食源性天然產物調控線粒體自噬預防神經退行性疾病的研究進展

曹雨欣，張彥青,，戚務勤，解軍波

（1.天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134；2.天津中醫藥大學中藥學院，天津 301617）

神經退行性疾病是由于神經元及其髓鞘喪失所導致的一種神經元功能障礙狀態，在臨床表現出運動功能障礙、認知功能下降以及癡呆等癥狀。目前，由于老齡化進程的加深，全球范圍內神經退行性疾病的發病率不斷上升，不僅增加了患者的死亡風險，而且給社會帶來了沉重的經濟負擔，所以探尋預防神經退行性疾病的新方式已經成為當前的研究熱點[1]。

線粒體是機體中一種重要的細胞器，它通過細胞中多種代謝途徑進行能量供給[2]，對于維持機體正常狀態發揮重要的生理作用。線粒體自噬通過自噬體、自噬蛋白等相關因子，以清除受損線粒體的方式維持線粒體的功能及細胞內的穩態[3-4]，是目前研究較為廣泛的一種選擇性自噬過程。在神經退行性疾病的發展過程中，線粒體自噬通常表現出異常狀況，導致機體內受損線粒體過度累積，從而造成更嚴重的神經元損傷、加快神經退行性疾病的進程[5]。因此，調控線粒體自噬是預防神經退行性疾病的有效途徑。

近年來，眾多研究發現食源性天然產物在防治神經退行性病癥中表現出巨大的應用潛力，例如存在于柑橘類水果中的天然黃烷酮類物質柚皮素會上調與線粒體自噬相關的蛋白PTEN誘導的激酶1（PTEN induced putative kinase 1，PINK1）的表達，改善帕金森病（Parkinson’s disease，PD）模型斑馬魚的游泳行為缺陷[6]；通過納米技術制備牛乳衍生的外泌體包裹從茶葉等植物中提取出的表兒茶素沒食子酸酯（epicatechin gallateloaded exosomes，ECG-Exo）處理魚藤酮（rotenone，Rot）誘導的SH-SY5Y細胞，發現ECG-Exo可能會通過抑制線粒體自噬與細胞凋亡對PD產生潛在的治療作用[7]。因此，開發安全有效的食源性天然產物對保護神經退行性病變具有極其重要的意義。據此，本文主要針對線粒體自噬與神經退行性疾病之間的聯系，對食源性天然產物調控線粒體自噬所發揮的神經保護作用與機制進行綜述，以期對未來食源性天然產物的深入開發利用提供新的思路。

1 線粒體自噬

1.1 線粒體自噬的過程

線粒體自噬主要通過清除多余或受損線粒體維持細胞穩態[8]，可劃分為4 個階段：1）由于氧化應激、饑餓等因素，造成線粒體受損，其通透性發生改變，并出現去極化等現象；2）受損線粒體被自噬體特異性包裹，形成線粒體自噬體；3）線粒體自噬體與溶酶體發生融合，形成線粒體自噬溶酶體；4）受損的線粒體在形成的“吞噬泡”中被消化降解[9]。

1.2 線粒體自噬的機制

由于線粒體外膜（mitochondrial outer membrane，MOM）上的受體蛋白本身含有與自噬體中微管相關蛋白輕鏈3（light chain 3，LC3）結合的結構域，能夠直接介導線粒體自噬的發生[10]。因此線粒體自噬主要涉及的作用機制可分為以下兩種（圖1）：通路介導的線粒體自噬以及受體介導的線粒體自噬。

圖1 線粒體自噬過程與機制Fig.1 Process and mechanism of mitophagy

1.2.1 通路介導的線粒體自噬

清除受損線粒體的最主要方式是Parkin/PINK1通路介導的線粒體自噬，也是目前研究探索最為完善的一種方式。在正常的生理條件下，線粒體具有完整的膜電位，PINK1作為一種絲氨酸/蘇氨酸（serine/threonine，Ser/Thr）激酶在胞質中合成后，會轉移到線粒體內膜（mitochondrial inner membrane，MIM）中被PARL切割后降解，不會引起線粒體自噬的發生[11]。當線粒體去級化/受損時，線粒體膜電位消散，PINK1從外向內的轉移過程受到阻礙，并不斷累積在MOM上。此時PINK1會召集Parkin到MOM上使其磷酸化，而被磷酸化的Parkin會泛素化MOM上能被選擇性自噬受體識別的蛋白[8]，例如Mfn1/2，以及參與細胞代謝、鈣離子轉運通道、細胞存活和細胞凋亡的VDAC1。當上述過程結束后，PINK1和Parkin會協同泛素鏈介導自噬蛋白一起被聚集到MOM上，從而形成自噬體包裹受損線粒體再與溶酶體結合，最后降解受損線粒體成為小分子物質進行回收利用[12-13]。

