鄭愛甜+吳標(biāo)良
【關(guān)鍵詞】 自噬;血管;再生
中圖分類號:R364 文獻標(biāo)識碼:A DOI:10.3969/j.issn.1003-1383.2017.03.026
自噬(autophagy)是細胞將受損細胞器及衰老的生物大分子(如變性的蛋白質(zhì))運輸?shù)饺苊阁w進行消化降解,以胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)自噬體為特征的細胞自我消化過程,自噬廣泛存在于真核細胞生物[1]。目前認(rèn)為自噬在應(yīng)激防御、維持細胞的自穩(wěn)態(tài)、促進細胞的存活、調(diào)節(jié)生長發(fā)育等方面有很大作用。在細胞內(nèi),細胞自噬的表現(xiàn)形式有多種,其共性是通過溶酶體降解細胞內(nèi)的成分。近年來,越來越多的研究證明自噬與創(chuàng)面的愈合、修復(fù)密切相關(guān)。本文將對自噬與血管再生的研究進展進行闡述。
1 自噬對內(nèi)皮細胞功能的影響
血管再生基于完整內(nèi)皮的存在,新血管形成起始的中心環(huán)節(jié)是內(nèi)皮細胞的增殖、遷移和出芽。血管內(nèi)皮細胞是覆蓋在血管內(nèi)膜表面并且相互緊密連接的單層細胞,它有效地將血液和血管壁分隔開來,具有信息傳遞、分泌生長因子、參與血管生成等多種重要的生理功能。
1.1 自噬通過生長因子對內(nèi)皮細胞功能產(chǎn)生影響
生長因子是具有刺激細胞生長活性的細胞因子,調(diào)節(jié)細胞生長與其他細胞功能等多效應(yīng)的多肽類物質(zhì)。研究表明,生長因子的表達會影響細胞的增殖、細胞外基質(zhì)的合成等[2]。促進血管壁形成的常見生長因子有血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、血管生成素(ANG)、血小板源性生長因子(PDGF)、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)等。VEGF是內(nèi)皮細胞最具特異性的生長因子,對血管形成所起的作用最為關(guān)鍵,其在體內(nèi)外均可誘導(dǎo)血管新生,同時可通過刺激內(nèi)皮細胞產(chǎn)生一氧化氮(NO)增加血管的通透性。王慷慨等[3]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)VEGF處理可顯著增加Beclin-1、ATG4、ATG5、LC3-II等自噬相關(guān)基因的表達,而自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(methyl adenine,3-MA)預(yù)處理則顯著抑制了VEGF介導(dǎo)的 HUVECs管型形成和細胞遷移能力,表明了VEGF通過自噬誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞管型形成。宣敏等人[4]制作大鼠皮膚急性創(chuàng)面模型,觀察富血小板血漿(PRP)對創(chuàng)面新生血管的影響、PRP對自噬的影響及自噬和創(chuàng)面愈合的相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)PRP組創(chuàng)面較對照組明顯出現(xiàn)新生毛細血管,管腔增大,并初步形成毛細血管網(wǎng),且與自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、p62與CD31相關(guān),提示PRP通過自噬的影響參與了創(chuàng)面愈合中的血管再生。同時,楊光唯等通過對靜脈血栓再通機制的研究發(fā)現(xiàn),3-MA通過調(diào)控自噬水平,提高血栓局部內(nèi)皮細胞的增殖,促進了毛細血管生成[5]。劉慧慧等[6]探討纖維蛋白在管腔樣結(jié)構(gòu)形成作用的研究中,發(fā)現(xiàn)人臍靜脈內(nèi)皮細胞在纖維蛋白的作用下可見管腔樣結(jié)構(gòu),同時VEGF和LC3的表達隨著纖維蛋白濃度增加而增加,反映了纖維蛋白可通過激活自噬和提高VEGF的表達,促進細胞增殖,誘導(dǎo)血管再生。Shen等[7]在經(jīng)脂肪因子Chemerin處理后的內(nèi)皮細胞中,觀察活性氧(ROS)及自噬相關(guān)蛋白的表達,結(jié)果表明Chemerin通過促進血管內(nèi)皮細胞的自噬,誘導(dǎo)了新生血管的形成。另有研究表明[8],在缺氧微環(huán)境下,存在于血管內(nèi)皮的血管生成素快速釋放,促進內(nèi)皮細胞與細胞外基質(zhì)解離,活化并促進血管內(nèi)皮細胞的遷移,同時可增強血管內(nèi)皮細胞對VEGF的敏感性,從而促進血管生成。在抗血管生成實驗中發(fā)現(xiàn),自噬抑制劑3-MA在抑制血管生成和增加細胞凋亡中具有協(xié)同作用[8],自噬相關(guān)基因Beclin-1通過降低血管生成素Ang蛋白及mRNA的表達,抑制細胞的增殖[9]。
