自噬在动脉粥样硬化中的研究进展

袁得强， 林 浩， 朱国旗， 陈 飞， 刘学波

(1. 同济大学医学院，上海 200092； 2. 同济大学附属同济医院心血管内科，上海 200065)

动脉粥样硬化是动脉血管壁形成的纤维脂肪病变，是引起心肌梗死、卒中、外周动脉疾病的常见原因，可以引起急性心血管事件和慢性损害，严重危害人类健康。动脉粥样硬化主要涉及的细胞有血管内皮细胞(vascular endothelial cells, VECs)、巨噬细胞、血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)。自噬是一种自我保护的细胞分解代谢产物和细胞器的过程，其功能障碍与多种疾病相关，包括心血管疾病、恶性肿瘤、免疫紊乱等。越来越多的证据表明，自噬与动脉粥样硬化关系密切，如自噬可以通过抑制炎症和凋亡、促进胆固醇外排、减少脂质沉积产生保护作用，而自噬功能障碍促进了动脉粥样硬化的发生发展[1]。因此诱导自噬可能为一种潜在的治疗动脉粥样硬化的策略。自噬与动脉粥样硬化之间可能的机制及治疗见图1，本文对其展开综述。

图1 自噬与动脉粥样硬化的机制图解Fig.1 The mechanism of autophagy and atherosclerosis

1 动脉粥样硬化与自噬

动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)是一种慢性炎症性疾病，其特征是在大中型动脉血管壁形成富含纤维和脂质沉积的斑块，常发生在血流量低、血流紊乱、VECs层屏障功能受损的血管分支处[2-3]。动脉粥样硬化的发病机制仍不完全清楚，可能与VECs功能障碍、泡沫细胞形成、VSMCs迁移和增殖、细胞外基质(extracellular matrix, ECM)改变、炎症和新生血管形成等有关[4]。动脉粥样硬化的危险因素有高血脂、高血压、糖尿病、肥胖、吸烟等，年龄被认为是动脉粥样硬化重要的独立危险因素[2]。动脉粥样硬化斑块的发展主要分为4个阶段: 脂质条纹期、动脉粥样斑块期、复杂动脉粥样斑块期和临床并发症期。其中，以泡沫细胞聚集和薄纤维帽为特征的粥样斑块被认为是不稳定斑块。动脉粥样硬化斑块破裂或溃烂是引起心肌梗死、卒中等高死亡率疾病的主要原因[3]。目前，有多种针对动脉粥样硬化的干预与治疗方法，如降脂药物、抗血小板药物、抗炎药物、手术干预、生活方式改善等，但动脉粥样硬化造成的心脑血管疾病依然是全球范围内的主要死亡原因[2-3]。

自噬是一种进化保守的亚细胞过程，最早于1966年被发现，通过降解胞质代谢产物与受损的细胞器来维持细胞稳态。根据物质运输至溶酶体腔的路径不同，分为巨自噬、微自噬及分子伴侣介导的自噬[5]，本文描述的为巨自噬，后文简称为自噬。自噬主要有4个步骤: 自噬泡的起始和成核、自噬体的延伸、自噬溶酶体的成熟、自噬的执行。当细胞暴露于细胞内外刺激时，自噬作为一种细胞保护机制被触发。首先，待降解的胞质物质被包绕于双层膜的自噬体中，接着自噬体与溶酶体融合形成单层膜的自噬溶酶体，包绕的物质继而被溶酶体水解酶降解为氨基酸、碳水化合物、脂肪酸[6]，被细胞回收利用。自噬过程受自噬相关基因(autophagy related genes, ATG)编码的蛋白分子引导，这些分子依次受到多个上游信号分子的调控，如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)和AMP激活蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)，AMPK位于mTOR的上游，AMPK的活化导致mTOR的抑制和自噬的活化[7]。自噬在代谢、细胞稳态、抗炎等方面都具有重要意义。

