自噬与心血管疾病

潘 伟，刘世明

（广州医学院第二附属医院心血管内科广州心血管疾病研究所，广东广州 510260）

细胞死亡途径包括非程序性细胞死亡即坏死（necrosis）和程序性细胞死亡（programing cell death，PCD）。程序性死亡又分为Ⅰ型PCD即凋亡（apoptosis）、Ⅱ型PCD（自噬性PCD）及其他PCD。自噬性PCD为自噬（autophagy）过度激活所致，不依赖caspase。细胞在缺乏营养和能量供应时，部分胞质与细胞器被包裹进自噬体（autophagosome）中，与溶酶体（lysosome）融合形成自噬溶酶体（autolysosome），胞质和细胞器成分被降解为小分子物质，这些小分子物质可以被重新利用合成大分子或者合成ATP。这就是细胞自噬的大致过程。自噬过程受不同的信号通路调控。下列信号途径参与调控自噬过程:Ras蛋白脑组织同源类似物 Rheb蛋白（Ras homolog enriched in brain，是小G蛋白Ras超家族成员之一）、mTORC1（mammalian target of rapamycin complex 1，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1）［1］、P38 MAPK（P38 mitogen-activated protein kinase，P38分裂素原活化蛋白激酶）［2］、IGF-1（insulin-like growth factor 1，胰岛素样生长因子1）、AMPK（AMP-activated protein kinase，腺苷酸活化蛋白激酶）-AktmTOR C1-ULK1（unc51-like kinase）［3］、Fox 转录因子 O（forkhead box O transcription factors）、Sirt1、BCL-2家族蛋白和乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）等。

基础水平的自噬是细胞力图在从恶劣条件下得以生存的保护性机制。自噬异常广泛参与多种疾病的发生，在心血管疾病中的作用逐渐被人们关注。

1 自噬与心脏重构

心脏重构是心力衰竭的核心发病机制。心脏肥厚是反映心脏重构的重要模型。主动脉缩窄所导致的心脏肥厚小鼠，心脏自噬增强［4］。且心脏自噬水平峰值出现在造模后48 h，心脏自噬活性至少3周保持显著上调。在心脏室间隔组织中表现更加明显。研究者认为，心脏自噬是应对血流动力学应激时的一种不良反应。在各种心脏病引起的终末期心力衰竭患者中，心脏自噬活性也表现上调。因而，过度激活的心脏自噬水平可能参与了心脏重构的病理生理过程。当然，自噬的不足也在部分心脏重构中被观察到。自噬不足可能在老年性心肌肥厚中起作用。

2 自噬在冠心病中的作用

对于不同细胞的自噬或不同水平的自噬或疾病不同的发生阶段，自噬会出现不一样的效应，可能会促进疾病的进展，也可能对机体起保护作用。

血管平滑肌细胞适度的自噬或者诱导巨噬细胞自噬可以稳定动脉粥样硬化斑块，若血管平滑肌细胞过度自噬或者内皮细胞的自噬增加会引起动脉硬化斑块不稳定和血栓的形成。依维莫司涂层支架通过抑制mTOR通路诱导自噬，选择性地清除兔动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞，起稳定斑块作用。钙离子拮抗剂通过调控自噬能够抑制血管平滑肌增殖［5］。这些结果表明自噬在动脉粥样硬化的进程中扮演了重要的角色。

在缺血过程中，自噬受到抑制而再灌注过程中自噬被激活［6］。缺血与再灌注中，自噬发生了完全相反的变化。那么，在缺血再灌注过程中，自噬到底是对心脏起保护作用还是有害呢?结扎小鼠左冠状动脉制造急性心肌梗死模型。在急性心肌梗死后应用巴弗洛霉素抑制自噬，能加重小鼠心梗后心功能不良和心肌重构;而应用雷帕霉素激活自噬能得到相反的结果。在大动物身上也得出类似结果［7］:心肌梗死术前10min使用氯霉素诱导自噬，猪的心肌梗死面积明显缩小。自噬在缺血和再灌注阶段所起作用迥异可以解释为:在缺血和早期再灌注时，低水平的自噬能消化受损细胞器，供给氨基酸和游离脂肪酸，进而保护细胞免受死亡;在再灌注期持久和长时间的自噬能过度降解必需蛋白质和细胞器，从而导致细胞死亡。心肌缺血/氧预适应可以激活自噬能介导心肌细胞耐受从而对心肌细胞起保护作用。缺血期的低水平的自噬有对抗心肌肥厚、抑制β肾上腺素和清除蛋白聚集物和损伤的细胞器。再灌注时的高水平自噬激活则可导致心肌细胞丢失。进一步深入的研究［8］表明，缺血阶段，通过AMPK途径使自噬激活，对机体有利。再灌注阶段，通过beclin1使自噬激活，对机体有害。

