黃景珠，成秋宸，李福建，劉澤峰，張 國

（1.右江民族醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，廣西 百色 533000；2.廣西醫(yī)學(xué)科學(xué)院.廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院消化內(nèi)科，廣西 南寧530000；3.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院廣西醫(yī)院消化內(nèi)科，廣西 南寧 530000）

自噬是細胞利用溶酶體降解細胞質(zhì)中細胞器和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，并在營養(yǎng)缺乏或受到外界刺激的情況下保護細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。根據(jù)降解底物的不同，自噬可分為選擇性自噬與非選擇性自噬。廣義自噬通常為非選擇性，但是當(dāng)細胞自噬定向性清除受損傷細胞器時，表現(xiàn)為相應(yīng)的選擇性自噬，如線粒體自噬、過氧化物酶體自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬等。線粒體自噬作為線粒體質(zhì)量控制的關(guān)鍵組成部分，可及時靶向消除受損或功能失調(diào)的線粒體，從而防止過量的活性氧（ROS）產(chǎn)生，以及線粒體促凋亡因子和損傷相關(guān)分子模式（DAMP）的釋放，這些因子和損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）可能與疾病發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)［1］。 線粒體自噬需誘導(dǎo)自噬和線粒體啟動以進行自噬識別，線粒體自噬有兩種啟動機制，一種依賴于PTEN 誘導(dǎo)的激酶1（PINK1）-帕金RBR E3 泛素蛋白連接酶（PARK2）途徑，另外一種依賴于線粒體自噬受體BCL2 相互作用蛋白3（BNIP3）或NIX（BNIP3 類似物，BNIP3L）途徑［2］。最新研究表明，線粒體自噬與人類疾病密切相關(guān)［3］。

BNIP3 最初發(fā)現(xiàn)位于人類染色體10q26.3 上并被稱為“NIP3”，被認(rèn)為屬于細胞死亡調(diào)節(jié)因子Bcl-2 家族，生化結(jié)構(gòu)上，BNIP3 是一種能與腺病毒E1B19kD 蛋白相互作用的蛋白質(zhì)，主要由4 個功能結(jié)構(gòu)域組成，分別為參與蛋白降解的PEST 結(jié)構(gòu)域、介導(dǎo)Caspase 依賴性線粒體凋亡的BH3 結(jié)構(gòu)域、NH2 結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和羧基端結(jié)構(gòu)域，后者是BNIP3 行使其促Caspase 非依賴性凋亡功能最重要的結(jié)構(gòu)域［4］。近年來隨著研究不斷深入，BNIP3 在線粒體自噬中的作用備受關(guān)注，相關(guān)研究領(lǐng)域進展飛快。本文對近年來BNIP3 介導(dǎo)線粒體自噬的機制及其在疾病中的研究進展進行綜述。

1 BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬機制

線粒體自噬是自噬的一種選擇性形式，其中線粒體被特異性靶向自溶酶體中的降解，線粒體自噬不僅限于功能失調(diào)的線粒體的周轉(zhuǎn)，而且還會減少線粒體的整體質(zhì)量以應(yīng)對壓力，例如缺氧和營養(yǎng)饑餓［5］。BNIP3 是 一 種 通 過 其C 末 端 跨 膜 結(jié) 構(gòu) 域（TMD）嵌合在線粒體外膜上的蛋白，它面向胞質(zhì)側(cè)的N 末端旁含一WXXL 模序結(jié)構(gòu)（即LIR），通過該結(jié)構(gòu)可以直接結(jié)合LC3 或GABARAP（LC3 同源），從而誘導(dǎo)線粒體自噬［6］。此外，BNIP3 也是一種線粒體自噬受體，同時充當(dāng)誘導(dǎo)分子受體，通過保守的LC3 相互作用區(qū)（LIR）基序直接相互作用，選擇性靶向線粒體以進行自噬體降解［7］。同時研究發(fā)現(xiàn)，BNIP3 必須首先發(fā)生二聚化形成同源二聚體，其線粒體自噬活性受其同源二聚化的調(diào)節(jié)，這種修飾促進了BNIP3 和LC3 之間的相互作用，導(dǎo)致自噬體募集到線粒體進行線粒體自噬，這與其TMD 結(jié)構(gòu)相關(guān)［7］。除了與LC3 結(jié)合誘導(dǎo)線粒體自噬外，BNIP3 還可間接誘導(dǎo)線粒體自噬［3］：（1）BNIP3 基因的啟動子區(qū)域還含有缺氧誘導(dǎo)因子1（HIF-1）的結(jié)合位點，其在缺氧條件下上調(diào)其表達，誘導(dǎo)線粒體自噬；（2）BNIP3 可通過促進PARKIN 的線粒體易位和促進PARKIN 介導(dǎo)的線粒體自噬來參與泛素依賴性線粒體自噬；（3）BNIP3 可以通過隔離RHEB 來阻止mTOR 的激活，從而激活自噬。裂變誘導(dǎo)的線粒體去極化是觸發(fā)線粒體自噬的重要因素，目前已有研究證實多項清除線粒體去極化的機制，在生理狀態(tài)下的去極化可能是線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換（MPT）活化的結(jié)果或線粒體外膜透化（MOMP）的間接作用。有研究表明，BNIP3 可敏化線粒體中的BAX（BCL2 相關(guān)X，細胞凋亡調(diào)節(jié)劑）和BAK（BCL2 拮抗劑/殺傷劑1）插入和激活，這是線粒體外膜透化的關(guān)鍵步驟，導(dǎo)致膜間線粒體空間中的促凋亡因子釋放到細胞質(zhì)中以啟動細胞凋亡級聯(lián)［1］。