一般认为，在动脉粥样硬化早期，细胞在受到氧化因素(如ROS、ox-LDL)、代谢应激等刺激后，自噬被激活以保护其免受损伤。即在轻度氧化应激时，自噬通过降解受损的胞内物质帮助细胞恢复，起到抗动脉粥样硬化的重要作用。随着动脉粥样硬化的进展加重，自噬逐渐受损，越来越多的研究表明功能障碍的自噬与动脉粥样硬化密切相关。p62是自噬过程中的一种货物蛋白，其水平升高常提示自噬功能障碍，在动脉粥样硬化斑块观察到p62聚集[8]，且随着斑块负担加重与年龄增加，斑块中p62的水平进一步升高[9]。这提示功能障碍的自噬对动脉粥样硬化的病理生理可能起到一定的调控作用。自噬过程可分为两个阶段，第一阶段为自噬体的形成与成熟，第二阶段是与溶酶体的融合及物质降解，这两个阶段受损都可以造成自噬功能障碍。一般认为，动脉粥样硬化中，自噬受损主要发生在溶酶体依赖阶段。在晚期斑块中，常有蜡样质形成，其为不溶性的蛋白和氧化脂质复合物，蜡样质常聚集在溶酶体中[10]。为了降解被吞噬的蜡样质，水解酶被分配到含有蜡样质的溶酶体中，这导致水解酶无法参与到活化的自噬溶酶体中[11]，使自噬受损。自噬功能受损会导致细胞对凋亡刺激物的敏感性增加，使得斑块不稳定[12]。因此，自噬与动脉粥样硬化的发生发展可能互为因果，有害刺激物造成细胞自噬功能受损，自噬受损又造成动脉粥样硬化的进一步加重。

2 自噬对动脉粥样硬化中主要细胞的影响

VECs、巨噬细胞、VSMCs是动脉粥样硬化病变中3种主要细胞。体外实验表明，动脉粥样硬化相关刺激可以激活VECs、巨噬细胞、VSMCs的自噬。自噬在动脉粥样硬化中具有细胞保护性作用，然而过度或功能失调的自噬对细胞生存产生负面影响，促进动脉粥样硬化的发展。

2.1 自噬在血管内皮细胞中的作用

研究表明，ox-LDL可诱导VECs自噬，VECs摄入ox-LDL后，脂质被包绕于自噬体中进行降解，防止细胞受损并维持内皮完整性[13]。VECs的自噬也受血流动力学影响，层流可以诱导VECs自噬[14]，且只有高剪切应力下才可以诱导VECs保护性的自噬，而低剪切应力会激活mTOR并抑制AMPK通路使VECs自噬障碍[15]。在高剪切应力下，有效的VECs自噬可以通过防止细胞凋亡、衰老和炎症来限制动脉粥样硬化斑块的形成[15]。

随着动脉粥样硬化的发展，VECs自噬受损，自噬受损的VECs进一步加重动脉粥样硬化。VECs特异性敲除Atg7的ApoE-/-鼠，WTD(western-type diet)饲养16周后，其斑块负担及主动脉脂质沉积与对照相比明显加重[13]，这表明VECs的功能性自噬对控制血管壁的脂质沉积至关重要。自噬缺陷的VECs表现为衰老相关的β-半乳糖糖苷酶(senescence-associatedβ-galactosidase, SAβ-G)活性增加，VECs特异性敲除自噬相关基因Atg5的鼠的主动脉内皮细胞层TUNEL与p53阳性的细胞聚集增加[15]。这提示，VECs自噬缺陷既可以促进其衰老，也可使其凋亡增加，而衰老、凋亡使内皮功能受损，从而促进动脉粥样硬化。为了进一步探究VECs中自噬调控机制，研究发现VECs自噬可以被一些microRNA调控。miR-100是内皮富集的一种microRNA，其可以通过直接抑制VECs的mTOR来促进自噬，并且可以抑制NF-κB通路，从而限制血管炎症和动脉粥样硬化的进展[16]。mir-216a也可以通过调节细胞内BECN1的水平抑制ox-LDL诱导的VECs自噬[17]。因此，通过调控非编码RNA来调节自噬也是抑制动脉粥样硬化值得探究的一个方向。

2.2 自噬在巨噬细胞中的作用

巨噬细胞来源的泡沫细胞是动脉粥样硬化斑块的主要成分，它的形成与发展和自噬密切相关。在动脉粥样硬化早期，巨噬细胞自噬抑制泡沫细胞形成，抑制动脉粥样硬化发展。研究发现ox-LDL和7-酮胆固醇(7-ketocholesterol,7KC)可以通过内质网应激诱导巨噬细胞自噬，以清除受损细胞器和蛋白质，维持巨噬细胞的生存。此外，自噬促进了脂滴运输至溶酶体中的降解过程与泡沫细胞中游离胆固醇的外排[18]。随着动脉粥样硬化的发展，细胞自噬也逐渐受损，在晚期动脉粥样硬化中，巨噬细胞的自噬严重受损，导致泡沫细胞形成增加、脂质积累和线粒体清除受损[19]。当巨噬细胞自噬缺陷或功能障碍时，会导致一系列的生化及功能变化。研究发现，将巨噬细胞Atg5敲除后，细胞ROS生成增加、凋亡增加，胆固醇外排受损[20]。可见自噬是应对氧化应激和抗凋亡的重要机制。

