自噬與心肌重構研究進展

楊偉 苗立坤 陳章榮

(1.漯河市中心醫院，河南 漯河 462000；2.貴州醫科大學附屬醫院，貴州 貴陽 550000)

心肌重構是心臟在正常狀態或疾病進展過程中的一個動態適應的過程，包括心臟結構、尺寸、質量、形狀和功能的改變。許多心臟疾病如高血壓、冠心病等都可引起心肌重構，最終導致心力衰竭。自噬是一種區別于凋亡的程序性細胞死亡方式，是細胞消化自身細胞器和內容物的一種生命現象。細胞可通過自噬對受損的細胞器和異常的蛋白質等細胞內容物進行分解，并循環利用[1]。自噬可通過清除衰老的細胞器及破壞的蛋白質，來維持心臟功能與形態，對心臟起到保護作用[2]。研究[3]發現自噬參與心肌重構的發病過程，在心肌肥厚、心力衰竭、心肌梗死后心肌重構、心肌纖維化等一系列心臟疾病中扮演著重要角色，但其作用機制仍不清楚，因此深入研究自噬在心肌重構發生發展中的作用顯得尤為重要。

1 概述

1.1 自噬的分類

自噬(autophagy)一詞源于希臘語中的auto(自我)和phagy(吞噬)，意為自體吞噬，近年來成為研究的熱門。正常生理過程中，自噬通過消除不健康的細胞器、蛋白質聚集物和入侵的病原體，促進細胞成分的循環，產生能量，用于細胞更新和穩態調節。根據細胞內物質運送到溶酶體的方式不同，可將自噬分為三個類型：(1)大自噬：內質網或者線粒體來源的單層或者雙層膜包裹細胞質中可溶性大分子形成自噬體，與溶酶體形成自噬溶酶體，釋放溶酶體酶降解相應底物；(2)小自噬：溶酶體膜自身發生內陷，直接吞噬細胞質內容物并將其降解，此過程不會形成自噬體。(3)伴侶介導的自噬：伴侶蛋白協助蛋白底物通過溶酶體膜降解，此過程降解蛋白具有選擇性[4]。

1.2 自噬相關基因及自噬過程

自噬基因最初在酵母基因篩選中被發現，目前有超過30多個自噬相關(Atg)基因在小鼠和哺乳動物細胞模型中被證實。細胞自噬過程包括：自噬誘導、自噬體形成、自噬體延伸、自噬體成熟和自噬體裂解[5]。當機體營養缺乏時，作為細胞內營養狀況的傳感器，雷帕霉素靶蛋白復合物1受到抑制，使 Atg13去磷酸化后并與Atg1結合，形成的Atg1復合物與Vps34(PI3K)-Atg6(Beclin-1)復合物一起介導膜泡的成核，促進自噬體結構形成，在泛素活化酶E1和E2的作用下，自噬體結構伸展擴張，最后自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體，在溶酶體水解酶的作用下降解，產生氨基酸及部分蛋白，為細胞提供營養和能量[2]。

2 自噬與心肌肥厚

心肌肥厚代償是一種適應性反應，可增加心肌收縮力，維持心輸出量。越來越多研究[6]發現自噬在心肌肥厚過程中扮演重要角色，自噬可通過增加蛋白質降解，減少心肌細胞肥大，拮抗心室肥厚，當心臟生理水平自噬活性降低時，心肌細胞內蛋白質異常聚集，導致心肌肥大。作為自噬調節的關鍵蛋白Atg5，調控自噬小體形成，研究[7]發現Atg5缺失的成年小鼠，心臟自噬明顯減弱從而出現心肌肥厚、收縮功能障礙等。上述研究均表明自噬在心肌肥厚過程中起一定保護作用，可有效抑制心肌肥厚。但也存在相反的結論，自噬過表達，小鼠可自發出現心肌肥大，這可能與自噬水平升高有關[8]。同樣在Beclin-1過表達的轉基因小鼠模型中，自噬活性顯著增強并出現病理反應：如心肌肥厚，收縮功能降低，小鼠的早期死亡率升高[9]，這表明自噬對心肌肥厚可能是不利因素。自噬在心肌肥厚中的相反的作用，與誘發原因、疾病損傷程度及自噬水平不同有關，生理水平的自噬在心肌肥厚中起到保護作用，但是過度自噬反而會加重心肌肥厚，仍需要進一步研究。

3 自噬與心力衰竭

心肌重構是心力衰竭中重要的病理生理階段，是心肌凋亡、心肌肥大和心肌纖維化共同作用的結果[10]。研究發現在心力衰竭過程中存在自噬激活，Andres等[11]通過研究擴張型心肌病患者的心臟，發現自噬小體形成與慢性心力衰竭更好的預后呈正相關，證實了自噬在心力衰竭中的保護作用。但是也有研究證實自噬在心力衰竭中發揮致病作用，Lu等[12]在阿霉素誘導的心力衰竭大鼠模型中，應用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤后，發現大鼠Beclin-1表達降低，伴隨心肺血流動力學改善，推測自噬在心力衰竭中發揮致病作用。鑒于相反的結論，目前自噬在心力衰竭發生發展過程中是上調還是下調，發揮有利還是有害的作用，尚有分歧，有觀點認為生理水平的自噬對心力衰竭起到保護作用，超生理水平的自噬是導致心肌細胞死亡、細胞丟失，最終引起心力衰竭的原因[13]。在自噬相關的動物實驗中也證實了生理水平的自噬和超生理水平的自噬與心力衰竭的相關性，主動脈弓縮窄的小鼠，自噬在最初(主動脈弓縮窄后1周)抑制心肌肥大，但隨著慢性心力衰竭的發展(主動脈弓縮窄后4周)，微管相關蛋白輕鏈3-Ⅱ水平增加，自噬增加超過了基礎水平，從而加重心力衰竭[7]。這表明生理水平自噬在正常心功能和結構中的保護作用，超生理水平的自噬在病理性心肌重構和在收縮期心力衰竭的發展中的促進作用。有學者推測：心肌肥厚發生過程中，早期壓力超負荷導致心肌代償性肥厚，自噬水平短暫下調，此時自噬起保護作用，晚期心臟失代償，自噬活性上調，此時自噬起損傷作用[14]。因此，從肥厚性心臟向衰竭性心臟的過渡過程中過度自噬會產生有害的影響，但是自噬在慢性心力衰竭中的作用尚未完全明確，需要更多的研究。