1.2.2 受體介導的線粒體自噬

除了主要的Parkin/PINK1通路所介導線粒體自噬之外，同時也存在幾種蛋白質受體會以不依賴Parkin/PINK1通路的方式影響該過程的發生，但受體介導的線粒體自噬大多會在特定的條件下發揮他們的作用[14]，例如FUNDC1會在缺氧的條件下與LC3發生相互作用介導線粒體自噬，NIX則是在紅細胞成熟期間誘導線粒體自噬的發生。

1.2.2.1 FUNDC1

人體中的FUNDC1蛋白受體具有155 個氨基酸，作為一種高度保守的蛋白，在低等細菌、酵母菌或者高度靈長類動物中都能找到其同源蛋白的存在[15]。而內源性的FUNDC1蛋白僅存在于MOM上，在缺氧條件下作為特異性調節因子誘導線粒體自噬的發生。研究表明FUNDC1通過暴露在胞質中N末端的LC3相互作用區（LC3 interacting region，LIR）與LC3發生相互作用調節線粒體自噬[16]。在正常的生理條件下，Src激酶通過磷酸化LIR基序中酪氨酸（tyrosine，Tyr）18位點抑制FUNDC1所介導的線粒體自噬[17]；而在缺氧的條件下，Src激酶失去活性導致FUNDC1被去磷酸化，此時去磷酸化的FUNDC1與LC3-II結合，觸發下游的線粒體自噬作用。

1.2.2.2 NIP3樣蛋白X/Bcl2/腺病毒E1B相互作用蛋白3

NIX和BNIP3是在MOM上均具有LIR和BH3結構域，但各自具有不同功能的兩種受體蛋白[11]。在20多年前，人們探尋到了NIX的存在，它被認為是可誘導細胞凋亡或壞死的促凋亡Bcl2家族蛋白[18]。隨著研究的逐漸深入，人們發現NIX能夠通過促進自噬體的形成參與線粒體自噬，它作為線粒體自噬受體所起的作用已經超出了促凋亡蛋白的功能[19]。BNIP3作為NIX的同源體，也是一種促凋亡蛋白[20]。在缺氧條件下，BNIP3通過LIR結構域與LC3蛋白發生相互作用誘導線粒體自噬的發生[21]，并且當其發生磷酸化時，會增強這種相互作用，進一步提高線粒體自噬水平。

1.2.3 其他

除了上述受體蛋白以外，FKBP8能夠通過LIR與LC3A相結合介導線粒體自噬的發生，但在該過程中，自噬體包裹受損線粒體后，FKBP8會轉位逃逸至內質網防止自身被降解[22]。NLRX1是Nod樣受體（Nod-like receptor，NLR）家族中唯一存在于線粒體上的蛋白。研究發現，單核細胞增生李斯特菌所分泌的溶血素會促進NLRX1與LC3的結合，誘導線粒體自噬的發生[23]。迄今為止，NLEX1作為線粒體自噬受體如何在線粒體上被激活還尚未明確。以上研究均表明存在于MOM上的蛋白會介導線粒體自噬的發生，而部分存在于MIM上的受體蛋白對該過程也具有調控作用[24]。CL是MIM的特征磷脂蛋白，在采用自噬誘導劑Rot處理SH-SY5Y細胞的研究中發現，CL在MOM上高度表達并直接與LC3相互作用介導線粒體自噬的發生，并且在該過程發生之前CL會受到跨膜轉位受磷脂促翻轉3（phospholipid scramblase-3，PLS3）等蛋白的作用，從MIM轉位至MOM[25]，定位于MIM上的PHB2則會在MOM破裂時與LC3-II結合介導線粒體自噬的發生[26]。