對血管內(nèi)皮細胞增殖具有促進作用的生長因子,除了上述的VEGF、血管生成素,還有如肝細胞生長因子(HGF)、胎盤源性生長因子(PIGF)等。有研究表明,HGF通過上調(diào)VEGF刺激內(nèi)皮細胞增生,PIGF可通過誘導(dǎo)單核細胞聚集、增加巨噬細胞的存活及激活 p38MAPK等方式促進內(nèi)皮細胞生長,加速新生血管的形成及側(cè)支循環(huán)的建立,且不會出現(xiàn)如VEGF促進新生血管形成所引起水腫、低血壓等副反應(yīng)[10~11]。
上述研究表明,自噬可對多種生長因子的調(diào)節(jié)作用促進內(nèi)皮細胞生長,而內(nèi)皮細胞的增殖、分化是新生血管形成的重要基礎(chǔ),對改善創(chuàng)面血液循環(huán)、促進創(chuàng)面愈合有重要意義。
1.2 自噬通過抗氧化應(yīng)激對內(nèi)皮細胞產(chǎn)生影響
在創(chuàng)面血管再生的過程中,局部組織缺氧、低灌注可誘導(dǎo)自噬,自噬發(fā)揮了抗氧化應(yīng)激的損傷作用,促進了細胞的存活。韓婧等人[12]在內(nèi)皮細胞受氧化應(yīng)激損傷后其細胞的保護機制研究中,發(fā)現(xiàn)姜黃素可抑制氧化應(yīng)激過程中轉(zhuǎn)錄因子的核轉(zhuǎn)位,激活了信號通路IP3K/Akt/mTOR引發(fā)自噬,從而抑制氧化應(yīng)激引起的內(nèi)皮細胞損傷。活性氧(ROS)可通過介導(dǎo)內(nèi)皮細胞產(chǎn)生過多的ROS而致內(nèi)皮細胞功能損傷[13~14]。范俊等人[14]研究發(fā)現(xiàn)血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)可升高血管內(nèi)皮細胞的ROS水平,但同時可誘發(fā)自噬,防止內(nèi)皮細胞損傷。肖丹丹、劉建蘭等[15~16]研究發(fā)現(xiàn)Hcy誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞自噬的發(fā)生,在其引起的血管內(nèi)皮細胞損傷中起保護作用。連曉鵬[17]研究發(fā)現(xiàn)過氧化氫(H2O2)通過誘發(fā)細胞過度自噬致微血管內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激損傷,而重組人促紅細胞生成素可通過激活信號通路PI3K/AKT/mTOR,抑制細胞過度自噬水平,達到對血管內(nèi)皮細胞的氧化應(yīng)激損傷起保護作用。糖尿病發(fā)病率越來越高,高糖可引起線粒體ROS產(chǎn)生增加,促進氧化應(yīng)激,誘發(fā)病理性自噬,導(dǎo)致血管內(nèi)皮細胞損傷[18]。有研究表明,氧化型低密度脂蛋白可通過影響內(nèi)皮細胞的結(jié)構(gòu),降低內(nèi)皮細胞的抗氧化能力,抑制其活性,增強其氧化應(yīng)激所致的血管內(nèi)皮細胞損傷[19]。羅云等人[20]研究發(fā)現(xiàn)檧木皂苷C可減少ox-LDL所致的血管內(nèi)皮細胞損傷,其作用機制可能是該藥能激活信號通路STAT3、FOxO1誘導(dǎo)自噬的發(fā)生、上調(diào)血管內(nèi)皮細胞的抗凋亡活性。研究[21~22]發(fā)現(xiàn)糖基化終末產(chǎn)物通過激活信號通路PI3K/Akt/mTOR提高自噬水平,在AGEs誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞凋亡中,自噬起到保護作用。
氧化應(yīng)激是創(chuàng)面中的常見狀態(tài),上述研究表明了氧化應(yīng)激對創(chuàng)面自噬的重要意義,自噬可通過創(chuàng)面形成的氧化應(yīng)激促進內(nèi)皮細胞生長,促進創(chuàng)面血管再生。
1.3 線粒體自噬
