自噬对血管平滑肌细胞增殖的影响

魏海谅1,2，秦旭平1

(1.南华大学药物药理研究所血管生物学实验室，湖南 衡阳 421001；2.邵阳学院药理教研室，湖南 邵阳 422000)

自噬(autophagy)是细胞降解自身成分(蛋白质、核酸、糖类、脂类等)实现细胞器更新和维持细胞内稳态的管家机制，也是细胞适应外源性刺激的应激和防御机制，是多种基因和信号通路参与的一种细胞分解代谢过程[1]。饥饿、低氧、机械损伤、氧化应激、感染等都能诱发自噬。根据细胞内底物运送到溶酶体腔方式的不同，将自噬分为三种类型[2]：微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy)。其中以巨自噬研究最为常见。研究发现，自噬可调节血管平滑肌细胞(vascular smooth cells,VSMCs)增殖，影响血管增生性疾病如高血压[3]、动脉粥样硬化(atherosclerosis，As)[4]、肺动脉高压[5-6]、糖尿病血管病变[7-8]、血管成形术后再狭窄[9-10]等的发生和发展。本文对VSMCs自噬与增殖的相互作用做一综述。

1 血管平滑肌细胞自噬的生理学意义

生理水平的自噬可以抑制VSMCs的异常增殖，发挥细胞保护作用，维持血管稳态。自噬缺陷或不足则可能诱发VSMCs异常增殖，打破血管稳态，导致血管功能失调，推动血管增生性疾病的发生发展。

最新研究发现，与正常小鼠相比，自噬相关蛋白-7(autophagy related protein-7，Atg7)敲除的小鼠经高糖高脂饮食喂养后更易诱发As，形成的粥样斑块更大。其体外培养的VSMCs衰老加速，增殖能力下降[11]。此前Komatsu的研究同样证实了Atg7基因敲除导致的自噬缺陷促进血管重构和As的发生[12]。而Atg7缺失的新生小鼠由于自噬通路的破坏在一天即死亡，Atg7-1-和ApoE-1-杂交小鼠14周生存率明显下降。以上研究证实生理水平的自噬发挥抗As的作用并促进机体的存活。被敲除LC3B基因的人肺动脉内皮细胞及平滑肌细胞在缺氧状态下增殖增加，说明自噬在缺氧性血管重构及肺动脉高压的病理过程中发挥保护性作用[13]。研究发现，17β-estradiol(E2)诱导VSMCs自噬，减轻缺氧条件下诱发的大鼠肺动脉高压[14]。而自噬正向调节因子FoxO1(forkhead box O1，FoxO1)的活性下调会导致人肺动脉血管平滑肌细胞增殖[15]。另外，Ras超家族中的Rab5a通过ERK1/2途径上调自噬促进人主动脉血管平滑肌细胞的增殖，抑制其凋亡，发挥细胞保护作用[16]。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是促进VSMCs增殖的重要血管活性物质，现有的研究发现Hcy促进VSMCs增殖与其对自噬的调节有关。Hcy激活AMPK-mTOR信号通路抑制自噬，上调VSMCs的内皮素(endothelin，ET)受体[17]，间接增强内皮素的作用。

2 血管平滑肌细胞自噬的病理学意义

2.1 自噬参与生长因子、细胞因子诱导的血管平滑肌细胞增殖

血管受到损伤刺激后，在病理状态下，血管壁细胞释放的生长因子和细胞因子如：血小板源生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)、转化生长因子(transforming growth factor β，TGF-β)、白介素-6(lnterleukin，IL-6)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)、血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)等激活细胞内信号转导通路，使VSMCs由稳定的收缩表型向具有增殖特征的合成表型转变[18]，导致血管平滑肌细胞增殖，血管壁增厚，血管重构和血管的收缩功能下降，在此过程中往往伴随细胞自噬水平的改变。目前许多研究发现，生长因子和细胞因子诱导VSMCs增殖与其对自噬活性的调节有关。