2 BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬在疾病中的研究

2.1 腫瘤

線粒體自噬在腫瘤中的作用機制仍未清楚，但已有證據(jù)表明線粒體自噬與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)［8］。BNIP3 作為線粒體自噬的重要介質(zhì)之一，其在調(diào)控著線粒體自噬中起著十分重要的作用，對于腫瘤的發(fā)展起著雙重作用，可促進細胞存活或抑制腫瘤細胞生長。

在某些腫瘤中，BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬可促進腫瘤發(fā)生、發(fā)展。Hu 等［9］采用生物信息學(xué)方法發(fā)現(xiàn)BRCA 中含有4 個基因（BCL2、LEF1、PLK1 和BNIP3）的表達可作為BRCA 的預(yù)后生物標(biāo)志物，綜合分析顯示BNIP3 高表達的BRCA 患者OS、DSS 和DFS 較差，由此可見BNIP3 可促進乳腺浸潤癌發(fā)生、發(fā)展。在乳腺癌細胞中，下調(diào)BNIP3 抑制線粒體自噬，從而促進乳腺癌細胞凋亡［10］；在宮頸癌細胞中，上調(diào)BNIP3 可促進HeLa 細胞增殖，促進宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展［11］。在卵巢癌細胞中，下調(diào)BNIP3 的表達可抑制線粒體自噬，降低細胞遷移和侵襲能力［12］。在皮膚黑色素瘤（SKCM）隊列中，通過比較具有“高”BNIP3 水平和“低”BNIP3 水平的SKCM 患者發(fā)現(xiàn)BNIP3 表達較高的SKCM 患者表現(xiàn)出顯著降低的總生存期（OS），進一步體內(nèi)、體外實驗表明從黑色素瘤細胞中去除BNIP3 可延緩腫瘤細胞生長［13］。在非小細胞肺癌細胞系A(chǔ)549 和SK-1 細胞中，通過下調(diào)BNIP3 和NIX 抑制線粒體自噬從而誘導(dǎo)細胞凋亡，以此抑制非小細胞肺癌細胞生長［14］。在肝細胞癌中，Yao 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，抑制BNIP3 的轉(zhuǎn)錄，阻斷了PINK1-PRKN 介導(dǎo)的線粒體自噬的啟動，誘導(dǎo)PINK1 蛋白的不穩(wěn)定并減少PRKN 在線粒體的募集，抑制腫瘤細胞發(fā)生、發(fā)展；Dai 等［16］研 究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)BNIP3 介導(dǎo)線粒體自噬誘導(dǎo)HepG2 細胞凋亡。在結(jié)直腸癌細胞中，沉默BNIP3 可減少缺氧條件下腫瘤起始細胞（TIC）集落的形成［17］。

BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬除了可促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展外，也有研究表明可抑制腫瘤細胞生長。在胃癌細胞中，上調(diào)BNIP3 表達，并激活線粒體自噬，從而抑制胃癌細胞增殖［18］。在肺癌細胞中，Zeng 等［19］研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)維羅布辛D（CVB-D）治療肺癌細胞可顯著抑制BNIP3 轉(zhuǎn)錄抑制因子p65 的表達，p65 下調(diào)可顯著緩解其在CVB-D 治療后對BNIP3 轉(zhuǎn)錄的抑制，并可引起B(yǎng)NIP3 表達增強，從而增強其與LC3 的相互作用，介導(dǎo)線粒體自噬活化，這種線粒體自噬介導(dǎo)的線粒體功能障礙通過靶向p65/BNIP3/LC3 軸是CVB-D 誘導(dǎo)的細胞凋亡的主要機制，進一步體內(nèi)實驗揭示在荷瘤小鼠中，經(jīng)CVB-D 治療后荷瘤小鼠皮下移植瘤呈現(xiàn)出生長遲緩。

表1 BNIP3 在腫瘤中的作用機制Tab 1 Mechanism of action of BNIP3 in tumors

2.2 心血管疾病

BNIP3 與心臟疾病密切相關(guān)，在缺氧、心臟肥大或缺血期間BNIP3 蛋白的表達增加［20］。同時也有研究表明，當(dāng)缺氧與心肌細胞酸中毒相關(guān)時，BNIP3 誘 導(dǎo) 細 胞 凋 亡 而 不 是 自 噬［21］。BNIP3 在 心臟疾病中的作用仍有待于進一步研究。

BNIP3 在心肌缺血再灌注損傷中具有雙重作用，BNIP3 的過表達會損害心肌缺血再灌注（I/R）表型，伴有細胞凋亡、ROS 生成、線粒體碎裂和功能障礙增加，與此同時也發(fā)現(xiàn)，在I/R 中誘導(dǎo)BNIP3介導(dǎo)的線粒體自噬有助于去除受損的線粒體并保護心肌細胞免于凋亡［20］；在復(fù)氧（HR）損傷處理中，觀察到HR 損傷促進了Ser17 位點的Bnip3 磷酸化，磷酸化后的Bnip3 具有增加的Bnip3 與LC3 相互作用的能力，激活了BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬［22］。近年來諸多研究表明［22-25］，下調(diào)BNIP3 蛋白表達，抑制線粒體自噬從而起到防止心肌缺血再灌注損傷的作用。與此相反，Zhang 等［26］研究發(fā)現(xiàn)，含有5 的Jumonji 結(jié)構(gòu)域（JMJD5）通過介導(dǎo)HIF-1α-BNIP3 通路，增強BNIP3 表達，進而對OGD/R 誘導(dǎo)的心肌細胞損傷起到保護作用。近年來誤食烏頭堿的人群不在少數(shù)，誤食烏頭堿后會出現(xiàn)一系列癥狀，其中較為嚴(yán)重的是心臟毒性，這可使心肌損傷，Peng等［27］研究發(fā)現(xiàn)，烏頭堿抑制心肌細胞增殖，并以劑量和時間依賴性方式誘導(dǎo)炎癥和細胞凋亡，進一步通過RNA 測序，基因集富集分析（GSEA）結(jié)果顯示，經(jīng)烏頭堿干預(yù)后的心肌細胞炎癥、細胞凋亡與自噬相關(guān)，該團隊進一步研究表明，烏頭堿誘導(dǎo)的心肌細胞損傷可能誘導(dǎo)TNFα 活化，然后抑制BNIP3 依賴性線粒體自噬，在體內(nèi)實驗中，通過心內(nèi)注射BNIP3 過表達腺病毒，結(jié)果表明BNIP3 的過表達明顯抑制了烏頭堿誘導(dǎo)的心肌損傷，其機制可能是通過增強線粒體自噬有效地逆轉(zhuǎn)了烏頭堿誘導(dǎo)的心臟毒性，這為臨床治療提供了新思路。

在擴張型心肌?。―CM）模型中發(fā)現(xiàn)，BNIP3 蛋白表達下降，線粒體自噬受損，進而致使心肌細胞功能和DCM 的宏觀表型受損，這一系列變化表明，BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬在DCM 中發(fā)揮著重要作用，增強BNIP3 蛋白表達水平，可能為治療DCM 提供一種新的治療策略［28］。

