线粒体自噬在心血管病方面的研究进展*

张新会，罗文龙，裴汉军

(内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院心内三科，内蒙古 包头 014010)

线粒体通过氧化磷酸化合成三磷酸腺苷(ATP)为细胞的各种活动提供必要的能量，是真核细胞能量调控的重要部位，同时还是调节细胞凋亡的主要部位，对细胞的生存起着决定性作用。在线立体产生能量的同时，伴随着O2-，H2O2等多种活性氧(rective oxygen species ROS)，ROS积累过多损伤线粒体蛋白及DNA，导致线粒体结构和功能异常[1]。此外缺血、缺氧也会对线粒体造成损伤，导致线粒体通透性改变，从而释放促凋亡蛋白引起细胞凋亡。为了使细胞处于正常的稳定状态，必须及时清除受损伤的线粒体，而这一过程主要通过自噬机制完成，被称为线粒体自噬[2]。近年来线粒体自噬在心血管疾病、肝脏疾病、代谢性疾病、肿瘤、神经退行性病变、糖尿病等疾病研究取得进展，它在这些疾病的产生、发展起着至关重要的作用[3-4]。现将线粒体自噬与心血管方面研究进展作一综述，为后续研究提供资料。

1 线粒体自噬的概述

细胞的稳态是细胞进行各种生理活动的前提，它取决于对细胞内蛋白质和细胞器的质量控制。自噬是细胞通过吞噬自身细胞质内的物质(包括翻译异常的蛋白质或功能失调的细胞器)后，形成囊泡，包裹上述内容物，运送到溶酶体，降解内容物，实现细胞内自我更新和代谢的过程。自噬对细胞的稳态维持起到了十分重要的作用。线粒体自噬是一种细胞特异性吞噬线粒体的选择性自噬[5]。具体过程如下：各种不同因素造成线粒体损伤，使其通透性发生改变，进而引起相关的蛋白活化。线粒体膜上的蛋白质与胞质内的自噬小体相连接，逐渐包裹整个线粒体，后运送至溶酶体。被包裹的线粒体与溶酶体相融合，随后线粒体溶酶体降解，细胞利用其中成分合成新的细胞器和蛋白质。虽然现在对于线粒体自噬的研究不断进展，但到目前为止关于线粒体自噬的调节机制仍不完全清楚[6]。

2 线粒体自噬的调节机制

2.1酵母中线粒体自噬 早期的自噬研究是利用酵母开展的，参与自噬的蛋白质被命名为Atg,这些蛋白在自噬的不同阶段发挥重要作用，其中Atg1和磷脂酰肌醇3复合物1复合物参与囊泡膜的构成(包括Atg6和Atg14)，接下来需要Atg12或Atg8的参与。Atg12或Atg8是泛素类似蛋白，它们构成各自的蛋白结合系统，两者均负责脂质的传递。在Atg2、Atg9、Atg18参与下吞噬泡发生自噬[7]。另外发现蛋白质Atg32是一种特异的线粒体自噬蛋白，研究表明Atg32与Atg8、Atg11相互作用，将线粒体运送至囊泡进行线粒体自噬[7-8]。

2.2Pink1/Parkin调控线粒体自噬 Pink1是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。Pink1可使ser65磷酸化，通过磷酸化促进Parkin激活[9]。Parkin是一种E3泛素连接酶，主要包括一个N端泛素样结构和4个半胱氨酸及锌指结构域，正常情况下位于细胞质中，当发现细胞质内线粒体膜受损伤后，Parkin会移动到线粒体上并对线粒体膜蛋白进行泛素化处理，从而能够标记受损伤的线粒体，P62与线粒体上泛素化蛋白及自噬体上LC3结合，使线粒体与P62连接的自噬小体相连接，为后续的线粒体自噬作准备[10]。Youle实验室研究证实Pink1/Parkin调控的线粒体自噬对于受损伤线粒体的清除起到至关重要的作用[11]。此外对Parkin进行干预，也可影响线粒体自噬。线粒体融合蛋白Mfn不仅是Parkin底物，还是线粒体上Parkin受体。由于Mfn2缺失，细胞质内的受损线粒体不能够依靠Parkin定位，从而无法进行线粒体自噬，对受损的线粒体进行清除，导致大量的线粒体积累[12]。去泛素化酶usp30可以将已受Parkin标记的受损伤的线粒体膜蛋白泛素化的标记去掉，使线粒体自噬明显减少[13]。虽然这一路径被人们广泛认知，但也有发现基因敲除Pink1比基因敲除Parkin引起更为严重的心脏损害，表明Pink1还有可能介导其他路径的线粒体自噬[14]。

2.3Binp3/Nix调控线粒体自噬 Binp3位于线粒体外膜，目前研究表明Binp3和LC3直接相互作用，介导了线粒体自噬的发生[15]。Nix和Binp3在蛋白质序列上具有同源性，Bnip3和nix通过低氧调节，低氧诱导因子-1(HIF-1)是在低氧水平下激活bnip3和nix表达，促进线粒体自噬的发生[16]。此外Nix介导的线粒体自噬选择性的清除哺乳动物红细胞中的线粒体，对于红细胞的分化和成熟起到重要作用。但Nix基因缺失的小鼠出现贫血、外周血化验成熟的红细胞减少并出现线粒体滞留，同时红细胞寿命缩短[17]。Nix可与LC3及γ-氨基丁酸相关蛋白结合介导线粒体自噬。最新发现Nix可以介导干细胞分化过程中的线粒体自噬，表明还可能在其他发育过程中起重要作用[18]。

