NIX介导的线粒体自噬研究进展*

靳晓慧，卢帅菲，白明，沈继朵，栗俞程△，许二平

（1河南省仲景方药现代研究重点实验室，河南中医药大学中医药科学院，河南 郑州 450046；2河南中医药大学药学院，河南 郑州 450046）

自噬是指细胞在缺氧、饥饿等不利条件下，利用溶酶体降解细胞器和大分子蛋白等物质，以利于细胞存活的过程。根据对降解底物的选择性，自噬可分为选择性自噬和非选择性自噬。线粒体自噬（mitophagy）是一种典型的选择性自噬，最早于2005年提出［1］。线粒体自噬是指细胞在受到高水平活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）等危害下，线粒体发生去极化即线粒体膜电位下降，线粒体内膜两侧质子及其他离子浓度的不对称分布而形成线粒体膜电位，当H+跨膜梯度形成发生障碍时，导致外正、内负的线粒体膜电位下降，线粒体从而受到损伤，受损的线粒体被特异性的包裹进自噬体中，并与溶酶体融合后完成降解的过程。线粒体自噬是细胞清除受损线粒体，对线粒体进行质量控制的关键。线粒体自噬异常可导致线粒体功能障碍，与多种疾病的发生密切相关［2］。

线粒体自噬主要包括泛素依赖型和受体依赖型两种途径［1］。PTEN诱导激酶1（PTEN-induced kinase 1，PINK1）-parkin是一条经典的泛素依赖型途径，因在帕金森病（Parkinson disease，PD）和脑损伤等疾病中发挥重要作用而受到广泛研究［3-5］，该途径是由PINK1通过泛素化P62蛋白进而招募自噬体，最终促使线粒体被包裹在自噬体内并通过溶酶体降解。线粒体自噬受体蛋白主要包括Nip3样蛋白X（Nip3-like protein X，NIX）、含FUN14结构域蛋白1（FUN14 domain-containing protein 1，FUNDC1）和Bcl-2样蛋白13（Bcl-2-like protein 13，BCL2L13）等，这些受体蛋白位于线粒体外膜（outer mitochondrial membrane，OMM）上，因含有微管相关蛋白1轻链3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）相互作用区（LC3-interacting region，LIR），可直接与自噬体膜上的LC3结合，诱导自噬体包裹线粒体形成线粒体自噬体并通过溶酶体降解［2］。研究表明，受体途径对于维持基础水平的线粒体自噬更为重要，并可在PINK1-parkin途径缺陷时发挥代偿作用［6］。受体蛋白的失调会影响线粒体自噬水平，进而导致相关疾病的发生［2］。

BCL2/腺病毒E1B 19 kD相互作用蛋白3样蛋白（BCL2/adenovirus E1B 19 kD interacting protein 3-like protein，BNIP3L）是一种特殊的线粒体自噬蛋白，又称为NIX，最早被发现于1998年［7］。近年来，NIX在线粒体自噬中的重要作用日益受到重视，相关研究进展层出不穷。本文对近年来NIX介导的线粒体自噬的机制及其在疾病中的研究进展进行综述。

