细胞自噬干预心肌肥厚的研究进展

郭 欣 刘明洁

（内蒙古民族大学，内蒙古 通辽 028000）

1 心肌肥厚（Myocardial hypertrophy，MH）

1.1 心肌肥厚的含义

作为心血管系统疾病的独立影响因素，心肌肥厚是心脏在长期压力超负荷等情况下产生的适应性代偿反应。心肌肥厚主要分为生理性心肌肥厚和病理性心肌肥厚。生理性心肌肥厚是由于妊娠和过量的体育锻炼造成的，但这种损伤往往是可以逆转的，而病理性心肌肥厚绝大多数较为严重，是不可逆的。心肌肥厚症状早期往往伴随着心肌细胞数量增多、体积增大，心肌细胞纤维化等现象[1]，长此以往的维持这种压力超负荷的状态就会造成病理性心肌肥厚，这种症状会进一步导致心律失常，心力衰竭乃至心源性猝死的发生从而威胁人体健康[2-3]。

1.2 病理性心肌肥厚模型的建立方法

病理性心肌肥厚模型的建立有许多方法。第一种是物理损伤法，即通过外界刺激及环境的改变制备动物心肌肥厚模型，常用的方法为通过规律的大量的运动模拟疾病，但是这种制备方式需要的时间长，并且难以区分这种损伤为生理性还是病理性的，所以现在的研究中通常不予采用。第二种为压力超负荷法，即通过微创手术来制造模型，常用的方法有主动脉弓缩窄法（TAC）、腹主动脉缩窄法等。这种方法成功率高，但要注意术后的感染等情况。第三种为化学诱导法，即用药物通过体内代谢来诱导疾病的发生，常用的药物有异丙肾上腺素等。后两种方法都在近些年的实验中所使用[4]。

2 细胞自噬(Autophagy)

2.1 自噬的发展史

1962年，美国科学家Ashford和Porter在观察肝脏细胞时首次发现了细胞内存在“Self-eating(自食)”的现象。在一年后的溶酶体国际会议上，比利时著名生物化学和细胞生物学家克里斯汀·德·迪夫提出了细胞自噬这一名词，并因发现了溶酶体这一新的细胞器而获得了1974年的诺贝尔生理学或医学奖。1999年，Beth Levine实验室发现自噬的关键基因beclin1/atg6能够抑制肿瘤，这个发现首次将自噬与人类疾病联系在一起。2016年，因在“细胞自噬机制”方面的发现，日本的大隅良典荣获诺贝尔生理学或医学奖[5-6]。

2.2 自噬的作用机制

细胞自噬是机体利用溶酶体降解自身产生的有害物质并维持细胞稳态的自我清洁修护过程[2]，自噬作为细胞生存的机制，可以消除有毒物质和损坏错误折叠的蛋白质、细胞器（如线粒体、核糖体、内质网），并在机体营养不良，组织缺氧和循环障碍等情况下能够利用这些物质降解后释放的产物，例如氨基酸、核苷酸、脂肪酸，能量和其他小分子物质来维持细胞内环境的稳定[7-8]。自噬过程主要分为自噬诱导、自噬体形成、自噬溶酶体形成、内容物降解四个阶段[9]。在此过程中自噬根据对体内的物质消除及转运方式的不同，往往又将细胞自噬过程分为三类，即宏自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬 (chaperone-mediate autophagy，CMA)。宏自噬是指具有双层膜结构的自噬体对胞内的代谢废物进行包裹形成自噬小泡，自噬小泡与溶酶体结合形成自噬溶酶体，自噬溶酶体随后在水解酶等作用下降解这些代谢废物的过程。微自噬不含有双层膜结构，而是直接通过溶酶体凹陷来包裹部分胞质从而降解代谢废物的过程。分子伴侣介导的自噬是将代谢废物折叠直接导入溶酶体，其特点在于它具有选择性。我们广义上常说的自噬常为宏自噬[5-6，8]。

2.3 细胞自噬与人类疾病

细胞自噬是把双刃剑，适当程度的细胞自噬有助于机体消除新陈代谢过程中产生的毒物和废物，是一种有益于机体维持正常生理状态的代谢反应，但是当某些病理性因素造成机体循环代谢紊乱，产生过高或者过低水平的细胞自噬都是一种病理状态，这种异常失衡的自噬水平可对机体的各种细胞，各个器官及各项代谢造成消极影响。根据现在的许多研究表明，自噬在真核生物体生长发育，细胞分化和环境应答等方面具有重要意义[10]。同时，它与肿瘤癌症[11]、心血管系统疾病[12]、神经性退行性病变[13]，病毒感染和炎症等多种疾病相关。

3 自噬在病理性心肌肥厚中的作用

经研究发现，运用异丙肾上腺素对H9C2细胞造肥厚模型后，通过检测可以发现自噬在心肌肥厚发展过程中呈现时序性变化特点，即在疾病的早期自噬呈现被抑制的状态，而后期自噬表现为过度激活状态[14]。

