥調(diào)控機(jī)制

3.1 調(diào)控線粒體自噬治療肥胖

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，肥胖最重要的病機(jī)是肝郁脾虛。血糖為水谷精微，依靠脾的運(yùn)化功能進(jìn)行代謝；胰島素是人體內(nèi)唯一降血糖的激素，是“脾氣散精”的物質(zhì)基礎(chǔ)，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和利用。血糖攝入細(xì)胞后，進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化供能。鄭敏麟[11]認(rèn)為，中醫(yī)“脾”的微觀物質(zhì)基礎(chǔ)為線粒體，是細(xì)胞之“脾”，線粒體功能的維持與線粒體自噬密切相關(guān)，提出線粒體與脾的運(yùn)化相關(guān)。線粒體自噬在米色脂肪到白色脂肪的過程中起著至關(guān)重要的作用，線粒體自噬缺乏會(huì)增加NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3的表達(dá)，誘導(dǎo)小鼠棕色脂肪功能障礙，因此，激活線粒體自噬可能是治療肥胖的一種新方法[12]?；鲮钐捣娇山档蛣?dòng)脈粥樣硬化家兔肝臟線粒體自噬相關(guān)蛋白LC3、FUNDC1表達(dá)，通過調(diào)控線粒體自噬相關(guān)基因改善動(dòng)脈粥樣硬化家兔肝臟脂質(zhì)沉積[13-14]。脂肝方可改善非酒精性脂肪性肝炎大鼠肝臟脂質(zhì)代謝和脂肪變性，其機(jī)制可能與促進(jìn)線粒體選擇性自噬相關(guān)[15]。姜黃素降低了非酒精性脂肪性肝病大鼠肝組織Bax、p62、Caspase-3、Caspase-9 蛋白表達(dá)，而增加了mCytc、Bcl-2、Beclin-1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ蛋白表達(dá)，說明姜黃素的抗凋亡作用與誘導(dǎo)自噬有關(guān)[16]。中藥單體菊苣酸通過激活核因子E2 相關(guān)因子2 通路，增加PINK 和Parkin表達(dá)，調(diào)節(jié)LC3、SQSTM1、線粒體融合蛋白2（Mfn2）、線粒體分裂蛋白1（FIS1）表達(dá)，改善線粒體自噬以減輕肥胖相關(guān)性腎病的腎小管損傷[17]。白藜蘆醇可上調(diào)高脂飲食C57BL/6J 雄性小鼠睪丸LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、Beclin1和Atg7表達(dá)，改善線粒體功能障礙，促進(jìn)類固醇生成[18]。天然酚類脂質(zhì)5-十七烷基間苯二酚，可上調(diào)高脂飲食誘導(dǎo)的C57BL/6J小鼠肥胖的脂肪組織和炎癥條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞中線粒體自噬及相關(guān)蛋白（LC3B-Ⅱ/Ⅰ、Beclin1、Atg5、PINK1和Parkin）表達(dá)，促進(jìn)線粒體自噬，減輕脂肪細(xì)胞線粒體功能障礙[4]。

