低氧条件下调控肺动脉平滑肌细胞增殖的自噬相关通路研究进展

李清月，李生花

青海大学医学部基础医学部，西宁 810016

低氧性肺动脉高压（HPH）是一种由低氧引起的以肺血管重建与血管阻力增加为特征的疾病，其主要病理特征为内皮细胞功能紊乱、中膜平滑肌细胞增殖和细胞外基质沉积，最终引起血管壁增厚、肺血管阻力增加。这种由低氧诱导的肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）异常增殖和肺外膜成纤维细胞活化，可以引起肺血管重构，导致HPH 持续恶化及难以逆转，治疗效果不佳［1］。目前，随着高原地区经济建设和旅游业的开发，HPH 发病率逐年升高，HPH 的预防和治疗成为当前高原地区亟待解决的难题之一，也亟需研发新的靶向药物以改善其治疗效果。自噬是真核细胞中一种高度保守的被认为是维持细胞内平衡的重要细胞功能之一，旨在通过溶酶体途径对损伤的细胞器及错误蛋白进行分解，是一种保证细胞自身内环境稳定的自我保护机制［2］。而自噬活化的程度决定了自噬可能是一种适应性反应，也可能是导致细胞死亡的响应机制，呈现“双刃剑”现象。目前，自噬在HPH 发生和发展中的作用尚不明了。本文就低氧条件下调控PASMCs 增殖的自噬相关通路作一综述，为HPH的治疗提供新方向。

1 低氧条件下双向影响PASMCs 增殖的自噬相关雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路

哺乳动物mTOR 是自噬活动中的关键调节分子，Akt和MAPK 信号通路等可以通过激活mTOR 蛋白来抑制自噬，腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）和p53等可以通过负调控mTOR 蛋白来促进自噬。mTOR存在两类不同的蛋白激酶复合物，即mTOR复合物1（mTORC1）和mTOR 复合物2（mTORC2）。mTORC1主要起调节细胞生长的作用，能够调控细胞自噬、核糖体生物发生、蛋白翻译和脂质合成等，而mTORC2则主要影响细胞骨架重塑，并通过激活Akt 而促进细胞存活［3］。

在低氧条件下，mTORC1 和mTORC2 均被激活，通过影响血管生成和细胞增殖来应对低氧环境。mTORC1 和mTORC2 的信号之间具有协同机制，但其在促进细胞增殖和生存方面具有不同的作用。①mTOR 对细胞增殖的抑制作用：在低氧条件下，早期mTORC1 对血管生成和细胞增殖具有激活作用，晚期则具有抑制作用；而mTORC2 在低氧条件下对细胞增殖则具有延迟和持续的抑制作用［4］；mTORC1和mTORC2 对雷帕霉素的敏感性也不同，即短期使用雷帕霉素能够抑制mTORC1，但长期使用雷帕霉素会抑制mTORC1 和mTORC2。②mTOR 对细胞增殖的促进作用：低氧可通过激活mTORC1，将细胞外的增殖信号转入PASMCs细胞核，从而促进PASMCs增殖［4］；也有研究发现，抑制mTOR 可增强自噬活动，延缓HAPH 进展［5］。药物研究发现，mTOR 抑制剂可以上调Beclin1表达和激活AMPK-ULK1信号通路，提升自噬标志LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，以激活细胞的自噬活动，抑制PASMCs 增殖［6-8］。草果知母汤可以通过提高mTOR 表达、降低Beclin1 表达，抑制LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ转化，抑制低氧导致的细胞自噬，减少细胞死亡［9］。研究显示，红景天苷也可通过AMPKmTOR-ULK1 途径，升高LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，增强细胞自噬，抑制低氧诱导的PASMCs增殖和凋亡抵抗［10］。由于mTOR 通路对自噬活动或细胞增殖的调控呈现双面性，其在HPH 发生过程中对PASMCs 增殖的影响或许会成为当前肺动脉血管疾病研究领域的一个新方向。

2 低氧条件下促进PASMCs增殖的自噬相关通路

2.1 ERK1/2 信号通路 在自噬过程中，ERK1/2通路活化能够直接促进LC3 和p62 表达上调，同时下调溶酶体相关膜蛋白1 和2 表达，阻止自噬体与溶酶体结合，从而抑制自噬体降解。而低氧能激活PASMCs 的ERK 信号通路，ERK 激活可促使HPH 的血管重构［11］。在低氧条件下，在PASMCs中的p-ERK1/2 蛋白表达明显增强，黄芪甲苷能够抑制p-ERK1/2 表达，逆转低氧诱导的HPH［12］。舒芬太尼可以通过ERK1/2 扩张冠状血管，改善缺血再灌注大鼠的心功能，其机制可能与ERK 调控PASMCs 的 离 子 通 道 有 关［13］。也 有 研 究 发 现，ERK1/2 激活剂能够降低PASMCs 上的钙激活性氯离子通道蛋白表达，抑制钙离子内流和氯离子外流，从而抑制PASMCs 增殖和血管收缩，降低肺动脉压［14］。虽然这一实验结论与以往研究的结论相反，但不可否认的是ERK1/2 与细胞膜上的离子通道有一定关联。

