自噬對血管平滑肌細胞增殖的影響

魏海諒1,2，秦旭平1

(1.南華大學藥物藥理研究所血管生物學實驗室，湖南 衡陽 421001；2.邵陽學院藥理教研室，湖南 邵陽 422000)

自噬(autophagy)是細胞降解自身成分(蛋白質、核酸、糖類、脂類等)實現細胞器更新和維持細胞內穩態的管家機制，也是細胞適應外源性刺激的應激和防御機制，是多種基因和信號通路參與的一種細胞分解代謝過程[1]。饑餓、低氧、機械損傷、氧化應激、感染等都能誘發自噬。根據細胞內底物運送到溶酶體腔方式的不同，將自噬分為三種類型[2]：微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy)。其中以巨自噬研究最為常見。研究發現，自噬可調節血管平滑肌細胞(vascular smooth cells,VSMCs)增殖，影響血管增生性疾病如高血壓[3]、動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)[4]、肺動脈高壓[5-6]、糖尿病血管病變[7-8]、血管成形術后再狹窄[9-10]等的發生和發展。本文對VSMCs自噬與增殖的相互作用做一綜述。

1 血管平滑肌細胞自噬的生理學意義

生理水平的自噬可以抑制VSMCs的異常增殖，發揮細胞保護作用，維持血管穩態。自噬缺陷或不足則可能誘發VSMCs異常增殖，打破血管穩態，導致血管功能失調，推動血管增生性疾病的發生發展。

最新研究發現，與正常小鼠相比，自噬相關蛋白-7(autophagy related protein-7，Atg7)敲除的小鼠經高糖高脂飲食喂養后更易誘發As，形成的粥樣斑塊更大。其體外培養的VSMCs衰老加速，增殖能力下降[11]。此前Komatsu的研究同樣證實了Atg7基因敲除導致的自噬缺陷促進血管重構和As的發生[12]。而Atg7缺失的新生小鼠由于自噬通路的破壞在一天即死亡，Atg7-1-和ApoE-1-雜交小鼠14周生存率明顯下降。以上研究證實生理水平的自噬發揮抗As的作用并促進機體的存活。被敲除LC3B基因的人肺動脈內皮細胞及平滑肌細胞在缺氧狀態下增殖增加，說明自噬在缺氧性血管重構及肺動脈高壓的病理過程中發揮保護性作用[13]。研究發現，17β-estradiol(E2)誘導VSMCs自噬，減輕缺氧條件下誘發的大鼠肺動脈高壓[14]。而自噬正向調節因子FoxO1(forkhead box O1，FoxO1)的活性下調會導致人肺動脈血管平滑肌細胞增殖[15]。另外，Ras超家族中的Rab5a通過ERK1/2途徑上調自噬促進人主動脈血管平滑肌細胞的增殖，抑制其凋亡，發揮細胞保護作用[16]。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是促進VSMCs增殖的重要血管活性物質，現有的研究發現Hcy促進VSMCs增殖與其對自噬的調節有關。Hcy激活AMPK-mTOR信號通路抑制自噬，上調VSMCs的內皮素(endothelin，ET)受體[17]，間接增強內皮素的作用。

2 血管平滑肌細胞自噬的病理學意義

2.1 自噬參與生長因子、細胞因子誘導的血管平滑肌細胞增殖

血管受到損傷刺激后，在病理狀態下，血管壁細胞釋放的生長因子和細胞因子如：血小板源生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)、轉化生長因子(transforming growth factor β，TGF-β)、白介素-6(lnterleukin，IL-6)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)等激活細胞內信號轉導通路，使VSMCs由穩定的收縮表型向具有增殖特征的合成表型轉變[18]，導致血管平滑肌細胞增殖，血管壁增厚，血管重構和血管的收縮功能下降，在此過程中往往伴隨細胞自噬水平的改變。目前許多研究發現，生長因子和細胞因子誘導VSMCs增殖與其對自噬活性的調節有關。

