自噬在阿霉素诱导扩张性心肌病中的作用

王庆涛综述王玉璟审校

(长江大学附属第一医院心血管内科，湖北荆州434000)

自噬在阿霉素诱导扩张性心肌病中的作用

王庆涛综述王玉璟审校

(长江大学附属第一医院心血管内科，湖北荆州434000)

细胞自噬是一种利用溶酶体对自身组成成分进行降解，将产生的有用物质予以回收利用的高度保守的细胞分解过程。在各类细胞体系中存在着低水平的自噬行为，促进细胞的生长发育，然而自噬活动不足或过度时则可诱发疾病或加重病变。阿霉素是蒽环类抗肿瘤药物，是多种肿瘤治疗的一线药物，但其心脏毒性限制了它的应用，其机制尚不清楚。有文献报道自噬活动在阿霉素诱导的心肌病中发挥重要作用，本文就细胞自噬在阿霉素诱导的扩张性心肌病中的研究进展做一综述。

细胞自噬；阿霉素；扩张型心肌病；机制

细胞自噬是机体内正常的生命活动，与细胞凋亡、衰老一样，是非常普遍的生物学现象，参与机体的生长、发育等多个过程。当某种病理因素影响了细胞正常的自噬活动时，机体内大分子物质的回收、损伤的细胞器和蛋白质的清除过程以及泛素化蛋白酶体系统都会受到影响，引发多米诺骨牌效应，影响细胞的正常功能。阿霉素作为恶性肿瘤患者常用的抗肿瘤药物，其抗癌谱广、疗效显著、与其他抗癌药物联用效果佳。但是阿霉素等蒽环类药物的毒副作用较大，尤其是对心脏的毒性作用呈累积性和不可逆性，故蒽环类药物的使用受到限制。阿霉素对心肌的毒性作用有很多不同的学说、包括氧自由基紊乱学说、细胞凋亡学说、线粒体损伤学说以及铁、钙离子紊乱学说。其中氧自由基紊乱学说的呼声最高，但是由此研制出的抗氧化药物，如维他命E和N-乙酰半胱氨酸等的效果却不理想，表明阿霉素心肌病的形成机制复杂。有研究表明阿霉素影响了心肌的自噬活动，现就其研究进展机遇综述如下：

1 自噬

1.1 自噬概述细胞自噬(autophagy)是一种普遍存在于真核生物中、进化上相对保守的细胞降解过程，该过程可使蛋白质等对机体有益的物质得以再循环、对机体有害的物质如衰老的细胞器得以清除，保证机体正常的生命活动，故细胞自噬活动是机体内正常的生物学现象，在细胞内稳态调控和细胞生存中具有重要意义[1]。近年来，有研究表明自噬活动的异常与多种疾病的诱发、进展相关，如神经肌肉变性疾病、肿瘤及心血管疾病。当细胞受到不良刺激时，自噬活动被诱发，一定程度的自噬有细胞保护功能[2]，通过促进微生物及自身抗原的主要组织相容性复合体Ⅱ类(major histocompatibility complexⅡ，MHCⅡ)提呈，参与特发性和适应性免疫反应[3]，借此清除外来的病原体；当环境中的刺激超出细胞可耐受的程度时，自噬活动出现紊乱，产生一系列连锁反应，从而导致细胞功能紊乱。

1.2 自噬类型自噬活动具有以下特征：自食、耗时短、可诱导性、批量降解、“捕获”包浆成分的非特异性、保守性。根据细胞内物质转运到溶酶体方式的不同，可将自噬分为3类：巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperonemediated autophagy，CMA)[4]。细胞内稳定并永存的蛋白质主要以巨自噬的方式被降解，降解产生的物质用于维持细胞在营养匮乏时的生命活动。巨自噬也是本文阐述的重点。

1.3 自噬信号调节目前了解比较清楚的自噬信号通路包括三大类。(1)Ⅰ类磷脂酰肌醇三磷酸激酶(PI3K)途径：磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，PI)与胰岛素受体底物(insulin receptor substrate，IRS)结合，感知胰岛素受体传来的信号，当血糖升高时可抑制自噬，故此途径为自噬负调节信号。(2)哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途径：mTOR在人类中的同源基因是FRAP1(FK506 binding protein 12-rapamycin associated protein 1)，是一个丝/苏氨酸蛋白激酶，能感知多种上游信号，如PI3K、IGF-1/2、MAPK，从而了解营养和能量的变化。当营养缺乏时，Tor活性减弱，Atg13迅速去磷酸化后与Atg1紧密连接，促进Atg1激酶活性从而激活自噬；相反，当营养充足时，Tor活性增强则抑制自噬，因此Tor激酶也是自噬负调节信号。(3)Ⅲ类PI3K途径：结构上类似于Ⅰ类PI3K，但作用相反。目前都把研究聚焦在beclin 1(酵母同源物为atg6)上，其能和多种蛋白结合，如Vps34(ClassⅢPI3K的催化亚单位)、mTOR、BCL-2和BCLXL蛋白等。越来越多的证据表明，Beclin-1也许是自噬活动的“守门人”。

