Beclin 1調控心肌自噬與心血管疾病關系的研究進展

李 悅，王 莖，劉聰穎，辛慶齡，徐偉男，李慶羚

（安徽中醫藥大學，合肥 230038）

細胞自噬是真核生物中一種高進化的細胞內部分解代謝機制，該過程主要是將細胞質材料經過自噬路徑轉運至溶酶體內降解并加以循環利用，以達到維持細胞自身動態平衡的作用[1]。自噬過程中，有許多調節因子參與。人類組織中廣泛存在的蛋白質——酵母自噬基因Atg6的同源物 Beclin 1[2-3]，不僅能調節自噬體的形成，而且能促進其成長成熟，是調控細胞自噬的必要因子[4]。它包括Bcl-2結合位、中央卷曲和進化保守結構域這三個重要的組成部分[5]。Beclin 1在這些結構域上與自噬調控蛋白合成蛋白復合物，促使自噬相關基因著陸在自噬體膜上，從而調控自噬水平[6-8]。Beclin 1在自噬體膜的合成和物質運轉時，可以與 Vps34（哺乳動物Ⅲ型磷脂酰肌醇-3激酶的一種類型）形成Vps34-Beclin 1復合物， 調節自噬水平[9]；在介導促自噬并抑凋亡過程中，與 Bcl-2（調節抗凋亡蛋白因子）直接交互平衡作用影響自噬水平[10]，當Beclin 1與 Bcl-2的相似結構域 BH-3結合后能減少自噬激活程度[11]。隨著社會發展，心血管疾病對居民健康造成的危害受到更多的關注，相關研究在不斷深入。心肌細胞作為高分化終末細胞的一種，通過細胞內自噬的消化降解，為心肌細胞自身穩定提供能量，保障心臟功能維持正常狀態[12]。作為細胞的一種防御機制，心肌自噬與心肌缺血/再灌注損傷、心肌缺氧、心肌肥厚、心肌病、心力衰竭等心血管疾病緊密相關。 研究表明 Beclin 1表達水平在自噬過程中往往會增高，與相關蛋白形成復合體調控心肌自噬，從而影響心血管疾病的發生。

1 Beclin 1與心肌缺血/再灌注損傷

治療心肌缺血時，主要采用溶栓治療、冠脈搭橋或經皮冠脈介入治療等方法恢復血流供應，也就是心肌再灌注。再灌注部分，心肌組織和一些血管網發生變化加重造成的心肌受損就是心肌缺血再灌注損傷[13]。由此引發的心肌細胞受損和壞死往往會引發心力衰竭。心肌缺血再灌注損傷進程中，心肌自噬具有雙重效力的影響，彭霞等[14]實驗發現，自噬小體形成時期，加強 Beclin 1及 Atg5的表達程度可以促進心肌自噬的發生， 但是當自噬過度的時候則導致細胞的凋亡。心肌缺血環境下，Bnip3（唯BH-3的Bcl-2成員之一）被激活，爭奪性克制 Beclin 1與 Bcl-2在 BH-3的聯合，從 Bcl-2復合體中解離 Beclin 1， 最終可激活心肌自噬[15]。在心肌缺血階段，誘發的自噬激活，降解時釋放出游離脂肪酸和氨基酸，接著產生ATP，緩解由于心肌缺血引發的ATP減少危害[16]。在過量自噬的條件下，心肌細胞的正常功能會受到限制，引起細胞自噬衰亡。再灌注時的自噬主要依賴 Beclin 1，有實驗研究說明，心肌再灌注條件下，Beclin 1蛋白含量顯著提高[17]。也有實驗在去掉Beclin 1基因或用自噬抑制劑3-MA時，發現可以減少心肌細胞在缺血再灌注損傷時的衰亡[18]。實驗說明可以通過上調 Beclin 1介導心肌缺血再灌注損傷時的自噬，也可以下調 Beclin 1減少心肌細胞受損程度。實驗嘗試調節Beclin 1含量，可能做到干預缺血再灌注損傷的自噬水平以達到減少損傷的目的。

2 Beclin 1與心肌低氧、缺氧

缺氧性心臟疾病通常會引起心肌梗死、心功能不全及、和心力衰竭等一系列不良的臨床癥狀。以往研究發現，心肌細胞缺血缺氧會出現壞死、凋亡的結果，并且在一定程度上伴有氧化應激損傷和炎性反應[19]。WANG[20]等關于細胞自噬研究中得到缺氧（1% O2）條件下激發的自噬，細胞凋亡會顯著下降的結論。說明細胞凋亡水平在缺氧環境下可以通過自噬降低。 在低氧早期誘導的自噬有保護性，而持續表露于缺氧或過低氧含量（0.1%O2或無氧）狀態下， 發現有大量細胞死亡[21]。HIF（缺氧誘導因子）是機體適應缺氧應激的主要因素。HIF1可以直接調控凋亡相關蛋白BNIP /BNIP3L活性，在機體缺氧情況下，HIF1活躍性增強。HIF的目標基因 BNIP3和 BNIP3 L的非典型BH-3結構域與 Beclin1競爭 Bcl-2或 Bcl-XL， 使復合體中的 Beclin 1釋放出來，調控自噬前體中相關蛋白的位置，激發自噬[22]。晏浩等[23]發現缺氧又復氧后，心肌細胞中microRNA-30 α（ miR-30 α）表達程度下調。實驗也發現心肌細胞過表達 miR-30 α心肌的 Beclin 1表達在缺氧復氧時顯著降低。Beclin 1下調不僅使自噬上游蛋白表達減少，阻斷過度的自噬流，又能使誘發凋亡的 Beclin 1C形成減少。另外過度自噬流經過3-MA的阻斷，Beclin 1基因的活躍程度降低。實驗研究說明在心肌細胞缺氧情況下，細胞的衰亡與 Beclin 1有關，并且通過相關基因蛋白改變Beclin 1的表達來調控心肌自噬，可以影響心血管疾病發生。