目前,血管內(nèi)皮細胞線粒體相關(guān)功能在心血管疾病中的研究受到廣泛關(guān)注。線粒體自噬,即通過自噬機制選擇性地清除老化或者受損的線粒體,實現(xiàn)能量的再循環(huán)利用過程[23]。研究發(fā)現(xiàn),線粒體自噬通過激活信號通路PINK1/Parkin清除代謝中受損的線粒體來維持其功能的完整,從而保護血管內(nèi)皮細胞[23]。陳俊莉[24]在藥物阿魏酸對體內(nèi)低灌注引起血管內(nèi)皮細胞損傷的保護研究中發(fā)現(xiàn),線粒體自噬是其重要的保護機制。在缺氧狀態(tài)下,機體會產(chǎn)生過多的ROS,因此ROS的水平可以間接反映細胞在缺血缺氧后的損傷程度,ROS同時可以誘導(dǎo)線粒體自噬,通過線粒體自噬減少自身水平,促進細胞存活[25]。由此可見,自噬還可通過線粒體形式發(fā)揮能量調(diào)節(jié)作用,保護內(nèi)皮細胞功能,促進血管再生。
2 自噬與血管重塑
2.1 自噬對血管平滑肌細胞的作用
血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)作為血管壁中層的重要細胞組成部分,對血管壁結(jié)構(gòu)和功能的維持有著重要的作用。張佩佩[26]研究發(fā)現(xiàn),雷帕霉素能通過溶酶體途徑激活自噬,抑制VSMC增殖,反映了自噬參與VSMC的增殖。胡鵬飛等[27]以AGEs刺激血管平滑肌細胞后,發(fā)現(xiàn)VSMC的遷移和增殖能力明顯增強,且自噬相關(guān)蛋白表達增加,而經(jīng)自噬抑制劑處理的VSMC,其增殖能力明顯減弱,提示了AGEs通過誘導(dǎo)自噬促進了血管平滑肌細胞的增殖。邱偉文等[28]研究發(fā)現(xiàn)氧化低密度脂蛋白對血管平滑肌細胞的增殖亦有促進作用,而腦心通能明顯抑制該現(xiàn)象,其機制主要與該藥能降低血管平滑肌細胞的自噬水平有關(guān)。實驗表明,自噬相關(guān)基因LC3表達增加,增強了VSMC的增殖遷移能力[29],說明了PDGF通過誘導(dǎo)自噬刺激VSMC表型轉(zhuǎn)化,促進血管重塑。
2.2 自噬對成纖維細胞、細胞外基質(zhì)的作用
血管重塑以內(nèi)皮細胞及平滑肌細胞的出芽、增生、遷移為主要特征,外膜的成纖維細胞(AF)發(fā)生表型轉(zhuǎn)化,后經(jīng)過增殖、分化,同時分泌大量纖維粘連蛋白及Ⅰ型膠原,對新生的毛細血管進行必要的修飾過程[30]。宣敏[4]的實驗研究發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)基因LC3、Beclin-1在皮膚創(chuàng)緣處、新生肉芽組織的血管內(nèi)皮細胞及成纖維細胞中均可見陽性表達,間接表明了自噬參與了成纖維細胞在創(chuàng)面愈合中的作用。另外,細胞外基質(zhì)在血管生成過程中能給予內(nèi)皮細胞與周圍組織提供聯(lián)系,防止新生血管塌陷[31]。早在1996年,就有研究結(jié)果表明,成纖維細胞是創(chuàng)面修復(fù)中血管重塑的主要細胞[32]。既往,大家一致認(rèn)為VEGF僅局限表達于血管內(nèi)皮細胞,之后研究發(fā)現(xiàn)血管外膜成纖維細胞也分泌VEGF,而且VEGF還參與介導(dǎo)成纖維細胞促進血管重構(gòu)的過程[33]。鄒剛玲等[34]研究發(fā)現(xiàn)血管緊張素Ⅱ通過增強自噬活性促進成纖維細胞的遷移和增殖能力。Marchesi等發(fā)現(xiàn)缺失PC5/6基因的大鼠(ecKO)血管重塑能力較正常大鼠下降,表明了成纖維細胞通過誘導(dǎo)自噬參與血管重塑的過程[35]。同時,細胞外基質(zhì)降解產(chǎn)物也可通過誘導(dǎo)自噬的活性促進成纖維細胞增生、新生毛細血管形成[36]。
上述研究表明,自噬不但促進了血管內(nèi)皮細胞的生長,還參與了血管重塑的重要過程,在創(chuàng)面血管再生中發(fā)揮重要作用,是血管再生的重要調(diào)控機制。
3 小結(jié)與展望
綜上所述,目前已有很多研究表明自噬活動參與血管再生,且對自噬有調(diào)控作用的信號通路也多有研究。自噬作為血管再生過程中的重要參與者,同時自噬的激活可產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)抑制血管生成,且其在血管形成的促進與抑制作用處于一種動態(tài)平衡,然而,自噬會在什么條件下被過度激活,會不會影響其他細胞的反應(yīng),并且如何有效地控制自噬水平,是否還存在其他自噬調(diào)控的靶點,相關(guān)的研究比較少。相信隨著研究的深入,自噬介導(dǎo)血管再生的明確機制會逐漸明朗,具有廣闊的研究前景。
參 考 文 獻
[1] Lee J,Giordano S,Zhang J.Autophagy, mitochondria and oxidative stress:cross-talk and redox signaling[J].Biochem J,2012,441(2):523-540.