PDGF通过诱导线粒体破裂、促进有丝分裂和细胞表型转变导致VSMCs过度增殖和迁移。Salabei等[19]对体外培养的VSMCs研究发现，PDGF-BB诱导VSMCs自噬，使VSMCs收缩表型标志物calponin和α-SMA减少，合成表型标志物osteopontin和vimentin增多。而自噬抑制剂3-methyladenine(3-MA)、spautin-1、bafilomycin使经PDGF-BB处理的VSMCs收缩表型标志物的表达维持稳定，抑制PDGF-BB诱导的VSMCs过度增殖和迁移。PDGF-BB一方面通过自噬途径清除收缩型蛋白促进细胞表型转变诱导VSMCs过度增殖，另一方面通过诱导线粒体裂变，影响细胞的能量代谢促进VSMCs增殖。但进一步的研究发现，线粒体裂变抑制剂在发挥对PDGF-BB诱导的VSMCs增殖的抑制作用时对PDGF-BB诱导的VSMCs自噬并无影响，因此该研究认为，自噬与线粒体裂变无关，自噬和线粒体裂变是PDGF-BB诱导VSMCs增殖的2条平行途径[20]。C-Ski能下调自噬，抑制PDGF诱导的鼠源性VSMCs细胞株A10过度增殖和迁移，其可能的机制是抑制AKT的磷酸化，下调增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表达[21]。此外，凝血酶与细胞表面的凝血酶受体结合，激活细胞内信号转导通路，促进内源性血小板源性生长因子A链(PDGF-A)和碱性纤维母细胞生长因子(b-FGF)的产生，PDGF-A诱导原癌基因c-fos和c-myc的表达,刺激VSMCs增殖。张佩佩的研究发现自噬通过溶酶体途径下调凝血酶诱导的VSMCs增殖[22]。

AngⅡ激活细胞内多条信号转导通路促进VSMCs增殖。有研究证实，AngⅡ剂量和时间依赖性地促进VSMCs自噬体的形成，上调自噬标志性蛋白LC3Ⅱ、beclin1的表达和P62的降解。进一步的研究发现，AngⅡ诱导自噬的可能机制为：AngⅡ与AT1-R结合，激活NAPDH氧化酶诱导活性氧(reactive oxygen species，ROS)产生，ROS激活线粒体KATP通道产生更多的ROS，从而激活自噬。由此可见，AngⅡ诱导的自噬与氧化应激有关，而氧化应激也是AngⅡ促VSMCs增殖的重要机制之一[23]。

慢性非特异性炎症是血管中膜病变的发病机制之一。有研究发现，前炎症细胞因子IL-6通过增强4B半胱氨酸肽酶(ATG-4B)介导的自噬下调胸主动脉夹层动脉瘤患者VSMCs收缩型蛋白a-SMA和SM22a的表达。TNF-α活化IKKα，激活NF-κB，上调自噬，促进VSMCs向合成型转变并促进其增殖和迁移。TNF-α诱导的自噬同时促进VSMCs分泌IL-6，IL-6进一步促进自噬[24]。而拮抗自噬负向调控信号mTOR可抑制炎症转录因子NF-kB信号通路，下调炎症因子IL-6的表达[25]。此外，肿瘤坏死因子家族成员CD-137与CD-137L结合后依赖JNK途径促进小鼠胸主动脉VSMCs自噬[26]。

2.2 自噬对高糖促血管平滑肌细胞增殖的影响

高糖条件下培养VSMCs，发现高糖通过AMPK/mTOR途径抑制自噬，上调内皮素受体的表达[27]。Hu等[28]研究发现晚期糖基化产物(advanced glycation end products，AGEs)剂量依赖性地上调大鼠VSMCs的LC3-bII/LC3-I和自噬体数量，促进VSMCs的增殖，而自噬抑制剂3-MA能抑制AGEsVSMCs增殖。进一步的研究发现AGEs通过激活ERK信号通路和抑制Akt信号通路诱导自噬。但Ma等[29]的研究却发现AGEs促进大鼠VSMCs增殖的作用是通过抑制自噬介导的，AGEs减少组织蛋白酶D(cathepsin D, CatD)抑制自噬，促进大鼠VSMCs增殖。因此，自噬在AGEs促进VSMCs增殖过程中是发挥正向调控还是负向调控作用有待进一步研究。

2.3 自噬在剪切应力诱导血管平滑肌细胞表型转变中的作用

As主要发生在低剪切应力的动脉分支和分叉。异常剪切应力可导致细胞形态、结构、功能状态的改变，从而启动和调节As病理进程，异常剪切应力在促As发生发展的过程中往往伴随细胞自噬水平的变化。在内皮细胞上，剪切应力可通过多条信号转导通路影响血管内皮细胞自噬，调节内皮功能，如李小红[30]的研究发现低剪切应力抑制血管内皮细胞自噬，增强自噬能改善低剪切应力下血管内皮细胞eNOS 表达减少、ET-1表达增多的情况。剪切力诱导的自噬也参与了VSMCs表型的转变。异常剪切应力下调VSMCs收缩型基因的表达和上调促炎/基质重构基因的表达，促进VSMCs由收缩表型向合成表型转变，并伴随自噬活性增强，而自噬抑制剂3-MA可以阻断异常剪切应力的促细胞表型转变作用[31]，说明异常剪切力诱导的自噬促进VSMCs的表型转变。进一步的研究发现，剪切应力通过AMPK/mTOR/ULK1途径介导自噬。低剪切应力激活自噬促进VSMCs表型的转变参与了颅内动脉瘤的病理生理进程。

