基于不同信號通路研究自噬在心臟疾病中的作用及進展

李 丹，王 莖，賈學昭，劉娜娜，楊家輝

（安徽中醫藥大學， 合肥 230038）

基于不同信號通路研究自噬在心臟疾病中的作用及進展

李 丹，王 莖*，賈學昭，劉娜娜，楊家輝

（安徽中醫藥大學， 合肥 230038）

細胞自噬是將生命體細胞內受損、變性或衰老的蛋白質以及細胞器運輸到溶酶體內進行消化降解的過程，對維持生命 體的內環境穩定具有重要意義。自噬的過程又受到一系列復雜的信號轉導通路的調控，其中信號通路主要包括mTOR、 PI3K/Akt、JAK/STAT、AMPK等，同時參與多種疾病的病理過程，與人類的心血管疾病有著密切的聯系。近年來，細胞自噬及其信號通路的調控機制越來越成為人們關注的熱點，研究其與心臟疾病的關系 ，以期有助于為臨床治療心臟疾病提供新的思路。

細胞自噬；心臟疾病；信號通路

自噬是指膜包裹部分胞質和細胞內需降解的細胞器、蛋白質等形成自噬體，并與內涵體形成所謂的自噬內涵體，最后與溶酶體融合形成自噬溶酶體，降解其所包裹的內容物，以實現細胞穩態和細胞器的更新。

根據細胞物質運送到溶酶體途徑的不同，分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬3種形式，其中巨自噬是細胞自噬的主要形式，也是人體最常見的。巨 自噬通過雙層膜結構將細胞質中可溶性蛋白和細胞器包裹形成自噬泡；微自噬通過溶酶體膜的內陷、包裹吞噬胞質中的底物分子；分子伴侶介導的自噬僅存在于哺乳動物細胞，是指胞漿中的分子伴侶熱休克同源蛋白70（Hsc70）及其協同伴侶分子形成復合體,通過復合體介導底物分子進入溶酶體腔中降解。

1 自噬的主要信號轉導通路

自噬的調控與多條信號轉導通路有關，且每 條信號通路之間都可能相互聯系，并非相互獨立。1.1 mTOR 信號通路 mTOR蛋白包括兩種不同的復合物形式，分別為對雷帕霉素敏感的mTOR復合物（mTORC1）和不敏感的mTOR復合物（mTORC2），mTORC1主要作用是調節細胞生長、細胞凋亡和細胞自噬，mTORC2參與細胞骨架蛋白的構建和存活[1]。同時細胞能量狀態也可調控mTORC1活性，當細胞缺乏葡萄糖時，ATP/AMP比值降低，細胞會啟動活化蛋白激酶（AMPK）的自噬過程，通過影響mTOR活性調控自噬水平。當營養不良及生長因子缺乏時，激活mTOR通路能夠促進細胞自噬，反之則會抑制自噬水平[2]。在正常生理條件下，自噬發生初期，在AMPK-mTOR通路中，mTOR蛋白被抑制，激活自噬；后期PI3K-Akt-mTOR通路中，為防止自噬過度，mTOR蛋白被激活，抑制自噬[3]。

因此，mTOR信號轉導通路相關蛋白在自噬發生中起著關鍵作用，其活性與細胞自噬呈負相關，缺血缺氧等應激條件可抑制mTOR信號轉導通路蛋白活性，從而激活自噬。自噬與mTOR之間存在相互反饋調控的作用，認為自噬與mTOR的相互反饋調控作用是促進細胞存活的重要機制。

1.2 PI3K/Akt信號 通路 P I3K相關蛋白家族，根據結構可分為I型、II型和III型，其中III型的PI3K蛋白是細胞自噬激活重要的啟動因子[4]。王天寶等[5]研究發現，趨化因子受體（CX CR4）表達下調與PI3KIII mRNA和蛋白、自噬相關蛋白Beclin-l和微管相關蛋白1輕鏈3-II（LC3-II）表達呈正相關，其中自噬溶酶體數量減少，表明細胞自噬降低。鮑曉明等[6]發現，在心肌細胞凋亡過程中，低溫誘導PI3K/Akt信號通路，抑制促凋亡蛋白Bim的表達，減輕心肌細胞的凋亡。

