异丙酚对缺血再灌注损伤诱导的自噬影响的研究进展

卢志琪 张良清

【摘要】自噬是细胞依赖溶酶体降解衰老或损伤的细胞器及蛋白的过程，对维护机体内环境的稳定起着重要的作用。研究显示，缺血再灌注损伤诱导自噬的发生，自噬过度激活甚至导致细胞自噬性死亡。所以，如何应用药物来调控I/R诱导的自噬已成为新的研究热点。异丙酚能减轻缺血再灌注损伤，但其是否能抑制缺血再灌注损伤诱导的自噬目前相关报道较少。

【关键词】自噬；异丙酚；缺血再灌注损伤

【中图分类号】R614 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）03-0676-02

缺血再灌注损伤（I/R）是指在缺血期损伤的组织仍处于可逆性，再灌注后带来更为严重的损傷。一般机体存在着一定程度的自噬，但都处于较低水平，在营养物质缺乏等情况下自噬水平明显增高，如果发生过度自噬，甚至导致自噬性细胞死亡。许多研究表明异丙酚可减轻I/R，但其能否调控I/R诱导的自噬仍不清楚。

自噬依赖溶酶体对损伤、衰老的细胞器或变性蛋白等进行降解，对维护机体内环境稳态有重要作用。自噬分为3类：巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬。自噬的过程：诱导、自噬体的形成、自噬溶酶体的形成、物质降解。

I/R对自噬的诱导：1）氧化应激诱导自噬：I/R时线粒体产生大量的氧自由基，自噬抑制基因Atg4被氧自由基抑制使LC3与PE稳定结合形成自噬体[1]。I/R还可以改变线粒体膜电位，开放线粒体膜通透性转换孔（mPTP），诱导过度自噬。2）内质网应激诱导自噬： I/R时内质网功能紊乱，内质网集聚未折叠或错误折叠的蛋白并且钙离子处于失调状态，使得内质网压力异常变化[2]，Bip与dRNA依赖蛋白激酶样内质网激酶分离，激活过度自噬[3]。3）AMP/ATP比值与自噬：I/R使细胞消耗大量ATP，AMP/ATP比值升高，激活AMPK后活化ULK[4]；另外AMPK磷酸化激活TSC1/2复合物而抑制mTOR[5]，诱导自噬的发生。体外实验也证实，在无糖培养基中培养细胞， AMP/ATP比值升高同时，自噬水平也升高[6]。4）钙超载与自噬：缺血导致细胞膜上ATP酶依赖的离子泵功能障碍，Na+-Ca2+交换异常，致使钙离子超载尤其是线粒体的钙离子超载，开放mPTP[7]，影响细胞能量合成。Ca2+升高还能抑制mTOR，促进自噬体形成诱导自噬[8]。5）低氧与自噬：Tracy发现低氧上调Bnip3， Bnip3可与Atg8家族同源蛋白结合，促进自噬体形成[9]。低氧诱导自噬是通过HIF-1促进Bnip3的过表达[10]。

I/R激活自噬的机制：1）TKR-mTOR-Atg信号通路：一般情况下胰岛素样生长因子能感受机体营养及能量的变化，当机体营养及能量代谢正常，胰岛素样生长因子1/2结合TKR激活I类PI3K-Akt-mTOR抑制Atg1，则自噬不能发生[11]。但机体在缺血缺氧时，抑制Atg1作用减弱或消失，Atg1与Atg11、13、17形成自噬激活复合物，Beclin-1被激活；另外，Atg5、7、12、16复合物也被III类PI3K及Atg14激活，LC3聚合自噬体形成[11]。2）AMPK信号通路：当细胞营养物质缺乏，ATP消耗产生大量AMP，AMP结合AMPK的 γ亚单位上CBS-2、3串联结构域，使其上游暴露LKB1因子，通过α亚单位上 的172位苏氨酸残基磷酸化激活AMPK，增强复合物TSC1/2的稳定性，抑制mTOR的激活，诱导自噬[5， 11， 12]。AMPK还能磷酸化激活ULK，ULK蛋白复合物参与自噬的诱导[13]。

