胡 歡，李 萍，程曉曙

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院 心血管內(nèi)科， 江西 南昌 330006)

心力衰竭(heart failure,HF)是一種復(fù)雜的臨床綜合征，是各種心臟疾病的終末嚴(yán)重階段。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量有關(guān)HF的臨床和研究工作，治療HF的新藥物的研發(fā)也有了較大的進(jìn)展，然而心力衰竭的發(fā)病率和病死率仍然居高不下。因此，為更有效地治療心力衰竭患者，改善預(yù)后，提高心力衰竭患者的生存率，尋找治療心力衰竭新的切入點(diǎn)尤為關(guān)鍵。

線粒體對(duì)于人體心肌的發(fā)育和生長(zhǎng)是必需的[1]，線粒體氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP占體內(nèi)ATP產(chǎn)生總量的90%，為心肌細(xì)胞的收縮與舒張?zhí)峁┠芰俊＞€粒體是細(xì)胞的能量工廠， 并精密調(diào)控細(xì)胞的

多種生理功能，例活性氧(ROS)，信號(hào)傳導(dǎo)，Ca2+穩(wěn)態(tài)以及細(xì)胞死亡過(guò)程的調(diào)節(jié)等。線粒體功能失調(diào)參與了多種心血管疾病的發(fā)病機(jī)制，例如心律失常[2]、心肌缺血[3]、心肌病[4]以及終末期的心力衰竭(HF)[5]。

線粒體是動(dòng)態(tài)細(xì)胞器，有兩種高度相對(duì)的調(diào)節(jié)過(guò)程：融合和分裂。線粒體發(fā)生融合時(shí)會(huì)形成相互連接的線粒體網(wǎng)，有利于線粒體DNA的遺傳，并對(duì)維持細(xì)胞的新陳代謝有重要作用[6]。而線粒體發(fā)生分裂時(shí)產(chǎn)生分散細(xì)小的細(xì)胞器，在有絲分裂過(guò)程中及線粒體分裂的發(fā)生及細(xì)胞周期進(jìn)程中尤為重要[7]。在哺乳動(dòng)物心肌中，調(diào)節(jié)線粒體動(dòng)力學(xué)的蛋白質(zhì)表達(dá)很高，當(dāng)心肌中這些蛋白的表達(dá)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)心臟產(chǎn)生不良的影響，研究發(fā)現(xiàn)特異性基因敲除心肌線粒體動(dòng)力蛋白1(dynamin-related protein 1,Drp1)可引起嚴(yán)重的心肌細(xì)胞壞死，選擇性敲除線粒體融合蛋白時(shí)會(huì)出現(xiàn)不良的心肌重構(gòu)[8]。因此，線粒體融合-分裂平衡可能對(duì)心臟的發(fā)育、Ca2+的信號(hào)傳導(dǎo)、線粒體特性的維持及細(xì)胞死亡起著重要作用?，F(xiàn)將線粒體融合-分裂在心力衰竭中的可能機(jī)制以及其潛在的治療靶點(diǎn)作簡(jiǎn)要綜述。

1 線粒體融合

線粒體融合主要由線粒體融合蛋白(mitofusin1，Mfn1和mitofusin2，Mfn2)及視神經(jīng)萎縮蛋白1(optic atrophy1，OPA1)調(diào)節(jié)。Mfn1和Mfn2有相似的分子結(jié)構(gòu)：N末端有GTP酶結(jié)構(gòu)域、七肽重復(fù)序列1(HR1)，兩個(gè)跨膜區(qū)域和C末端的七肽重復(fù)序列2(HR2)。Mfn1和Mfn2的跨膜區(qū)域嵌入線粒體的外膜中，而HR1和HR2則伸入細(xì)胞質(zhì)中，OPA1則定位于線粒體內(nèi)膜上以及內(nèi)外膜間隙。

線粒體發(fā)生融合主要有3步：線粒體外膜的接合、線粒體外膜的融合和線粒體內(nèi)膜的融合。首先，鄰近線粒體融合蛋白的HR2相互作用形成同源二聚體(Mfn1-Mfn1或Mfn2-Mfn2)或者更強(qiáng)有力的異二聚體(Mfn1-Mfn2)，從而捆綁住相互靠近的線粒體[9]。最開始的接合使兩個(gè)線粒體的外膜緊密結(jié)合從而啟動(dòng)線粒體外膜的融合，線粒體外膜融合后，OPA1接著調(diào)節(jié)線粒體內(nèi)膜的融合。線粒體外膜和內(nèi)膜融合的過(guò)程，其內(nèi)在的調(diào)節(jié)機(jī)制復(fù)雜，有待進(jìn)一步探究。

2 線粒體分裂

線粒體分裂主要受線粒體動(dòng)力蛋白1(dynamin-related protein1,Drp1)調(diào)控，Drp1是動(dòng)力蛋白家族GTP酶，由一個(gè)GTP酶結(jié)構(gòu)域、中間結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端GTP酶效應(yīng)器組成。Drp1是一種胞質(zhì)蛋白，能被其受體蛋白線粒體外膜蛋白(mitochondrial fission 1 protein,Fis1和mitochondrial fission factor,Mff)及線粒體動(dòng)力蛋白(mitochondrial dynamics proteins of 49 and 51 ku,MiD49/MiD51)募集到線粒體從而促進(jìn)線粒體的分裂[10]。

