基于线粒体自噬障碍探讨冠心病“阳微阴弦”的科学内涵*

潘婷婷,宋子贤,赵晗,周倩倩,张泽

1.辽宁中医药大学,辽宁 沈阳 110847; 2.辽宁中医药大学附属医院,辽宁 沈阳 110032

冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称“冠心病”)是指由于冠状动脉粥样硬化使管腔狭窄、痉挛或阻塞导致心肌缺血、缺氧或坏死而引发的心脏病[1],冠心病是老年人常见的严重疾病之一。一项纳入85项随机对照试验、23 430例冠心病患者的荟萃分析显示,冠心病患者的中位年龄为56岁[2]。据2022年美国心脏协会报告数据显示,自2009年至2019年,医疗水平的提高使冠心病病死率下降25.2%,但2019年美国冠心病致死人数约36万[3]。冠心病可归属于“胸痹”“心痛”“真心痛”“心悸”等中医疾病范畴,以东汉张仲景首次提出的“阳微阴弦”病机观为理论基础,多取得良好的临床疗效[4]。现代医学认为线粒体自噬影响冠心病的发生发展[5]。以线粒体自噬为切入点,分析线粒体自噬障碍对冠心病发病的影响,结合“阳微阴弦”病机观,可以丰富冠心病发病机制理论内涵。

1 冠心病“阳微阴弦”病机观

中医古籍中未见对“冠心病”病名的记载,冠心病患者常常有胸闷气短或心悸胸痛等症状。东汉张仲景于《金匮要略》中首次提出“阳微阴弦”病机观,认为上焦胸阳虚衰为发病的必要条件,血瘀、痰湿、寒凝等阴邪上冲为发病的关键因素。中医学认为冠心病病机总属本虚标实。冠心病患者以阳气虚衰为主,兼夹痰瘀痹阻心脉。通过分析涉及21 361例冠心病患者的80篇冠心病中医证候临床研究文献发现,气虚证、血瘀证及痰浊证是冠心病的主要中医证型,针对我国多省份11 383例冠心病患者不同阶段受试者的流行病学调查提示,冠心病围手术阶段及疾病终末阶段气虚证和阳虚证患者比例逐渐升高[6]。因此,运用流行病学调查等现代科研方法丰富了冠心病“阳微阴弦”病机观的理论内涵,认为阳微以阳气虚衰为主,阴弦以痰瘀互结为主[7]。

2 冠心病线粒体自噬障碍病理机制

线粒体自噬通过自噬溶酶体分解代谢细胞内功能障碍的线粒体,维持细胞内线粒体质量和数量的稳态平衡。调节线粒体自噬的信号途径包括PTEN诱导的激酶1(PTEN-induced putative kinase 1,PINK1)/E3泛素连接酶(Parkin)通路等泛素依赖型通路和FUN14包含1的域 (FUN14 domain-containing 1,FUNDC1)通路、B淋巴细胞瘤-2/腺病毒E1B 19-KDa-相互作用蛋白3(B-cell lymphoma-2/adenovirus E1B 19-KDa-interacting protein3,BNIP3)/ Nip样蛋白X (Nip-like protein X,Nix)通路等受体依赖型通路,且两大类通路互相影响[8-9]。