自噬对I/R的利和弊：自噬为细胞代谢提供基本物质或能量等，对机体起保护作用，然而过度自噬使细胞发生不可逆性的损伤，促使细胞发生自噬性细胞死亡。因而，自噬对机体的作用仍然存在着不同的意见。1）自噬的保护作用：Loos等研究发现轻度的缺血可激活自噬，保护细胞膜的完整及稳定线粒体膜电位，而中度到重度缺血可促进自噬向坏死和凋亡转变[14]。Aki等在不含葡萄糖的培养基中培养心肌细胞，发现自噬水平升高能有效提高细胞存活率[15]。Noh， HS研究发现在缺血期，自噬通过激活AMPK和一系列抑制mTOR信号转导途径促进自噬[16]。2）自噬加重细胞损伤：Matsui等指出再灌注期Beclin-1表达明显升高，诱发过度自噬，激活自噬性细胞死亡，而敲除Beclin-1基因的大鼠，再灌注期自噬明显被抑制[6]，提示过度自噬可造成细胞不可逆性的损伤，引起细胞自噬性死亡。Noh， HS还发现I/R诱导的细胞死亡与LC3-II、Beclin-1表达、mTOR信号通路及自噬空泡的集聚相关[16]。提示在某种条件下，凋亡和自噬可能由共同的上游的信号分子激发而诱导自噬性细胞死亡[17]。

异丙酚抑制I/R诱导的过度自噬：1）抗氧化作用抑制过度自噬：I/R线粒体产生大量氧自由基，是自噬发生的重要诱因。异丙酚有抗氧化作用，其主要机制是抗脂质过氧化物反应，异丙酚干扰脂质过氧化物的夺氢反应，生成无化学活性的产物从而清除氧自由基，维持细胞膜和线粒体膜的稳定性。异丙酚的亲脂性有利于其集聚于细胞膜上，抵挡有害物质的损害。2）抑制自噬体的形成：研究发现心肌I/R时自噬水平明显升高，并且过度自噬可导致心肌细胞大量坏死[18， 19]。Noh， HS研究异丙酚能否抑制自噬性细胞死亡，发现I/R后自噬体和自噬溶酶体增多、聚集溶解胞质内容物及肌原纤维，使线粒体变性等，而缺血再灌注异丙酚后处理可以减少自噬体和自噬溶酶体的形成，能有效抑制细胞的自噬水平，减少自噬性细胞死亡[16]。3）异丙酚降低自噬相关蛋白的表达水平：研究发现自噬受III类PI3K-Beclin-1-Bcl-2通路调节，I/R后Beclin-1、LC3-II、III类PI3K等的表达水平升高，Beclin-1与III类PI3K作用也增强，Bcl-2表达降低，其中自噬水平与Beclin-1/Bcl-2的平衡相关，Beclin-1能与Bcl-2结合形成稳定的复合物，抑制自噬，若Bcl-2降低不仅可以促进凋亡的发生，还使得游离的Beclin-1增多导致自噬的过度激活[20]。而异丙酚后处理提高Bcl-2水平，抑制Bcl-2与Beclin-1解离，使二者结合更紧密，减少III类PI3K蛋白表达，从而抑制自噬水平。4）减轻钙超载：长时间的缺血导致依赖ATP的离子泵功能障碍，影响细胞内离子分布，形成细胞内钙超载。异丙酚可结合L型慢钙通道，加速其由开放状态向失活状态转变，并且减少Ca2+通道开放数量，抑制细胞外钙离子进入细胞，并且这种抑制现象是可逆性的[21]。实验证明缺血再灌注主要引起的是线粒体的Ca2+超载，可能是自噬的潜在诱导因素，Ca2+抑制mTOR，从而激活自噬[8]；此外Ca2+开放mPTP，诱导自噬。

I/R是體外循环心脏手术后、缺血性心脏病等常见的病理生理现象。自噬的发现为治疗I/R提供了新的靶点，探索药物对缺血性心脏病诱导的自噬的疗效也成为新的研究热点。异丙酚对I/R保护作用的内在机制尚未清晰，异丙酚是否通过调节自噬水平而减轻I/R还有待研究。异丙酚可能通过抗脂质过氧化物反应，清除氧自由基，减少ROS对细胞膜上离子泵的损伤，减少钙离子超载，抑制肌浆网中钙离子释放，维持线粒体功能及稳定细胞生物膜的作用；另外异丙酚抑制自噬体的形成，下调自噬相关蛋白III类PI3K、Beclin-1、LC3等的表达，加强Bcl-2与Beclin-1结合的稳定性，从而抑制过度自噬；通过mTOR依赖途径和Beclin-1依赖途径等，调节自噬水平。总之，异丙酚对I/R诱导的自噬影响的研究，为临床指导用药提供了理论依据，为进一步探索早期防治缺血性心脏病奠定了基础。

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