巨噬细胞自噬在动脉粥样硬化中的研究进展

马佳丽，侯静波

巨噬细胞自噬在动脉粥样硬化中的研究进展

马佳丽，侯静波*

自噬是一种高度保守机制，广泛存在于真核细胞中，是动态清除入侵微生物、变性长寿蛋白和受损细胞器的自我修复过程，从而维持细胞稳定，抵御外界刺激。通过调控巨噬细胞自噬可影响动脉粥样硬化发生发展。本文就动脉粥样硬化发展过程中调控巨自噬信号通路、诱导自噬的影响因子等因素进行系统阐述，为动脉粥样硬化的治疗提供新的靶点。

巨噬细胞；动脉粥样硬化；细胞自噬

0 引言

心脏疾病严重威胁着人类健康，动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)作为心血管疾病的发病机制之一，是目前导致死亡的主要原因之一。AS是以大血管内的脂质沉积、单核-巨噬细胞浸润及斑块形成为主要病理特征的炎症性疾病[1]。巨噬细胞、平滑肌细胞(SMC)、血管内皮细胞(EC)是AS发生发展的3种重要细胞，其中巨噬细胞受到越来越多学者的关注[2]。普遍认为，巨噬细胞死亡促进斑块坏死[3]，引起斑块不稳定、血栓形成，最后发生心血管事件。细胞死亡主要有3种形式：自噬(Autophagy)、凋亡(Apoptosis)和坏死(Necrosis)。细胞自噬是一种高度保守机制，广泛存在于真核细胞中，动态清除入侵微生物、变性长寿蛋白和受损细胞器的自我修复过程[4]。自噬是将上述物质包裹形成自噬体，由溶酶体介导而将其降解。本文主要针对巨噬细胞自噬在AS中的研究进展进行阐述。

1 巨噬细胞与动脉粥样硬化

传统经典的动脉粥样硬化斑块的发展分为4个阶段：脂纹形成、粥样硬化斑块形成、复杂斑块及临床并发症，其中聚集泡沫细胞的复杂斑块和纤薄的纤维帽是不稳定斑块的特征。斑块破裂被视为急性心脏血管事件。巨噬细胞在AS的发生发展中起着关键作用，参与斑块形成和破裂的各个阶段[1]，通过分泌多种炎性因子、基质分解酶以及诱导SMC死亡加剧斑块易损性[5]。巨噬细胞在AS中具有双向调节作用，可分化为M1型和M2型巨噬细胞，分别通过分泌炎症因子及趋化因子和IL-10及转化生长因子发挥促炎和抗炎修复作用[6]。外周血中的单核细胞透过血管壁进入内皮下转变成巨噬细胞，被氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)或其他变性脂蛋白吞噬后形成泡沫细胞[5]。

近年研究发现，在动脉粥样硬化形成的早期，斑块内浸润的巨噬细胞主要以M2型为主，在饥饿、氧化应激或激素刺激下，能够形成具有杯状双层膜结构的自噬前体，再通过胞葬作用将程序性死亡的凋亡细胞吞噬并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，从而将其安全移除，进而防止细胞死亡后膜破裂将毒性的酶、氧化物等细胞内容物释放出来引起炎症和损害[7]，维持斑块的稳定。与之相反，M1型巨噬细胞加速了AS的发生进程，加速斑块破裂。进展期斑块中，M1型巨噬细胞占主导地位，通过产生活性氧引起内质网应激，巨噬细胞凋亡增多，使坏死核心形成，通过分泌金属蛋白酶降解胶原纤维，削弱斑块纤维帽，增加了斑块的不稳定性[8-9]。

2 自噬介导的调控通路

自噬是依赖溶酶体的自我保护细胞代谢途径。根据溶酶体管腔的生理功能和传递模式不同，自噬可分为巨自噬、微自噬及分子伴侣介导的自噬[10-11]。一些长寿蛋白等大分子物质、受损细胞器等通过巨自噬降解和循环[12]。自噬调控信号通路的两大主要途径：①抑制途径：Ⅰ型PI3K-mTOR信号通路；②诱导途径：Ⅲ型PI3K-Beclin1信号通路。哺乳类雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)是位于生长因子、胰岛素和Ⅰ型磷脂酰肌醇-激酶(PIK)下游的一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，参与调解细胞循环、细胞生长、蛋白质合成，参与调解自噬相关基因和蛋白，是自噬的主要抑制信号，其抑制剂雷帕霉素可以激活自噬。

