线粒体自噬与心血管疾病

于静，吴晓羽

· 综述 ·

线粒体自噬与心血管疾病

于静1，吴晓羽1

1 线粒体自噬

线粒体是一种双层膜封闭式细胞器，其组成约占总细胞体积的30%，同时也是细胞最敏感的细胞器之一。线粒体不仅能通过氧化呼吸链产生大量三磷酸腺苷（ATP）以维持心肌正常的电生理和收缩功能，还参与调节胞内钙稳态、活性氧的生成及启动多种信号分子等，因此，适时清除受损伤的线粒体对于细胞的正常生长和代谢具有重要作用。

线粒体自噬是指在各种外界刺激作用下发生损伤的线粒体被特异性的包裹进自噬体中，与溶酶体融合并完成损伤线粒体的降解过程。线粒体自噬是一个特异性的选择过程，并受多种因子调控。目前已确认的线粒体自噬受体包括哺乳动物线粒体外膜蛋白NIX（Nip3-like protein X）、BNIP3（BCL2/ade-novirus E1B 19 kDa protein- interacting protein 3）和FUNDC1（FUN14 domain containing 1）及酵母Atg32（自噬相关蛋白）。线粒体自噬的调节机制主要包括受体介导的线粒体自噬途径、PTEN 诱导假定激酶 1（PINK1）- Parkin通路，以维持线粒体的健康及完整性。

2 线粒体自噬与心力衰竭

2009年，Christos等[1]对心力衰竭患者的心脏活组织检查发现，自噬特异性基因beclin-1和微管相关蛋白1轻链3（LC3）Ⅱ表达增加，当使用左心室辅助装置减轻心脏负荷后发现beclin-1和LC3-Ⅱ表达均降低，这一发现提示线粒体自噬可能与心力衰竭有关。随后有研究[2]提出线粒体融合蛋白2（Mfn2）可能通过调节线粒体自噬参与心力衰竭的发生及发展。2013年Shires等[3]在不同的心力衰竭模型中证明了线粒体自噬的不足可加重心脏损伤。在小鼠模型中，E3泛素连接酶Parkin的缺失导致心室肌细胞中线粒体功能失调、心力衰竭，并增加心律失常后的死亡率[4]。另外PINK1敲除的小鼠更易受到来自体外心肌缺血再灌注的损伤及压力过载导致的心力衰竭[5]。Cahill等在Python单基因扩张型心肌病模型的研究中发现，动力相关蛋白Drp1去除的失败影响线粒体自噬，导致线粒体去极化、钙处理异常、影响ATP合成及无菌性心肌炎的激活等下游联级效应，导致心力衰竭[6]。线粒体功能失调的患者经常引发心力衰竭，其原因为线粒体自噬水平随年龄增长而降低，且心力衰竭普遍发生在老年人群。过度上调线粒体自噬水平将使线粒体被过度清除，导致心肌细胞只留下较少的线粒体而不能产生足够的ATP，这对心力衰竭的患者来说是极其有害的。

针对炎症介导的心力衰竭，Fordjour等[7]在最新研究中提出了一种新的治疗概念，即靶向BNIP3。论证了在炎症介导的心力衰竭中BNIP3蛋白表达水平的变化，并假设其作用。研究表明在炎症介导的心力衰竭过程中，采用干预的方法，在功能上调节BNIP3活性有益于预防心力衰竭。田夏秋等[8]通过原代培养心肌细胞建立心力衰竭模型，探讨脂联素（APN）对衰老心肌细胞的影响及线粒休自噬在其中可能的参与作用，APN可抑制氧化应激诱导的心肌细胞衰老，同时可增强心肌细胞的线粒体自噬作用；加入腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）途径阻滞剂抑制线粒体自噬作用后，脂联素抗心肌细胞衰老的作用减弱，说明脂联素可能通过AMPK途径激活线粒体自噬，从而发挥抑制心肌细胞衰老的作用。

3 线粒体自噬与心肌病

近年研究表明，线粒体自噬与扩张性心肌病和糖尿病心肌病的致病原因息息相关，同时也从调节线粒体自噬的角度提出了心肌病治疗的新方向。

Chen等[9]在对巨噬细胞纤维化因子（Mff）缺陷的心肌病救治研究中，Mff基因缺失的小鼠在第13周死于严重的扩张型心肌病，突变的组织中出现了线粒体密度和呼吸链活性的减少，并伴随线粒体自噬的增加。王佳兴等[10]首次证实糖尿病引起心肌组织中PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬水平下降，并从动物和细胞水平的研究证明和正常组相比，高糖组心肌细胞内P62水平升高，而LC3-II/LC3-I比值下降。与高糖组相比，Parkin过表达组P62水平显著下降，而LC3-II/LC3-I比值显著升高。给予自噬抑制剂3-MA（3-Methyladenine）处理后，Parkin过表达组心肌细胞中的线粒体自噬水平显著被抑制，进一步阐明PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬水平下降是糖尿病心肌损害发生的重要分子机制。实际上，线粒体通过自噬移除丧失功能的线粒体不仅发生在正常生理条件下，也发生在病理条件下，Tong等[11]认为线粒体功能失调能够导致心肌细胞死亡或者心肌病。在对铁过载和缺铁有关的心肌病和心力衰竭研究中[12]发现，缺少Tfr1（Transferrin receptor protein 1）的小鼠，在存活的第2周出现死亡，并具有线粒体呼吸功能失败和线粒体自噬无效等现象。