PDGF通過誘導線粒體破裂、促進有絲分裂和細胞表型轉變導致VSMCs過度增殖和遷移。Salabei等[19]對體外培養的VSMCs研究發現，PDGF-BB誘導VSMCs自噬，使VSMCs收縮表型標志物calponin和α-SMA減少，合成表型標志物osteopontin和vimentin增多。而自噬抑制劑3-methyladenine(3-MA)、spautin-1、bafilomycin使經PDGF-BB處理的VSMCs收縮表型標志物的表達維持穩定，抑制PDGF-BB誘導的VSMCs過度增殖和遷移。PDGF-BB一方面通過自噬途徑清除收縮型蛋白促進細胞表型轉變誘導VSMCs過度增殖，另一方面通過誘導線粒體裂變，影響細胞的能量代謝促進VSMCs增殖。但進一步的研究發現，線粒體裂變抑制劑在發揮對PDGF-BB誘導的VSMCs增殖的抑制作用時對PDGF-BB誘導的VSMCs自噬并無影響，因此該研究認為，自噬與線粒體裂變無關，自噬和線粒體裂變是PDGF-BB誘導VSMCs增殖的2條平行途徑[20]。C-Ski能下調自噬，抑制PDGF誘導的鼠源性VSMCs細胞株A10過度增殖和遷移，其可能的機制是抑制AKT的磷酸化，下調增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表達[21]。此外，凝血酶與細胞表面的凝血酶受體結合，激活細胞內信號轉導通路，促進內源性血小板源性生長因子A鏈(PDGF-A)和堿性纖維母細胞生長因子(b-FGF)的產生，PDGF-A誘導原癌基因c-fos和c-myc的表達,刺激VSMCs增殖。張佩佩的研究發現自噬通過溶酶體途徑下調凝血酶誘導的VSMCs增殖[22]。

AngⅡ激活細胞內多條信號轉導通路促進VSMCs增殖。有研究證實，AngⅡ劑量和時間依賴性地促進VSMCs自噬體的形成，上調自噬標志性蛋白LC3Ⅱ、beclin1的表達和P62的降解。進一步的研究發現，AngⅡ誘導自噬的可能機制為：AngⅡ與AT1-R結合，激活NAPDH氧化酶誘導活性氧(reactive oxygen species，ROS)產生，ROS激活線粒體KATP通道產生更多的ROS，從而激活自噬。由此可見，AngⅡ誘導的自噬與氧化應激有關，而氧化應激也是AngⅡ促VSMCs增殖的重要機制之一[23]。

慢性非特異性炎癥是血管中膜病變的發病機制之一。有研究發現，前炎癥細胞因子IL-6通過增強4B半胱氨酸肽酶(ATG-4B)介導的自噬下調胸主動脈夾層動脈瘤患者VSMCs收縮型蛋白a-SMA和SM22a的表達。TNF-α活化IKKα，激活NF-κB，上調自噬，促進VSMCs向合成型轉變并促進其增殖和遷移。TNF-α誘導的自噬同時促進VSMCs分泌IL-6，IL-6進一步促進自噬[24]。而拮抗自噬負向調控信號mTOR可抑制炎癥轉錄因子NF-kB信號通路，下調炎癥因子IL-6的表達[25]。此外，腫瘤壞死因子家族成員CD-137與CD-137L結合后依賴JNK途徑促進小鼠胸主動脈VSMCs自噬[26]。

2.2 自噬對高糖促血管平滑肌細胞增殖的影響

高糖條件下培養VSMCs，發現高糖通過AMPK/mTOR途徑抑制自噬，上調內皮素受體的表達[27]。Hu等[28]研究發現晚期糖基化產物(advanced glycation end products，AGEs)劑量依賴性地上調大鼠VSMCs的LC3-bII/LC3-I和自噬體數量，促進VSMCs的增殖，而自噬抑制劑3-MA能抑制AGEsVSMCs增殖。進一步的研究發現AGEs通過激活ERK信號通路和抑制Akt信號通路誘導自噬。但Ma等[29]的研究卻發現AGEs促進大鼠VSMCs增殖的作用是通過抑制自噬介導的，AGEs減少組織蛋白酶D(cathepsin D, CatD)抑制自噬，促進大鼠VSMCs增殖。因此，自噬在AGEs促進VSMCs增殖過程中是發揮正向調控還是負向調控作用有待進一步研究。

2.3 自噬在剪切應力誘導血管平滑肌細胞表型轉變中的作用

As主要發生在低剪切應力的動脈分支和分叉。異常剪切應力可導致細胞形態、結構、功能狀態的改變，從而啟動和調節As病理進程，異常剪切應力在促As發生發展的過程中往往伴隨細胞自噬水平的變化。在內皮細胞上，剪切應力可通過多條信號轉導通路影響血管內皮細胞自噬，調節內皮功能，如李小紅[30]的研究發現低剪切應力抑制血管內皮細胞自噬，增強自噬能改善低剪切應力下血管內皮細胞eNOS 表達減少、ET-1表達增多的情況。剪切力誘導的自噬也參與了VSMCs表型的轉變。異常剪切應力下調VSMCs收縮型基因的表達和上調促炎/基質重構基因的表達，促進VSMCs由收縮表型向合成表型轉變，并伴隨自噬活性增強，而自噬抑制劑3-MA可以阻斷異常剪切應力的促細胞表型轉變作用[31]，說明異常剪切力誘導的自噬促進VSMCs的表型轉變。進一步的研究發現，剪切應力通過AMPK/mTOR/ULK1途徑介導自噬。低剪切應力激活自噬促進VSMCs表型的轉變參與了顱內動脈瘤的病理生理進程。