通过热休克蛋白279(Hsp27)高表达来建立小鼠病理性心肌肥厚模型，发现LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值明显增高，自噬底物蛋白p62表达显著下降，p62是一种泛素结合蛋白，它与自噬活性成反比，可间接反映自噬活性。所以p62表达下降证明细胞自噬水平异常升高[15]，这种现象导致线粒体的异常降解，能量代谢紊乱，随后通过自噬抑制剂渥曼青霉素(wortmannin，WM)的干预后，与模型组相比肥厚症状得到缓解并调节自噬于正常水平[16]。另一项研究中由异丙肾上腺素诱导心肌肥厚模型后发现心肌细胞体积增大的同时p62表达下降、becline-1和LC3-Ⅱ蛋白表达增加，在钙敏感受体后自噬水平下降，心肌肥厚症状得到缓解。这些实验证明部分病理性心肌肥厚发生的同时伴有自噬水平的增高[17]。由此可见自噬水平过高会导致心肌肥厚的发生。

又有研究通过主动脉弓缩窄法建立心肌肥厚模型后，发现细胞自噬标志物LC3Ⅱ/LC3Ⅰ等表达减少，mTOR通路被激活，自噬水平显著降低，通过对PKD基因进行敲除后抑制了这种压力负荷诱导的心肌肥厚，并发现自噬水平显著提高，由此可见自噬水平过低也会导致心肌肥厚的发生[3]。

综上所述，自噬对心肌肥厚的作用并不是绝对的，具有双向调节作用，无论是自噬水平过低或过高都会导致心肌肥厚的发生，这都是一种自噬水平的失衡。在自噬水平失衡代谢紊乱的状态下，自噬体与溶酶体无法结合形成自噬溶酶体化合物，从而对包裹的细胞质无法降解，机体进而将自噬体排出细胞外从而引发炎症，溶酶体进行自我消化作用将激活的酶类释放入细胞质，干扰了自体消化，使细胞的自我调控功能失效，从而引发并促进此类疾病的发生[18]。

4 药物对病理性心肌肥厚自噬的作用及机制

在此时序性变化的基础之上，药物研究常围绕以下两个心肌肥厚模型进行研究，即自噬抑制型心肌肥厚模型与自噬过度激活型心肌肥厚模型。

4.1 自噬抑制型心肌肥厚模型的药物研究

针对自噬抑制型心肌肥厚模型的药物研究，主要是运用药物对过低的自噬水平进行干预。自噬水平过低会导致机体无法及时有效的清除机体中的废物与毒物，从而氧化产能等代谢过程受阻，进而形成恶性循环，所以将细胞自噬水平调节或干预至正常水平就能有效缓解疾病的症状并且避免疾病进一步的发展。

4.1.1 中成药 中成药脑心通（NXT）是一种传统的益气活血，化瘀通络的中成药，它除了可以通过抑制mTOR通路来达到激活自噬的作用外，还能够增加过氧化物酶体增殖剂激活受体（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs）的表达从而进一步加强了有益的细胞自噬。通过这些调节大大增强了细胞自噬能力和代谢能力，从而很好的阻碍了由自噬水平过低所导致的心肌肥厚的发生和发展[19]。

4.1.2 中药单体 在中药单体研究方面，通过细胞水平和动物水平的研究发现中药单体葛根素与自噬激动剂雷帕霉素具有相似的作用，两者在干预腹主动脉缩窄术构建的大鼠自噬抑制型心肌肥厚模型后，有效缓解了大鼠的心肌肥厚症状，提示葛根素对心肌肥厚的治疗作用与自噬相关。葛根素作用于自噬抑制性心肌肥厚模型中可显著激活一磷酸腺苷活化的蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）从而抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路由此适宜性的提高细胞自噬水平于正常范围内，缓解了心肌细胞肥厚程度[14]。

4.1.3 西药 雷帕霉素通过MEK/ERK、Beclin-1信号通路来提高被抑制的自噬病理水平，从而达到对心肌肥厚的治疗作用。雷帕霉素是临床上常用的抗移植排斥反应的抗真菌药物与免疫抑制剂，用它干预异丙肾上腺素诱导的大鼠心肌肥厚模型。模型组LC3-II/LC3-I表达比值降低，Beclin-1和Noxa表达减少，p62、Mcl-1和心肌肥厚标志心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide，ANP)和脑钠肽(Brain Natriuretic Peptide，BNP)表达增多，提示有自噬减少的心肌肥厚症状。在雷帕霉素进行干预后明显上调了LC3-II，Beclin-1 and Noxa的表达，下调Mcl-1和 p62表达.激活了模型中被抑制的MEK/ERK信号通路从而达到治疗心肌肥厚的目的[20]。