2 阿霉素心肌病概述

迄今为止，有大量研究显示氧自由基增加，铁、钙离子代谢紊乱，细胞凋亡增强以及线粒体损伤等机制参与阿霉素诱导的扩张性心肌病，而且各个病理过程之间相互作用，所以其发病机制至今尚未有定论。但学者普遍认为氧自由基增加是阿霉素心肌病最重要的机制，然而抗氧化剂的使用效果却不甚理想，所以研究者开始把目光转向其他机制。同时有研究显示自噬功能紊乱也参与了阿霉素诱导的扩张性心肌病，这可能是阿霉素导致扩张型心肌病的另一机制。但自噬对于阿霉素心肌病具体作用过程尚不完全清楚，并且两派持完全相反的观点。

3 阿霉素激活自噬产生心肌毒性

大多数学者认为在阿霉素诱导的扩张性心肌病中，过度激活了自噬行为，形成了大量的自噬溶酶体，不仅降解了衰老和受损的蛋白质，而且对细胞内正常的物质产生破坏作用，损伤了正常的心肌细胞。同时自噬还可以诱导细胞凋亡相关蛋白产生，促进心肌细胞凋亡、心肌间质纤维增生，最终导致扩张性心肌病。有研究证实阿霉素能够诱导正常心肌细胞发生自噬性死亡，逐渐促进大鼠慢性心衰的形成，自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3MA)可缓解阿霉素的心脏毒性作用和心功能异常[5-6]，3MA特异性抑制Beclin-1、LC3的活性，限制了心肌细胞的自噬活动，从而改善阿霉素诱导的心肌病变。当然阿霉素的心肌损伤作用，并不是一个简单单一的信号通路，从激活自噬到损伤心肌细胞，其途径很复杂。白藜芦醇是一种植物多酚类化合物，Xu等[7]发现其能够抑制阿霉素诱导的心肌细胞自噬和凋亡，从而减轻阿霉素的心脏毒性作用，进一步研究表明：其调节机制主要是通过抑制阿霉素对70 kDa核糖体蛋白S6激酶(Ribosomal protein S6 kinase，p70S6)的激活而抑制细胞的自噬。安涛[8]的研究也发现：心肌细胞自噬是阿霉素所致乳大鼠心肌细胞损伤的主要机制；表皮生长因子/酪氨酸激酶表皮生长因子受体(Neuregulin/ErbB，NRG-1/ErbB)激动剂外源性neuregulin(rhNRG-1)能够通过调节磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)通路有效地降低阿霉素所致的细胞自噬，从而降低阿霉素所致的心肌细胞凋亡水平。同时发现阿霉素可影响整合素连接激酶(integrin-linked kinase，ILK)表达，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周后心功能受损、心脏自噬上调；随后予以包含ILKcDNA的重组腺病毒载体在心肌内注射，4周后提示：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[9]。上述研究提示阿霉素可通过不同的途径诱导扩张型心肌病，例如增加p70S6(S6K1)的活性、破坏ILK的活性、阻断PI3K/Akt通路，各种途径之间也可能有相互作用，而且具体哪些途径更为重要，或者哪些是主要的机制还不是很清楚，需要更多研究来佐证。Chen等[10]惊奇的发现阿霉素和2-脱氧葡萄糖均可以通过不同路径激活自噬，2-脱氧葡萄糖诱发自噬与激活腺苷酸活化的蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)，增加Atg5、Atg12表达和抑制Akt和mTOR有关，而阿霉素通过增加Atg5、Atg12和Bad表达降低心肌转录因子4(GATA4)、Bcl2的蛋白水平，以及真核延伸因子激酶2(eukaryotic elongation factor-2 kinase，eEF2k)的磷酸化来诱发对心肌有害的自噬。当2-脱氧葡萄糖与阿霉素同时存在时，2-脱氧葡萄糖可能通过调节这些蛋白和基因的表达来缓解阿霉素诱导的自噬(尤其是对GATA的调节)。那说明2-脱氧葡萄糖可与阿霉素竞争性激活自噬，激活途径不同，产生的自噬的类型不同，故对心肌的影响不同。