2 線粒體自噬與神經退行性疾病

2.1 阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）

AD作為最常見的神經退行性疾病，一般發生在人們的中老年時期，并伴隨著進行性認知功能障礙以及相關行為損害[27]。它主要的病理特征是β-淀粉樣蛋白（amyloidβ-protein，Aβ）累積帶來的神經炎性斑（neuritic plaque，NP）、過度磷酸化Tau蛋白帶來的細胞內神經原纖維纏結（neurofibrillary tangles，NF）以及小膠質細胞被過度激活所導致的神經炎癥反應[28-30]。Aβ與Tau蛋白的沉積會帶來線粒體功能障礙，而后者又會導致毒性蛋白沉積的再次增多。研究表明，AD小鼠中會出現線粒體自噬水平降低的情況[31]，且缺乏線粒體自噬標志蛋白PINK1的小鼠出現認知障礙的時間會早于正常小鼠，而此情況可以通過上調PINK1蛋白的表達得到緩解[32]。雖然線粒體自噬障礙是導致AD的原因還是AD所引發的結果還未可知，但線粒體自噬功能障礙可以作為AD相關的一個新標志[33]。目前人們發現采用藥物對線粒體自噬進行調控能夠緩解AD的進程，但這些藥物存在一定的不良反應且只能夠延緩AD發展[34-36]，因此需要更探尋天然來源的產物干預AD。

2.2 PD

PD又名震顫麻痹，常表現出運動遲緩、姿勢障礙、靜態震顫等癥狀。它具有兩大病理特征，一是黑質多巴胺神經元和其他含色素的神經元大量變性丟失[37]；二是路易體中α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-syn）的異常沉積[38]。線粒體的變化在PD發病機制中起到了極為重要的影響，而突變的Parkin和PINK1基因及其蛋白產物可能會引起早發性常染色體隱性遺傳形式PD的發生[39-40]。相關研究表明，在PD中Parkin通過上調動力相關蛋白（dynamin-related protein 1，Drp1）促進線粒體裂變，并下調Mfn1/2以防止線粒體融合，導致線粒體更容易被吞噬細胞吞噬[41]。但Parkin的突變形式在受到去極化損傷后并不能定位在線粒體內，因此線粒體自噬過程受到抑制，進而促進神經退行性病變的發生[42]。除了PINK1和Parkin之外，與PD相關的大多數基因α-syn、富亮氨酸重復激酶2（leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2）和GBA的突變都會導致線粒體功能障礙，也是PD發病機制的主要因素。在GBA1敲除的小鼠模型中，Laura等[43]發現其體內的線粒體功能缺陷、膜電位水平降低，DJ-1基因缺失則會導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）和Parkin/PINK1介導的線粒體自噬水平過高[44]。鑒于線粒體自噬是細胞清除受損線粒體和防止釋放促死亡介質的主要手段，而機體內的過度自噬也會帶來神經細胞的凋亡，因此為了預防減緩PD病情的發展，應當維持機體內的線粒體自噬穩態。

2.3 亨廷頓病（Huntington’s diseases，HD）

HD是一種常染色體顯性遺傳的神經退行性疾病，通常表現為運動障礙、認知功能下降并伴有精神障礙。許多研究推測HD的發生與大腦和外周組織中普遍存在的亨廷頓蛋白（Huntington protein，HTT）有關[45-46]，其主要原因可能是突變的亨廷頓蛋白（mutated Huntington protein，mHTT）基因中胞嘧啶-腺嘌呤-鳥嘌呤重復序列的擴增引起的突變[47-49]。mHTT形成不溶性聚集體與其他蛋白質作用時會導致機體能量失衡，從而影響神經元功能。線粒體作為機體能量的生產者，當其發生功能障礙時會加快HD的發生[50-52]。而線粒體自噬在HD中會出現自噬水平與識別能力降低的現象，mHTT也可能會通過減少與SQSTM1/P62的相互作用阻止受損線粒體向自噬體的傳遞。在敲入HdhQ111的小鼠以用于研究HD癥狀的紋狀體細胞中，觀察發現線粒體和GFP-LC3標記的自噬體膜的共定位顯著降低，線粒體自噬被破壞[50]。而隨后的實驗表明，增加PINK1/Parkin的表達可以改善其中的線粒體完整性和神經保護作用，說明靶向線粒體自噬可作為治療HD的一種潛在方式。