在最近治疗心肌病的研究中，马颖等[13]证实了细胞内SIRT3（sirtuin酶）在调控线粒体乙酰化，线粒体生物合成的代谢过程中发挥的重要作用。心肌细胞中SIRT3是通过P53-Parkin途径，调控细胞内线粒体自噬水平，实现心肌保护作用。上调SIRT3表达水平，改善衰老心肌线粒体自噬水平，从而减缓衰老心肌受损，实现保护心肌的作用。Liang等[14]在有关糖尿病心肌病的研究中表明，新生大鼠心肌细胞受到高糖作用时，可以通过一种新型的双荧光检测显示出线粒体自噬的增加，通过测量氧化损伤，线粒体损伤ROS（Reactive oxygen species）生成和心肌细胞死亡的水平可以发现，Parkin的过度表达增强了高糖诱导的线粒体自噬和减轻心肌细胞损伤。通过过度表达或者敲除Drp1发现，线粒体的破碎伴随着线粒体自噬，并和高糖的毒性效应呈负相关，并以此证明了高糖诱导的线粒体破碎和自噬是一种能在高糖毒性下保护心肌细胞的适应性反应。在心脏中缺少Mfn2的小鼠模型中Song等[15]发现了受损的Parkin介导的线粒体自噬，导致了活性氧产生。高水平的氯霉素抗性基因（cat基因）表达抑制了线粒体的ROS的产生，未能改善心肌病。药物方面，甲福明治疗小鼠糖尿病可以通过诱导线粒体自噬减少心肌细胞凋亡，阻止糖尿病性心肌病的发展[16]。

4 线粒体自噬与冠状动脉动脉粥样硬化

大量证据提示，冠状动脉动脉粥样硬化斑块中存在着自噬现象，在心肌保护机制中作为心肌细胞能量供应中枢的线粒体扮演了重要角色，以线粒体自噬为切入点也成为近年来研究的热点。许秋莲等[17]在研究中表明，细胞自噬抑制后，动脉硬化斑块内受损伤的蛋白不能被适当的清除，进一步激活炎症体和凋亡信号。同时，线粒体自噬不足导致细胞内活性氧显著增加、损伤加重，损伤线粒体破裂后引起细胞色素C释放，导致易损斑块的形成。在线粒体功能障碍参与动脉粥样硬化的分子机制的研究中[18]表明mROS过量能直接激活类炎症反应，同时细胞内减少的K+也能促进类炎症反应。在斑块巨噬细胞中，Liu等[19]发现Parkin依赖的线粒体自噬可以通过移除受损的线粒体和抑制内源性凋亡来削弱动脉粥样硬化的进一步发展。同时，Sergin等最新的研究表明，巨噬细胞p62/SQSTM（p62 protein, also called sequestosome 1，SQSTM1）可通过隔离包涵体和调节线粒体自噬改善动脉粥样硬化。

随着冠心病发病率的升高和临床诊疗技术的提高，心肌缺血再灌注损伤成为心肌损伤领域的重要课题。Ji等[20]在研究中证明了，大鼠心肌缺血/再灌注（I/R）模型中的乙醛脱氢酶2（ALDH2）为心脏提供保护。ALDH2能抑制过度的线粒体自噬，并通过减少4羟基壬烯醛（4-HNE）和ROS水平来增加I/R心肌细胞的存活率。在I/R诱导的心肌损伤中，高活性ALDH2激动剂Alda-1下调PINK1/Parkin途径并且抑制随后的细胞凋亡。异黄酮苷加上ALDH2抑制剂，呈现出上调线粒体自噬和促进细胞凋亡的趋势。Ikeda等[21]采用心脏杂合的Drp1 KO的小鼠，通过抑制线粒体自噬，增强I/R心肌损伤的反应。研究结果表明，内源性的Drp1在调节线粒体分裂和线粒体自噬中起着重要作用，相反也在应对I/R心肌保护的调节方面来说也至关重要。

5 线粒体自噬与心肌梗死

近年来在心肌梗死研究中，人们也逐渐关注线粒体自噬在这个过程中发挥的作用。研究[22]显示，通过提高自噬可以减轻急性心肌梗死面积，改善心肌 ATP的含量。班努等[23]在揭示Parkin蛋白在调节心脏线粒体自噬功能中的作用时发现，大鼠心肌梗死后心肌内线粒体及自噬小体数量增多，且线粒体结构破坏，并通过实验证实Parkin在心肌细胞线粒体的自噬过程中扮演着重要角色。在对Parkin敲除的小鼠进行研究中，Kubli等发现Parkin缺陷的心肌细胞中线粒体自噬减少，在梗死后线粒体功能失调。而在对照组野生小鼠中，在梗死的边缘地带Parkin蛋白水平和线粒体自噬水平则迅速增加。心肌梗死后Parkin的上调是有益的，能够通过增强线粒体自噬来抵抗细胞死亡。

6 结语

通过近年来有关线粒体自噬和心血管疾病之间关系的研究发现，线粒体自噬参与心力衰竭、心肌病、冠状动脉动脉粥样硬化、心肌梗死等心血管疾病的发生发展过程。然而，目前对于线粒体自噬与室性心律失常、心脏神经官能症等心血管疾病方面研究较少。今后研究过程中，需进一步深入研究线粒体自噬与各种心血管疾病之间的相互关系，完善二者间的理论及临床研究成果，从线粒体自噬角度，揭示心血管疾病成因的分子机制，有助于进一步研发新药物并发现疾病治疗的新靶点。

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本文编辑：孙竹

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1150001 哈尔滨,哈尔滨医科大学附属第一医院心内科

吴晓羽,E-mail:xiaoyuwu2006@163.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2017.04.36