在線粒體自噬受體依賴性途徑中起關(guān)鍵作用的Bnip3 的表達可在IL-6 刺激后增加，Huo 等［29］研究發(fā)現(xiàn)通過橫主動脈收縮（TAC）誘導(dǎo)心肌炎癥，經(jīng)雷洛昔芬干預(yù)后，可觀察到雷洛昔芬可以阻斷過度激活的IL-6/STAT3 信號傳導(dǎo)，并通過減少氧化應(yīng)激和調(diào)節(jié)線粒體自噬水平來緩解炎癥，進一步實驗研究發(fā)現(xiàn)在該實驗中Bnip3 蛋白表達下降，該團隊研究表明Bnip3 蛋白表達下降，調(diào)節(jié)線粒體自噬，以緩解TAC 誘導(dǎo)的心肌炎癥，心臟重塑和功能障礙，對心力衰竭疾病有一定的臨床意義。

表2 BNIP3 在心臟疾病中的作用機制Tab 2 Mechanism of action of BNIP3 in heart disease

2.3 肝臟疾病

BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬與非酒精性脂肪性肝病、酒精性脂肪性肝病、肝纖維化等疾病相關(guān)。在非酒精性脂肪性肝病研究中，Li 等［30］研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)Bnip3 介導(dǎo)的線粒體自噬，可減輕線粒體損傷并抑制線粒體依賴性肝細胞凋亡，從而改善飲食誘導(dǎo)的非酒精性脂肪性肝??；Gong 等［31］研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)BNIP3 蛋白，增強了線粒體自噬，緩解了肝脂肪變性程度。在酒精性脂肪性肝病研究中，Wu 等［32］研究發(fā)現(xiàn)，Hif-2α 水平與線粒體自噬之間可能存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，體內(nèi)、外實驗均表明，Hif-2α 的缺失啟動了線粒體自噬，這種現(xiàn)象可以減少肝臟脂質(zhì)積累，且參與肝脂肪酸β 氧化的PPAR-α/PGC-1α 信號通路受到BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬的負(fù)調(diào)控，該團隊研究表明BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬可調(diào)節(jié)酒精性脂肪肝病的脂質(zhì)代謝。在肝纖維化研究中，Wang等［33］研究發(fā)現(xiàn)XBP1 激活顯著抑制了BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬并加劇了肝纖維化，進一步實驗揭示了Xbp1 敲除通過促進巨噬細胞中BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬激活來減少ROS 的產(chǎn)生，有助于改善肝纖維化。

2.4 腎臟疾病

在氧-葡萄糖剝奪再灌注（OGD-R）后培養(yǎng)的腎近端腎小管上皮細胞以及腎缺血再灌注誘導(dǎo)的小鼠損傷模型中發(fā)現(xiàn)，腎小管中的BNIP3 表達增加，進一步通過沉默腎小管細胞中Bnip3，可減少OGDR 誘導(dǎo)的線粒體自噬，并增強OGD-R 誘導(dǎo)的細胞死亡；同時體內(nèi)實驗也證實，Bnip3 敲除后加重了腎缺血再灌注損傷，減少了線粒體自噬，導(dǎo)致受損線粒體的積累，活性氧的產(chǎn)生增加，并增強腎臟IR 后腎臟的細胞死亡和炎癥反應(yīng)［1］。此外，有研究表明［34］，BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬與糖尿病腎病進展密切相關(guān)，通過調(diào)節(jié)BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬，恢復(fù)了異常的線粒體功能障礙和線粒體質(zhì)量控制，可逆轉(zhuǎn)糖尿病腎病進展。

2.5 神經(jīng)系統(tǒng)疾病

自噬與神經(jīng)元分化過程密切相關(guān)，在某些情況下，自噬可通過消除蛋白質(zhì)聚集體和衰老細胞器的降解來支持細胞穩(wěn)態(tài)，這兩者都對發(fā)育和成年期的神經(jīng)元細胞存活和分化至關(guān)重要。研究表明，神經(jīng)元中的BNIP3 基因在海馬體的缺血性CA3 區(qū)域中下調(diào)，但在激活獨特的神經(jīng)元保護程序或死亡中仍然起著關(guān)鍵作用，而無需去除改變的蛋白質(zhì)或線粒體［35］。

