糖脂代謝紊亂對血管平滑肌細胞自噬的調控作用及藥物研究進展

唐玉香，馮曉桃,2

(1.廣西中醫藥大學廣西中醫藥科學實驗中心，南寧 530200； 2.廣西中醫藥大學廣西中醫基礎研究重點實驗室，南寧 530200)

大血管病變是糖尿病常見的并發癥之一，包括心腦血管病變、周圍動脈病變等，其發病的病理生理學基礎為動脈粥樣硬化。與非糖尿病患者相比，糖尿病患者更易并發動脈粥樣硬化性疾病[1]，且因心血管性疾病導致的死亡率更高[2]。糖尿病往往存在糖脂代謝異常，表現為慢性高血糖和血脂異常，包括總膽固醇(total cholesterol，TC)、三酰甘油(triglycerides，TG)、低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)等水平升高，而高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol，HDL-C)水平下降[3]，這些改變是動脈粥樣硬化的高危因素。在動脈粥樣硬化發生發展過程中，血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)起重要作用。在糖尿病狀態下，VSMCs從收縮表型向合成表型轉變，其增殖與遷移加快，促進了動脈粥樣硬化發生發展[4-5]。研究表明，自噬能夠調控VSMCs的生物學功能，自噬缺失誘發VSMCs死亡和促進動脈粥樣硬化，導致動脈粥樣硬化斑塊不穩定[6-7]。而糖脂代謝紊亂能夠調控VSMCs自噬功能，進而影響動脈粥樣硬化進程[5,8]。現就糖脂代謝紊亂對VSMCs自噬的調控作用機制及靶向VSMCs自噬的藥物研究進展予以綜述，以期發現防治糖尿病動脈粥樣硬化性疾病的新靶點，并促進相關創新藥物的研發。

1 VSMCs自噬對動脈粥樣硬化的影響

VSMCs位于血管中膜層，是構成血管壁組織結構的主要細胞成分，能夠維持血管張力和調控血壓。在病理狀態下，VSMCs發生表型轉化，并出現生物學功能改變[5]，參與多種疾病的發生發展。在動脈粥樣硬化發生發展過程中，VSMCs大量增殖，導致血管中膜層增厚和管腔狹窄。且VSMCs還能遷移到血管內膜下，合成與分泌膠原纖維，構成脂質條紋纖維帽，參與形成動脈粥樣硬化斑塊[9]。另一方面，VSMCs吞噬內膜下脂質，形成泡沫細胞，促進動脈粥樣硬化。而VSMCs發生凋亡或壞死將會導致粥樣硬化斑塊不穩定，甚至斑塊破裂，繼發血栓形成或血管栓塞事件。

近年研究顯示，VSMCs自噬功能的改變參與了動脈粥樣硬化的病理進程[6-7]。自噬是真核細胞通過溶酶體降解細胞內受損的蛋白質或細胞器，從而維持細胞內環境穩定的一種自我防御機制。此外，降解蛋白質或細胞器所產生的氨基酸、脂肪酸等又能被細胞重新利用，從而維持細胞功能。事實上，過度自噬會導致VSMCs自我過度消化，進而誘發細胞死亡；相反，缺乏自噬也會誘發VSMCs死亡，促進動脈粥樣硬化和斑塊不穩定[6-7]。而適當活化自噬能夠維持VSMCs存活，促使細胞由合成表型向收縮表型轉化，改善動脈功能和動脈粥樣硬化[5,10]。

研究表明，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是調控自噬的重要負性調節激酶，調控mTOR依賴性信號通路，如抑制磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號通路[5,11]，或抑制胞外信號調節激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)信號通路[12]，或活化AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)信號通路[10,13]均能抑制mTOR活性，進而促進VSMCs自噬。此外，促進信號轉導及轉錄激活因子3(signal transduction and activator of transcription 3，STAT3)信號通路或提高細胞抗氧化能力也能夠誘導VSMCs自噬[14-15]，改善動脈粥樣硬化。

2 糖脂代謝紊亂對VSMCs自噬的影響

臨床上，糖尿病以慢性高血糖為特征，并伴有血脂異常，是糖尿病并發動脈粥樣硬化及動脈粥樣硬化性大血管病變的高危因素。學者發現，在高脂飲食聯合低劑量鏈脲佐菌素誘導的2型糖尿病大鼠或鏈脲佐菌素聯合高脂飲食誘導的糖尿病載脂蛋白E(apolipoprotein E，ApoE)敲除小鼠中存在大血管病變(斑塊)和自噬水平的改變，并伴有血糖、血脂LDL-C、TC、TG水平升高和HDL-C水平下降[5,8]。這提示，糖脂代謝紊亂與VSMCs自噬有密切聯系。

