中药调控心肌梗死细胞自噬的研究现状❋

周思远，何浩强,2，杨 光，谌子诺,2，惠小珊，白 京，王 阶△

(1.中国中医科学院广安门医院，北京 100053；2.北京中医药大学，北京 100029)

心肌梗死(myocardial infarction，MI)是指因长时间心肌缺血引起的心肌细胞死亡[1]。MI引起心力衰竭、恶性心律失常、室壁瘤、心脏破裂等严重并发症，是造成心血管病死亡的主要原因之一。研究显示，2002～2016 年我国急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)死亡率呈波动上升态势，2016年我国AMI 死亡率城市为58.69/10万，农村为74.72/10万[2]。冠状动脉中不稳定斑块破裂或出血，导致冠脉内血栓形成并阻塞冠脉，心肌细胞因严重缺血而坏死是MI发生的主要机制。自噬是一种真核细胞在营养不良条件下的自我保护机制。现代研究发现，自噬与动脉粥样硬化斑块稳定性密切相关，同时也在MI后心肌细胞抗缺血损伤中发挥重要作用，通过调节相关细胞自噬或可成为治疗MI研究的新方向。中药在MI的治疗中发挥了一定作用，相关研究表明其作用机制可能与调节细胞自噬有关。为系统梳理中医药干预MI细胞自噬的相关研究，笔者将从自噬与MI发生的关系以及中药调节自噬方面进行如下述评。

1 细胞自噬概述

1.1 自噬是细胞的维稳机制

自噬是真核细胞利用自身溶酶体对受损细胞器等细胞组分进行降解的一种现象[3]。细胞接受自噬诱导信息后，胞质中会出现一个由内质网(endoplasmic reticulum，ER)脱落的小膜囊(即吞噬泡)，小膜囊逐渐延伸，随后包绕待降解底物并密封为一个双膜结构即自噬体，自噬体与溶酶体融合为自噬溶酶体，通过溶酶体水解酶降解内膜及其内容物，产生诸如氨基酸等物质为细胞再利用。生理状态下，机体存在较低水平的自噬以维持细胞稳态。当细胞处于营养不足的“饥饿”状态时，细胞自噬水平上调，增强对受损蛋白及细胞器的降解，产生氨基酸、糖类等物质，用于蛋白质合成与能量供应，而氨基酸、糖类等物质的补充又会终止自噬，自噬过程构成了一个细胞对“饥饿”做出反应的负反馈环。自噬作为一个动态再循环系统，为细胞更新和动态平衡提供能量[4]。

1.2 自噬的关键靶点及信号通路

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是自噬诱导阶段的重要负调控分子，主要受细胞营养水平的调节，有自噬“门卫”之称。PI3K-AKT-mTOR信号通路与AMPK-mTOR信号通路是自噬诱导阶段的关键信号通路。PI3K-AKT-mTOR信号通路：当细胞营养充足时，Ⅰ型磷脂酰肌醇三磷酸激酶(classⅠphosphatidylinositol 3-kinase，ClassⅠPI3K)被激活，产生三磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate，PIP3)，PIP3与蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)结合，促使AKT活化，激活mTOR，抑制自噬发生。AMPK-mTOR信号通路：在细胞营养不足时, ATP减少，AMP/ATP比值增加，AMPK(AMP依赖的蛋白激酶)活性增强，磷酸化激活TSC2蛋白,抑制mTOR活性，促进自噬发生[5-7]。

在自噬体形成阶段，人类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(unc-51-like autophagy activating kinase 1，ULK1)复合物是主要起始复合物，mTOR被抑制时AMPK磷酸化并激活ULK1复合物，ULK1通过磷酸化自噬相关蛋白Beclin1中的Ser15和其他位点，激活Ⅲ型磷脂酰肌醇-3激酶复合物I(The class Ⅲ phosphatidylinositol 3-kinase complexes I，PI3KC3-C1)。PI3KC3-C1含有自噬相关蛋白ATG14，它将PI3KC3-C1复合物引导至哺乳动物内质网上的自噬起始位点，内质网有丰富的磷脂酰肌醇(phosphatidylinositols，PI)，PI3KC3-C1复合物磷酸化PI形成大量磷脂酰肌醇三磷酸(phosphatidylinositol 3-phosphate，PI3P)，PI3P可以促进吞噬泡的形成。在Ⅲ型磷脂酰肌醇-3激酶复合物(the class Ⅲ phosphatidylinositol 3-kinase, PI3KC3)召集下，ATG12-ATG5-ATG16复合物形成并定位于吞噬泡的外表面，使微管相关蛋白1轻链3(microtubule associated protein1 light chain3，LC3)(ATG8同系物)与磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine，PE)结合形成 ATG8-PE 复合物，促进吞噬泡的伸长、闭合，最终形成自噬体[3,8-10](详见图1)。