自噬也会影响巨噬细胞的极化，从而调控动脉粥样硬化。自噬缺陷使巨噬细胞转化为促炎的M1型[20]，M1型的巨噬细胞分泌基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)，如MMP1、MMP8、MMP13，使纤维帽的胶原降解增加，导致斑块稳定性降低[21]。相反地，巨噬细胞自噬被活化后可以促进M2型极化、胆固醇外排、抗炎反应，从而稳定斑块和抑制动脉粥样硬化的进展[22]。巨噬细胞的自噬受众多分子的调控，以影响动脉粥样硬化的发展。沉默调节蛋白6(sirtuin6,SIRT6)是脂质代谢的一种关键调节因子，与心血管疾病的发生密切相关，SIRT6可以通过诱导自噬及胆固醇外排来减少ox-LDL刺激的巨噬细胞泡沫细胞形成[23]。转录因子TFEB(transcription factor EB)是一种调节自噬与溶酶体生物合成的重要因子，TFEB可增强该系统的功能，从而抑制动脉粥样硬化。研究发现，TFEB高表达可以诱导巨噬细胞自噬体的形成及自噬-溶酶体的生物发生，减少巨噬细胞凋亡、促炎因子的表达。海藻糖可以增加TFEB表达，进而促进巨噬细胞自噬-溶酶体系统，使聚集物清除增加、巨噬细胞凋亡减少、IL-1β等促炎因子减少，从而起到抗动脉粥样硬化的作用[24-25]。这说明TFEB是抗动脉粥样硬化的一个重要靶点，为动脉粥样硬化的治疗提供了新的思路。

因此，自噬可以通过调节巨噬细胞的凋亡、炎症、极化、泡沫细胞形成等方面，影响动脉粥样硬化的发生发展，恢复巨噬细胞的自噬功能是抗动脉粥样硬化的一个治疗方向。

2.3 自噬在血管平滑肌细胞中的作用

既往投射电子显微镜的研究表明，人类和高脂喂养的兔动脉粥样硬化斑块中的VSMCs观察到胞内无定形的囊泡结构，这为VSMCs中自噬的存在提供了证据[26]。与另外两种细胞类似，ox-LDL、7KC等氧化脂质也可诱导VSMCs的自噬，以维持细胞稳态[27]。脂质过氧化物4-羟基壬烯醛(4-hydroxynonenal, 4-HNE)可以通过内质网应激诱导VSMCs的自噬，进而清除4-HNE修饰蛋白，维持细胞的正常功能[28]。其他刺激VSMCs自噬的有ROS、缺氧、营养过量、晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products, AGEs)等。而随着动脉粥样硬化的发展加重，过度的刺激使VSMCs的自噬受损。VSMCs自噬受损后，可以促进其应激诱导的衰老，表现为细胞肥大、细胞周期阻滞和SAβ-G活性升高。为了阐明自噬在VSMCs衰老中的分子机制，研究者发现自噬缺陷的VSMCs中p62聚集增多，因为p62可以诱导p16/RB介导的衰老[29]，提示p62的聚集可能是促进自噬缺陷的VSMCs衰老的原因之一。衰老的VSMCs可以释放活化的MMP9，这种“衰老相关分泌表型”有促动脉粥样硬化作用[30]。另外，敲除Atg7后，VSMCs的IL-1β与NLRP3的mRNA水平升高，分泌TGFβ、基质细胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1, SDF1)等细胞因子增多[29]。这表明自噬缺陷与炎症小体的激活及炎症因子的分泌有一定联系，其中的具体机制还有待进一步研究。这提示VSMCs的自噬缺陷可以通过“衰老相关分泌表型”、促进炎症等，导致动脉粥样硬化的发生发展。