2.1高糖對VSMCs自噬的調控作用及機制 研究發現，高脂飲食聯合低劑量鏈脲佐菌素誘導的2型糖尿病大鼠空腹血糖水平明顯升高，主動脈收縮性增強，動脈中膜層α平滑肌肌動蛋白和自噬相關蛋白(autophagy-related protein，ATG)微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)蛋白表達水平下降[5]，提示VSMCs表型發生改變，并伴有自噬水平下降。體外研究顯示，高濃度(25 mmol/L)葡萄糖能夠促進人VSMCs增殖與遷移[16]，給予大鼠原代VSMCs高糖處理48 h后，α平滑肌肌動蛋白表達減少，而波形膠原蛋白和膠原纖維Ⅰ表達明顯增加，表明細胞由收縮表型向合成表型轉變[5]；同時，VSMCs自噬標志蛋白LC3Ⅱ表達水平、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值以及ATG Beclin-1表達水平明顯下降，而p62蛋白表達水平明顯升高[5]。采用mTOR抑制劑雷帕霉素誘導VSMCs自噬能夠逆轉高糖導致的上述改變[5]，且AMPK激動劑阿卡地新也能夠抑制高糖誘導腸系膜上動脈LC3Ⅱ蛋白表達和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值下降以及p62蛋白表達水平升高[17]。此外，長期高血糖與蛋白質反應產生的晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)呈濃度依賴性促進VSMCs增殖與遷移[18]。其中，急性(24 h內)AGEs刺激VSMCs能夠促進LC3Ⅱ蛋白表達和抑制p62蛋白表達，誘導產生自噬[19-21]。長期(超過24 h)AGEs刺激VSMCs則能夠促使細胞成骨轉化和鈣化，抑制LC3Ⅱ、Beclin-1蛋白表達和自噬，而雷帕霉素能逆轉LC3Ⅱ蛋白表達[22]。糖尿病狀態下葡萄糖氧化障礙，糖酵解增強，其代謝產物乳酸增加。高濃度乳酸能夠加快VSMCs鈣化，抑制LC3Ⅱ蛋白表達和促進p62蛋白表達，減少自噬[23]。進一步研究顯示，高糖能夠增加VSMCs磷酸化Akt和mTOR蛋白的表達[5]，長期AGEs誘導能夠抑制AMPK磷酸化和促進mTOR磷酸化[22]，而阿卡地新能夠逆轉高糖環境下或長期AGEs誘導下細胞LC3Ⅱ和p62蛋白表達[17，22]。急性AGEs刺激VSMCs能抑制Akt及mTOR磷酸化，促進ERK磷酸化，進而誘導自噬；相反，活化Akt和抑制ERK磷酸化均能抑制急性AGEs誘導VSMCs自噬[19]。此外，急性AGEs刺激還能通過活化缺氧誘導因子-1α/丙酮酸脫氫酶激酶4信號通路促進VSMCs自噬[20]。這些表明，高糖至少通過mTOR依賴的Akt及AMPK信號通路調控VSMCs自噬。

另有研究顯示，高脂飲食聯合低劑量鏈脲佐菌素誘導的2型糖尿病大鼠胸動脈平滑肌自噬水平升高，而高糖(25 mmol/L或30 mmol/L)處理原代VSMCs 24 h或48 h也能夠誘導細胞自噬，并與AMPK/mTOR信號通路密切相關[24-25]。進一步研究表明，高糖能誘導VSMCs氧化應激，產生活性氧類(reactive oxygen species，ROS)，造成細胞損傷和細胞凋亡[26]。而ROS能夠誘導細胞自噬[27]，這可能是細胞對氧化應激造成其損傷的反饋性防御反應。但高水平或長期ROS刺激則會干擾自噬流，導致凋亡信號通路活化。