4 自噬與心肌梗死后心肌重構

心肌梗死后的心肌重構是心力衰竭最重要的病因。研究發現大鼠心肌梗死模型中，在急性期和亞急性期均存在自噬增強，存在自噬體標志物微管相關蛋白輕鏈3-Ⅱ表達上調[15]。Feng等[16]在大鼠急性心肌梗死后第2周和第4周檢測到大鼠的自噬水平變化，發現大鼠心肌細胞自噬呈一個動態的過程，心肌梗死后第2周自噬呈自適應性增加，隨著時間的增加，自噬水平逐漸下降，且心肌損傷程度逐漸惡化，在體外細胞實驗中，當抑制自噬后，損傷和細胞凋亡顯著增加。適應性自噬是急性心肌梗死后心肌細胞免受損傷的一個重要機制。也有研究發現大鼠心肌內過表達miR-99a，通過抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號途徑，增加自噬，減輕心肌重構，改善急性心肌梗死后心功能。表明自噬的激活具有保護作用，進一步上調自噬是減輕心肌重構的重要治療靶點[17]。

5 自噬與心肌纖維化

心肌纖維化是心肌細胞外基質的網狀沉積，是心肌重構的重要內容。臨床常見疾病如冠心病、高血壓、擴張型心肌病、肥厚型心肌病及心肌炎等均可引起心肌纖維化，心肌纖維化與心功能不全和心律失常的風險增加直接相關[18]。自噬作為一種區別于凋亡的程序性細胞死亡方式，在成纖維細胞的心肌重構中起關鍵作用，最近的證據表明，自噬可能通過激活成纖維細胞，促進心肌纖維化，在大鼠心肌梗死模型中，心肌成纖維細胞中轉化生長因子-β增加促進心肌纖維生成，與自噬標志物的上調相關[19]。也有研究[20]證實作為自噬調節信號通路：雷帕霉素靶蛋白信號途徑在促纖維化生長因子和成纖維細胞激活中起重要作用。另一項研究[21]發現，在大鼠心臟壓力過載的模型中，自噬增加與主動脈弓縮窄后的纖維化的減少相關。

6 自噬與心肌重構的治療

6.1 雷帕霉素

雷帕霉素屬于大環內酯類免疫抑制劑，是自噬的關鍵調節因子哺乳動物雷帕霉素靶蛋白的抑制劑，在大鼠心肌梗死后心力衰竭模型中，予雷帕霉素治療后，大鼠心功能明顯改善，其可通過促進自噬，抑制心肌細胞凋亡及心肌重構[22]。也有研究[23]發現雷帕霉素可通過激活自噬，改善主動脈狹窄、心肌梗死、血管緊張素Ⅱ等誘導的心肌肥厚，從而改善心功能。臨床中使用雷帕霉素、西羅莫司和依維莫司作為藥物涂層支架的藥物，即為獲準的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白抑制劑，已在實驗模型中被用于增強自噬作用。在未來臨床工作中，雷帕霉素為預防和治療心肌肥大、心肌重構提供了一個新思路。

6.2 二甲雙胍

二甲雙胍是一種通常用于早期治療糖尿病的藥物，可增加OVE26糖尿病小鼠的單磷酸腺苷依賴的蛋白激酶水平和自噬，預防心肌病的發生[24]。此外，在心肌梗死后慢性心力衰竭的大鼠模型中，發現二甲雙胍可保留心臟功能，改善心肌梗死后的心肌重構[25]。不僅如此，一項關于二甲雙胍治療心力衰竭研究的薈萃分析發現，二甲雙胍可有效降低心力衰竭患者的發病率和死亡率[26]。上述研究表明在一定條件下，二甲雙胍可通過增強心肌細胞自噬，減輕心肌重構，改善心力衰竭。

6.3 腎素-血管緊張素

血管緊張素Ⅱ是一個由8個氨基酸組成的寡肽，在心室肥大與心力衰竭的發病機制中起著重要作用。血管緊張素Ⅱ廣泛參與了心血管系統的自噬過程，血管緊張素Ⅱ能夠通過自噬加重細胞的肥大、纖維化等，是心力衰竭發病過程中的重要機制[27]，臨床上如纈沙坦可以選擇性阻斷血管緊張素Ⅱ與血管緊張素1型受體結合，卻不影響血管緊張素2型受體，可以通過下調過度的自噬性細胞死亡來保護心肌細胞，改善心肌重構。

7 小結

自噬是一個復雜而又嚴格調控的過程，在細胞穩態中起著重要的作用。大量研究為自噬揭開了神秘面紗，正常狀態下的自噬對維持體內平衡至關重要，自噬參與了心肌重構的發生發展過程。心肌細胞的自噬失調與多種心血管疾病有關，但是過度的激活也可能是有害的。自噬在治療心肌重構中具有巨大的潛力，未來的研究對自噬不同靶點的調控也許是治療心力衰竭、逆轉心肌重構的新方法，為提高心力衰竭患者生存率提供了新的思路和方向。