1 NIX介导的线粒体自噬机制

NIX是一种单通道线粒体外膜蛋白，含有凋亡效应结构域BH3（Bcl-2 homology 3）、跨膜结构域和LIR［8］，与BNIP3具有56%的同源性［7］。NIX氨基端的BH3结构域，可与Bcl-2和Bcl-xL相互作用，增加线粒体外膜的通透性，促使细胞色素C释放进入胞浆，从而诱导细胞凋亡；另外，BH3结构域与Bcl-2的结合导致Bcl-2/Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2-associated X protein，Bax）复合体解离，促进凋亡蛋白Bax的释放，进而诱导凋亡的过程［9］。因此，人们长期以来对NIX的认识仅停留在BH3结构域的促凋亡作用上。2007年，Schweers等［10］发现NIX在终末网织红细胞分化过程中的程序性线粒体清除是必不可少的。至此，人们逐渐关注到NIX在线粒体自噬中的重要作用。NIX可以通过多种方式参与调节线粒体自噬过程（图1）：（1）通过其氨基端的LIR与自噬体膜的LC3蛋白结合形成线粒体自噬体，参与线粒体自噬的过程［11］。NIX氨基端的LIR中第34/35位丝氨酸的磷酸化可以增强其与LC3蛋白的结合，并增加自噬体靶向线粒体的募集，从而提高线粒体自噬水平［12］。NIX还可以二聚体的形式存在，并且二聚体与LC3蛋白结合比单体形式更加牢固，更易于招募自噬体；NIX跨膜结构域第204位的丙氨酸和第208位的缬氨酸均被替换成甘氨酸，可抑制二聚体形成，减弱NIX与LC3的结合能力，降低线粒体自噬水平［8］。（2）通过BH3结构域与Bcl-2结合，导致Bcl-2/beclin-1复合体的解离，从而释放beclin-1，诱导自噬的启动过程［9］。（3）NIX和parkin通过相互作用促进线粒体自噬，即NIX通过控制parkin易位至线粒体上，从而促进线粒体自噬的启动［13］。另外，NIX也是parkin的底物，NIX被parkin泛素化后特异性被LC3识别，从而促进NIX介导的线粒体自噬［14］。

2 NIX介导的线粒体自噬在疾病中的研究进展

2.1 肿瘤尽管线粒体自噬在肿瘤中的作用仍不完全清楚，但已有证据表明线粒体自噬异常与肿瘤的发生发展密切相关［2］。NIX作为调控线粒体自噬的重要蛋白之一，其介导的线粒体自噬在不同肿瘤细胞的发展过程中均发挥了重要作用。在有些肿瘤细胞中，NIX介导的线粒体自噬有助于肿瘤细胞的存活。研究发现，在人类胰腺导管腺癌细胞系Suit2和FA6中，NIX介导的线粒体自噬水平显著升高；敲除NIX可延缓胰腺导管腺癌的进展并提高小鼠的存活率［15］。当胶质母细胞瘤处于缺氧环境中，通过上调NIX介导的线粒体自噬可减轻缺氧诱导的胶质母细胞瘤细胞损伤，并促进胶质母细胞瘤细胞存活；NIX敲减可抑制缺氧条件下胶质母细胞瘤的生长［16］。米托蒽醌通过上调NIX介导的线粒体自噬，抑制肺癌A549细胞的凋亡［17］。

除了促进肿瘤细胞存活外，也有报道表明NIX介导的线粒体自噬有助于加速肿瘤细胞的死亡。在A375人恶性黑色素瘤细胞中，神经生长因子诱导基因B可与NIX相互作用，并通过线粒体外膜易位酶40、70蛋白通道进入线粒体内膜，进一步通过通透性转换孔复合物（腺嘌呤核苷酸移位酶1-线粒体电压依赖性阴离子通道）降低线粒体膜电位，从而提高线粒体自噬水平，导致黑色素瘤细胞自噬性死亡［18］。丹参酮Ⅰ通过提高NIX介导的线粒体自噬水平和代谢重编程，从而抑制宫颈癌增殖、迁移和侵袭能力［19］。总之，NIX介导的线粒体自噬在肿瘤细胞的存活和凋亡中发挥着双重作用，在某些肿瘤细胞中可能促进存活，而在另一些肿瘤细胞中则促进凋亡，这可能与不同类型的癌症和肿瘤进展的不同阶段，以及线粒体自噬的程度不同有关。