2.4 自噬參與非編碼RNA調節的血管平滑肌細胞增殖

非編碼RNA(noncoding RNA，ncRNA)通過調控表觀遺傳影響細胞周期和細胞分化等眾多生命活動，成為遺傳學研究熱點[32]。近年的研究發現ncRNA通過影響自噬相關基因及調節因子的表達調控自噬，進而影響VSMCs表型的轉變和增殖。miR-29b通過下調靶基因ATG14的表達，抑制VSMCs表型轉變、增殖和遷移，從而抑制顱內動脈瘤的發生發展和破裂[33]。IncRNA轉移相關肺腺癌轉錄本1(Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1-MALAT1)促進多種腫瘤細胞增殖、遷移和浸潤、抑制細胞凋亡，但采用小干擾技術沉默MALAT1基因后，VSMCs收縮型基因上調，增殖和遷移相關基因下調，細胞周期停留在G2期，VSMCs向收縮表型轉變，細胞增殖和遷移受到抑制，同時細胞自噬水平下降。進一步的研究發現MALAT1扮演ceRNA的角色，發揮對miR142-3p的海綿吸附作用，抑制miR142-3p對靶基因ATG7的負向調控，誘發細胞自噬，促進平滑肌細胞的表型轉變[34]。

3 影響血管平滑肌細胞自噬與增殖的藥物

3.1 增強自噬活性抗VSMCs異常增殖的藥物

目前已發現多種通過增強自噬活性抗VSMCs增殖的化學成分，如丹皮酚通過AMPK/mTOR信號通路上調自噬，抑制VSMCs增殖，發揮抗As作用[35]。鈣通道阻滯藥維拉帕米除依賴其鈣拮抗作用發揮抗As及術后再狹窄以外，還能通過上調自噬增加線粒體損傷，抑制VSMCs增殖而發揮其抗血管增殖性疾病作用[36]。自噬誘導劑雷帕霉素及其衍生物通過抑制S6K1及其下游重要的細胞周期蛋白的表達增加VSMCs收縮型蛋白及促進細胞分化發揮抗血管成形術后再狹窄作用[37]。除此之外，大黃素也能通過上調自噬抑制VSMCs增殖[38]。

3.2 下調自噬活性抗VSMCs異常增殖的藥物

芹菜種子提取物丁-基苯酞(dl-3-n-butylphthalide，NBP)通過抑制β-連環蛋白(β-catenin)信號通路下調自噬，抑制PDGF-BB誘導的VSMCs增殖[39]。自噬抑制劑氯喹和羥化氯喹通過抑制BMPR-Ⅱ(bone morphogenetic protein type II receptor，BMPR-Ⅱ)的溶酶體降解途徑發揮抑制SD大鼠肺動脈血管平滑肌細胞(pulmonary artery vascular smooth muscle cells，PASMCs)增殖、血管重構的作用，從而減緩肺動脈高壓動物模型的病理進程[40]。抗癌藥物多烯紫杉醇不僅能殺死增殖期的人源性PASMCs細胞株，而且能改善低氧誘導的肺動脈高壓SD大鼠的血管重構和右心室纖維化[41]。

4 小結與展望

自噬對VSMCs增殖的影響是雙面的和復雜的。適度的自噬可以通過及時清理受損的細胞器和錯誤折疊的蛋白質，減少它們對細胞的毒害作用，維持細胞內環境穩態，阻止VSMCs異常增殖。在病理因素刺激下，過度自噬則通過分解大分子物質為VSMCs的增殖提供物質基礎和能量，促進其增殖，導致血管病理性重構，促進血管增生性疾病的發生發展。在不同的病理條件下自噬對VSMCs增殖的影響不同，甚至在同一疾病的不同病理階段，自噬對VSMCs增殖的影響也不盡相同。目前對于自噬與VSMCs增殖關系的研究主要是在細胞水平進行的，動物實驗方面的數據相對較少，界定生理性自噬或過度自噬并無確切的標準，目前主要是根據自噬是維持還是破壞細胞穩態來做出大致的判斷。

同時，自噬對VSMCs增殖的調節并不是單向的，而是相互協同或相互制約，其信號通路也存在著交叉連接，一些調節哺乳動物細胞自噬的信號通路(如PI3K/AKT/mTOR)同時也是調節細胞增殖的重要信號通路。自噬影響細胞增殖，細胞增殖對自噬又存在怎樣的反饋？自噬影響VSMCs增殖的具體機制是什么？這些問題都有待進一步探究。