2.4 肌萎縮性脊髓側索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）

ALS是一種進行性且最終致命的神經退行性疾病，它通過損傷脊髓和腦運動神經元導致機體癱瘓和死亡[53]。ALS發病的分子機制尚不明確，但能確定的是，ALS一些相關基因與線粒體自噬之間存在聯系，包括在ALS患者中發現了3 種類型的視神經蛋白（optineurin，OPTN）突變基因，這些基因會通過線粒體自噬參與ALS的發病[54]，TANK結合激酶1（TANK-binding kinase，TBK1）通過募集和磷酸化OPTN蛋白到去極化的線粒體上激活線粒體自噬[55]。運動神經元內大量聚集物和錯誤折疊蛋白的積累是ALS的主要病理標志，TDP-43等相關基因的聚集可能會干擾ALS中正常的PINK1/Parkin依賴性線粒體自噬[56]。研究證明增加Parkin的表達會誘導TDP-43泛素化和重新定位，從而恢復其表型，緩解ALS的病理情況[57]，因此誘導線粒體自噬可能會對ALS具有一定改善作用。

3 食源性天然產物在神經退行性疾病中對線粒體自噬的調控

上述研究表明，線粒體受損會涉及許多神經退行性疾病的發生與發展，且其自噬扮演了相當重要的角色，可能是預防改善神經退行性疾病的突破點。食源性天然產物與人們的生活息息相關，具有不同結構與種類，包括黃酮類、生物堿類、多酚類及其次生代謝物等。在此，對不同結構的食源性天然產物通過線粒體自噬預防神經退行性疾病的研究進行分類論述。

3.1 天然多酚類

3.1.1 槲皮素（quercetin，Qu）

Qu是一種藥理活性豐富的多酚類化合物，普遍存在于許多水果和蔬菜中[58]，包括刺山柑、無花果、蔓越莓等。研究表明，Qu通過上調線粒體自噬通路蛋白Parkin/PINK1的表達，恢復脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）誘導小鼠小膠質細胞（BV2細胞）和原代小膠質細胞中線粒體自噬水平，減少P62與TOMM20之間的共定位，抑制炎癥因子白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表達與NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）的激活，減弱小膠質細胞的增殖與吞噬活性[59]。而另一研究表明，Qu同樣通過該通路促進線粒體自噬，以劑量依賴的方式降低6-羥基多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）誘導PC12細胞ROS、線粒體膜電位（membrane potential，MMP）的增加與α-syn的沉積，在后續體內研究中，進一步證明Qu通過提高線粒體自噬水平減少機體中氧化應激反應，緩解6-OHDA誘導的PD大鼠運動行為障礙及神經損傷[60]。

3.1.2 白藜蘆醇（resveratrol，RES）

RES是一種藥食同源的天然多酚類化合物，主要來源于葡萄、漿果等植物組織中。RES具有多種生物活性，包括抗氧化、抗炎、保護心臟等器官[61]以及預防神經疾病[62]。研究表明，RES能夠上調Aβ1-42誘導大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤（PC12細胞）中LC3-II/LC3-I比值、Beclin-1、Parkin蛋白與mRNA的水平促進線粒體自噬的發生，特異性消除TOMM20與LC3的共定位，可能通過自噬-溶酶體途徑加快清除機體內多余的受損線粒體，緩解Aβ引起的氧化損傷與線粒體功能障礙[63]。線粒體自噬抑制劑的使用會極大減弱RES對AD的保護作用，說明RES所誘導的線粒體自噬會通過減輕氧化應激抑制Aβ引起的神經損傷。

3.1.3 大豆異黃酮（soybean isoflavones，SI）

哺乳動物雷帕霉素靶點（mammalian target of rapamycin，mTOR）的下游效應子腦表達X連接2蛋白（brain expressed X-linked 2 proteins，BEX2）廣泛存在于中樞神經系統中，與細胞凋亡、細胞代謝過程密切相關[64]。SI主要來源于大豆及豆制品，諸多研究證實大豆及豆制品中含有的生物活性物質對神經退行性疾病具有良好的治療作用[65-67]。三嗪類除草劑莠去津（atrazine，ATR）會誘導人腦黑質區中多巴胺能神經元的退化，引發PD。研究表明，SI預處理人神經母細胞瘤細胞（SH-SY5Y細胞）能夠靶向上調BEX2蛋白的表達，從而促進線粒體自噬相關蛋白BNIP3、NIX、TOM20和LC3-II的表達水平，促進線粒體自噬，防止ATR誘導的細胞代謝衰竭與細胞凋亡，增加細胞內三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）濃度、Na+-K+-ATP酶活性和線粒體膜電位水平，并將受損線粒體隔離至自噬小泡中，從而對PD的發生起到一定的預防作用[68]。