3 Beclin 1與心肌肥厚

自噬在心肌肥厚以及在轉向心衰時產生了必不可少的影響。有研究通過 Beclin 1在造模腹主動脈縮窄的大鼠心肌細胞中的含量顯著增加，并能促進心肌肥厚加重的發生的結果證實在正常的心肌向肥厚狀態演變中 Beclin 1基因起到關鍵的作用。張明娟等[24]發現在用去甲腎上腺素（ISO）造模心肌肥厚小鼠的心肌組織的 Beclin 1含量明顯減弱，并且心肌的纖維化越重，心肌細胞組織里的 Beclin 1活躍程度就越弱。Beclin 1 在纖維化改變后的心肌中，對心肌重塑產生重要影響。在 Beclin 1過表達的轉基因小鼠模型中發現，自噬活性明顯上調，甚至有心肌肥厚和纖維化、心室擴張等病理反應出現。說明在心肌肥厚細胞中的，Beclin 1激活的自噬或許是不利因素[25]。實研究說明通過 Beclin 1調控的心肌自噬，在心肌肥厚過程中是一種有利或損害因素，具體作用和機制尚需探討，但可以確定的是，Beclin 1在心肌肥厚發展中的起到一定作用，從而影響相關的心血管疾病。

4 Beclin 1與心肌病

實驗表明，氧化應激與自噬的交互影響在糖尿病性心肌病（DCM） 過程中有重要作用[26]。 過量的活性氧（ROS）可以通過調節Beclin 1等來誘導自噬發生[27]。被誘導的心肌自噬可降低ROS對細胞的損傷，進而能保障心肌細胞功能的穩定。 AGEs是末期糖基化的物質，有激活和增強心肌自噬的功能，在活化ERK/ MAPK和抑制 PI3 K/ AKT/ mTOR后促使心肌細胞中 Beclin 1的表達增多，使糖尿病向心肌病演變的步伐減緩[28-29]。相關研究中[30]，造模的1 型糖尿病（T1D）小鼠有心肌自噬功能減弱的表現，并且缺少BECN 1和ATG16的小鼠心肌損傷明顯減輕。 相反，在同一T1 D模型中，Beclin 1的過度表達則導致心臟損傷加重，提示T1 D自噬的減少是為應對刺激做出的反應，幫助限制心功能不全。 孫苓等[31]研究顯示尿毒癥心肌細胞中有自噬現象存在，并且LC3、Beclin 1含量顯著升高。黃潔等[32]實驗在阿霉素導致心肌病中，心肌細胞的Beclin 1 表達加強。這些說明在心肌病中的自噬與Beclin 1 含量增長有緊密聯系。實驗研究說明，在不同的幾類心肌病中，Beclin 1對細胞的調控都會對心肌細胞產生影響，主要是 Beclin 1表達增多可以保護心肌組織，減少則會產生心肌細胞損傷。

5 Beclin 1與心力衰竭

心力衰竭是多種心臟病的終末期發展階段，初始反應負荷增加后，心肌肥厚性生長增加。 負荷壓力如果持續存在，就會引起心臟擴張和收縮功能降低，從而導致心衰的結果。在心力衰竭中，心肌自噬的作用具有雙面性，適量的自噬能夠保障心肌細胞功能，而自噬太過可能會加重心竭[33]。李燕輝等[34]通過主動脈縮窄構建心肌肥厚模型，推測 Beclin 1誘導的自噬或許在心肌肥厚發生發展沒有參與，但實驗檢測到 Beclin 1在術后第4周逐漸增加，由此認為 Beclin 1介導的自噬可能與心力衰竭相關聯。KASSIOTIS C等[35]在觀察心力衰竭病人的心臟活檢組織時，檢測到自噬基因Beclin 1表達增長。MA等[36]的研究發現，提高Beclin 1表達時，檢測到LC3含量增長，自噬體增多，從而時心臟受損更加嚴重。實驗研究說明心力衰竭狀況下，Beclin 1表達的增加激活更多的自噬會加重損害心肌細胞，使心力衰竭加重。

6 小結

細胞自噬是一把雙刃劍，普遍發生于細胞的生理和病理過程中，通過消除細胞內過多和損害的細胞器和蛋白質來維系細胞內的平衡狀態， 是細胞的一種自我保護機制。 隨著研究的深入人們對于自噬的關注點主要放在了心血管疾病的領域中，與心血管疾病相關的心肌自噬可能具雙重調節的作用。自噬基因Beclin 1作為自噬調節分子中主要的部分，在誘導心肌細胞自噬時發揮關鍵作用。Beclin1上調或下降影響心肌細胞自噬走向保護或是損傷方向，雖然目前對于哪些原因機制決定了心肌細胞自噬具體走向還不是很清楚，但是可以比較明確是心肌細胞自噬在調控心血管疾病中有著重大影響。 雖然對于Beclin 1 的研究取得了重要的進展，以后在關于Beclin 1如何在調控心肌細胞自噬過程中結合蛋白和分子機制還需要深入的研究。 通過對 Beclin1的調控心肌細胞自噬不斷全面的了解，可以幫助我們尋找到預防和治療心血管疾病的新的關注點， 從而為心血管疾病病人提供更加有利的治療。