2.4FUNDC1调控的线粒体自噬 FUNDC1是仅位于线粒体外膜的蛋白，通过LIR-Y(18)XXL(21)与LC3相互作用。有研究表明正常生理条件下中依靠SRC激酶在Tyr18位置上的磷酸化，使FUNDC1无法招募LC3与之结合，线粒体自噬受到抑制。而在细胞低氧时诱导了SRC激酶失活，导致FUNDC1的去磷酸化，FUNDC1招募LC3与之结合，使线粒体自噬较正常状态下明显增加，FUNDC1通过这种可逆的磷酸化调节线粒体自噬[19]。除了上述几种模式外，Ostu等[20]研究发现Bcl2-L-13是Atg32在哺乳动物中的同源蛋白，它可以通过WxxL结构域与LC3结合，并导致线粒体自噬，但这种自噬不依赖泛素化。Fis1和Drp1为线粒体分裂蛋白OPA1是线粒体融合蛋白，抑制Fisl1和Drp1的表达，能够阻止线粒体自噬，使发生的线粒体自噬减少。OPA1的丢失使线粒体与自噬小体无法完全融合，导致线粒体自噬减少[21]。总之在哺乳动物中有很多蛋白质参与了对线粒体自噬的调节，目前除对Pink1/Parkin调控机制研究较明确外，其余调控机制尚不完全清楚，仍有待进一步研究。

3 心血管病中的线粒体自噬

3.1心肌梗死与缺血再灌注损伤 由于供应心的有效循环血量减少，造成心肌缺氧，继而导致心肌细胞能量缺乏、代谢紊乱，缺血、缺氧如无法及时缓解造成心肌细胞不可逆损伤，细胞变性坏死，形成心肌梗死。随着近年来技术的进步，冠脉介入手术、溶栓、冠状动脉搭桥，使心肌缺血后重新得到血液供应，多数情况下心功能得到恢复。但有时重新获得血液供应后反而会加重心肌损伤，这种被称为缺血再灌注损伤。线粒体是缺氧、缺血的主要靶点，在应对缺氧、缺血再灌注损伤中起到重要作用[22]。心肌缺血后可引起心肌细胞中的线粒体损伤产生大量的ROS等促凋亡因子，激活线粒体自噬，促进线粒体更新，维持线粒体数量及质量的稳定。在心肌缺血阶段有研究表明抑制Drp1能加重缺血造成的损伤，在缺失Drp1的小鼠上，表现出再灌注损伤加重，Drp1的缺失可诱导线粒体伸长，线粒体正常生理功能丧失，同时抑制线粒体自噬，从而促进心功能障碍，增加对缺血/再灌注的易感性[23]。结扎小鼠左前降支动脉造成小鼠心肌梗死，在梗死交界区发现细胞内存在大量的线粒体自噬现象，并且发现Parkin转移到受损伤的线粒体介导线粒体自噬。在缺血再灌注前给与普通小鼠缺血预处理，可以明显降低梗死面积，而在敲除Parkin小鼠的缺血、再灌注模型中，小鼠心肌梗死面积增大[24]。Weilin研究组发现激活血小板中线粒体自噬是依靠FUNDC1介导的，激活血小板的线粒体自噬，可以减轻缺血再灌注引起的心肌损伤[25]。以上证据表明在心肌梗死、心肌缺血再灌注等急性损伤中线粒体自噬对心脏具有保护作用，抑制线粒体自噬，会加重心肌损伤的程度。

3.2心力衰竭 各种心血管疾病及其他因素造成心肌失代偿性肥大，心做功增加同时伴有心功能严重受损，引起心力衰竭。目前研究显示线粒体自噬对心衰的作用存在较大争议。有研究表明心衰时受损伤的线粒体能够通过线粒体自噬及时清除，避免损伤的线粒体积累，阻止有害效应进一步发展，对心肌存在保护效应[26]。如Parkin?/?小鼠，线粒体自噬减少，对急性心梗的敏感性增加，同时随着年龄的增大，功能失调的线粒体及氧化损伤增加，心功能恶化寿命较短。Mfn2缺乏的心肌，在30周时就已经收缩力降低，心肌肥大，心力衰竭[27]。但又有证据表明心特异性NIX过度表达线粒体自噬加强，导致心肌细胞凋亡和心力衰竭的发生，在压力诱导的心衰情况下NIX敲除的小鼠与对照组相比可以降低心肌纤维化，保持心功能[27]。目前普遍观点为适度的线粒体自噬可以保护心肌细胞，自噬缺乏与过度均会促进心衰的进展。

3.3其他心血管疾病 动脉粥样硬化是冠心病、脑部血管疾病、外周血管疾病的主要病因。研究证实血管平滑肌细胞增殖过程推动血管重塑的发展,对动脉粥样硬化起到促进作用[28]。血管平滑肌细胞经过PDGF(血小板衍生生长因子)处理后引起Mfn2下降，造成线粒体分裂增多、线粒体自噬增多，促进血管平滑肌的增殖。应用抑制剂后PDGF诱发的线粒体自噬减少，血管平滑肌增殖减少[29]。Oka等实验表明受损伤的线粒体DNA逃脱自噬会引起TLR9介导的心脏炎症，会引起心肌炎和扩张型心肌病[30]。关于糖尿病性心脏病目前观点为糖尿病心脏损伤与线粒体功能失调和ROS的产生有关，维持线粒体的功能对糖尿病性心脏病患者的心脏收缩功能是必要的，糖尿病性心脏病的线粒体自噬可能受多种路径调节，一种调控路径受到抑制，另一种途径表达升高，促进线粒体自噬，对心肌细胞起到保护作用，但这种调控机制目前还不清楚[31]。

4 总结与展望

线粒体自噬在许多心血管疾病的发生和发展过程中起到了重要作用。但目前对线粒体自噬信号通路及调节机制的了解处于初步阶段，还需进一步研究。随着更深入的研究，将会对心血管疾病治疗提供新的靶点。