线粒体动力学/自噬与动脉粥样硬化斑块稳定性的关系研究进展*

汪家文 综述，朱安娥，吴 君，杨 林，吴文鑫，李小丽，王 杰 审校

(贵州医科大学法医学院，贵州 贵阳 550004)

在全球范围内，动脉粥样硬化引起的心血管疾病是导致人群死亡和残疾的主要原因。流行病学调查表明，近15年来我国心血管疾病的死亡人数增加了48%，仅2020年我国因缺血性心脏病死亡的人数就达192万[1]。冠状动脉粥样硬化是冠心病的主要病变，斑块稳定性的改变是冠心病猝死的重要原因。因此，预防斑块稳定性的改变将大大降低心血管疾病的致残率和死亡率。

动脉粥样硬化最突出的病理学特征是动脉壁形成富含脂质和免疫细胞的斑块。随着病变进展，稳定型斑块可转化为不稳定型斑块，表现为纤维帽变薄、脂质核心增大、新生血管出现，巨噬细胞、泡沫细胞和血管平滑肌细胞(VSMCs)异常增多等，进而导致急性冠状动脉综合征、心肌梗死和脑卒中等严重的心脑血管疾病[2-4]。

动脉粥样硬化的病理变化包括动脉壁脂质积累、炎症和细胞结构变化，涉及细胞增殖、迁移和表型变化。上述过程彼此之间及与体内各个细胞器之间密切相关。线粒体是氧化磷酸化的主要场所，参与体内许多细胞过程，如类固醇生物合成、钙稳态、免疫细胞激活、氧化还原、凋亡和炎症等[5]。线粒体是细胞内高度动态的细胞器，通过不断地分裂与融合来保持线粒体稳态，即线粒体动力学；线粒体自噬是细胞自噬装置对线粒体的靶向吞噬和破坏，是线粒体自身质量控制的主要机制。近年来研究发现，线粒体动力学(裂变与融合失衡)与线粒体自噬过度是导致动脉粥样硬化斑块稳定性改变的重要原因，稳定线粒体裂变与融合的动态平衡，调控线粒体自噬的程度可能是治疗动脉粥样硬化相关疾病的新策略。

1 线粒体功能障碍与动脉粥样硬化斑块稳定性的关系

动脉粥样硬化斑块表面由内皮细胞、纤维细胞等组成的“纤维帽”成分覆盖，内部含有脂质和(或)坏死核心[6]。斑块的稳定性主要由表面厚厚的“纤维帽”保持，其系由VSMCs产生的大量细胞外基质(ECM)，包括胶原蛋白、弹性蛋白和蛋白聚糖所组成[7]。后期，由于ECM的形成受到抑制，特别是VSMCs的胶原蛋白生成减少，斑块会变得不稳定[8]。此外，由于巨噬细胞释放的蛋白酶降解细胞外基质，稳定型斑块将变得不稳定，甚至破裂、血栓形成并危及生命[9]。传统观点认为，不稳定斑块的主要特征包括：(1)覆盖脂质核心表面的薄层“纤维帽”；(2)含有大量低密度脂蛋白和泡沫细胞的大脂质核心；(3)炎症细胞增多；(4)胶原蛋白含量降低，斑块内新生血管密集。研究表明，吸烟、糖尿病和遗传因素等均为动脉粥样硬化斑块稳定性的影响因素，特别是斑块中存在的大量炎症细胞。研究发现，OX40/OX40L等炎症因子介导的细胞间黏附分子-1(ICAM-1)在对照组、稳定型斑块组和不稳定型斑块组中的表达量呈现显著上升趋势[10]。线粒体功能障碍与炎症的发生、发展密切相关[11]，原发性或继发性线粒体功能障碍通过提高活性氧(ROS)的产生、改变线粒体动力学和能量供应，以及促进炎症，参与动脉粥样硬化斑块的进展[8]。针对线粒体抗氧化剂的研究表明,辅酶Q10的补充减少了大多数炎症参数，包括通过恢复和增强线粒体功能减少核苷酸结合寡聚化结构域(NOD)样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)的激活[12]。此外，辅酶Q10还可以减少动脉粥样硬化患者巨噬细胞的增殖、脂质积累和泡沫细胞的形成[13]。总之，实验证明，线粒体功能状态受线粒体动力学和线粒体自噬的周转机制调节，线粒体功能障碍在动脉粥样硬化斑块稳定性改变中发挥重要作用。