2.4 自噬参与非编码RNA调节的血管平滑肌细胞增殖

非编码RNA(noncoding RNA，ncRNA)通过调控表观遗传影响细胞周期和细胞分化等众多生命活动，成为遗传学研究热点[32]。近年的研究发现ncRNA通过影响自噬相关基因及调节因子的表达调控自噬，进而影响VSMCs表型的转变和增殖。miR-29b通过下调靶基因ATG14的表达，抑制VSMCs表型转变、增殖和迁移，从而抑制颅内动脉瘤的发生发展和破裂[33]。IncRNA转移相关肺腺癌转录本1(Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1-MALAT1)促进多种肿瘤细胞增殖、迁移和浸润、抑制细胞凋亡，但采用小干扰技术沉默MALAT1基因后，VSMCs收缩型基因上调，增殖和迁移相关基因下调，细胞周期停留在G2期，VSMCs向收缩表型转变，细胞增殖和迁移受到抑制，同时细胞自噬水平下降。进一步的研究发现MALAT1扮演ceRNA的角色，发挥对miR142-3p的海绵吸附作用，抑制miR142-3p对靶基因ATG7的负向调控，诱发细胞自噬，促进平滑肌细胞的表型转变[34]。

3 影响血管平滑肌细胞自噬与增殖的药物

3.1 增强自噬活性抗VSMCs异常增殖的药物

目前已发现多种通过增强自噬活性抗VSMCs增殖的化学成分，如丹皮酚通过AMPK/mTOR信号通路上调自噬，抑制VSMCs增殖，发挥抗As作用[35]。钙通道阻滞药维拉帕米除依赖其钙拮抗作用发挥抗As及术后再狭窄以外，还能通过上调自噬增加线粒体损伤，抑制VSMCs增殖而发挥其抗血管增殖性疾病作用[36]。自噬诱导剂雷帕霉素及其衍生物通过抑制S6K1及其下游重要的细胞周期蛋白的表达增加VSMCs收缩型蛋白及促进细胞分化发挥抗血管成形术后再狭窄作用[37]。除此之外，大黄素也能通过上调自噬抑制VSMCs增殖[38]。

3.2 下调自噬活性抗VSMCs异常增殖的药物

芹菜种子提取物丁-基苯酞(dl-3-n-butylphthalide，NBP)通过抑制β-连环蛋白(β-catenin)信号通路下调自噬，抑制PDGF-BB诱导的VSMCs增殖[39]。自噬抑制剂氯喹和羟化氯喹通过抑制BMPR-Ⅱ(bone morphogenetic protein type II receptor，BMPR-Ⅱ)的溶酶体降解途径发挥抑制SD大鼠肺动脉血管平滑肌细胞(pulmonary artery vascular smooth muscle cells，PASMCs)增殖、血管重构的作用，从而减缓肺动脉高压动物模型的病理进程[40]。抗癌药物多烯紫杉醇不仅能杀死增殖期的人源性PASMCs细胞株，而且能改善低氧诱导的肺动脉高压SD大鼠的血管重构和右心室纤维化[41]。

4 小结与展望

自噬对VSMCs增殖的影响是双面的和复杂的。适度的自噬可以通过及时清理受损的细胞器和错误折叠的蛋白质，减少它们对细胞的毒害作用，维持细胞内环境稳态，阻止VSMCs异常增殖。在病理因素刺激下，过度自噬则通过分解大分子物质为VSMCs的增殖提供物质基础和能量，促进其增殖，导致血管病理性重构，促进血管增生性疾病的发生发展。在不同的病理条件下自噬对VSMCs增殖的影响不同，甚至在同一疾病的不同病理阶段，自噬对VSMCs增殖的影响也不尽相同。目前对于自噬与VSMCs增殖关系的研究主要是在细胞水平进行的，动物实验方面的数据相对较少，界定生理性自噬或过度自噬并无确切的标准，目前主要是根据自噬是维持还是破坏细胞稳态来做出大致的判断。

同时，自噬对VSMCs增殖的调节并不是单向的，而是相互协同或相互制约，其信号通路也存在着交叉连接，一些调节哺乳动物细胞自噬的信号通路(如PI3K/AKT/mTOR)同时也是调节细胞增殖的重要信号通路。自噬影响细胞增殖，细胞增殖对自噬又存在怎样的反馈？自噬影响VSMCs增殖的具体机制是什么？这些问题都有待进一步探究。