有研究[7]表明，I型PI3K的激活，是mTOR通路得到觸發必不可少的環節，所以I型PI3K可以起到調控自噬的作用。在自噬發生過程中，I型PI3K的激活能夠抑制細胞自噬，但與Ⅰ型PI3K負向調控自噬作用不同的是，III型PI3K的激活促進細胞 自噬為正向調控作用[8]。

1.3 AMPK通路 AMPK是一種保守的異源三聚體蛋白激酶，由3個亞單位組成，1個催化亞單位α和2個調節亞單位β、γ，是調控細胞自噬和能量代謝的重要分子。作為心肌細胞的能量感受器，AMPK通路在細胞的生長過程中能夠發揮重要影響，如調節自噬、減輕心肌的異常，降低氧化應激導致的心肌損傷等[9]。當AMP/ATP比值升高，通過激活AMPK，可以抑制mTORC1活性，激活增強細胞自噬并促進線粒體ATP的生成[10]。研究[11]發現，AMPK能夠調控III型磷脂酰肌醇三磷酸激酶復合物（Vps34）家族的復合物，AMPK激活Vps34激酶，調節細胞自噬；同時還能抑制那些未參與細胞自噬的激酶。

1.4 MAPK通路 MAPK家族的 4個成員在不同的情況下發揮著重要作用，SUI等[12]研究發現，p38/ M APK通路在細胞自噬的調控過程中發揮著雙重作用，即正面調控誘導自噬的積極因素和負面的調節自噬，而且P38/MAPK通路參與巨噬細胞的自噬，通路激活后，能夠抑制細胞自噬[13]。JNK通路調控細胞自噬關鍵性的蛋白機制就是Beclin-1，通過促進細胞內Bcl-2和Bcl-XL的磷酸化，解離Bcl-2、Bcl-XL，釋放Beclin-1，刺激細胞自噬[14]。

2 自噬在心臟疾病中的作用

通常情況下，自噬被看做是維持細胞體內環境穩定的重要因素，但是過度的自噬則是有害的，引起細胞死亡[15-16]。研究[17-18]證實，自噬在人類心肌疾病中占據著越來越重要的作用，其中包括心肌缺血、心肌梗 死和心力衰竭等。

2.1 自噬與心肌缺血 心肌缺血主要是由于冠狀動脈硬化導致的心臟血液灌注減少，導致心 臟的供氧減少，心肌能量代謝異常，不能支持心臟正常工作的一種病理狀態，最終出現心律失常、梗死面積擴大、心室收縮功能低下等狀況。

王路喬等[19]認為細胞自噬與心肌缺血再灌注損傷有著極為密切的關系，細胞自噬則是研究防治缺血性心臟病的新靶點。有研究[20-21]證實，在心肌缺血、再灌注損傷（M IRI）過程中，激活AMPK通路，可以使心肌細胞凋亡減少，維持細胞能量代謝的平穩。ZHAO[22]認為急性缺血和慢性缺血都可以誘導心肌細胞自噬的發生；同時，自噬被激活后，通過清除受損線粒體，降低線粒體細胞色素C(Cytc)釋放，從而抑制細胞的凋亡，減輕心肌細胞的損傷[23]。實驗研究表明，細胞自噬能夠在心肌缺血、再灌注損傷的情況下，起到抑制心肌細胞減少及緩解心功能的作用。

2.2 自噬與心肌梗死 心肌梗死是由于心外膜冠狀動脈閉塞，血流中斷，使部分心肌因嚴重的持久性缺血而發生局部壞死，從而出現心律失常、低血壓、休克等癥狀，引起這些冠脈分布區域心肌細胞不可逆的死亡而形成的。