3.2 天然黃酮類

3.2.1 芹菜素

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）是細胞代謝和生產ATP的重要輔助因子，NAD+代謝途徑異常會引起線粒體功能障礙，導致神經元變性。據報道，NAD+能夠激活sirtuins蛋白質家族中的蛋白，從而維持細胞穩態[69]，且能上調MIM中的SIRT3蛋白，引起線粒體自噬水平的升高[70]。芹菜素是一種天然黃酮類化合物，在自然界中廣泛分布于溫熱帶地區，在水果、蔬菜尤其是芹菜中含量較高。研究表明，芹菜素能夠提高LPS處理后小鼠海馬區域中NAD+/NADH的比率，從而提高SIRT3的活性，誘導過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活物-1α（peroxisome proliferatoractivated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）、線粒體轉錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）、Mfn2、視神經萎縮-1（optic atrophy-1，OPA1）的水平，增加線粒體自噬蛋白PINK1、Parkin的表達與LC3II/I的比率，促進線粒體的融合與線粒體自噬，維持線粒體的正常功能，有效減緩小鼠海馬神經元退行性病變，維持各種代謝功能正常運轉[71]。

3.2.2 水飛薊賓

水飛薊是原產于地中海盆地的一種可食用植物，水飛薊賓是從其中提取得到的一種天然黃酮類成分，具有強而有效的抗氧化性[72]，對神經疾病具有一定的治療作用。研究表明，在PD模型小鼠中，水飛薊賓一方面能恢復1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydrodropyridine，MPTP）誘導線粒體自噬蛋白Parkin、PINK1以及LC3-I向LC3-II的轉化率，清除受損線粒體，另一方面能抑制氧化應激反應與促炎因子IL-1β、TNF-α與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1的表達，減少α-syn在紋狀體中的沉積，從而緩解小鼠多巴胺能神經元的退化與運動功能障礙[73]。

3.2.3 蘆丁（rutin，Rut）

Rut是一種廣泛分布在自然界中的藥食同源產物，在橙皮、番茄中均能檢測出其存在，具有抗氧化、抗炎、抗病毒等多種生物活性。研究表明，Rut能夠顯著減少MPTP誘導SH-SY5Y細胞的ROS水平升高，上調線粒體自噬蛋白PHB2、TOM20和LC3II/LC3I的表達，與抗氧化應激通路相關蛋白（轉錄因子NF-E2相關因子2（nuclear factor erythroid2-related factor 2，Nrf2）、血紅素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1）、醌氧化還原酶1（NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1，NQO1））的表達有關[74]。進一步的實驗數據顯示，沉默PHB2蛋白的表達會抑制Rut的保護作用，因此Rut減輕PD中的氧化應激反應與神經損傷，可能與PHB2介導的線粒體自噬水平升高有關。

3.2.4 黃芩素

miRNA是一種內生的非編碼單鏈小RNA，長度約20～24 個核苷酸，在細胞內具有調節細胞代謝、增殖等多種作用，在PD的發病過程中起到至關重要的作用，有報道稱，miR-30a-5p可能通過調節線粒體動力學與自噬緩解PD的癥狀[75]。黃芩素是一種藥食同源的黃酮類化合物，能夠通過調節miRNA起到抗癌作用。研究表明，黃芩素能夠下調PD大鼠模型中miR-30b的表達，并靶向上調線粒體自噬蛋白NIX的表達，通過NIX/BNIP3通路促進線粒體自噬的發生[76]。在其后續研究中，進一步探究了黃芩素通過miR-30b調控線粒體自噬的其他途徑，實驗數據顯示，在PD大鼠模型中，黃芩素還能夠通過miR-30b靶向激活SIRT1，發揮其多靶點治療的作用，上調腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）/mTOR通路的表達，促進線粒體自噬，改善PD大鼠中的線粒體功能，起到神經保護作用[77]。