慢性缺氧、間歇性缺氧（IH）、慢性腦灌注不足（CCH）、神經(jīng)元缺血再灌注損傷等會造成神經(jīng)元細胞損傷。在慢性缺氧中，自噬降解受損和BNIP3 介導(dǎo)的低效線粒體自噬可能是神經(jīng)元細胞損傷的機制［36］。而Yu 等［37］研究發(fā)現(xiàn)，敲低BNIP3 基因的表達可保護脊髓神經(jīng)元免受缺氧誘導(dǎo)的細胞死亡。BNIP3 在缺氧誘導(dǎo)神經(jīng)元損傷機制中發(fā)揮著不同作用，其機制有待于更多研究證實。有研究表明［38］，激活BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬，可顯著抑制IH 小鼠海馬體中NLRP3 炎癥小體的形成和小膠質(zhì)細胞的浸潤，減少神經(jīng)元凋亡和海馬炎癥；在神經(jīng)元缺血再灌注損傷研究中也發(fā)現(xiàn)，通過激活BNIP3介導(dǎo)的線粒體自噬可保護神經(jīng)元免受缺血再灌注損傷［39］。在CCH 研究中發(fā)現(xiàn)，與慢性缺氧、IH、神經(jīng)元缺血再灌注損傷不同的是，CCH 切斷了BNIP3所需的線粒體自噬，最終阻止異常的過度自噬和線粒體自噬，減緩CCH 誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡［40］。在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）誘導(dǎo)的小鼠為帕金森病模型中發(fā)現(xiàn)，普拉克索（PPX）通過調(diào)節(jié)BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬削弱了MPTP 誘導(dǎo)的小鼠神經(jīng)元損傷［41］。

2.6 其他

近來，研究表明，在先兆子癇（PE）患者中的BNIP3 表達降低，進一步研究表明失調(diào)的BNIP3 與PE 的線粒體自噬受損，氧化應(yīng)激和細胞凋亡有關(guān)［42］。BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬在軟骨細胞中表現(xiàn)出不一樣的作用， Kim 等［43］研究發(fā)現(xiàn)，BNIP3 的過表達通過上調(diào)軟骨降解酶和軟骨細胞死亡來刺激線粒體自噬和軟骨降解，對維持軟骨穩(wěn)態(tài)具有重要意義；Lin 等［44］研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α 抑制BNIP3 的表達，進而介導(dǎo)軟骨細胞線粒體自噬過程，部分減弱去鐵胺（DFO）對軟骨細胞鐵超負(fù)荷的保護作用，通過線粒體自噬防止血友病性關(guān)節(jié)病（HA）的發(fā)展。在減輕哮喘癥狀及改善氣道平滑?。ˋSM）重塑方面，BNIP3 發(fā)揮重要作用，通過BNIP3 調(diào)節(jié)線粒體功能和粘附蛋白的表達來調(diào)節(jié)ASM 的粘附、遷移及增殖［45］。

3 總結(jié)及展望

綜上所述，BNIP3 是調(diào)節(jié)線粒體自噬關(guān)鍵因子，在線粒體自噬研究領(lǐng)域中備受關(guān)注。本文綜述了近5 年BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬最新研究進展，并總結(jié)BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬與腫瘤、心血管疾病、肝臟疾病、腎臟疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病及其他疾病的關(guān)系。由于自噬在疾病中扮演的角色不同，其發(fā)揮的作用也有差異。BNIP3 在腫瘤、心肌缺血在灌注損傷、缺氧誘導(dǎo)神經(jīng)元細胞損傷等多種疾病中，均表現(xiàn)出雙重作用，可促進疾病發(fā)生、發(fā)展，又可對疾病起到保護作用，這可能與疾病類型或疾病所處階段相關(guān)。相較于經(jīng)典的PINK1-parkin 通路，BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬研究在各種疾病的研究中仍不夠充分與深入，具體作用機制仍未清晰，在未來研究中，需更多的研究人員參與到BNIP3 介導(dǎo)的線粒體自噬研究中去，以期發(fā)現(xiàn)一些新靶點，為疾病診治提供新思路。

作者貢獻度說明：

黃景珠：進行文章的構(gòu)思與設(shè)計，撰寫論文；成秋宸、李福建、劉澤峰：進行文獻/資料收集、整理；張國：進行文章的可行性分析及論文的修訂，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。