2.2脂質異常對VSMCs自噬的調控作用及機制 在高脂飲食誘導的動脈粥樣硬化ApoE敲除小鼠中，通過mTOR復合物(mammalian target of rapamycin complex，mTORC)1/ULK1/ATG13信號通路活化VSMCs自噬能夠抑制動脈粥樣硬化進展，升高α平滑肌肌動蛋白水平和降低斑塊中脂質含量，維持斑塊穩定[28]。同樣，在鏈脲佐菌素聯合高脂飲食誘導的糖尿病ApoE敲除小鼠中，血脂LDL-C、TC、TG水平升高，HDL-C水平下降，動脈粥樣硬化斑塊脂質沉積，管腔面積減少，斑塊面積增加，自噬水平下降；而抑制mTOR活性誘導VSMCs自噬能夠降低TG水平，并逆轉上述病理改變[8]。體外研究顯示，高濃度氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)能促進VSMCs脂質沉積，并呈時間依賴性減少LC3Ⅱ和Beclin-1蛋白的表達，增加p62蛋白表達，進而抑制自噬，激活凋亡信號通路[29-32]，抑制溶酶體產生，促進泡沫細胞形成[29]。此外，飽和脂肪酸能夠抑制VSMCs自噬流，促進血管鈣化[33]。進一步研究顯示，ox-LDL能顯著抑制VSMCs經典Ⅲ型PI3K和Beclin-1蛋白的表達[31]，并抑制硬脂酰輔酶A去飽和酶1(stearoyl-coenzyme A desaturase 1，SCD1)表達，而高表達SCD1能夠減輕細胞脂質沉積，增加LC3Ⅱ和溶酶體相關膜蛋白1、溶酶體相關膜蛋白2表達，恢復細胞自噬功能，并抑制泡沫細胞形成[29]。另外，ATG14是經典Ⅲ型PI3K復合物的組成部分，能夠特異性調控自噬[34]。ox-LDL能夠抑制人VSMCs中CTBP1-AS2(一種長鏈非編碼RNA)的表達和促進微RNA(microRNA，miRNA/miR)-195-5p表達，進而抑制LC3Ⅱ、Beclin-1和ATG14表達，抑制細胞自噬[35]。高表達CTBP1-AS2能夠抑制細胞miR-195-5p表達和促進ATG14表達，逆轉ox-LDL對細胞自噬的抑制[35]。這些研究表明，ox-LDL通過抑制PI3K/Beclin-1信號通路和SCD1表達，或下調CTBP1-AS2/miR-195-5p/ATG14通路抑制VSMCs自噬。

另有研究顯示，中等濃度ox-LDL能夠促進VSMCs蛋白(LC3Ⅱ、Beclin-1和AGT5)表達，提高LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值，誘導細胞自噬[36]，同時誘發氧化應激，產生大量ROS，抑制抗凋亡蛋白Bcl-2表達和促進胱天蛋白酶3、Bcl-2相關X蛋白表達，激活凋亡信號通路，這與凝集素樣ox-LDL受體1表達增加密切相關[36-37]。且ox-LDL還能促使第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因誘導激酶1(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten-induced putative kinase 1,PINK1)和E3泛素連接酶Parkin募集到損傷的線粒體，誘發VSMCs線粒體自噬。敲除PINK1或Parkin會加重ox-LDL誘導VSMCs凋亡；而高表達PINK1則促進自噬，減輕ox-LDL誘導VSMCs凋亡[38]。同樣，高濃度游離膽固醇也能誘導VSMCs表達LC3Ⅱ和產生自噬泡[39]。而非酯化脂肪酸油酸和棕櫚酸能夠抑制VSMCs增殖，促進LC3、Beclin-1和ATG5蛋白表達，增強自噬流，這涉及凝集素樣ox-LDL受體1表達上調和調控PI3K/Akt及促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK信號通路[40]。進一步研究發現，氧化脂蛋白的主要組成部分7-酮基膽固醇能促使人主動脈VSMCs高表達還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4，促進凋亡蛋白活化型胱天蛋白酶3和內質網應激相關蛋白真核起始因子2α、活化轉錄因子6和葡萄糖調節蛋白78表達，從而誘發內質網應激和細胞凋亡、死亡[41]。同時，VSMCs還伴有自噬，抗氧化處理或敲除還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4能夠逆轉7-酮基膽固醇誘導的自噬[41]，表明7-酮基膽固醇誘導細胞自噬依賴于ROS。且應用雷帕霉素誘導自噬能夠減輕7-酮基膽固醇誘導VSMCs內質網應激和細胞凋亡，改善ApoE敲除小鼠主動脈動脈粥樣硬化[41]。因此推測，高水平脂質導致VSMCs脂質超載和泡沫細胞化，并觸發氧化應激，產生大量ROS，嚴重損傷細胞器和誘發細胞凋亡；而ROS則能誘發細胞自噬，以便清除損傷的細胞器和降解脂質，維持細胞存活。

