线粒体自噬在血管性认知障碍中的研究进展☆

刘山 解丽 张强 董艳红※

血管性认知障碍 （vascular cognitive impairment,VCI）指由脑血管病的危险因素（高血压病、糖尿病、高脂血症和高同型半胱氨酸血症等）、显性脑血管病（脑梗死和脑出血等）及非显性脑血管病（白质疏松和弥漫性脑缺血等）引起的一组从轻度认知损害到痴呆的综合征。线粒体是缺血后神经细胞死亡的关键靶区,机体可通过自噬控制线粒体数量,其功能紊乱是慢性脑低灌注 （chronic cerebral hypoperfusion,CCH）、脑缺血再灌注损伤 （cerebral ischemia reperfusion injury,CIR）所致VCI的主要机制。通过阐述线粒体自噬机制及其在CCH、CIR所致VCI中的作用，有利于寻找药物作用靶点，早期干预VCI的发生发展，提升患者生存质量。

1 线粒体自噬

线粒体自噬指损伤线粒体利用自噬机制选择性清除受损的蛋白质和细胞器,控制线粒体质量与数量，在营养不良或外界刺激时维持细胞稳态[1]。线粒体自噬可以通过相关分子通路介导和影响线粒体动力学平衡发生。

1.1 线粒体自噬相关分子通路

1.1.1 PINK1/Parkin分子通路同源性磷酸酶张力蛋白诱导激酶 1（phosphataseandtensinhomologinducedputativekinase1,PINK1）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶。各种原因使得线粒体功能紊乱时，线粒体膜电位降低，膜上的PINK1聚集，将Parkin蛋白从细胞质募集到线粒体，其具有E3泛素连接酶活性，将标记的泛素化底物通过微管相关蛋白1轻链LC3相互作用区域在自噬体上募集LC3，最终导致线粒体与自噬体结合发生自噬性降解[2]。

1.1.2 HIF-1α/BNIP3/Beclin1信号通路 低氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor-1,HIF-1）是由 HIF-1a亚基和HIF-1b亚基组成的异二聚体，而HIF-1a在调节氧稳态中起着关键作用。BNIP3是Bcl-2蛋白家族成员,主要表达于线粒体和内质网。Beclin1是磷脂酰肌醇3，是细胞自噬过程中最重要的正性调节因子。缺血缺氧时，HIF-1α表达上调，BNIP3蛋白表达上调，BNIP3和 Beclin1竞争 Bcl-2结合位点，释放Beclin1，参与线粒体自噬的激活，降解受损的线粒体，对抗各种凋亡因子[3]。

1.1.3 PI3K-Akt-mTOR通路 PI3K,即磷酸肌醇激酶3；Akt，即蛋白激酶 B；mTOR，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian Target Of Rapamycin）,是雷帕霉素的作用靶点。LV等[4]的研究表明，缺血/低氧条件下，线粒体能量代谢障碍，在某种程度上通过阻断PI3K/AKT/mTOR信号通路，增强线粒体自噬，清除受损的线粒体，保护线粒体的正常生理功能。

1.2 线粒体动力学变化 线粒体通过线粒体融合、分裂蛋白精确调控，在融合和分裂形态中不断变换维持平衡。线粒体融合蛋白主要有视神经萎缩蛋白1(Opa1)、线粒体融合蛋白Mfn1和Mfn2。Opa1或Mfn1/2缺乏的细胞可导致线粒体碎片聚集及线粒体自噬[5-6]。Drp1(DLP1，Dymple)主要调控线粒体分裂，其具有GTP酶活性。Drp1的下调及敲除可抑制线粒体自噬而导致功能紊乱的线粒体聚集[7]。如果线粒体裂变和融合失衡，则会引发线粒体膜电位改变，进而激活线粒体自噬，导致神经元死亡。

2 线粒体自噬与血管性认知障碍

在所有认知障碍性疾病中，VCI是目前唯一一个可干预的认知障碍性疾病。干预VCI的早期阶段，延缓疾病的发生发展，对于提升患者及其家庭的生活质量至关重要。从临床研究来讲，CCH、CIR都是与脑血管病有关的病因，二者均可导致VCI。CCH指长期脑血流降低导致血流动力学性脑缺血。既往研究表明，CCH可通过诱导血管损伤，血脑屏障系统功能失调，神经递质紊乱等因素最终导致认知障碍[8]。CIR损伤是指脑缺血一定时间恢复血液供应后，其功能不但未能恢复，反而出现了更加严重的脑机能障碍。已有国内外研究表明CIR损伤可能通过能量代谢障碍、突触损伤、炎症反应等引起认知障碍[9]。从基础研究层面来讲，目前VCI动物模型采用两种方法较多：①永久结扎双侧颈总动脉的CCH模型；②反复结扎再灌注双侧颈总动脉的CIR模型。在分子机制上，VCI发病涉及自噬、氧化应激、炎症、凋亡等多种途径，近年来线粒体自噬在VCI中作用成为国内外研究重点。因此我们通过探讨线粒体自噬在CHH、CIR所致VCI中的病理生理机制，并在相关作用靶点及时干预治疗，将有助于我们深入了解VCI的发病机制及治疗方法。

2.1 线粒体自噬与慢性脑低灌注导致的血管性认知障碍 CCH是一种常见的临床病理现象，见于多种脑血管疾病的病理过程中。CCH有多种危险因素如高血压病、糖尿病、动脉粥样硬化和吸烟等，是VCI的高危发病因素之一。线粒体自噬在CCH所致VCI的发生和发展过程中起着重要的作用，阐述两者之间作用机制及干预治疗，有助于加深对VCI的发病机制、治疗研究。