2.2 中枢神经退行性疾病神经退行性疾病通常都伴随着线粒体功能障碍，线粒体自噬异常可能在阿尔茨海默病、PD、肌萎缩侧索硬化病（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）和亨廷顿病等中枢神经退行性疾病的发病机制中起了重要作用［2］。长期以来，与中枢神经退行性疾病相关的线粒体自噬研究多集中于PINK1-parkin通路。PINK1和parkin突变导致功能失调的线粒体累积，进一步导致神经元的凋亡和中枢神经退行性病变。但有研究发现，敲除parkin的小鼠未能重现PD模型，这表明可能存在其他线粒体自噬的补偿机制［20］。在最近的一项研究中，一名无症状的纯合parkin突变携带者，尽管parkin功能丧失，但她在80岁之前尚未发展为PD，而她的复合杂合子女儿则出现典型的早发性PD（简称parkin MT1），通过上调NIX恢复了parkin MT1的纤维母细胞的线粒体自噬，并改善纤维母细胞的线粒体功能，这表明NIX可以成为PD的潜在治疗靶点［21］。另外，NIX蛋白在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）诱导的PD模型中表达显著降低，通过灵芝提取物处理后可提高NIX蛋白表达并减轻MPTP诱导的多巴胺神经元死亡［22］。在ALS的患者脑脊液中发现NIX蛋白表达上调［23］。尽管NIX与中枢神经退行性疾病的相关性还需进一步研究证实，但大量研究表明NIX在受损的线粒体自噬中发挥了补偿作用，提高NIX介导的线粒体自噬水平可能为治疗中枢神经退行性疾病提供了一种新的治疗策略。

Figure 1.The mechanism of Nip3-like protein X（NIX）-mediated mitophagy.（1）The amino-terminal LC3-interacting region（LIR）of NIX binds to LC3 to mediate mitophagy.（2）The Bcl-2 homology 3（BH3）domain of NIX competes with beclin-1 to bind Bcl-2，releases beclin-1，and induces the initiation process of autophagy.（3）NIX and parkin mediate mitophagy through interaction.图1 NIX介导的线粒体自噬机制

2.3 脑血管疾病 脑缺血引起大量的线粒体损伤，线粒体损伤已被证明是缺血性神经元中引起神经元死亡的重要原因之一［24］。线粒体自噬是清除这些受损线粒体的重要途径，从而保护神经元存活，减轻脑损伤。NIX与急性脑损伤性疾病相关，包括脑缺血、脑出血和创伤性脑损伤等［24-26］。研究表明，NIX介导的线粒体自噬可保护缺血性脑损伤，且独立于PINK1-parkin途径［27］。在永久性大脑中动脉闭塞小鼠模型中，NIX介导的线粒体自噬被抑制，通过上调NIX表达可提高线粒体自噬水平并减轻脑缺血的损伤［25］。敲除NIX可阻断缺血再灌注诱导的神经元线粒体自噬，从而加剧了缺血性脑损伤［28］。在大鼠脑出血模型中，NIX蛋白表达水平显著升高，头针治疗后进一步上调NIX表达可提高线粒体自噬水平并减轻脑出血的损伤，通过3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA）处理后NIX蛋白表达水平下降，导致受损的线粒体积累并加重了脑出血及细胞凋亡［24］。在大鼠创伤性脑损伤模型中，NIX蛋白表达显著下降，过表达NIX后可提高自噬水平，降低神经元凋亡和脑组织含水量，从而改善了创伤性脑损伤［26］。这些结果表明上调NIX介导的线粒体自噬水平对于保护急性脑损伤疾病具有重要作用。

2.4 心血管疾病线粒体作为心肌细胞中含量最丰富的细胞器，约占心肌细胞体积的30%～40%，心血管疾病的发生发展与线粒体功能障碍密切相关，研究表明，线粒体自噬异常与衰老、主动脉瓣狭窄和心肌梗塞引起的心脏功能障碍有关［2］。适度的线粒体自噬有助于清除细胞内受损或功能障碍的线粒体，然而NIX过表达可导致线粒体过量清除，影响细胞能量供应，反而加重心肌细胞负担，造成或加重心肌缺血再灌注损伤［29］。在H9c2细胞缺氧/复氧损伤模型中，NIX介导的线粒体自噬水平升高，丹酚酸预处理可降低NIX介导的线粒体自噬水平，从而对缺氧再灌注的H9c2细胞发挥保护作用［30］。此外，心肌缺血再灌注损伤时产生的ROS可促进beclin-1表达，其与NIX竞争性结合Bcl-2/Bcl-xL，从而抑制NIX介导的线粒体自噬，导致受损或功能障碍的线粒体堆积，促进细胞凋亡［31］。