3.2 調(diào)控線粒體自噬治療2型糖尿病

糖尿病屬中醫(yī)學(xué)“消渴”范疇?！杜R證指南醫(yī)案》曰：“三消一證，雖有上、中、下之分，其實(shí)不越陰虧陽亢，津涸熱淫而已?！笨梢姡悄虿〔C(jī)以陰虛為本，燥熱為標(biāo)。素體稟賦虧虛、情志失調(diào)、飲食不節(jié)、勞欲太過等是其主要病因。糖尿病目前尚無治愈方法，西醫(yī)主要以調(diào)節(jié)飲食結(jié)合藥物治療，延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展。近年發(fā)現(xiàn)線粒體自噬中存在中醫(yī)藥防治糖尿病的關(guān)鍵靶點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬是參芪降糖顆粒治療2型糖尿病的主要機(jī)制[19]。益氣解毒方顯著降低糖尿病腎病大鼠腎組織腎小管上皮LC3-Ⅱ、p62、NIX 蛋白表達(dá)，同時(shí)降低NIX mRNA表達(dá)，調(diào)節(jié)線粒體過度自噬，保護(hù)糖尿病腎損傷[20]。黃芪丹參湯由黃芪和丹參組成，具有益氣活血功效。Liu等[21]用黃芪丹參湯治療2型糖尿病db/db小鼠，發(fā)現(xiàn)可以激活足細(xì)胞PINK1/Parkin 介導(dǎo)的線粒體自噬，改善糖尿病導(dǎo)致的腎小球肥大、系膜細(xì)胞和系膜基質(zhì)增加、足細(xì)胞足突融合。左歸降糖解郁方有效抑制糖尿病并發(fā)抑郁癥大鼠海馬神經(jīng)元線粒體自噬流、線粒體ROS 釋放及海馬神經(jīng)元凋亡，調(diào)控GluR2-Parkin-Cyt-C信號(hào)通路，保護(hù)海馬神經(jīng)元[22-23]。中藥單體白藜蘆醇、姜黃素、黃芪甲苷、小檗堿、三七皂苷R1、燈盞花素及人參提取物調(diào)控線粒體自噬參與糖尿病及其并發(fā)癥的治療。給STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠飲食白藜蘆醇8周，可改善糖尿病小鼠肌肉萎縮和肌肉功能，減弱泛素和肌肉環(huán)指蛋白-1的增加，同時(shí)減弱LC3-Ⅱ和裂解的Caspase-3，抑制了線粒體自噬，促進(jìn)線粒體生物合成[24]；白藜蘆醇也能增加糖尿病心肌線粒體自噬，改善心臟功能。小鼠尾靜脈多次注射STZ及摘除右腎法誘導(dǎo)建立糖尿病腎病小鼠模型，經(jīng)姜黃素治療后降低了過氧化氫酶、錳超氧化物歧化酶、NADH脫氫酶、CoQH2-細(xì)胞色素c還原酶復(fù)合物的活性，增加了Beclin1、LC3 表達(dá)，改善了腎功能[25]。黃芪皂苷Ⅱ可部分恢復(fù)線粒體動(dòng)力學(xué)相關(guān)和自噬相關(guān)蛋白的腎臟表達(dá)，包括Mfn2、FIS1、p62 和LC3，增加線粒體自噬相關(guān)的PINK1 和Parkin 表達(dá)，改善糖尿病大鼠足細(xì)胞損傷和線粒體功能障礙[26]。小檗堿治療db/db小鼠療后，肝組織中線粒體自噬相關(guān)蛋白PINK1和Parkin表達(dá)明顯下調(diào)，小檗堿降低氧化應(yīng)激損傷，保護(hù)線粒體功能，減少線粒體自噬的發(fā)生[27]。人參提取物可減少他克莫司誘導(dǎo)的糖尿病小鼠胰島β細(xì)胞自噬，這種作用與線粒體功能的改善密切相關(guān)[28]。

3.3 調(diào)控線粒體自噬治療心血管疾病

正常情況下，適度線粒體自噬可保護(hù)心臟免受氧化應(yīng)激損傷，中藥可以通過調(diào)節(jié)線粒體自噬治療心肌損傷所致心血管疾病，因而在線粒體自噬機(jī)制中尋找治療心血管疾病的中藥是現(xiàn)在中醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。