2.1.1 作用机制 CCH状态下，适度激活的线粒体自噬可以保护神经元减缓损伤，抑制或低效的线粒体自噬则会加重损伤。一项自噬在CCH所致VCI发病机制的研究阐明，自噬降解受损和低效率的BNIP3介导的细胞吞噬作用可能构成了慢性缺氧期间神经元损伤的机制[10]。线粒体自噬是一把双刃剑，过度激活的自噬也会加重慢性脑缺血神经元损伤，加重认知障碍。VENKAT等[11]研究了磷酸二酯酶5型抑制剂西地那非对多微梗死的CCH致VCI模型的治疗效果，显示西地那非显著降低Beclin1表达，降低自噬活性有助于大鼠的认知改善，反之提高自噬活性，大鼠认知障碍加重。此外，线粒体动力学也影响线粒体自噬程度，参与CCH致VCI发病进程。既往海马神经元研究中，通过抑制线粒体裂变蛋白Drp1减少线粒体裂变并促进线粒体伸长，显著增强线粒体质量和功能，保护神经元免受CCH的刺激，减轻其导致的认知障碍[12]。

2.1.2 相关靶点治疗 针对线粒体自噬在CCH致VCI作用靶点，在激活线粒体自噬和抑制过度自噬方面，国内外学者做了很多靶向性治疗研究。例如，脑缺血预处理可活化线粒体自噬相关蛋白，发挥对脑缺血组织神经元的保护作用[13]。相关研究还发现，白藜芦醇通过抑制AKT/mTOR信号通路相关蛋白的表达，激活自噬抑制神经元凋亡，改善CCH致VCI大鼠模型的认知功能[14]。与之相反的研究结果是，URB597(URB)通过抑制受损的自噬降解和beclin1/Bcl-2复合物的破坏，防止异常过度的线粒体自噬保护神经元，因此URB597具有CCH所致VCI的治疗潜力[15]。此外，有研究表明CCH可以诱导过度的自噬造成认知障碍，而血管内皮生长因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）具有抑制过度自噬的能力，改善由CCH诱导的突触功能受损，从而能从某种程度上改善认知障碍[16]。针对线粒体动力学研究方向，有研究表明加兰他敏通过干预CCH状态的线粒体融合、裂变的平衡，大大减轻了导致认知障碍的神经病理过程[17]。

2.2 线粒体自噬与脑缺血再灌注损伤导致的血管性认知障碍 脑缺血再灌注损伤是一种复杂的病理生理过程，线粒体功能紊乱、炎性损伤及细胞损伤等多种机制均在脑缺血再灌注损伤所致VCI中起重要作用，目前越来越多的证据表明线粒体自噬参与了CIR的级联性损害。线粒体自噬作为一种清除受损线粒体的途径,在脑缺血再灌注所致VCI中起重要作用,但目前尚有争议，CIR致VCI动物模型已经证实调节脑内自噬过程可以改善其神经功能损害，因此国内外研究人员针对线粒体自噬与CIR致VCI两者关系进行了相关靶向性治疗研究。

2.2.1 作用机制 在CIR致VCI过程中，激活线粒体自噬可以保护神经元减轻脑缺血损伤，但是线粒体自噬也可能产生不同的作用。例如，采用大脑中动脉闭塞法（MCAO）和氧葡萄糖剥夺/复氧法（OGD/R）分别模拟大鼠和HT22细胞的脑I/R损伤时，黄芪甲苷IV均促进线粒体自噬，减少细胞凋亡而发挥神经保护作用[18]。然而在CIR大鼠模型中，小许明汤通过下调LC3，Beclin1，线粒体p62的表达水平，抑制线粒体自噬反而发挥神经保护作用改善大鼠认知功能[19]。此外，线粒体分裂也是CIR致VCI机制之一，CHEN等[20]探讨阿魏酸对脑微血管内皮细胞经OGD影响时，通过透射电子显微镜观察到线粒体自噬，并发现阿魏酸诱导自噬的机制与线粒体分裂有关，其通过线粒体依赖性自噬减轻OGD诱导的线粒体氧化损伤。

2.2.2 相关靶点治疗 线粒体损伤及功能紊乱是造成CIR致VCI的重要原因。线粒体自噬抑制剂可加重CIR导致的VCI,而自噬激活剂可以减轻CIR致VCI，起到细胞保护作用。有研究通过再灌注早期给予短暂温和的酸处理，激活Parkin依赖的线粒体自噬减轻CIR损伤，而敲除Parkin可以取消酸后处理带来的神经保护作用[21]。适当应用自噬激活剂可以保护受损神经元，然而过度激活线粒体自噬也可能导致损伤，应用药物靶向抑制过度自噬同样重要。NING等[22]研究黄芩苷对CIR损伤亚急性期的治疗作用时发现黄芩苷能促进PI3K/Akt/mTOR信号通路磷酸化，抑制自噬从而发挥神经保护作用。从细胞层面上，羟基红花黄色素也通过抑制过度自噬来保护脑微血管内皮细胞免受OGD/R损伤，这种抑制可能也与抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活有关[23]。线粒体动力学也可以调节线粒体自噬，XU等[24]实验证明Esculetin可通过调节线粒体片段化和线粒体自噬作用改善小鼠CIR所致VCI。

很多研究显示,可以将线粒体自噬作为靶点来攻克多种神经疾病,但我们对线粒体自噬的认识仍然有限，适度的线粒体自噬可以起保护作用，而过度的线粒体自噬会加重神经元损伤甚至死亡。应用干预措施调控线粒体自噬程度将成为VCI治疗研究方向。未来应更深入研究线粒体自噬在VCI的机制及其他信号通路,从而为靶向治疗VCI提供新思路。