营养充足、生长环境适宜并存在与相关膜受体作用的胰岛素时，Ⅰ型PI3K通过Akt信号通路诱导刺激mTOR和mTORC1。相反，自噬通路的起始蛋白抑制剂Atg1，能够阻碍自噬体的形成。营养缺乏或活性氧刺激下触发Ⅲ型PI3K-Beclin1复合物形成，并促进Atg12-Atg5-Atg16L和Atg8/LC3复合物的形成，随后自噬体形成，诱导自噬过程。细胞受到刺激时，双层膜的杯状吞噬泡形成自噬体，包裹脂滴、蛋白聚合物、损伤细胞器等物质，同时将外置蛋白LC3-Ⅱ暴露于表面，与溶酶体整合形成单层膜的自噬溶酶体进行消化和降解为氨基酸、碳水化合物等物质供细胞再利用[13]。在这个过程中30余种自噬相关基因和蛋白在自噬体形成与溶酶体融合过程中起到至关重要的作用。其中，普遍认为，LC3-Ⅱ蛋白和双层膜自噬体是检测自噬起始与延伸的重要标志，并且广泛应用于自噬相关基础研究[14]。

MAPK、ERK和Akt等信号通路也有涉及，ERK和Akt信号通路参与晚期糖化终产物诱导自噬，有助于大鼠中与动脉粥样硬化相关的AGE诱导的血管平滑肌细胞的增殖[15]。sirtuin家族一员，SIRT1在调节低等生物寿命方面被关注，Mi的团队指出，白藜芦醇激活cAMP-PRKA-AMPK-SIRT1信号通路减弱内皮炎症反应。同样，华翠素-3-葡萄糖苷通过AMPK/SIRT1信号通路上调自噬，保护人脐静脉内皮细胞免遭ox-LDL诱导损伤[16-17]。

3 自噬对AS的调节

自噬对AS中ox-LDL的诱导起双重作用：ox-LDL通过上调LC3-Ⅱ和Beclin1增强自噬的过程[18-19]；通过下调TET2抑制THP-1衍生巨噬细胞自噬的两种自噬标记物的表达，促进AS的发生。胰岛素样生长因子-1减少自噬相关因子在纤维帽的SMC中的表达。肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ等炎性因子可加速AS中自噬清除受损物质的过程，从而延缓斑块进展。Maatinet等[20]证实，7-酮胆固醇是一种自噬诱导剂，可有效减少平滑肌细胞死亡，提高斑块稳定性。糖化终产物通过增强自噬水平，保护损伤的人脐静脉内皮细胞，同时通过ERK和AKT信号通路，使血管平滑肌细胞增殖，并加速AS的发展[21]。从2009年发现miRNA在癌细胞与自噬的关系开始，心血管疾病中miRNA对自噬的调控引起了广泛的关注。miRNA主要促进动脉粥样硬化斑块的形成，MiR-216a在人脐静脉血管内皮细胞中通过调控细胞内BECN1水平控制ox-LDL引起自噬，可能与心血管疾病和动脉粥样硬化的发病机制有着重大的关系。MiR-hsa-let-7g在ox-LDL处理的血管平滑肌细胞中，通过调节LOX-1，调节自噬与凋亡[22]。

4 巨噬细胞自噬对AS的双重作用

诸多研究表明，在一般情况下，AS中自噬在保护细胞免遭氧化应激损伤、减少细胞凋亡、提高斑块稳定性等方面均起着重要作用。相反，过度诱导自噬会导致EC和SMC中自噬细胞死亡、胶原纤维合成不足、纤维帽增厚、甚至引起AS相关急性心脏病事件的发生。Liao等[3]认为，自噬抑制斑块中巨噬细胞的凋亡和胞葬作用的缺失，自噬缺乏使动脉粥样硬化斑块的坏死面积和氧化应激损伤范围扩大。Razani等[23]为AS中自噬功能失调提供了证据：某种程度上，自噬缺失使炎症反应高度活化，加速了AS的发生发展。上述两项研究将LC3/Atg8、p62/SQSTM1和双层膜自噬体作为自噬标记物，已知的自噬降解物p62/SQSTM1的聚集表明自噬通量的缺乏，在mRNA表达中相对减少，进一步证明了p62/SQSTM1的聚集与自噬通量缺乏的关系。

研究表明，在AS的早期阶段，减弱自噬反应有助于ox-LDL诱导的内皮功能障碍的病理生理反应[24]。早期动脉粥样硬化影响ox-LDL的潜在机制是抑制THP-1源性巨噬细胞自噬，动脉壁应激刺激诱导自噬，抑制细胞死亡及潜在的血管疾病，尤其是动脉粥样硬化。除了上述保护作用，AS中SMC、EC和巨噬细胞自噬均参与斑块泡沫细胞形成，高浓度的ox-LDL和内皮细胞自噬会加速细胞死亡[25-26]。巨噬细胞通过增强芹菜素诱导的巨噬细胞凋亡抑制自噬，改善动脉粥样硬化[26]。过度诱导自噬会引起自噬性平滑肌细胞死亡，进而由于胶原合成减少和纤维帽变薄而导致斑块不稳定。