栝樓薤白半夏湯作用于心肌缺血再灌注損傷大鼠，大鼠血清肌酸激酶同工酶、乳酸脫氫酶含量及心肌組織Beclin-1、p62、PINK1、Parkin 蛋白表達(dá)均顯著高于模型組，栝樓薤白半夏湯可通過抑制PINK1/Parkin通路活化，減輕線粒體自噬而發(fā)揮心肌保護(hù)作用[29]。健脾祛痰化瘀方藥可激活A(yù)MPK，AMPK直接或間接提高自噬相關(guān)蛋白1抗體（ULK1）磷酸化水平，從而提高大鼠心肌線粒體自噬能力[30]。采用腹主動(dòng)脈縮窄法制備慢性心力衰竭大鼠模型，與模型組比較，參葵通脈顆粒組大鼠心肌組織核呼吸因子-1（NRF-1）、mtTFA蛋白表達(dá)顯著增加；參葵通脈顆?？墒鼓Ｐ痛笫笮募-AMPKα/AMPKα、PINK1、p-Parkin/Parkin增加，通過調(diào)控AMPK-mtTFA-PINK1信號(hào)軸，改善心肌細(xì)胞線粒體自噬，保護(hù)心臟[31]。當(dāng)歸補(bǔ)血湯能升高慢性間歇性低氧C57BL/6N雄性模型小鼠心肌組織pro-Caspase-3/Caspase-3、Bcl-2/Bax、LC3 Ⅱ/LC3 Ⅰ及Parkin表達(dá)，降低p62、Cytc表達(dá)，通過促進(jìn)線粒體自噬減少心肌細(xì)胞凋亡而保護(hù)心臟[32]。益氣溫陽活血利水方干預(yù)戊巴比妥鈉損傷的H9C2細(xì)胞，H9C2細(xì)胞Beclin1表達(dá)明顯降低，線粒體邊界較清晰，腫脹緩解，空泡明顯減少，自噬小體數(shù)量減少，抑制線粒體自噬可能是其治療心力衰竭的重要機(jī)制之一[33]。白金方通過PINK1/Parkin通路，適度上調(diào)線粒體自噬水平發(fā)揮心肌保護(hù)作用[34]。白藜蘆醇、黃芪甲苷、小檗堿、香芹酚、延齡草總皂苷、丹參酮、人參皂苷、淫羊藿苷、川芎嗪、槲皮素、鳶尾素、丹酚酸B、丹皮酚、麥冬皂苷D、葒草苷、五味子乙素、迭香酸等調(diào)控線粒體自噬，參與心血管疾病治療。白藜蘆醇調(diào)控在缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的新生大鼠心肌細(xì)胞Parkin、Mfn2和PGC-1α表達(dá)，實(shí)現(xiàn)線粒體質(zhì)量控制，預(yù)防心肌缺血/再灌注損傷[35]。通過可逆性左冠狀動(dòng)脈前降支結(jié)扎法建立心肌缺血再灌注模型，經(jīng)黃芪甲苷或人參皂苷Rg1治療后，HIF1-d表達(dá)增強(qiáng)，NRF-1、PINK1、Parkin蛋白表達(dá)下調(diào)，說明二者可抑制線粒體過度自噬而保護(hù)心臟[36]。丹參酮ⅡA能顯著下調(diào)急性心肌梗死大鼠心臟LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值和Beclin1表達(dá)水平，促進(jìn)p62表達(dá)，抑制心肌線粒體自噬，促進(jìn)心肌梗死大鼠心肌功能恢復(fù)[37]。葒草苷可抑制心肌缺血/再灌注損傷大鼠心肌細(xì)胞內(nèi)凋亡及線粒體自噬相關(guān)蛋白表達(dá)水平，減弱Parkin與p62的結(jié)合程度，抑制心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體自噬過度激活而保護(hù)心臟[38]。延齡草總皂苷顯著升高D-半乳糖誘導(dǎo)的大鼠心肌組織LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值、Beclin1、PINK1、Parkin、FUNDC1和NIX蛋白表達(dá)，激活線粒體自噬，保護(hù)心臟[39]。線粒體自噬對(duì)心肌細(xì)胞是雙刃劍，因此今后研究應(yīng)確定不同環(huán)境刺激下線粒體自噬對(duì)心血管疾病的影響，有利于尋求最佳的治療方法和藥物。

4 展望

近年來線粒體自噬機(jī)制研究逐漸深入，但諸多線粒體蛋白單體介導(dǎo)線粒體自噬發(fā)生的機(jī)制尚不清楚，或許成為新的研究熱點(diǎn)。自噬過度或自噬過少都會(huì)損傷細(xì)胞，成為調(diào)控線粒體自噬、維持線粒體動(dòng)態(tài)平衡的難點(diǎn)；另外，在單一時(shí)間點(diǎn)評(píng)估線粒體自噬的作用及機(jī)制均會(huì)產(chǎn)生偏倚。線粒體自噬目前尚未研發(fā)出臨床相關(guān)診斷指標(biāo)，鮮見臨床報(bào)道；現(xiàn)有中醫(yī)藥-線粒體自噬-代謝性疾病三者相關(guān)性的研究大多為基礎(chǔ)研究，其相關(guān)性和作用機(jī)制的闡明尚需臨床研究驗(yàn)證。中醫(yī)藥治療代謝性疾病一直是中醫(yī)藥研究熱點(diǎn)，線粒體自噬相關(guān)蛋白作為中藥成分發(fā)揮作用的關(guān)鍵靶點(diǎn)，目前研究處于起步階段，進(jìn)一步深入研究中藥治療代謝性疾病的線粒體自噬機(jī)制具有重要臨床意義；另外，針灸治療肥胖、2型糖尿病和心血管疾病具有臨床優(yōu)勢(shì)，然而，其治療機(jī)制尚未闡明。Xiao等[40]用電針預(yù)處理，可縮小缺血再灌注大鼠的心肌梗死面積和危險(xiǎn)面積，減輕缺血再灌注誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和線粒體自噬，并伴有mTORC1表達(dá)升高、ULK1和FUNDC1水平下降，說明電針預(yù)處理可通過抑制mTORC1-ULK1-FUNDC1通路介導(dǎo)的線粒體自噬保護(hù)缺血再灌注心肌抵抗損傷?？傊?，中醫(yī)藥調(diào)控線粒體自噬是治療肥胖、2型糖尿病和心血管疾病等代謝性疾病的重要機(jī)制之一，可為其臨床應(yīng)用提供新依據(jù)，值得深入研究。