图1 自噬体形成过程

2 自噬与心肌梗死

不稳定斑块破裂与心肌细胞缺血坏死是MI的关键病理过程。研究显示，自噬与动脉粥样硬化斑块的稳定性密切相关，而且自噬作为一种细胞自我保护机制对于减轻心肌缺血坏死造成的损伤有重要作用。

2.1 自噬与动脉粥样硬化斑块稳定性密切相关

内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化斑块形成的始动因素[11]，不稳定斑块的快速进展是MI发生的关键[12]，不稳定斑块的形态学特点是薄纤维帽和大脂质核心，斑块内主要成分为血管平滑肌细胞、巨噬细胞(泡沫细胞)、胶原和脂质。

研究显示，内皮细胞自噬缺陷会促进动脉粥样硬化形成，上调内皮细胞自噬可以减轻炎症损伤，从而抑制动脉粥样硬化进展[13，14]。此外，巨噬细胞和平滑肌细胞自噬与不稳定斑块的进展关系密切。巨噬细胞能促进斑块内炎症反应，其分泌的基质金属蛋白酶也会促进胶原的降解，从而增加斑块破裂的可能性。研究显示，通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路诱导巨噬细胞自噬，能减轻巨噬细胞浸润，抑制斑块内炎症反应进而稳定粥样硬化斑块[15]。另有研究也证实，用mTOR抑制剂选择性诱导巨噬细胞自噬，能减少斑块中巨噬细胞的数量，稳定粥样硬化斑块[16]。有研究显示，通过AMPK-mTOR信号通路诱导外周血单核细胞自噬能增强斑块的稳定性，防止斑块破裂[17]。平滑肌细胞的凋亡会导致纤维帽变薄，脂质沉积减少，是不稳定斑块的常见特征。研究发现，经高脂饲料喂食后的自噬基因ATG7缺陷小鼠与野生型小鼠相比，平滑肌细胞凋亡活性增加，动脉粥样硬化不稳定表型加剧，提示平滑肌细胞自噬受损可能促进不稳定斑块的进展[18]。

2.2 自噬是心肌细胞自我保护的关键机制

心肌梗死时心肌细胞由于缺血缺氧处于一种“饥饿”状态，自噬是对这种“饥饿”状态的自我保护机制，因此心肌细胞自噬对于维持心脏正常功能有重要作用[19]。MI的发生使心肌缺血缺氧，ATP合成及供应减少，乳酸增加，从而损伤心肌细胞结构及功能[20]。心肌细胞分化再生能力非常有限，细胞自噬通过降解功能异常细胞器及蛋白质，可以为心肌细胞提供能量，促进细胞的自我更新。

有研究发现，AMI患者心肌组织自噬相关基因 Beclin1、LC3-Ⅰ、LC3-Ⅱ、Atg5表达均显著增高，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ(定量反映细胞自噬活性的指标)也明显高于对照组，这表明心肌细胞自噬可能参与到AMI的疾病进程[21]。另有研究显示，抑制自噬与一过性急性心肌缺血引起的心肌损伤加剧之间存在相关性，缺血诱导的自噬可能有助于心肌细胞的存活。相关学者在绿色荧光蛋白-微管相关蛋白1轻链3转基因小鼠中，通过永久性结扎左冠状动脉诱发心肌梗死。在实验中观察到，自噬在冠脉结扎后被迅速激活，并在近梗死区的心肌细胞中自噬活性更强，用自噬抑制剂处理后梗死范围显著增加，提示心肌细胞自噬可以减轻MI小鼠心肌细胞缺血损伤[22]。另有学者发现，自噬通量上调可减轻AMI大鼠心肌细胞缺血损伤及心室重构[23]。

3 中药对心肌梗死细胞自噬的调控作用

近年来，中药在缓解心绞痛、改善心功能及心肌梗死二级预防等方面发挥着重要作用[24]。部分研究发现，中药单体与复方可通过调节细胞自噬发挥治疗作用。有学者提出，自噬既是机体消除痰浊、瘀血等内生实邪的方式，也是正气亏虚下机体的自救方式[25]，而心肌梗死患者其核心病机以“痰”“瘀”“虚”为主，化痰、活血、补虚中药正是通过调控细胞自噬达到“祛邪扶正”功效。目前研究显示，中药单体与复方可能通过调节AMPK/mTOR与PI3K/Akt/mTOR等信号通路，上调内皮细胞、巨噬细胞和心肌细胞自噬水平，发挥稳定粥样硬化斑块、减轻心肌缺血损伤、改善心肌梗死后心功能的作用(详见表1)。