2 线粒体动力学与线粒体自噬的相互作用

线粒体融合、裂变和自噬的动态平衡，确保了线粒体维持合适的形状、分布和数量。线粒体融合蛋白1/2(MFN1/2)的泛素化和消耗阻止了受损线粒体的融合并导致裂变，进而促进线粒体自噬[14]。PTEN诱导的激酶1(PINK1)可磷酸化MFN2，并作为Parkin受体清除受损的线粒体[15]。

目前，线粒体裂变被认为是哺乳动物细胞线粒体自噬的先决条件。研究表明，抑制动力相关蛋白质1(DRP1)介导的线粒体裂变可防止Parkin诱导的线粒体自噬[16]。IKEDA等[17]认为，DRP1下调抑制线粒体自噬，导致受损的线粒体积累。线粒体自噬与线粒体融合和裂变相协调，确保了适当的线粒体质量。

3 线粒体动力学与动脉粥样硬化

线粒体裂变由DRP1和线粒体分裂蛋白1调节，而MFN1/2和视神经萎缩相关蛋白1(Opa1)介导线粒体融合过程。线粒体动力学在动脉粥样硬化发病机制中起重要作用。从人体样本及动物模型采集的血栓中均发现MFN2的表达减少[18]。MFN2过表达能抑制动脉粥样硬化病变的形成[19]。抑制DRP1可防止VSMCs增殖、迁移并减轻氧化应激介导的VSMCs钙化[20-21]。另外，抑制DRP1能减少动脉粥样硬化病变的面积、降低血清低密度脂蛋白胆固醇水平和甘油三酯含量[22]。总之，越来越多的数据表明，线粒体动力学参与了动脉粥样硬化的进展。

4 PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬与动脉粥样硬化

在动脉粥样硬化早期，线粒体ROS增加，线粒体DNA(mtDNA)损伤积累，以及渐进性呼吸链功能障碍，导致内皮细胞(ECs)功能障碍和VSMCs表型转换[23]。ECs凋亡、VSMCs表型转换和炎症细胞浸润将进一步促进动脉粥样硬化的发展，使斑块变得更加脆弱。线粒体自噬是消除这些突变或受损线粒体并保持线粒体稳态和能量代谢的唯一机制。据报道，在动脉粥样硬化患者和疾病模型中，PINK1/Parkin通路上调[7]。氧化型低密度脂蛋白诱导VSMCs中的PINK1和线粒体自噬水平增加[24-25]。PINK1缺乏会导致线粒体自噬缺陷并削弱VSMCs的存活率，而PINK1过度表达通过增强线粒体自噬，对VSMCs起到保护作用。线粒体自噬似乎对VSMCs凋亡引起的动脉粥样硬化起保护作用[26-27]。然而有研究表明，线粒体自噬对心脏功能有“双重”影响，线粒体自噬过度导致细胞死亡增多，进而对心血管系统产生不利影响。

VSMCs的异常增殖是导致动脉粥样硬化的关键因素。研究表明，线粒体自噬过度可能导致VSMCs异常增殖。与Apelin-13单独处理组相比，Apelin-13治疗的PINK1-/-组表现为PINK1、Parkin和增殖细胞核抗原表达减少，VSMCs增殖减弱。因此，PINK1/Parkin介导的线粒体自噬可能会促进VSMCs的增殖，最终导致动脉粥样硬化病变[28]。尽管这与大多数人的观点不一致，但这也进一步说明了不同程度的线粒体自噬对疾病的影响不同。然而，如何调控线粒体自噬的程度以启动其在动脉粥样硬化中的保护作用有待进一步研究。