5 巨噬细胞自噬与AS的治疗

目前，针对干预自噬治疗AS的基础与临床研究很多，基于这些研究，动物实验已经证实，一些自噬的诱导剂可有效减轻AS的严重程度。

mTOR抑制剂在许多类型的恶性肿瘤中具有治疗意义，包括乳腺癌、肾细胞癌等，其中，依维莫司是众多研究中广为认知的一种mTOR抑制剂。大量文献指出，在神经变性疾病中，依维莫司通过抑制mTOR诱导自噬加速毒性物质清除[15]。有证据表明，依维莫司洗脱支架可分泌促进稳定斑块表型的形成[16]，在AS中可提高斑块稳定性。最近，Holdas等指出，依维莫司治疗可显著降低心脏同种异体移植血管病变的发生率，其他临床研究表明，依维莫司药物洗脱支架是预防血管再狭窄的较佳选择，并可显著降低心脏移植或其他心脏手术后心脏同种异体移植血管病变的发生率。

白藜芦醇是广泛应用的自噬诱导剂[17]，是在葡萄、豌豆及红酒中大量被发现的植物来源的酚类物质，其具有抗氧化与抗炎作用，在多种疾病(心血管疾病、恶性肿瘤、肾脏疾病、2型糖尿病、感染及神经紊乱等)中起到保护作用。通过诱导自噬在抗动脉粥样硬化与血管舒张方面体现重要作用[27]。Liu等[16]发现，应用白藜芦醇促进ox-LDL诱导凋亡细胞在RAW264.7细胞中激活Sirt1介导自噬，证明了白藜芦醇体外抗动脉粥样硬化作用。同时指出，通过白藜芦醇激活Sirt1介导自噬，可以作为AS治疗的新方向。此外，白藜芦醇在某些类型胆固醇消耗M1和M2型巨噬细胞产生炎症损伤巨噬细胞方面具有免疫调节作用[28]。在高胆固醇血症兔模型中，增加3 mg/(kg·d)白藜芦醇可使AS斑块变小，密度降低，也证明了其在AS的治疗中的潜在影响。然而研究者发现，当其与降脂药共同作用时，白藜芦醇并没有增加阿托伐他汀的抗AS作用，此项应用有待进一步考察[29]。

6 总结

巨噬细胞在AS的起始与进展中起着不可替代的作用[30]。巨噬细胞的聚集促进斑块发展并提高斑块不稳定性。在氧化应激和变性LDL(如ox-LDL)刺激下，激活巨噬细胞自噬保护细胞并清除受损细胞器和错误合成的蛋白质，抑制细胞凋亡，提高巨噬细胞源性泡沫细胞胆固醇外流。

尽管AS中巨噬细胞自噬保护机制已被广泛揭示，但目前研究仍有缺陷，有待继续完善。过度自噬会导致自适应失败、细胞凋亡或死亡，因此，如何控制药物诱导自噬程度的最适宜剂量、降低药物副作用需要更完善的研究。AS不同阶段的自噬调节的详细机制、信号通路为治疗药物的研究提供了新方向。AS中的细胞之间相互作用存在对自噬的诱导。绝大多数自噬的研究是体外研究，需要更多的体内研究证实以上论述。

目前，AS中调节自噬的药物研究主要针对早期形成动脉粥样硬化的EC、巨噬细胞和SMC，需要对晚期动脉粥样硬化进行深入研究。早期内皮细胞自噬起保护作用，但晚期轻度巨噬细胞自噬和血管平滑肌细胞过度自噬恰好相反。基于上述结果，怎样调节AS中细胞自噬为药物治疗AS提供了前景。此外，新发现的药物是否适合临床的研究尚未清楚，在AS的治疗中选择性地打开或关闭自噬基因依赖性存活和死亡途径将是临床医生的挑战。

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Advances in the research of macrophage autophagy in atherosclerosis

MA Jia-li,HOU Jing-bo*

(Department of Cardiology,the Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150086,China)

Autophagy,a highly conserved mechanism,is widely found in eukaryotic cells.It dynamically clears the self-repair process of invading microorganisms,denatured longevity proteins and damaged organelles,thereby maintaining cell stability and resisting external stimuli.The regulation of macrophage autophagy can affect the development of atherosclerosis.In this paper,the regulation of macrophage signal pathway in the development of atherosclerosis,the factors that induce autophagy and other factors were described systematically in order to provide a new target for the treatment of atherosclerosis.

Macrophages;Atherosclerosis;Autophagy

2016-12-06

哈尔滨医科大学附属第二医院心内科，哈尔滨 150086

*通信作者

10.14053/j.cnki.ppcr.201708024