表1 中药调控心肌梗死细胞自噬比较

3.1 中药单体调控自噬干预心肌梗死

调控内皮细胞及巨噬细胞自噬是中药单体发挥稳定动脉粥样硬化斑块作用的机制之一。研究者发现，丹参酮ⅡA可通过调控PI3K/Akt/mTOR信号通路，促进内皮细胞自噬,对氧化低密度脂蛋白诱导的细胞氧化应激损伤起保护作用,进而防治动脉粥样硬化[26]。另有研究显示，小檗碱[27]和青蒿素[28]可通过AMPK/mTOR信号通路，促进巨噬细胞自噬而改善动脉粥样硬化斑块脆弱性，减轻动脉粥样硬化损伤。黄芩苷则能够通过提高内皮细胞中LC3的含量和抑制p62蛋白的表达上调自噬水平，稳定动脉粥样硬化斑块[29]。

调控心肌细胞自噬是中药单体发挥减轻心肌缺血损伤、保护心功能作用的机制之一。研究显示，丹参酮ⅡA[30]、白藜芦醇[31]及虎杖苷[32]可通过AMPK信号通路激活心肌细胞自噬改善心梗后心功能。小檗碱则可通过抑制p38/MAPK的激活和磷酸化Akt信号通路增强自噬，减轻心肌梗死后的左室重塑和心功能障碍[33]。另有研究发现，杨梅素可能通过抑制Mst1激活而促进心肌细胞自噬，减轻心肌梗死后心肌重塑和心力衰竭[34]。此外，川陈皮素通过促进自噬体向自噬溶酶体的转化恢复自噬通量，保护心肌细胞[35]。

3.2 中药复方调控自噬干预心肌梗死

中药复方可通过PI3K/AKT/mTOR信号通路调控细胞自噬，稳定动脉粥样硬化斑块，抑制动脉粥样硬化进展。研究显示，补肾抗衰片[36]、参元丹胶囊[37]、化瘀祛痰方[38]可通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，促进巨噬细胞自噬，从而抑制动脉粥样硬化进展。稳斑汤[39]、补肾降脂方[40]则可能通过影响Beclin1与LC3的蛋白表达上调自噬，稳定动脉粥样硬化斑块，抑制动脉粥样硬化斑块进展。

中药复方可通过AMPK/mTOR信号通路调控细胞自噬，保护心肌细胞，改善心肌梗死后心功能。研究显示，养心康片可能通过抑制AMPK/mTOR信号通路调控心肌细胞自噬，抑制心肌梗死后心肌纤维化，减少心肌细胞凋亡[41]。另有研究表明，通心络可通过AMPK信号传导途径促进心肌细胞自噬缩小梗死面积，减轻心室重构[42]。通冠胶囊则可能通过Sirt1途径增强心肌细胞自噬，减轻心梗后心肌炎症反应，抑制心室重构[43]。此外，调控心肌线粒体自噬也是中药干预心肌梗死的潜在途径之一。芪苈强心胶囊可通过Pink1介导线粒体自噬减少心梗后心肌细胞凋亡，改善心功能[44]。

4 结语与展望

冠状动脉中不稳定斑块破裂或出血及心肌细胞缺血坏死是心肌梗死发生的主要机制，细胞自噬参与了心肌梗死的发生发展过程。自噬与动脉粥样硬化斑块的稳定性密切相关，内皮细胞、巨噬细胞、单核细胞、平滑肌细胞自噬可稳定粥样硬化斑块；同时，自噬作为一种细胞自我保护机制可以减轻心肌缺血坏死造成的损伤。PI3K-AKT-mTOR信号通路与AMPK-mTOR信号通路是自噬诱导阶段的关键信号通路，中药单体及复方可能通过调节AMPK/mTOR信号通路与PI3K/Akt/mTOR等信号通路，上调内皮细胞、巨噬细胞、心肌细胞自噬，从而发挥稳定粥样硬化斑块、减轻心肌缺血损伤、改善心肌梗死后心功能等作用。通过对中药调控细胞自噬干预心肌梗死的研究，有望为心肌梗死的治疗提供新方向，并为进一步探索中药药效机制提供新思路。未来可以在现有研究基础上，深入探索细胞自噬与中医气虚、痰浊、血瘀等证候的关系，将中医辨证与自噬相关靶点研究相结合[45]，使中药调控自噬疗法更好地服务于临床。