3.2.5 芒果苷

芒果苷是從芒果的果實、樹皮中提取出來的天然黃酮類化合物，具有抗炎、抗氧化以及提高認知功能多種生理活性。研究表明，在MPTP誘導的PD小鼠模型中，較低水平的芒果苷顯著下調Drp1蛋白的表達，抑制線粒體自身的分裂，提高線粒體中ATP的含量，并恢復MPTP誘導的PINK1、Parkin、NIX、BNIP3和FUNDC1等線粒體自噬蛋白的表達，促進線粒體自噬，從而緩解PD小鼠的運動功能障礙[78]。

3.3 皂苷類

3.3.1 人參皂苷

人參作為一種傳統中草藥植物，所含有的成分具有多種活性作用。人參皂苷作為人參中含有其中一種活性成分，除了具有緩解疲勞、保護心臟等作用[79]以外，還有對神經退行性疾病的預防作用。研究表明，在Aβ25-35誘導的PC12細胞損傷模型中，加入人參皂苷Rg1共同作用24 h，能上調Parkin/PINK1通路蛋白，提高其下游銜接靶點NDP52、OPTN的水平，共同促進線粒體自噬，從而緩解細胞損傷。在后續研究中，通過沉默PINK1蛋白的表達發現Rg1對相關線粒體自噬蛋白的影響減弱，說明線粒體自噬是Rg1改善Aβ誘導神經細胞損傷的途徑之一[80-81]。

3.3.2 墨旱蓮皂苷I

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路是信號從細胞表面傳遞至細胞核的重要途徑，主要具有細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38/MAPK）和細胞外信號調節激酶5（extracellular signal-regulated kinase 5，ERK5）這4 種分支路線，在機體內積極參與細胞生長、發育、凋亡等一系列生理活動，包括對線粒體自噬的調控。墨旱蓮皂苷I（eclalbasaponin I，EI）是從中國東北著名的藥食同源植物天竺葵中提取出來的三萜皂苷類天然產物。研究表明，EI通過促進細胞自噬抑制過氧化氫誘導的SH-SY5Y細胞凋亡與氧化應激反應[82]，在其后續的研究中，EI通過激活MAPK中的P38與ERK兩條通路，減少促凋亡蛋白Bax的表達，增加Nrf2、HO-1及相關抗氧化蛋白的表達，并上調線粒體自噬蛋白PINK1和Parkin，促進線粒體與溶酶體的融合緩解線粒體功能障礙，抑制過氧化氫引起的ROS升高，從而對神經退行性疾病產生有效的預防作用[83]。

3.4 生物堿類

3.4.1 咖啡堿

咖啡因是一種植物生物堿，主要來源于咖啡豆之中，對PD等神經退行性疾病有一定的預防效果。研究表明，在Rot誘導的SH-SY5Y細胞損傷模型中，咖啡因通過誘導Drp1 Serine637位點的去磷酸化，促進線粒體本身的分裂，增加細胞中LC3-I向LC3-II的轉化率，提高了線粒體與自噬小體的共定位，通過上調線粒體自噬水平恢復受損線粒體，從而緩解Rot誘導的多巴胺能神經元損傷[84]。

3.4.2 番茄堿

番茄堿是番茄中的一種天然生物堿類成分，具有抗炎、降脂等作用。研究表明，番茄堿能夠通過激活Nrf2/SKN-1（哺乳動物中帽領家族重組與合成蛋白，即Nrf/CNC蛋白的同源物）途徑，上調野生型秀麗隱桿線蟲中的PINK-1（哺乳動物PINK1的同源物）與DCT-1（哺乳動物NIX/BNIP3L的同源物）蛋白表達，促進線粒體自噬從而延長其壽命，且在大鼠神經元與人類細胞中也能檢測到相應的變化。因此食源性天然產物能夠通過抗氧化的方式調控神經退行性疾病中的線粒體自噬異常[85]。