2.2 PI3K 信号通路 PI3K 是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，分为三类，其中Ⅰ类PI3K 激活Akt，促使mTOR 磷酸化，抑制自噬活动；Ⅱ类PI3K 参与膜运输调控；Ⅲ类PI3K可激活Beclin1，增强自噬活动［15］。多数研究认为，低氧环境下PI3K/Akt信号通路具有抗细胞凋亡和促细胞增殖作用。但也有研究认为，抑制PI3K/Akt 信号通路、下调Bcl-2 蛋白表达可促进PASMCs 凋亡［16］。研究发现，纤维蛋白溶酶原激活物抑制剂2、白藜芦醇均可通过抑制ERK1/2 和PI3K/Akt 信 号 通 路，从 而 抑 制PASMCs 增 殖［17］。TIAN 等［18］研究发现，抵抗素样分子β 能够通过钙离子内流诱导PASMCs 增殖，导致肺动脉压升高，这与PI3K/Akt/mTOR 信号通路相关分子上调有关。然而也有研究得到了相反的结果，显示当激活PI3K/Akt/mTOR 信号通路时，细胞自噬水平降低，同时PASMCs增殖被抑制［19］。

2.3 NF-κB 信号通路 研究发现，mTORC1 可以通过上调NF-κB 表达，抑制NF-κB 活化，抑制PASMCs增殖并诱导其凋亡，从而延缓HPH的发生发展［20-21］。当前研究已经证明，自噬可以影响NF-κB 信号通路成分的表达，而NF-κB 通路可以通过不同的途径激活或抑制自噬［22］。在低氧条件下，NF-κB 磷酸化增强，自噬通路被阻断，从而抑制自噬［23］。JING 等［22］研究发现，低氧可以通过激活NF-κB，提高Cyclin D1等G1/S 期转换因子表达，促使细胞周期从G1期向S期转换，从而促进PASMCs 增殖；在加入自噬抑制剂3-MA 和NF-κB 特异性抑制剂PDTC 的情况下，低氧诱导的PASMCs 中LC3Ⅱ表达和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ均显著降低，同时也抑制了低氧下PASMCs增殖。

NF-κB 通路激活可促进低氧条件下PASMCs 的增殖，NF-κB 表达抑制剂有可能成为治疗HPH 的新药物。现阶段，人们已经发现有不少药物依赖NF-κB相关通路在人体内产生作用。王莹等［24］发现，安石榴苷可以通过抑制Akt/NF-κB/Cyclin D1 通路增强细胞自噬，抑制大鼠气道平滑肌细胞增殖并诱导其凋亡。研究发现，死亡相关蛋白激酶1 能够通过抑制NF-κB 通路，改善氧化应激，抑制细胞自噬，减轻脂多糖诱导的急性肺损伤的炎症反应［25］。因此，安石榴苷等通过抑制NF-κB信号通路抑制细胞增殖的药物，未来可能在抑制低氧条件下PASMCs 增殖这一领域取得显著疗效。

3 低氧条件下抑制PASMCs增殖的自噬相关通路

3.1 AMPK 信号通路 目前研究表明，AMPK 信号通路参与了细胞对低氧的反应过程［25］。AMPK 对细胞的存活和增殖具有十分重要的调节作用，并在快速增殖的细胞中被激活，如心脏成纤维细胞、癌细胞和PASMCs。人类PASMCs 可同时表达AMPK α1 和α2，AMPK α1和α2对处于低氧状态的PASMCs的存活具有不同作用。AMPK α2 的激活可以抑制细胞凋亡，妨碍了尚未病变的PASMCs 对环境的适应；而AMPK α1的激活可以刺激自噬，促进PASMCs增殖。使用AMPK 抑制剂可以抑制PASMCs 增殖，并部分逆转HPH［21］。而SONG 等［26］研究表明，AMPK 高表达可以抑制PASMCs 增殖，其机制主要与AMPK 抑制抗凋亡蛋白mTOR 表达有关，并据此使用二甲双胍抑制低氧条件下PASMCs 增殖。此外，在HPH 发展的不同阶段，PASMCs 的自噬水平也不同，一定程度的自噬有利于PASMCs 存活，但超出范围的自噬会导致PASMCs 死亡。这些不同的条件影响了AMPK 通路，从而导致其对PASMCs 增殖的不同影响。自噬的两面性对实验研究和药物研发有着重要的影响，不同条件下自噬可产生不同甚至相反的作用，由此对疾病产生相反的影响。因此，目前需要更多的实验来寻找有利于HPH转归的条件。

3.2 死亡相关蛋白激酶（DAPK）信号通路 DAPK是一种受钙调节的多结构域丝氨酸/苏氨酸激酶，参与细胞多种活动，如细胞凋亡、自噬等［27］。研究发现，DAPK 在自噬方面的作用机制与mTOR、NF-κB等信号通路相关［28］。LI 等［29］研究发现，DAPK1 能够通过抑制p38 MAPK/NF-κB 通路而抑制自噬，降低炎症反应，改善内毒素诱导的急性肺损伤。DAPK3抑制剂HS56 能通过抑制DAPK3 表达，降低自发性高血压小鼠的血压［30］。因此，抑制DAPK3表达能够缓解血管平滑肌收缩，结合DAPK 在自噬过程中发挥的作用，可以以DAPK 为靶点，通过其对PASMCs的影响作为今后治疗HPH的新方向。

综上所述，在HPH 的治疗中，自噬作为一个新的研究方向有着极高的研究价值，很有可能成为其治疗和预防的突破口。通过对自噬相关分子、基因和通路的研究，更多有效的药物都能够被应用到HPH 的治疗中。然而，自噬是一把双刃剑，对PASMCs 的增殖同时存在着促进和抑制的双重作用，不同的条件对自噬产生的实际作用有着极大影响；而且，自噬对HPH 发生发展的作用机制尚不明确，需要更多的研究来完善这一领域。