4 阿霉素阻断自噬产生心肌毒性

关于自噬在阿霉素诱导扩张型心肌病中的作用有学者提出与上述研究完全相反的结论。一部分学者认为自噬流被阿霉素阻断，自噬的平衡被破坏，损伤的蛋白质和细胞器不能及时被降解，引起细胞损伤；同时有益物质得不到回收利用，降低了细胞对于营养物质的利用率，从而降低了细胞的效能。牛婷[11]的研究显示：小鼠注射阿霉素后虽然代偿性的激活了自噬行为，试图将细胞内损伤的物质清除；但是其对自噬流的抑制作用也使得大量的有害物质聚集在细胞内，无法降解。阿霉素使自噬流平衡被破坏，从而诱发心肌细胞的坏死，心功能下降。Dutta等[12]也有类似发现：阿霉素不但没有促进自噬，反而破坏了心肌的自噬流。Sishi等[13]在细胞自噬对阿霉素造成心脏毒性的研究中用自噬抑制剂巴甫洛霉素A1或自噬诱导剂雷帕霉素(rapamycin)对阿霉素(doxorubicin，DXR)处理后的H9C2大鼠心肌细胞进行干预，发现雷帕霉素处理组因增强了细胞自噬活动而明显改善了由DXR引发的不良反应，细胞活力被提高，线粒体功能被增强，起到保护心脏的作用。说明阿霉素的毒性作用阻断了心肌细胞中正常的自噬活动，利用药物激活自噬后可改善DXR对心肌细胞的毒性。杨锦龙[14]在阿霉素诱导的慢性心衰中发现：降低胞外热休克蛋白70 (HSP70)活性可明显减少了心脏组织活性氧自由基的含量，同时激活自噬，改善心肌细胞老化，最终心功能障碍和心肌重构得以改善。这些研究与之前的研究结果截然相反，可能为阿霉素诱导的心肌病研究提供全新的视野。Kawaguchi等[15]发现阿霉素导致的急性心肌毒性是损伤了自噬功能，导致ATP含量下降，并且LC3-Ⅱ(微管相关蛋白3-Ⅱ)和P62(核孔蛋白P62)累积，表面上是活化了自噬，其实在超微结构中自噬活动却远远不足；通过饥饿预处理后心肌的自噬活性得到恢复，ATP含量的升高，缓解了阿霉素诱导的心肌毒性。LC3-Ⅱ和p62等自噬标志物增多，仅仅表明自噬被初步激发，但是其形成自噬体及后续的过程被破坏了，所以是无效的自噬活动，故仅仅根据自噬标志物的含量来反映自噬的程度是不可取的，这也告诫我们在研究自噬时一定要动态观察，任何横向的研究结果都不足评估自噬的活性。真核生物有两种蛋白降解机制：自噬和泛素蛋白酶体系统。当自噬活动受到抑制时，泛素蛋白酶体系统便会反馈异常激活。Li等[16]发现：阿霉素降低了心肌细胞的自噬活性，增加了心肌细胞内泛素化蛋白聚集，而Nrf2(NF-E2-related factor 2，红系衍生核因子相关因子2)可通过减少泛素化蛋白的积聚和增加自噬体的形成来保护心肌细胞。Xu等[17]也发现阿霉素可抑制心肌自噬溶酶体的形成，同时巨噬细胞MIF-/-(Migratory inhibitory factor，游走抑制因子)的小鼠更进一步加强了阿霉素的作用；雷帕霉素预处理激活自噬后可促进自噬溶酶体形成，缓解阿霉素诱导的MIF-/-C57BL/6小鼠心肌重构，改善其心功能，同时重组的MIF注射后也可产生相同的作用。说明在阿霉素诱导的心肌损伤中，内生性的MIF通过促进自噬溶酶体的形成缓解其心肌毒性。这些研究从各方面显示阿霉素破坏了心肌自噬的功能，与之前的研究结果相反。同时利用MIF，Nrf2以及雷帕霉素等激活自噬可促进自噬功能恢复，缓解阿霉素导致的心肌损伤，也表明阿霉素诱导心肌损伤的机制之复杂，所以到现在为止尚无定论。

5 展望

细胞受到外界刺激时会发生各种适应性反应，这是正常的生理调节机制，当超出其调节范围后将引发一系列疾病。在此过程中细胞自噬扮演着重要的角色，其具体作用与疾病的状态以及引发的细胞自噬的程度有关。以上研究阐述了自噬活动在阿霉素诱导扩张型心肌病中的作用，但具体是诱发自噬还是阻断自噬、是如何诱发和阻断的、如何进行调控、诱发自噬后是如何发挥作用的、阻断自噬后疾病是如何发展的，这些问题都有待进一步研究证明。如果上述问题得以阐明，可能为阿霉素诱发扩张型心肌病的发生、发展机制的研究提供新的理论依据。

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Autophagy in the dilated cardiomyopathy induced by adriamycin.

WANG Qing-tao,WANG Yu-jing.Department of Cardiology,the First Affiliated Hospital of Yangtze University,Jingzhou 434000,Hubei,CHINA

Cell autophagy is an kind of highly conservative cell degradation process which can decompose own organelles by lysosome and have the macromolecular substances recycled.In various cell system,there are also low levels of autophagy activity,which has a protective effect on the myocardial cells.However,autophagy may contribute to disease or aggravate the disease when it is insufficient or excessive.Adriamycin is anthracycline-based antitumor drugs, which are widely used in the treatment of blood system malignancies and solid tumors,but its cardiac toxicity is advanced and irreversibility,whose mechanism is unclear.There are more and more researches about the autophagy activity which plays an important role in cardiomyopathy induced by adriamycin.This article will review the cell autophagy in dilated cardiomyopathy induced by adriamycin.

Cell autophagy;Adriamycin;Dilated cardiomyopathy;Mechanism

R542.2

A

1003—6350（2016）21—3536—03

2016-02-23)

王玉璟。E-mail：496666462@qq.com

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.21.031