2.5 自身免疫性疾病病毒通过不同的方式控制线粒体自噬的过程，这种能力使病毒能够持续感染并减弱先天性免疫反应。最新的一项研究表明，在HeLa细胞中转染开放阅读框10（open reading frame 10，ORF10）-HA质粒，ORF10通过与NIX结合诱导线粒体自噬，从而降解线粒体抗病毒信号蛋白（mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS），进一步阻断MAVS介导的抗病毒信号传导并促进病毒复制；NIX敲减阻止了线粒体自噬、MAVS降解和病毒的复制［32］。这一重大发现为研究严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）抵抗抗病毒先天性免疫的分子机制提供了新方向。在人类疱疹病毒8型感染的BCBL-1细胞中，NIX蛋白表达水平显著升高，病毒干扰素调节因子1的氨基末端通过与NIX结合诱导线粒体自噬，从而保护细胞免于凋亡以促进人类疱疹病毒8型的生产复制［33］。

2.6 内分泌与代谢性疾病肥胖介导的氧化应激可导致线粒体功能障碍，与代谢综合征和2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）密切相关。临床研究表明，与代谢健康非肥胖受试者比，NIX在代谢健康肥胖者保持不变，但在代谢异常糖尿病肥胖受试者中显著下降［34］。此外，在新诊断的T2DM和长期T2DM受试者中，NIX蛋白表达均显著下降［35］。二甲双胍通过提高NIX介导的线粒体自噬水平，从而改善线粒体结构损伤和功能障碍，防止T2DM患者的高血糖进一步恶化［36］。

2.7 其他疾病此外，在香烟烟雾诱导气道上皮细胞损伤模型中，NIX介导的线粒体自噬促进了气道上皮细胞和线粒体损伤，表明NIX介导的线粒体自噬可能参与了慢性阻塞性肺病和其他与香烟相关的肺部疾病的病理过程［37］。近期有研究表明，NIX与LC3相互作用以激活脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）中过度线粒体自噬，过度的线粒体自噬可导致SCI神经元死亡；通过下调NIX可恢复缺氧条件下脊髓神经元线粒体的功能［38］。在过氧化氢诱导HEIOC1细胞听力老化的过程中，NIX蛋白表达水平显著降低，导致受损或功能障碍的线粒体堆积；而过表达NIX后可提高线粒体自噬水平，改善线粒体结构损伤和功能障碍。总之NIX可能在维持耳蜗细胞稳态的线粒体降解中发挥了重要作用［39］。另外，在白蛋白超载诱导小鼠蛋白尿模型中，上调NIX介导的线粒体自噬可减轻蛋白尿引起的肾损伤［40］。

3 总结及展望

综上所述，NIX是线粒体自噬关键受体蛋白，是近年来线粒体自噬领域研究的热点。本文综述了NIX介导的线粒体自噬机制的最新研究进展，并总结了与之相关的疾病及靶向调节NIX的药物（表1～3）。由于自噬是一个双刃剑，自噬缺陷或自噬过度激活均可导致线粒体和细胞功能的异常。因此，NIX在肿瘤等多种疾病中常表现为双重作用，即可促进疾病的进展过程，又可对疾病的发展起到一定的保护作用，这可能与不同的线粒体自噬水平程度以及疾病的不同类型或阶段有关。尽管与经典的PINK1-parkin通路相比，NIX介导的线粒体自噬的相关研究还不够充分，机制也不完全清楚，但其与多种疾病中的相关性已逐步受到重视。亟需进一步加强对NIX介导的线粒体自噬的研究，并以此为着眼点揭示疾病发生发展的新机制，为相关疾病的治疗提供新思路。

表1 NIX在不同疾病中的表达情况Table 1.Expression of NIX in different diseases

表2 上调NIX的药物Table 2.Drugs up-regulating NIX

表3 下调NIX的药物Table 3.Drugs down-regulating NIX