目前研究提示线粒体自噬水平与冠心病的发病密切相关,即通常冠心病心肌组织中的线粒体自噬障碍,是冠心病的危险因素之一。Parkin是一种线粒体自噬诱导因子,同时是微小核糖核酸-103-1-5p (microRNA-103-1-5p)的靶基因,心肌细胞缺氧复氧状态下,microRNA-103-1-5p的高表达抑制Parkin表达,从而破坏心肌梗死状态下心肌细胞内的线粒体自噬,且Parkin表达与小鼠心肌梗死面积呈负相关[10]。NIX通过其氨基酸序列内的WXXL基序膜与微管相关蛋白1轻链3(microtubule associated protein 1 Light chain 3,LC3)及其同源蛋白结合,参与调控线粒体自噬。LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ转化的检测方法,是一个已知的自噬标志物检测方法。在动脉粥样硬化模型中,沉默NIX表达后,LC3蛋白表达降低,氧化低密度脂蛋白诱导的线粒体自噬显著减少[11]。载脂蛋白A-I结合蛋白(apoA-I binding protein,AIBP)是在巨噬细胞的线粒体内膜中的一种分泌性蛋白,已被证明在动脉粥样硬化的发展中起关键作用。线粒体AIBP的缺乏导致线粒体代谢紊乱,从而通过促进PINK1的裂解来抑制线粒体自噬。同时线粒体自噬障碍时,巨噬细胞通过极化引起相关炎症反应,从而加重动脉粥样硬化。所以,AIBP的缺乏抑制PINK1依赖性线粒体自噬并影响M1/M2极化,从而诱发动脉粥样硬化[12]。基于以上论述,线粒体自噬障碍通过调节动脉血管弹性、斑块稳定性、血管平滑肌细胞及心肌细胞凋亡等途径诱发动脉粥样硬化,从而导致冠心病的发生。

2.1 线粒体自噬障碍降低动脉血管弹性极速成像技术与脉象仪技术相结合,可以客观地反映早期动脉粥样硬化的动脉血管弹性变化,其中运用极速成像技术发现冠心病患者收缩期起始时和结束时的脉搏波传导速度均明显增高,提示冠心病患者的动脉弹性降低、动脉发生硬化,而通过脉象仪技术发现冠心病患者脉图参数h3增高,提示冠心病患者外周血管弹性降低[13]。线粒体自噬障碍,活性氧增加,内皮细胞功能和血管弹性下降,导致动脉粥样硬化[14]。慢性心力衰竭模型大鼠梗死心肌区组织内不仅有炎性细胞浸润,而且活性氧、LC3 mRNA及LC3-Ⅰ/LC3-Ⅱ值升高,PINK1、Parkin mRNA 及蛋白表达下降,强心汤通过激活PINK1/Parkin通路,增加线粒体自噬,从而减少活性氧[15]。研究显示,线粒体自噬障碍还可以通过激活炎症小体,使血管平滑肌细胞包裹血管内皮上的脂质,形成斑块,降低血管弹性,加重动脉粥样硬化[14]。蜜橘黄素通过增加线粒体自噬,抑制NLRP3炎症小体表达,从而起到抗动脉粥样硬化的作用[16]。因此,线粒体自噬障碍会降低动脉血管弹性,加重冠心病。

2.2 线粒体自噬障碍降低斑块稳定性冠心病患者组织缺氧或缺血,激活缺氧诱导因子-1α(hypoxia-induced factor-1α,HIF-1α)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、血管内皮生长因子受体2(vascular endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)表达,产生脆弱的新生血管,从而使斑块形成甚至破裂[17]。冠心病患者自噬相关基因5(autophagy-related gene 5,ATG-5)和自噬相关基因7(autophagy-related gene 7,ATG-7)蛋白的低表达会导致患者斑块稳定性降低[18]。线粒体自噬障碍时,机体内活性氧增加,使巨噬细胞和血管平滑肌细胞增殖,加重动脉粥样硬化,同时降低斑块稳定性,使斑块易于脱落甚至破裂[14]。在ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化模型中,一种针对活性氧的纳米药物 TPCD-DA NP通过抑制氧化应激和炎症,有效降低动脉粥样硬化斑块的面积,提高斑块的稳定性[19]。并且,线粒体自噬障碍会激活炎症小体,使血管平滑肌细胞包裹血管内皮上的脂质,形成斑块,降低斑块稳定性,一旦斑块破裂对机体有致命的影响[14]。研究发现,冠心病患者炎症反应标志物外周血Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)及血清可溶性CD14(soluble CD14,sCD14)的激活使斑块稳定性明显降低[20]。因此,线粒体自噬障碍会降低斑块稳定性,加重冠心病。

