PINK1/Parkin介导的线粒体自噬及其在肝脏疾病发生发展中的作用机制

张 浩，张 悦，赵文武，张敬各

1 河北医科大学第二临床医学院，石家庄 050017；2 河北医科大学病理生理学教研室，石家庄 050017

线粒体自噬指在活性氧(ROS)、营养缺乏、细胞衰老等外界刺激的作用下，细胞内线粒体发生去极化并出现损伤，当抗氧化剂和细胞因子无法完成对线粒体的修复时，线粒体自噬会选择性对整个线粒体进行降解[1]，受损线粒体被选择性地包裹进入自噬体中，并与溶酶体融合，从而完成受损线粒体的降解清除，对维持细胞内环境的稳定具有至关重要的作用[2]。

目前发现，线粒体自噬的调控机制主要包括自噬相关基因(ATGs)、PINK1-Parkin途径、BCL-2家族成员BNIP3/NIX介导的线粒体自噬等，其中PINK1/Parkin途径被认为是线粒体自噬的主要途径。

1 PINK1/Parkin介导的线粒体自噬机制概述

PINK1是线粒体自噬的“监测者”，其在线粒体外膜水平的高低是线粒体自噬过程启动与否的重要因素[3]。在正常线粒体上，PINK1通过线粒体外膜和内膜复合物被移至内膜之后被泛素-蛋白酶体系统降解，因此处于较低水平；当线粒体损伤时，内膜复合物会被多种损伤因素如膜电位降低干扰，继而泛素-蛋白酶体系统对PINK1的降解被阻断，PINK1与外膜复合物以2∶1摩尔比率在线粒体外膜积聚并募集胞质Parkin至线粒体外膜。一方面，PINK1可通过磷酸化泛素而募集非磷酸化Parkin；另一方面，PINK1磷酸化 Parkin使其与磷酸化的泛素结合而活化，然后泛素化线粒体融合蛋白1和线粒体融合蛋白2等，泛素化蛋白进一步促进PINK1磷酸化泛素，形成一个可使泛素链快速聚合的正反馈，泛素链与自噬相关蛋白p62结合进而诱导受损线粒体靶向LC3阳性的吞噬体，并在溶酶体中清除，完成线粒体自噬[4](图1)。

PINK1下游因子Parkin是一种E3泛素连接酶，具有RING-in-between-RING结构而借由泛素化底物蛋白完成标记，诱导底物分子通过蛋白酶体或自噬途径进行降解[6]。研究[7]发现，PINK1/Parkin介导的线粒体自噬除受TOMM7、HspA1L、BAG4等大分子调控外，也受具Rho相关蛋白激酶(ROCK)结构的小分子调控。

2 线粒体自噬与肝脏相关疾病

线粒体自噬的失调将导致多种疾病的发生，如神经退行性疾病、2型糖尿病、癌症和心血管疾病等[8-9]。近年研究[10-13]发现，PINK1/Parkin介导的线粒体自噬也参与了肝脏相关疾病的发生发展，包括非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、肝纤维化、肝细胞癌(HCC)等，阐明这些疾病的发病机制可能为临床治疗疾病提供新的线索和思路。