3.5 其他食源性天然產物

3.5.1 尿石素A（urolithin A，UA）

UA由腸道菌群生成，是存在于石榴、漿果和堅果等食物中的多酚化合物鞣花單寧的一種天然代謝產物[86-87]。研究表明，UA能提高AD線蟲模型中線粒體自噬的相關基因（PINK1、PDR-1（Parkin的哺乳動物同源物）、芐氯素1（beclin1，BECN1）與磷酸化的UNC-51樣激酶1）的表達，通過PDR-1、PINK-1兩個作用靶點促進線粒體自噬，改善Aβ1-42引起的CL2355線蟲學習記憶能力下降，并且UA能減少AD小鼠前額皮質區域中受損的線粒體和線粒體活性氧水平，通過誘導線粒體自噬的發生對不同物種所產生的認知障礙具有一定的治療作用[29]。同樣，UA通過該通路恢復LPS降低BV2細胞線粒體自噬水平，從而抑制炎癥因子IL-1β、TNF-α、環氧合酶-2的表達與炎性小體NLRP3的激活，緩解PD模型中小膠質細胞介導的神經炎癥與神經變性[88]。

3.5.2 鼠尾草酸（carnosic acid，CA）

Mic60是線粒體接觸部位和嵴連接組織系統的核心蛋白，參與線粒體結構重塑維持線粒體功能的穩定，而Mic60可能會受到蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）的負向調控，以及PINK1磷酸化其Ser或Thr的影響[89]。CA是迷迭香中的一種二萜類化合物，它已被證明能夠通過增加機體中的抗氧化物質，改善PD體內外模型中的神經變性。研究表明，采用CA預處理能夠緩解6-OHDA引起SH-SY5Y細胞中的線粒體損傷，而該過程通過上調PINK1激活Parkin的表達，加強泛素化蛋白與VDAC1蛋白的相互作用以增強線粒體自噬，減少6-OHDA引起的細胞凋亡[90]。因此在其后續的研究中表明，CA通過阻止6-OHDA引起的PKA通路激活與PINK1表達減少，調節Mic60磷酸化以促進PINK1與Pakin蛋白的表達，減少線粒體細胞色素c的釋放，從而起到神經保護作用[91]。

3.5.3 姜黃素（curcumin，Cur）

據報道，位于MIM上的PARL蛋白會調控其加工過程中引起線粒體碎片化的β裂解，對線粒體動力學的平衡產生影響[92]，PARL對細胞凋亡與恢復線粒體功能均具有重要作用，通過影響PINK1在線粒體上的積累以介導線粒體自噬的發生。從生姜中提取出的天然二酮類化合物Cur具有良好的抗炎、抗癌、抑制血栓、保護心臟等作用，同時也對神經退行性疾病有著良好的預防作用[93-94]。研究表明，低濃度Cur能夠緩解因5-氟尿嘧啶與奧沙利鉑引發的小鼠認知障礙，通過上調細胞中PARL蛋白，提高PINK1與Parkin蛋白的表達，從而誘導線粒體自噬的發生，緩解由化療藥物誘導小鼠神經損傷[95]，但由于缺少對相關蛋白表達的檢測數據，無法對Cur影響線粒體自噬的水平給出具體結論。

3.5.4 核桃肽

線粒體是細胞內ROS的主要來源，高水平的ROS會引起機體中的氧化應激反應。研究表明，線粒體自噬是應激期間維持細胞穩態的重要角色，線粒體自噬的過度發生會導致疾病的加重[96]。核桃肽是存在核桃中的天然小分子肽類物質，相關研究表明，核桃肽能夠通過促進Aβ25-35誘導的PC12細胞自噬抑制氧化應激，減少細胞損傷[97]，且在后續的研究中，核桃衍生肽YVLLPSPK依賴于激活抗氧化Nrf2/KEAP1/HO-1通路的表達，降低Drp1和MOM蛋白VDAC1的表達，增加線粒體融合蛋白2（mitofusin 2，Mfn2）、PINK1與Parkin和溶酶體關聯膜蛋白1的表達，促進東莨菪堿誘導小鼠海馬體中的線粒體自噬，抑制小鼠的神經元紊亂、線粒體膜內基質溶解與嵴消失，恢復線粒體功能以緩解東莨菪堿導致的小鼠認知障礙[98]。