2.3 线粒体自噬障碍加速血管平滑肌细胞及心肌细胞凋亡冠心病患者常伴脂质代谢异常[21]。在细胞器方面,脂质代谢紊乱会引起线粒体高乙酰化,抑制线粒体氧化磷酸化,不仅使线粒体功能减退,而且增加线粒体活性氧,引起冠状动脉血管功能障碍[22]。氧化低密度脂蛋白减弱B淋巴细胞瘤-2 (B-cell lymphoma-2,Bcl-2)抑制血管平滑肌细胞凋亡的作用,增强Bcl-2相关蛋白(Bcl-2-associated X protein,Bax)诱发血管平滑肌细胞凋亡的作用;安石榴苷增强Bcl-2抑制血管平滑肌细胞凋亡的作用,减弱Bax诱发血管平滑肌细胞凋亡的作用[23]。PINK1基因的激活能够活化线粒体自噬,抑制氧化低密度脂蛋白所诱导的人血管平滑肌细胞的凋亡,从而增加了其对血管平滑肌细胞的保护作用[24]。磷酸弗林蛋白酶酸性氨基酸簇分选蛋白-2(phosphofurin acidic cluster sorting protein-2,PACS-2)敲除对线粒体相关内质网膜接触功能的破坏会抑制线粒体自噬,从而加速血管平滑肌细胞的凋亡[25]。因此,线粒体自噬障碍会加速血管平滑肌细胞凋亡,加重冠心病。

线粒体氧化磷酸化产生的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)可以为心肌细胞供能,从而维持心肌功能。心肌缺血时心肌细胞线粒体产生的活性氧,加上线粒体膜高通透性释放的促凋亡蛋白细胞色素C,可加速心肌细胞凋亡。线粒体自噬通过吞噬功能受损的线粒体,延缓心肌细胞凋亡。磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3 kinase,PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信号传导通路的激活,促进线粒体自噬相关蛋白LC3-Ⅱ/Beciln-1蛋白高表达,增加线粒体自噬从而延缓心肌细胞凋亡[26]。因此,线粒体自噬障碍会加速心肌细胞凋亡,加重冠心病。

3 “阳微阴弦”与线粒体自噬障碍在冠心病发病过程中的相关性

线粒体自噬障碍与阳气虚衰相似,即“阳微”。阳气虚衰日久,痰瘀内生,即“阴弦”,与线粒体自噬障碍引起的代谢废物蓄积相似。故线粒体自噬障碍是“阳微”的微观病理基础,是“阴弦”的关键病理环节。

3.1 线粒体自噬障碍是“阳微”的微观病理基础线粒体自噬是机体细胞的自我调节方式,与阳气的推动、防御及气化功能有关。在炎症刺激下,机体细胞启动线粒体自噬,激发各脏腑经络生理功能、精微物质的生成及运行输布,相当于阳气的推动作用;线粒体自噬影响机体免疫功能,相当于阳气的防御作用;气化包括精微物质的转化与废物的排泄,线粒体自噬促进代谢,清除P62、泛素化的蛋白及LC3-Ⅱ蛋白形成的复合物,相当于阳气的气化功能[27]。心主血脉,化生心血,心血濡养化生心气,推动心脏搏动。心阳充沛,则心脏搏动有力,血运通畅,新陈代谢有序进行,机体线粒体自噬处于正常状态;心阳不足,则心脏搏动无力,血运不畅,新陈代谢紊乱,线粒体自噬障碍,防御、气化功能降低,从而降低动脉血管弹性及斑块稳定性、加速血管平滑肌细胞及心肌细胞凋亡,导致冠心病的发生。因此线粒体自噬障碍是冠心病“阳微”状态下的微观病理基础。