在心肌梗死動物模型中，心肌細胞缺血時可通過AMPK激活細胞自噬，起到保護心肌細胞的作用[24]。相反，在心肌梗死缺血的情況下，抑制AMPK通路的激活，則會抑制心肌細胞的自噬和增加心肌梗死的面積[25]。同時，在心肌梗死模型中細胞自噬現象還可以增加內質網應激和恢復細胞內營養的供應、降低梗死面積的范圍[26]。研究[27]發現，老年心肌梗死中心肌細胞內p53蛋白表達上調與細胞凋亡之間呈明顯的正相關性，而Bcl-2蛋白表達與細胞凋亡呈負相關性，通過調節p53、Bcl-2蛋白表達控制心肌細胞凋亡，降低梗死面積。曹群等[28]通過建立動物模型實驗，研究發現SYD（參元丹）可以通過降低心肌細胞凋亡與增強自噬活性，延緩大鼠心肌梗死狀態,改善心功能,降低氧化損傷。通過調節細胞自 噬，能夠減輕心肌梗死面積，改善心功能。

2.3 自噬與心力衰竭 心力衰竭發生的基本機制是心肌病理 性重構，是由于心臟結構和功能異常導致的心室充盈和射血能力受損的一系列臨床綜合征，其病理改變主要有心肌細胞肥大導致心肌肥厚、細胞收縮力降低和壽命縮短等。

有研究發現在心力衰竭動物模型中可觀察到泛素化蛋白聚集，異常的泛素化蛋白積聚可誘導自噬增強，促進心力衰竭[29]。陳保 林等[30]認為，AMPK的激活對抑制心肌肥大有著重要的作用，可以減少心肌細胞表面積，減輕心肌肥大，降低心衰的發病。宋杰等[31]研究發現，利用黃芪多糖能夠激活AMPK信號通路，抑制心肌細胞自噬，從而減少心肌壞死，改善心衰癥狀。在心力衰竭過程中，適度的細胞自噬，可以起到保護心肌細胞的作用，相反，過度細胞自噬則會導致心肌細胞死亡，導致心力衰竭進一步惡化[32]。同時，保護性的細胞自噬現象還會隨心肌細胞的衰弱老化而減弱[33]。細胞自噬是可以通過抑制或誘導相關通路，作出對人體有利的選擇，但是其機制還有待進一步研究。

3 結論

隨著自噬研究的不斷深入，自噬在心臟疾病發生、發展過程中的作用也受到 越來越多的關注，其信號轉導相關通路mTOR、PI3K/Akt、AMPK、JAK/STAT等也逐漸成為生命科學領域研究中的熱點。在不同疾病狀態下，細胞自噬的誘發途徑，通過抑制或激活不同的信號轉導通路，尤其是自噬發揮細胞保護或損傷作用的不同機制，則可以為治療或預防MIRI、心力衰竭以及心肌梗死等心臟疾病提供有效的靶點。盡管現代實驗證實了一部分信號轉導通道的作用機制，能夠通過調節信號通路發揮細胞自噬的積極作用，減少梗死面積，保護心肌細胞，改善心功能。但是信號通路調節的細胞自噬不僅有刺激依賴特點，即激活通路可以增加自噬，還有著非典型的通路調節自噬的信號，抑制自噬的產生。同時，這些機制尚不完善，細胞自噬及相關通路方面仍需要作進一步系統的研究，為心臟疾病的治療提供更好的科學依據。

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Study on the role of autophagy in heart disease based on different signaling pathways

LI Dan, WANG Jing*, JIA Xuezhao, LIU Nana, YANG Jiahui
（Anhui University of Chinese Medicine, Anhui 230038, China）

Autophagy is a process that w ill damage the life body cells, degeneration or aging of protein and organelle transport to the digestion and degradation of the enzyme, which is of great significance to maintain the stability of the inner environment of the body. The process of autophagy is regulated by a series of complex signal transduction pathway, which mainly include m TOR, PI3K/Akt, JAK/STAT, AMPK pathway, and pathological processes involved in many diseases and closely linked w ith human cardiovascular disease. In recent years, the regulation mechanism of autophagy and its signaling pathway has become a hot topic in the fi eld of people’s attention. It is helpful to provide a new way of thinking for clinical treatment of heart disease.

autophagy; cardiovascular disease; signal channel

R541

A

2095-6258（2017）03-0483-04

2016-10-08）

10.13463/j.cnki.cczyy.2017.03.047