3 自噬在心肌疾病中的作用

心肌疾病谱广泛。有原发性心肌病和继发性心肌病。对于其发病机理尤其是原发性心肌病的认识尚未深入。心脏自噬的改变可能在心肌疾病的发生发展中起作用。

扩张型心肌病患者的心脏自噬上调［9］。整合素连接激酶（Integrin-linked kinase，ILK）是一种多功能激酶，它连接细胞外基质和胞内信号通路，ILK在心脏中激活能引起一系列心脏功能发生改变。给大鼠腹腔内注射多柔比星制造扩张型心肌病动物模型，第5周行超声心动图检测，提示心功能受损和心脏自噬上调。随后予以包含ILK cDNA的重组腺病毒载体在心肌内注射。4周后检测。结果提示，炎性细胞浸润和心肌细胞变性改善，心肌细胞自噬泡减少，左心室扩张和左心室功能受损和死亡率都能得到改善。研究者对新生鼠心肌细胞原代培养培养，在细胞层面研究，ILK基因过表达通过减少心肌细胞自噬对心肌细胞起保护作用。结蛋白相关心肌病（desmin related cardiomyopathy，DRC）中，可检测到自噬的显著增加［10］。白喉毒素（diphtheria toxin，DT）介导的心肌细胞死亡主要是自噬介导的［11］。败血症时，诱导自噬有心脏保护作用［12］。

从肥胖到代谢综合征的发展过程中，心肌自噬发生相应的改变［13］。O位 N-乙酰葡萄糖胺（O-linked attachment of β-N-acetylglucosamine，O-Glc-NAc）在糖尿病心脏病变中起作用。一项研究［14］对成年雄性糖尿病大鼠模型进行研究，研究者发现O-GlcNAc能介导自噬水平抑制，能加剧糖尿病心脏在血流动力学应激时的损伤。而在另外的一些研究［15－16］中，结果显示，糖尿病大鼠心肌细胞，存在微管相关蛋白1的轻链3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，MAP1-LC3，简称 LC3）高表达。LC3是自噬体膜标志性蛋白质。心脏自噬上调和心功能受损。也表现出糖尿病中心脏自噬水平迥然相反的变化。

4 自噬在其他心血管疾病中的作用

与心脏工作细胞比较，小鼠窦房结细胞自噬更加活跃［17］。因而，自噬可能参与了心律失常的发生。冠状动脉旁路术后并发心房颤动患者的心脏自噬下调［18］。同时，也有研究［19］发现自噬在调控心脏分化中也起作用。研究者发现，成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）信号通过抑制流出道心肌细胞自噬抑制心脏祖细胞早期分化，促进胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）中胚层分化、随后抑制心肌细胞中胚层分化。而抑制FGF信号能增加心肌细胞自噬，自噬的激活促进了心肌细胞分化。所以FGF信号通过调控自噬而调节心脏干细胞分化，在心脏发育中起重要作用。自噬在先天性心脏病中的作用有待进一步研究。自噬在心脏瓣膜病中的作用也有零星报道，自噬性PCD是钙化性主动脉瓣狭窄的机制之一。严重的二尖瓣和三尖瓣反流时，过度激活的心肌自噬与心肌肌溶解有关［20］。

5 展望

总之，自噬维持心血管系统的正常生理功能，自噬的异常加速了心血管疾病的发生，在疾病的不同阶段，自噬所起的作用也可能迥异。对于自噬在心血管疾病发病中的深入研究，可能提供疾病干预的新靶点。可能有望进一步提高心脏重构、严重心肌缺血和原发性心肌病的干预效果。

［1］Sciarretta S，Volpe M，Sadoshima J.Is reactivation of autophagy a possible therapeutic solution for obesity andmetabolic syndrome［J］.Autophagy，2012，8.doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.111.078212.