3.2 线粒体自噬障碍是“阴弦”的关键病理环节线粒体自噬能分解细胞内的代谢废物,是维持细胞内环境稳态的重要环节,相当于清除内生实邪,与气化相似。冠心病患者阳气虚衰,气化失司,精微物质的生成、输布和代谢障碍,从而导致痰瘀内生,阻滞血脉,即“阴弦”。因此线粒体自噬障碍是冠心病“阴弦”状态下的关键病理环节。

3.2.1 线粒体自噬障碍与“痰浊”关系密切现代医学认为线粒体通过三羧酸循环等代谢途径,参与细胞能量代谢,促进人体吸收糖、脂肪、蛋白质等营养物质。脾主运化,可化生水谷精微,为脏腑生命活动正常进行提供物质保障。所以,线粒体功能与脾主运化功能相似,关系密切。氧化应激等刺激破坏线粒体结构,机体启动线粒体自噬功能,而阳气虚衰时线粒体自噬障碍,导致受损线粒体及其产生的活性氧等有害物质蓄积体内。脾阳不足,运化水液功能失常,引起痰浊内生。所以,受损线粒体及其产生的活性氧等有害物质与“痰浊”相似[28]。血浆代谢组学研究发现冠心病痰浊证患者血浆中乳酸等糖酵解的代谢产物增多,丙酮、3-羟基丁酸等脂肪分解产物增多,低密度脂蛋白及脂类化合物增多,尿酸、丙酮酸等心肌核苷酸代谢终产物增多。尿液代谢组学研究发现冠心病痰浊证患者尿液中二甲胺、马尿酸等因胃肠道微生物菌群失调所致的代谢废物增多,肌酐增多,丙酮、3-羟基丁酸等脂肪分解产物增多,柠檬酸、α-酮戊二酸、顺式乌头酸等与三羧酸循环关系密切的代谢产物增多[29]。此外,线粒体自噬障碍降低斑块稳定性,斑块脱落,阻滞血脉,津液输布不畅,痰浊内生。因此,线粒体自噬障碍与“痰浊”关系密切。

3.2.2 线粒体自噬障碍与“瘀血”关系密切阳气虚衰时线粒体自噬障碍,机体代谢紊乱,代谢废物增多。血浆代谢组学研究发现冠心病血瘀证患者血浆中尿酸、丙酮酸等心肌核苷酸代谢终产物增多,同时不饱和脂肪酸含量增多。在能量代谢方面,与健康人相比,冠心病血瘀证患者柠檬酸、琥珀酸等三羧酸循环代谢中间产物增多;在脂质代谢方面,低密度脂蛋白及3-羟基丁酸增多;在氨基酸代谢方面,谷氨酸、脯氨酸及亮氨酸增多,这些指标提示冠心病血瘀证患者能量代谢、脂代谢及氨基酸代谢紊乱[29]。阳气虚衰时线粒体自噬障碍,降低斑块稳定性,斑块易于脱落,阻滞血管,导致血行不畅,形成血栓,容易引起心肌梗死。脾主统血,脾气统摄血液在脉中正常运行。阳气虚衰,不仅无力推动血行,而且使脉道失于温通,均可引起血行不畅,从而形成瘀血,即因虚致瘀。因此,线粒体自噬障碍与“瘀血”关系密切。

4 结语

本文探讨了线粒体自噬障碍与冠心病之间的密切关系,线粒体自噬障碍降低动脉血管弹性和斑块稳定性,而且加速血管平滑肌细胞及心肌细胞凋亡。同时,从线粒体自噬角度认识“阳微阴弦” 病机观,认为冠心病线粒体自噬障碍是“阳微”的微观病理基础,是“阴弦”的关键病理环节,丰富了冠心病的病机学理论体系内涵,为进一步研究线粒体自噬障碍在冠心病发病中的作用提供了思路。由此可见,调控线粒体自噬将是冠心病治疗的新方向,但线粒体自噬过度也会造成心肌细胞能量供应不足等不良后果[30],因此如何精准调控冠心病患者线粒体自噬,保持适度的线粒体自噬仍然是一个亟待解决的问题,需要进一步的临床研究。