西药小檗碱是一种常见的异喹啉生物碱，又称黄连素。具有治疗糖尿病肾病[21]，治疗阿尔兹海默症[22]和抗肿瘤[23]等作用。利用主动脉弓缩窄手术（TAC）构建自噬抑制型大鼠心肌肥厚模型，模型组可见心肌细胞异常肥大并且与心肌肥厚有关的多种指标表达上升，细胞自噬相关指标表达下降。但是在药物干预此模型后发现心肌肥厚症状得到改善并且上调了自噬水平。为了进一步验证小檗碱对心肌肥厚这一症状的抑制作用是否真与细胞自噬有关，在治疗组中加入自噬抑制剂三甲基腺嘌呤进行干预后，发现小檗碱对模型的自噬上调作用受到抑制，进一步证明小檗碱是通过上调自噬水平来起到缓解心肌肥厚的作用[24]。

4.2 自噬过度激活型心肌肥厚模型的药物研究

针对自噬过度激活型心肌肥厚模型的药物研究，主要是运用药物对过高的自噬水平进行干预。当自噬过度激活，会造成心肌细胞程序性死亡[25]。

4.2.1 中成药 稳心颗粒逆转血管紧张素 II（angiotensin II，Ang II）诱导的心肌肥厚就是通过抑制自噬的过度激活而实现的。心肌肥厚模型组中，mTOR表达受到过度抑制并且LC3-II过表达，提示此时细胞自噬过度激活；细胞内ATP含量明显降低导致心肌细胞发生坏死及凋亡；ANP和主要组织相容性复合体 (major histocompatibility complex，MHC)表达升高提示有心肌肥厚症状。稳心颗粒可调控mTOR水平使其降低至正常状态，使细胞自噬从过度激活状态降低至正常。另一项稳心颗粒的研究发现过表达CaN可以使心肌细胞自噬水平升高，细胞凋亡增加。稳心颗粒干预后可使其自噬水平及细胞凋亡率均降低，而其机制在一定程度上可能是与CaN-NFAT 信号通路有关[7，26]。

中药复方参附汤由人参和附子两味药组成，具有调节免疫功能、改善微循环、缓解心力衰竭和心肌缺血[27]等作用。参附汤血中移行成分主要是人参皂苷和乌头碱等。参附汤血中移行成分对异丙肾上腺素诱导的大鼠心肌肥厚模型具有抑制作用，保护心肌细胞免受损伤，治疗组与模型组相比能够显著降低自噬相关基因Atg5、Beclin-1 mRNA及凋亡相关基因Caspase-3 mRNA的表达[28]。

4.2.2 中药单体 麦冬是传统的中草药，主要含多糖，皂苷，草苷、生物碱等成分。麦冬皂苷D是麦冬皂苷中的一个单体成分，具有抗氧化，抗炎症，抗血栓，抗心肌损伤等作用。在一项研究中通过麦冬皂苷D干预由Ang-Ⅱ诱导的大鼠自噬过度激活的心肌肥厚模型，发现麦冬皂苷D能够明显降低肥厚与自噬标志物BNP，β-MHC和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的比值，缓解心肌肥厚症状[29]。

4.2.3 西药 运用他汀类药物瑞舒伐他汀干预腹主动脉缩窄诱导的大鼠心肌肥厚模型，通过检测发现与模型组相比，治疗组能够显著减轻心肌细胞的肥厚现象，说明瑞舒伐他汀可减少压力超负荷性心肌肥厚的发生，通过检测发现在模型组中自噬相关蛋白Beclin-1的表达水平显著上升，而药物干预后则可显著降低Beclin-1的表达水平，所以推测其机制可能与抑制自噬相关蛋白Beclin-1的表达有关[30]。这里提到的自噬相关蛋白Beclin-1是哺乳动物参与自噬的特异性基因[31]，它能够介导其它自噬蛋白定位于吞噬泡，从而调控哺乳动物自噬体的形成与成熟。许多实验证实Beclin-1的表达与肿瘤的发生发展有着密切的关系[32]。通过实验发现对Beclin-1基因进行过表达能增加心肌肥厚的发生，证实在心肌肥厚的发生发展过程中Beclin-1基因具有关键作用[30]。

5 问题讨论与展望

众所周知，病理性心肌肥厚能够引发多种心血管疾病，无论是针对自噬抑制型心肌肥厚模型的药物，还是自噬过度激活型心肌肥厚模型的药物，两者的关键点和目的都是一致的，都旨在将失调的细胞自噬水平调节至生理代谢所需要的，有益的和正常的自噬水平从而抑制心肌肥厚的发生和发展。未来的研究中，我们可以围绕自噬相关因子和药物对心肌肥厚这一症状进行防治，旨在围绕这一点找到更多的疾病治疗方法，防治疾病的发生发展更好的维护人类的健康。