3 靶向VSMCs自噬防治糖尿病動脈粥樣硬化的藥物

糖脂代謝異常通過調控VSMCs自噬影響動脈粥樣硬化的發生發展，因此揭示其潛在的作用機制可為研發相關防治藥物提供新的作用靶點。

3.1上調VSMCs自噬而抑制糖尿病動脈粥樣硬化的藥物

3.1.1西藥 有證據表明，部分藥物能夠上調VSMCs自噬，進而改善動脈粥樣硬化。如前列腺素E1具有擴張血管、抑制血小板聚集的作用，其能夠改善循環，臨床多用于治療糖尿病微血管病變、血栓性靜脈炎、重癥肢體缺血等[42]。研究顯示，前列腺素E1能夠通過抑制VSMCs在高糖環境下的Akt/mTOR信號通路，增加LC3Ⅱ和Beclin-1蛋白表達，抑制p62蛋白表達，誘發自噬，進而促使VSMCs由合成表型向收縮表型轉化，改善2型糖尿病大鼠大血管病變[5]。這提示，VSMCs自噬是防治糖尿病動脈粥樣硬化性血管病變的重要靶向。

利血平是一種用于治療輕中度高血壓的吲哚生物堿，其能夠加快血漿脂質清除，降低血漿TC水平，抑制血脂沉積于血管壁[43]。進一步研究發現，利血平能夠增強LC3和Beclin-1基因表達，升高LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值，促進Beclin-1蛋白表達，進而誘發VSMCs自噬，抑制VSMCs 增殖[44]。

鈣離子通道阻滯劑是臨床常用的降壓藥，是一類潛在的抗動脈粥樣硬化藥物。研究發現，維拉帕米能夠誘導VSMCs高表達LC3Ⅱ，升高LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值，促進細胞自噬，拮抗細胞增殖[45]。此外，硝苯地平能夠通過抑制鈣離子水平升高，增強AMPK活性而抑制mTOR信號通路，從而誘導VSMCs自噬，減少細胞衰老[46]。

mTOR能夠負性調節自噬，作為mTOR抑制劑，雷帕霉素也具有潛在的抗動脈粥樣硬化作用。研究表明，雷帕霉素能夠通過抑制mTOR磷酸化，升高LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值，促進Beclin-1蛋白表達，抑制p62蛋白表達，誘導VSMCs自噬，進而抑制高糖環境下細胞表型轉化和細胞衰老[5,47]。

3.1.2中藥 中醫學認為，糖尿病屬于“消渴”范疇，其動脈粥樣硬化性大血管病在心脈則胸痹心痛，在腦血管則易發中風，在肢體末端嚴重者則發壞疽脫落。但不管病發何處，其關鍵病理因素為瘀血，關鍵病機為瘀血阻滯，或因氣虛血瘀，或因陰虛血滯，或因陽虛血凝，或因痰濕血阻，治療上當以活血化瘀為法，兼以益氣、養陰、溫陽、祛痰之法。在臨床實踐中，活血化瘀類中藥(牡丹皮、銀杏葉、紅花等)常用于治療動脈粥樣硬化性疾病。研究發現，牡丹皮提取物丹皮酚能夠激活VSMCs經典Ⅲ型PI3K/Beclin-1和AMPK/mTOR信號通路，上調動脈粥樣硬化小鼠主動脈及ox-LDL誘導下的VSMCs自噬，進而抑制細胞增殖和凋亡，改善動脈粥樣硬化進展[10,31]。銀杏葉提取物則通過抑制mTOR信號通路維持主動脈自噬水平，并抑制內質網應激，進而改善糖尿病ApoE敲除小鼠的脂代謝異常和動脈粥樣硬化[8]。此外，通過溫陽散寒而達到活血作用的中藥(如補骨脂、附子)也能夠治療鏈脲佐菌素誘導的糖尿病及其并發癥。研究發現，補骨脂提取物甲基補骨脂黃酮能夠通過抑制mTOR磷酸化，增加LC3和Beclin-1蛋白表達，誘導VSMCs自噬，從而抑制細胞鈣化和細胞凋亡[48]。附子提取物附子多糖能夠升高ox-LDL誘導下VSMCs的LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值，抑制p62蛋白表達，改善自噬，進而抑制ox-LDL導致的細胞鈣化，而經典Ⅲ型PI3K抑制劑——3-甲基腺嘌呤能阻斷此效應[32]。研究還發現，具有通陽豁痰功效的藥對瓜蔞-薤白能夠改善動脈粥樣硬化小鼠血脂，促進主動脈VSMCs自噬，進而抑制動脈粥樣硬化斑塊形成[49]。以上研究表明，補骨脂、附子、瓜蔞-薤白能夠促進VSMCs自噬，具有潛在的抗動脈粥樣硬化的作用。