[2] Barrientos S,Stojadinovic O,Golinko MS,et al.Growth factors and cytokines in wound healing[J].Wound Repair Regen,2008,16(5):585-601.
[3] 王慷慨,肖 卉,陳岸蘭,等.自噬在血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞管型形成中的作用[J].中國病理生理雜志,2012,28(11):2040.
[4] 宣 敏. 自噬參與衰老皮膚創(chuàng)面愈合的相關(guān)實驗研究[D].廣州:南方醫(yī)科大學(xué),2014.
[5] 楊光唯,蔣勁松,來集富,等.3-甲基腺嘌呤調(diào)控自噬對大鼠內(nèi)皮祖細胞促進靜脈血栓再通的作用及其機制[J].中國臨床藥理學(xué)雜志,2016,32(8):720-722.
[6] 劉慧慧,曹勇軍,張艷林,等.纖維蛋白誘導(dǎo)的自噬促進人臍靜脈內(nèi)皮細胞增殖與血管腔樣結(jié)構(gòu)形成[J].江蘇醫(yī)藥,2011,37(16):1885-1888.
[7] Shen W,Tian C,Chen H,et al.Oxidative stress mediates chemerininduced autophagy in endothelial cells[J].Free Radic Biol Med,2013,55:73-82.
[8] 王付海.T7肽通過下調(diào)Ang-2表達及聯(lián)合3-MA發(fā)揮其抗血管生成的實驗研究[D].濟南:山東大學(xué),2015.
[9] 孫 陽,劉佳華,晉 龍,等.Beclin1表達抑制SKOV3/DDP細胞增殖機制探討[J].中華腫瘤防治雜志,2014,21(17):1329-1333.
[10] Ribatti D.The discovery of placental growth factor and its role in angiogenesis:a historical review[J].Angiogenesis,2008,11(3):215-221.
[11] Luttun A,Brusselmans K,F(xiàn)ukao H,et al.Loss of placental growth factor protects mice against vascular permeability in pathological conditions[J].Biochem Biophys Res Commun,2002,295(2):428-434.
[12] 韓 婧,李學(xué)軍.姜黃素通過誘導(dǎo)人內(nèi)皮細胞產(chǎn)生自噬抗氧化應(yīng)激損傷[C].//全國第十二屆生化與分子藥理學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集,2011:26-27.
[13] 尤壽江,石際俊,張艷林,等. ROS介導(dǎo)的自噬及其在相關(guān)疾病中的作用[J].中國病理生理雜志,2011,27(1):187-190,195.
[14] 范 俊,楊成明,連繼勤,等.血管緊張素Ⅱ升高血管內(nèi)皮細胞中ROS水平并激活自噬通路[J].中國病理生理雜志,2012,28(7):1166-1171.
[15] 肖丹丹,諸葛欣,陶珍珍. 同型半胱氨酸導(dǎo)致血管內(nèi)皮細胞損傷機制的研究進展[J].中華臨床醫(yī)師雜志(電子版),2016,10(18):2789-2793.
[16] 劉建蘭,張東紅,朱 毅. 同型半胱氨酸對人臍靜脈內(nèi)皮細胞自噬的影響及其意義[J].中國病理生理雜志,2012,28(11):2034-2035.