而上调VSMCs的自噬水平，可保护有害刺激下的VSMCs，起到抗动脉粥样硬化的作用。泡沫细胞的部分来源是血管平滑肌细胞转化而来，研究发现miR-223通过上调VSMCs自噬抑制ox-LDL诱导的泡沫细胞形成[31]。另一项研究表明，上调自噬可减少7KC诱导的VSMCs凋亡[32]。此外，转录因子TFEB介导的自噬激活可以抑制VSMCs增殖和迁移，抑制高脂饮食诱导的血管内膜增生和新生内膜形成[33]。在动脉粥样硬化小鼠模型中，中等程度诱导VSMCs细胞自噬可通过胆固醇外排抑制动脉粥样硬化病变内脂质堆积和坏死核心形成，并减少VSMCs内脂质积累[34]。

3 治 疗

由前所述，自噬在动脉粥样硬化的发生发展中起着重要的作用，且众多药物通过调控自噬来抗动脉粥样硬化。研究较多的有他汀类药物、二甲双胍、褪黑素等。他汀类药物为经典调脂药物，发现它可以通过抑制mTOR通路刺激VSMCs的自噬[35]。最新研究发现，瑞舒伐他汀通过抑制PI3K/Akt/mTOR轴增强自噬的启动和发展，从而以脂质沉积减少及M2型巨噬细胞极化的形式来抑制ApoE-/-小鼠的动脉粥样硬化[36]。二甲双胍具有抑制血管炎症与抗动脉粥样硬化的作用[37]，可以减少糖尿病患者大小血管并发症[38-39]，其具体机制目前还有待研究。一些证据表明二甲双胍可以通过抑制mTOR诱导自噬及AMPK依赖的途径改善线粒体的质量[39-40]。二甲双胍还可以通过降低lncRNATUG1的水平来活化AMPK以促进自噬，进而抑制大鼠模型的动脉粥样硬化进展[41]。最新研究发现，在高脂饮食喂养的ApoE-/-小鼠中，二甲双胍可以通过上调Krueppel样因子2(Krueppel-like factor 2, KLF2)介导的自噬来抑制动脉粥样硬化与斑块易损性[42]。褪黑素通过激活线粒体自噬和抑制NLRP3炎症小体的活化改善ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化的进展[43]。此外，有研究者发现mTOR抑制剂(如依维莫司)具有抗动脉粥样硬化作用，包括减少斑块巨噬细胞含量、减轻炎症、抑制斑块内新生血管形成等[44]。槲皮素是一种天然黄酮类化合物，可以通过促进ox-LDL诱导的巨噬细胞泡沫细胞中巨噬细胞刺激蛋白1(macrophage-stimulating protein 1, MST1)介导的自噬抑制动脉粥样硬化的进展[45]。小檗碱是一种从黄连中提取的异喹啉季生物碱，药理特性多样化，可用于治疗糖尿病、高脂血症、脂肪肝等疾病[46]。研究发现，小檗碱以剂量依赖的方式增加巨噬细胞中自噬调节因子SIRT1蛋白质和mRNA的表达，经AMPK/SIRT1信号通路影响自噬而抑制动脉粥样硬化[47]。最新研究发现，小檗碱通过SIRT1诱导TFEB去乙酰化，进而促进巨噬细胞自噬[48]。海藻糖可以诱导巨噬细胞自噬-溶酶体生物系统，以降解聚集物，并减少细胞凋亡的炎症，从而可以考虑用于治疗动脉粥样硬化[25,49]。自噬在动脉粥样硬化的发生发展中如此重要，因此针对自噬的治疗也是未来治疗动脉粥样硬化相关疾病的重要探索方向。

4 展 望

动脉粥样硬化作为一种慢性炎症性病变，所导致的心脑血管疾病严重危害人类的健康与生存。自噬作为一种细胞自我保护机制，对细胞健康至关重要，而功能障碍的自噬促进了动脉粥样硬化的发展。本文就自噬与动脉粥样硬化的关系、自噬在动脉粥样硬化3种主要细胞中的作用以及治疗方面进行讨论。虽然自噬在动脉粥样硬化中的作用得到了一定研究，但其在动脉粥样硬化中的具体作用机制、分子通路、交互作用等还有很多未知，有待进一步研究。且目前的研究多集中于细胞与动物水平，而临床水平的研究较少。未来，自噬在动脉粥样硬化的发病及治疗中的作用值得进一步研究。