2.1 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) NAFLD是一种病变主体在肝小叶以肝细胞中脂肪变性和脂质沉积为病理特征但无过量饮酒史的代谢应激性肝损伤，由于肝细胞中大量的脂肪沉积而导致氧化应激和脂毒性，可通过多种机制促进线粒体功能障碍[10,14]。已成为我国第一大慢性肝病和健康体检肝脏生物化学指标异常的首要原因。Mst1是一种细胞存活调剂因子，已被公认为控制线粒体自噬激活的主要抑制剂，Mst1可以阻断AMPK-PINK1通路，从而减少Parkin表达，抑制线粒体自噬[10]。有研究[8]表明，NAFLD中，高脂应激引起了Mst1的活化，从而促进了肝脏脂肪变性、氧化应激和炎症损伤，敲除Mst1基因，可以减轻高脂饮食(high-fat diet，FDH)介导的肝损伤，维持肝细胞存活。NLR家族含热蛋白结构域蛋白3(NACHT, LRR and PYD domains-containing protein 3，NLRP3)，是NAFLD向非酒精性脂肪性肝炎发展的关键因素[14]，研究发现，线粒体ROS是调节NLRP3炎性小体活化的关键信号之一，线粒体自噬可能通过清除受损的线粒体调节线粒体质量，从而防止ROS诱导NLRP3炎性小体活化[15]。艾塞那肽可通过增加LC3A/B-Ⅱ/Ⅰ、Beclin-1、Parkin、BNIP3L蛋白的表达和自噬小体的数量，增强线粒体自噬，从而清除过度损伤的线粒体，减轻氧化应激损伤，抑制NLRP3炎性小体的活化，延缓NAFLD的进展[16]。HFD在体内和体外均可干扰肝脏正常脂质代谢，槲皮素可促进线粒体外膜蛋白CISD1和TOM20的Parkin泛素化，逆转HFD导致的PINK1、Beclin1、LC3、p62和Parkin蛋白水平下降，促进PINK1-Parkin依赖的线粒体自噬, 极大地逆转HFD诱导的肝脂代谢紊乱和线粒体损伤，改善线粒体的形态和功能，减轻肝脏脂肪变性[17]。Chen等[18]最新研究证明低剂量氯乙烯即可加重HFD诱导的肝脏损伤，该损伤可由Alda-1激活的PINK1/Parkin依赖的线粒体自噬所减轻。这些实验均证明，PINK1-Parkin介导的线粒体自噬在NAFLD的发生发展中具有重要作用。

2.2 肝纤维化 四氯化碳(CCl4)是一种广泛应用于实验动物的致肝损伤和肝纤维化的毒物，可导致胶原沉积、肝细胞损伤、氧化应激和肝星状细胞(HSC)活化[19]。在慢性CCl4暴露的肝脏中，p62表达和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值升高，PINK1和Parkin蛋白表达降低[20]，提示线粒体自噬受到损害。慢性CCl4暴露可以导致乙醛脱氢酶2(aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2)缺乏，同时ROS大量产生，加重了肝细胞凋亡，抑制了线粒体自噬，同时加重了肝损伤和肝纤维化。ALDH2的特殊激活剂Alda-1可以通过激活ALDH2上调Nrf2/HO-1抗氧化途径和PINK1/Parkin介导的线粒体自噬，显著减轻肝纤维化[11]。褪黑激素可以调节线粒体吞噬和线粒体生物发生，减轻慢性CCl4暴露诱导的Parkin相关的线粒体自噬的损伤[20]。颗粒物PM2.5可诱导ROS大量产生，导致线粒体广泛损伤，从而间接激活PINK1/Parkin通路，触发线粒体自噬，而线粒体自噬可以通过分解脂滴为激活HSC提供能量，进而促进肝纤维化的发生[21]；关于逆转肝纤维化的研究[22]发现，线粒体自噬的激活诱导HSC的细胞凋亡，其中凋亡调节因子BCL-B是线粒体自噬激活的重要机制，BCL-B过表达抑制未活化的Parkin磷酸化和直接结合活化的Parkin进而直接抑制线粒体自噬。以上研究均表明，PINK1/Parkin介导的线粒体自噬参与了肝纤维化的发生，通过调节PINK1/Parkin途径，增强线粒体自噬，可能是肝纤维化治疗的一种有效手段。