3.5.5 亞精胺（spermidine，Spd）

Spd是活躍在人體中的一種生物胺，也可從納豆、小麥胚芽中提取得到。研究表明，在PD線蟲模型中加入Spd，線蟲中的α-syn蛋白沉積減少，運動能力與壽命均上升。同樣地，在AD線蟲模型中，Spd的加入，使線蟲壽命延長約37.5%，減少腸道脂褐素的沉積。Spd的加入均提高了兩種線蟲中的自噬水平，在后續的研究中發現，Spd依賴于PINK1/PDR-1線粒體自噬途徑發揮延長壽命、改善運動能力的作用，在相關線蟲模型中發揮上述神經保護作用，說明線粒體自噬是Spd延緩衰老、預防神經退行性疾病的有效作用途徑[99]。

由上可知，多數食源性天然產物可通過多種途徑對線粒體自噬進行調控（表1），大致存在以下3 種情況：1）食源性天然產物對線粒體自噬通路蛋白與受體蛋白進行調節從而影響線粒體自噬水平（圖2A）；2）食源性天然產物通過調節線粒體形態相關蛋白對線粒體自噬進行調控（圖2B）；3）食源性天然產物通過抗氧化、抗凋亡以及調節代謝等相關通路對線粒體自噬進行調控（圖2C）。目前有多種天然產物在關于線粒體與自噬方面的研究，特別是藥食同源的天然成分，但多數研究主要對神經退行性疾病中的其他作用機制或只基于線粒體自噬通路進行了簡單探究，例如紅景天苷[100]、6’’’-阿魏酰斯皮諾素[101]以及細葉遠志皂苷[102]等，其更為具體的分子調控機制有待進一步探究。

表1 食源性天然產物對線粒體自噬的調控方式Table 1 Regulation of mitophagy by food-derived natural products

圖2 食源性天然產物對線粒體自噬的調控機制Fig.2 Regulatory mechanism of food-derived natural products on mitophagy

4 結語

神經退行性疾病常發于中老年人群之中，致病因素復雜多樣，單純針對一兩個途徑的治療并不能高效減少其帶來的神經損傷。食源性天然產物不僅具有安全無毒、靶點治療多等優勢，且人們能夠從日常飲食的攝入中輕松獲得。通過上述研究發現線粒體自噬作為治療神經退行性疾病的潛在靶點，食源性天然產物能夠通過不同的機制調控線粒體自噬在機體中的穩態，從而預防神經退行性疾病的發生。

然而，大部分研究依舊存在著一些問題，首先部分研究僅處于體外實驗階段，缺少體內實驗與臨床應用相應的研究數據，且大多數體外研究的給藥濃度與時間各不相同，導致橫向對比相對困難，因此后續應更側重于體內與臨床方面的研究。其次，線粒體自噬是一個動態過程，在神經退行性疾病中常常出現被抑制的情況，但同時過度誘導自噬的發生也會加快疾病的進程，如何準確調節線粒體自噬的水平、維持線粒體自噬穩態也是現在研究中需要進一步研究的難點。最后，食源性天然產物臨床治療中應用實例較少，且部分在臨床應用中的食源性天然產物也存在生物利用度差、水溶性降低、物理和化學性質不穩定性等局限性，對此更需要對食源性天然產物進一步開發，可通過分子對接等研究方法，預測分析食源性天然產物與線粒體自噬相關蛋白（Parkin、PINK1等）的結合模式與強弱，篩選治療神經退行性疾病更為有效的天然成分[104]，并且可以通過納米技術與納米載體等，提高食源性天然產物有效治療程度[105-106]。常用于遞送以增加天然產物及其化合物生物利用度的納米載體包括納米粒、脂質體、膠束、納米脂質載體等，相關研究也證明了作為香料食用的迷迭香中所含有的迷迭香酸對HD有一定的治療效果[107]、茶葉中含有的表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯可用于治療AD[108]等，但這部分相關研究大多集中于食源性天然產物對神經退行性疾病的其他機制上，而從線粒體自噬角度重點探索食源性天然產物對神經退行性疾病治療效果的內容相對較為匱乏，所以未來針對這方面的研究還需要更多的實驗數據支撐。

綜上所述，隨著研究的逐漸加深，進一步積極探尋線粒體自噬在神經退行性疾病中的作用方式，并有效利用新技術，開發對此具有調控緩解作用的食源性天然產物至關重要。