5 解偶联蛋白2(UCP2)通过调控线粒体动力学保护心功能

UCP2是线粒体内膜的阴离子载体蛋白，主要参与线粒体质子传递链的解偶联作用。研究表明，UCP2在动脉粥样硬化的发生和发展过程中起保护作用。UCP2基因敲除的小鼠体内多个区域出现动脉粥样硬化病变，且其寿命明显缩短[29]。将缺乏UCP2的小鼠骨髓移植到低密度脂蛋白受体敲除的小鼠体内，发现动脉粥样硬化斑块明显增大[30]。UCP2缺乏导致动脉粥样硬化斑块稳定性改变的分子机制包括ROS积累、炎症细胞因子的上调、单核细胞黏附和经内皮迁移的增加，以及细胞死亡的增加[31-32]，进而导致一系列的临床症状。

线粒体动力学功能障碍，如MFN2缺乏或DRP1水平表达升高均会导致线粒体过度分割，促进动脉粥样硬化形成。因此，如何调控线粒体裂变与融合的动态平衡受到广泛关注。研究发现，DRP1介导的腹内侧核线粒体裂变增加取决于UCP2。在小鼠丘脑腹内侧核神经元中选择性过表达UCP2，线粒体裂变增强，DRP1激活增加，线粒体密度增加和体积减小，提示UCP2 在线粒体裂变过程中具有重要的调控作用[33]。此外，UCP2在不同组织、不同疾病模型中对线粒体裂变和融合均存在调控作用。

UCP2过度表达可以增强高血压大鼠纹状体的线粒体融合和裂变，并减少氧化损伤和炎症[34]。研究也表明，增强UCP2可以改善急性肾损伤中的线粒体动力学[35-36]。此外，UCP2-/-可通过增加ROS、干扰线粒体动态平衡及影响线粒体超微结构，使小鼠脑梗死面积增大、细胞死亡增加[37]。尤其是UCP2在心血管疾病中的保护作用依赖于线粒体裂变与融合的动态平衡。研究表明,UCP2过度表达可以显著改善败血症大鼠心肌的收缩功能，保护心肌线粒体超微结构，抑制线粒体裂变，改善线粒体腺嘌呤核苷三磷酸的合成[38]。此外，UCP2过表达能够抑制心肌梗死小鼠DRP1磷酸化(P-DRP1)和P-DRP1/DRP1值，从而减少心肌细胞凋亡，改善心功能[39]。

UCP2可能调控线粒体动力学在动脉粥样硬化斑块稳定性中发挥重要作用。在正常生理环境下，线粒体动力学的裂变、融合和线粒体自噬能够维持其稳态平衡。当动脉发生粥样硬化时，促进了线粒体裂变，受损的线粒体增多导致线粒体自噬增加，VSMCs增殖、迁移增多，加速了动脉粥样硬化斑块的形成。随着受损的线粒体和自噬体的大量累积，细胞死亡增加，进一步促进了动脉粥样硬化斑块稳定性的改变。见图1。

图1 线粒体动力学/自噬在动脉粥样硬化斑块稳定性改变中的作用机制

6 展 望

线粒体动力学/自噬通过影响内皮细胞功能、血管平滑肌细胞增殖和迁移等，在动脉粥样硬化病变的发生、发展中起重要作用。为进一步了解线粒体功能障碍对冠状动脉发生、发展和斑块稳定性的作用，应继续在其分子生物学方面进行深入探讨。此外，与病理生理学、生物信息学等学科的交叉融合研究将有助于揭示动脉粥样硬化中线粒体功能障碍的潜在机制，为制定预防及治疗动脉粥样硬化提供新的策略。