3.2下調VSMCs自噬而調控糖尿病動脈粥樣硬化的藥物

3.2.1西藥 靶向下調VSMCs自噬是當前研發防治動脈粥樣硬化新藥的趨勢。二甲雙胍是臨床用于治療肥胖2型糖尿病的首選降糖藥物，同時其還能夠抑制VSMCs遷移，具有抗動脈粥樣硬化的作用[50]。進一步研究發現，二甲雙胍能夠抑制高糖環境下的LC3蛋白表達和增加p62蛋白表達，進而抑制VSMCs自噬，并通過miR-142-3p/高遷移率族蛋白B1自噬途徑抑制細胞增殖和遷移[25]。此外，二甲雙胍還能通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路，減少LC3和Beclin-1基因及蛋白表達而干擾自噬，進而抑制VSMCs增殖和凋亡，改善腹動脈瘤病理生理過程[51]。有文獻報道，二甲雙胍能夠通過激活AMPK/mTOR信號通路，促進VSMCs自噬而抑制β-甘油磷酸酯誘導的血管鈣化[52]。二甲雙胍對VSMCs自噬產生不同的調控作用，可能與VSMCs基礎自噬水平，mTOR上游的調控因子mTORC1與mTORC2之間的負反饋調控，以及不同信號通路(如PI3K/Akt/mTOR與AMPK/mTOR信號通路)之間的相互作用有關[53]。可見，二甲雙胍對VSMCs自噬的抑制或促進作用是這些影響因素相互作用的共同結果，并取決于占主導的因素。

3.2.2中藥 復方中藥腦心通是由黃芪、丹參、赤芍等16味中藥研制而成的中成藥，具有益氣活血、化瘀通絡的功效。它能抑制ox-LDL誘導下的LC3和Beclin-1蛋白表達，減輕自噬進而抑制VSMCs增殖[54]，具有抗動脈粥樣硬化的作用。其中，具有活血化瘀功效的丹參是腦心通主要組成藥物之一，是臨床治療糖尿病大血管病變的常用中藥。進一步研究發現，丹參提取物丹參酮ⅡA能夠通過調控促分裂原活化的蛋白激酶信號通路而下調自噬，從而抑制VSMCs增殖[55]。另一主要組成中藥黃芪，具有益氣而活血之功效，其提取物黃芪甲苷能夠抑制ApoE敲除小鼠胸主動脈礦物化和自噬，提高VSMCs磷酸化ERK1/2和mTOR活性，改善動脈粥樣硬化進展[12]。此外，吳門調脂顆粒由蒲黃、澤瀉、姜黃等中藥組成，功能主要為祛瘀通絡，它能夠抑制雷帕霉素誘導VSMCs LC3蛋白表達和減少自噬小體，進而促進生理狀態下VSMCs LC3蛋白表達和自噬小體形成，具有潛在的抗動脈粥樣硬化作用[56]。因此推測，部分活血化瘀類中藥對VSMCs自噬有雙向調節作用，這可能與VSMCs基礎自噬水平密切相關。

4 小 結

VSMCs自噬功能的改變參與了動脈粥樣硬化的病理進程。糖脂代謝紊亂借助對VSMCs自噬的調控作用促進了糖尿病動脈粥樣硬化的發生發展。研究表明，高糖通過Akt/mTOR、AMPK/mTOR等信號通路調控VSMCs自噬，而脂質通過經典Ⅲ型PI3K/Beclin-1、PI3K/Akt、促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK及CTBP1-AS2/miR-195-5p/ATG14等信號通路調控VSMCs自噬[5,17,22,31,35,40]。目前，靶向VSMCs自噬已成為研發防治動脈粥樣硬化新藥的重要趨勢，其中活血化瘀類中藥是研究的熱點之一。然而，自噬是一把雙刃劍，適當的自噬水平能夠改善動脈粥樣硬化，缺乏自噬或過度自噬則促進動脈粥樣硬化發展。高糖是動脈粥樣硬化的高危因素，但高糖對VSMCs自噬的調控作用是促進還是抑制尚需進一步明確。此外，目前尚缺乏糖尿病動脈粥樣硬化有關VSMCs自噬的直接病理證據。進一步研究糖脂代謝紊亂對VSMCs自噬的調控機制將有助于發現防治糖尿病動脈粥樣硬化的新作用靶標，加快相關藥物研發。