[17] 連曉鵬,馬 捷. 重組人促紅細胞生成素抑制細胞自噬減輕心肌微血管內(nèi)皮細胞氧化損傷[J].中國現(xiàn)代醫(yī)生,2016,54(12):22-26.
[18] 劉佳琦,張偉華. 氧化應(yīng)激與自噬在糖尿病血管并發(fā)癥中的相互作用[J].解剖科學(xué)進展,2016,22(4):436-438.
[19] 張春舉,王 丹,席蓓莉,等.澤瀉對ox-LDL致血管內(nèi)皮細胞損傷的保護作用[J].時珍國醫(yī)國藥,2013,24(4):796-798.
[20] 羅 云,盧 珊,周 平,等.檧木皂苷C保護氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞損傷:自噬誘導(dǎo)與抗凋亡作用[C].//中國中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會微循環(huán)專業(yè)委員會.第十五屆中國中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會微循環(huán)專業(yè)委員會暨第二屆中國微循環(huán)學(xué)會痰瘀專業(yè)委員會學(xué)術(shù)會議資料匯編,2015:25.
[21] 林雪松,汪 樂,喬 亮. 高糖及晚期糖基化終末產(chǎn)物環(huán)境對血管內(nèi)皮細胞血管樣結(jié)構(gòu)形成的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2014,34(5):596-602.
[22] 胡鵬飛,賴東武,何 紅. 自噬在晚期糖基化終產(chǎn)物誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞凋亡中的作用[J].中國病理生理雜志,2012,28(6):1006-1011.
[23] 吳偉偉.自噬在血管損傷中的作用和分子機制[D].濟南:山東大學(xué),2016.
[24] 陳俊莉.阿魏酸通過誘導(dǎo)線粒體自噬保護糖氧剝奪引起的內(nèi)皮細胞損傷[D].廣州:廣州中醫(yī)藥大學(xué),2016.
[25] 胡中慧,馬慧萍,李加恒,等. 線粒體自噬在缺氧條件下適應(yīng)機制的研究進展[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進展,2016,16(8):1589-1593.
[26] 張佩佩.自噬對血管平滑肌細胞增殖的影響[D].蘇州:蘇州大學(xué),2011.
[27] 胡鵬飛,周 輝,陸 明,等.自噬在晚期糖基化產(chǎn)物(AGEs)誘導(dǎo)血管平滑肌細胞增殖與遷移中的作用[J].醫(yī)學(xué)研究雜志,2016,45(1):105-108.
[28] 邱偉文,鄭麗云,鄔至平,等.腦心通對氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)血管平滑肌細胞增殖和自噬的影響[J].溫州醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2016,46(5):340-343,347.
[29] Salabei JK,Cummins TD,Singh M,et al.PDGF-mediated autophagy regulates vascular smooth muscle cell phenotype and resistance to oxidative stress[J].Biochem J,2013,451(3):375-388.
[30] 王 飛.血管外膜成纖維細胞microRNA-21在血管重構(gòu)中的作用及其機制的研究[D].濟南:山東大學(xué),2012.
[31] Van Hinsbergh VW,Koolwijk P.Endothelial sprouting and angiogenesis:matrix metalloproteinases in the lead[J].Cardiovasc Res,2008,78(2):203-212.
[32] Shi Y,Pieniek M,F(xiàn)ard A,et al.Adventitial remodeling after coronary arterial injury[J].Circulation,1996,93(2):340-348.
[33] 沈 頡.血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)在血管外膜成纖維細胞的表達研究[J].當(dāng)代醫(yī)學(xué),2012,18(24):24-26.
[34] 鄒剛玲,柳玉梅,張海寧.自噬對AngⅡ誘導(dǎo)的心肌成纖維細胞增殖及遷移的影響及機制[J].廣東藥學(xué)院學(xué)報,2015,31(3):407-411.
[35] Marchesi C,Essalmani R,Lemarie CA,et al.Inactivation of endothelial proprotein convertase 5/6 decreases collagen deposition in the cardiovascular system: role of fibroblast autophagy[J].J Mol Med(Berl),2011,89(11):1103-1111.
[36] 朱緒國.深Ⅱ度燒傷皮膚細胞外基質(zhì)降解產(chǎn)物的自噬誘導(dǎo)活性及其可再生利用的初步研究[D].濟南:山東大學(xué),2014.
(收稿日期:2017-01-09 修回日期:2017-02-11)
(編輯:潘明志)