［2］Lv XC，Zhou HY.Resveratrol protects H9c2 embryonic rat heart derived cells from oxidative stressby inducing autophagy:role of p38 mitogen-activated protein kinase［J］.Can J Physiol Pharmacol，2012，90:655 －662.

［3］Troncoso R，Vicencio JM，Parra V，et al.Energy-preserving effects of IGF-1 antagonize starvation-induced cardiacautophagy［J］.Cardiovasc Res，2012，93:320 －329.

［4］Hua Y，Zhang Y，Ceylan-Isik AF，et al.Chronic Akt activation accentuates aging-induced cardiac hypertrophy andmyocardial contractile dysfunction:role of autophagy ［J］.Basic Res Cardiol，2011，106:1173 －1191.

［5］Salabei JK，Balakumaran A，Frey JC，et al.Verapamil stereoisomers induce antiproliferative effects in vascular smooth muscle cells via autophagy［J］.Toxicol Appl Pharmacol，2012，262:265 －272.

［6］Kanamori H，Takemura G，Goto K，et al.The role of autophagy emerging in post infarction cardiac remodelling［J］.Cardiovasc Res，2011，91:330 －339.

［7］Sala-Mercado JA，Wider J，Undyala VV，et al.Profound cardioprotection with chloramphenicol succinate in the swine model of myocardial ischemia-reperfusion injury［J］.Circulation，2010，122:S179 －184.

［8］Matsui Y，Takagi H，Qu X，et al.Distinct roles of autophagy in the heart during ischemia and reperfusion:roles of AMP-activated protein kinase and Beclin 1 in mediating autophagy［J］.Circ Res，2007，100:914 －922.

［9］Gu R，Bai J，Ling L，et al.Increased expression of integrin-linked kinase improves cardiac function anddecreases mortality in dilated cardiomyopathy model of rats［J］.PLoS One，2012，7:e31279.Epub 2012 Feb 13.doi:10.1371/journal.pone.0031279.

［10］Tannous P，Zhu H，Johnstone JL，et al.Autophagy is an adaptive response in desmin related cardiomyopathy［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2008，105:9745 －9750.

［11］Akazawa H，Komazaki S，Shimomura H，et al.Diphtheria toxin-induced autophagic cardiomyocyte death plays a pathogenic role in mouse model of heart failure［J］.J Biol Chem，2004，279:41095－41103.

［12］Hsieh CH，Pai PY，Hsueh HW，et al.Complete induction of autophagy is essential for cardioprotection in sepsis［J］.Ann Surg，2011，253:1190 －1200.

［13］Li ZL，Woollard JR，Ebrahimi B，et al.Transition from obesity to metabolic syndrome is associated with altered myocardial autophagy and apoptosis［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2012，32:1132 －1141.

［14］Marsh SA，Powell PC，Dell'italia LJ，et al.Cardiac O-GlcNAcylation blunts autophagic signaling in the diabetic heart［J］.Life Sci，2012.doi:10.1016/j.bbr.2011.03.031.

［15］Lee Y，Hong Y，Lee SR，et al.Autophagy contributes to retardation of cardiac growth in diabetic rats［J］.Lab Anim Res，2012，28:99 －107.

［16］Mellor KM，Bell JR，Young MJ，et al.Myocardial autophagy activation and suppressed survival signaling is associatedwith insulin resistance in fructose-fed mice［J］.J Mol Cell Cardiol，2011，50:1035 －1043.

［17］Omatsu-Kanbe M，Yamamoto T，Matsuura H.Autophagy is constitutively active in normal mouse sino-atrial nodal cells［J］.Acta Histochem Cytochem，2011，44:223 －231.

［18］Garcia L，Verdejo HE，Kuzmicic J，et al.Impaired cardiac autophagy in patients developing postoperative atrial fibrillation ［J］.J Thorac Cardiovasc Surg，2012，143:451－459.

［19］Zhang J，Liu J，Liu L，et al.The fibroblast growth factor signaling axis controls cardiac stem celldifferentiation through regulating autophagy ［J］.Autophagy，2012，8:690－691.

［20］Chen MC，Chang JP，Wang YH，et al.Autophagy as a mechanism for myolysis of cardiomyocytes in mitral regurgitation ［J］.Eur J Clin Invest，2011，41:299－307.