2.3 肝细胞癌(HCC) 原发性肝癌起病隐匿且进展迅速，大多数患者在确诊时已处于局部晚期或发生远处转移，导致患者治疗困难、预后很差，是肿瘤相关死亡中的第4大癌症[23]。HCC占原发性肝癌的90%以上，但其具体发病机制却仍未完全阐明。与正常肝组织相比，超过50%的HCC中的Parkin表达降低，进一步研究[12]证明Parkin基因为肝癌的一个抑癌基因，TCGA数据库的分析表明，Parkin在各种癌症中的下调可能是由于Parkin的杂合性和拷贝数的丢失；然而Parkin表达下降不能仅仅根据杂合性或拷贝数的丢失来解释，未来的研究应该检测Parkin基因的转录调控、基因的表观遗传修饰或Parkin的翻译后修饰是否在癌症中发生了改变[13]。Parkin基因缺失上调卵泡抑素使肝细胞以卵泡抑素依赖的方式抗凋亡，从而引起HCC的发生[24]。近期研究[12]发现，Parkin的表达水平还与HCC患者生存期有关，Parkin表达水平越低生存时间越短，而Parkin表达水平越高生存时间越长。此外，有研究报道将Parkin过表达的肝癌细胞植入裸鼠肝脏，建立原位肿瘤模型，与对照组相比，其肿瘤体积显著减少，说明Parkin在体内抑制了肝癌细胞的生长[12]，Parkin可以抑制多种癌细胞和肝细胞凋亡，p53诱导的细胞凋亡是其抑癌作用重要机制[25]，然而未有实验探究在肝癌细胞中Parkin是否通过p53的激活或p53介导的细胞凋亡来发挥其抑癌作用。HCC几乎对所有细胞毒性和靶向药物有耐药性，这是治疗失败和肿瘤复发的重要原因，shRNA筛选研究[26-27]显示，线粒体促肽酶导致肿瘤细胞对索拉非尼(一种用于治疗晚期HCC的多激酶抑制剂)的耐药，沉默线粒体促肽酶的β亚基通过增强HCC中的PINK1-Parkin信号通路下调髓样细胞白血病蛋白-1(Myeloid cell leukemia-1，MCL-1)，增加肝癌细胞对索拉非尼治疗的敏感性，提高索拉非尼治疗肝癌小鼠的存活率，研究支持了PINK1-Parkin信号通路在肝脏肿瘤发展和治疗中的保护作用。目前正在开发和测试几种MCL-1特异性小分子抑制剂，其中AMG176是第1个经过Ⅰ期测试的MCL-1抑制剂，可与索拉非尼联合使用，但在人体试验中使用多种药剂是否会有肝毒性作用仍不可得知[27]。蛋白酶体抑制剂最初被开发为具有潜在预防肿瘤生长的抗癌药物[28]，体内和体外实验中，在Parkin过表达的条件下，硼替佐米(一代蛋白酶体抑制剂)可下调核因子-κB诱导的肝癌细胞在体内的凋亡，而Parkin对正常的肝细胞并无调节细胞凋亡的作用，说明靶向Parkin治疗只影响癌细胞的细胞凋亡，而不影响正常细胞的细胞凋亡[12]，针对Parkin分子的靶向药物可能为解决HCC耐药性提供新的思路。传统中药苦参碱和海百合中提取物Ala(Alantolactone)可通过抑制PINK1/Parkin依赖的线粒体自噬实现对HepG2细胞的抗增殖和促凋亡作用[29-30]，也提示了针对PINK1/Parkin通路治疗HCC的可行性。

3 结语与展望

线粒体作为真核细胞的主要产能细胞器保障了细胞的正常生命运动，然而外界的各种因素可导致线粒体损伤、衰老及功能紊乱，进一步损害细胞。线粒体自噬是维持细胞内环境稳态的重要一环，近年来，随着对线粒体自噬的深入研究，PINK1/Parkin通路的临床医学价值渐渐显现出来。但目前对于自噬与肝脏的研究尚处于起步阶段，研究较少且研究结果不尽一致，例如，目前大多实验证据指向自噬的缺陷有助于肝细胞脂肪变性和肝纤维化，但也有实验表明自噬参与脂肪的生成和分化；PM2.5可通过触发线粒体自噬进而促进肝纤维化的发生，这表明线粒体自噬在肝脏疾病进展中可能有双面作用。故对于两者的关系有待于更多实验来验证，才能明确如何调节线粒体自噬来更好的治疗肝脏疾病。Parkin表达上调可抑制肝癌细胞生长和提高肝癌小鼠生存期，对PINK1/Parkin通路处理联合抗肿瘤药物可提高药物疗效，探究其抑癌的机制可能为发展缓慢的肝癌药物治疗提供一个新思路，但考虑到不同病因的HCC表现出不同肿瘤标记物、抗原和进展过程，是否将PINK1/Parkin通路纳入HCC个体治疗的参考因素尚待进一步研究。