線粒體分裂過(guò)程中，胞質(zhì)蛋白Drp1寡聚物在線粒體周圍聚合形成螺旋結(jié)構(gòu)，并且形成裂變點(diǎn)進(jìn)而發(fā)揮分離線粒體的作用。目前，F(xiàn)is1、Mff和MiD49/51在線粒體分裂過(guò)程中所扮演的具體角色并不十分明確，其可能作為相互間獨(dú)立的Drp1的適配器而發(fā)揮作用[11]。許多學(xué)者還發(fā)現(xiàn)線粒體蛋白MTP18、神經(jīng)節(jié)苷脂誘導(dǎo)分化相關(guān)蛋白1(GDAP1)、胞吞蛋白B1(EndoB1)和富含亮氨酸的重復(fù)蛋白激酶2(leucine-rich repeat kinase 2,LRRK2)等可能參與線粒體的分裂，其在線粒體分裂過(guò)程中的具體角色尚待探究。

3 線粒體融合-分裂平衡的調(diào)節(jié)

線粒體融合-分裂平衡的精密調(diào)控有助于線粒體發(fā)揮其正常功能，過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ的共激活劑1α(PGC- 1α)是線粒體生物合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一，當(dāng)機(jī)體能量需求增加時(shí)，它可以上調(diào)Mfn2的表達(dá)以應(yīng)對(duì)這種變化。在研究肺動(dòng)脈高壓大鼠及患者時(shí)發(fā)現(xiàn)Mfn2表達(dá)水平的下降與PGC- 1α水平的下調(diào)相關(guān)[12]，這可能加快了心力衰竭的發(fā)展。此外，PTEN誘導(dǎo)的假定激酶1(PTEN induced putative kinase 1)能選擇性集聚功能失常的線粒體，使Mfn2在Thr111和Ser442位置發(fā)生磷酸化，損傷線粒體導(dǎo)致線粒體自噬的發(fā)生[13]。

已廣泛研究Drp1的磷酸化調(diào)節(jié)，細(xì)胞周期蛋白激酶(cyclin-dependent kinases1,CDK1)能使Drp1在Ser616發(fā)生磷酸化從而使Drp1定位到線粒體上，進(jìn)而刺激線粒體的分裂。心肌細(xì)胞在缺氧復(fù)氧情況下，CDK1和鈣調(diào)磷酸酶可上調(diào)Drp1，加速線粒體分裂引起心肌細(xì)胞壞死，而抑制CDK1可以減輕Ser616磷酸化水平，減輕心肌壞死的程度[14]。也有研究發(fā)現(xiàn)CDK1和c-AMP依賴的蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)能使人的Drp1在Ser637位置發(fā)生磷酸化，導(dǎo)致Drp1的GTP酶活性受到抑制，最終導(dǎo)致線粒體分裂的水平減輕。Drp- 1的磷酸化似乎有不同的結(jié)果發(fā)生，其原因有待進(jìn)一步研究。

4 線粒體融合-分裂和心力衰竭

線粒體的數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能受到不同過(guò)程的調(diào)節(jié)，如線粒體融合、分裂及自噬。調(diào)節(jié)線粒體的這些過(guò)程發(fā)生異常是心力衰竭的發(fā)病環(huán)節(jié)[15]。在小鼠OPA1表達(dá)失調(diào)及線粒體分裂能引起心力衰竭[16],而過(guò)表達(dá)OPA1引起的線粒體融合，并不會(huì)對(duì)缺氧導(dǎo)致的H9C2細(xì)胞死亡產(chǎn)生保護(hù)作用。因此，視神經(jīng)萎縮蛋白1(OPA1)對(duì)心力衰竭的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。Drp1是治療各種疾病的潛在靶點(diǎn)，包括心力衰竭。研究糖尿病小鼠心肌缺血再灌注模型時(shí)發(fā)現(xiàn)抑制Drp1能對(duì)缺血再灌注過(guò)程起到保護(hù)作用[17]，因此，抑制Drp1可能減緩心力衰竭的發(fā)展。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，在鹽酸異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠心力衰竭進(jìn)程中，線粒體解偶聯(lián)蛋白2(uncoupling proteins 2, UCP2)的表達(dá)升高，其可能參與了心力衰竭的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。UCP2與線粒體融合-分裂密切相關(guān)，其可能通過(guò)影響線粒體融合-分裂平衡參與心力衰竭的進(jìn)展[18]。

線粒體融合-分裂參與了細(xì)胞凋亡過(guò)程，線粒體的碎裂能引起促凋亡因子，如細(xì)胞色素C，核酸內(nèi)切酶G等的釋放從而誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡，而細(xì)胞凋亡與心力衰竭的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。在HL-1小鼠心肌細(xì)胞的缺氧復(fù)氧模型中發(fā)現(xiàn)預(yù)處理Drp1抑制劑能減輕心肌細(xì)胞凋亡，對(duì)心肌細(xì)胞起保護(hù)作用[19]。線粒體融合蛋白2(Mitofusin2,Mfn2)同樣參與了心肌細(xì)胞凋亡的過(guò)程，當(dāng)心肌發(fā)生氧化應(yīng)激、缺血再灌注損傷或者心肌梗死時(shí)，Mfn2的表達(dá)水平明顯上升。在低氧誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓模型中，心肌細(xì)胞過(guò)表達(dá)Mfn2可使Akt信號(hào)減弱，促進(jìn)線粒體介導(dǎo)的凋亡途徑[20]。和Mfn2促凋亡的作用類似，Mfn2-/-小鼠比正常小鼠在心肌缺血再灌注損傷后恢復(fù)更好[21]，基因敲除Mfn2后起著抗凋亡的作用，可能的原因是Mfn2不僅定位在線粒體上，也定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Mfn2也許有助于Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)流向連接的線粒體，而敲除Mfn2后能減輕線粒體的Ca2+超載從而對(duì)心肌起保護(hù)作用。有趣的是，有研究也證實(shí)了Mfn2的抗凋亡作用，在神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡過(guò)程中，上調(diào)Mfn2的表達(dá)抑制了心肌細(xì)胞的細(xì)胞色素C的釋放，也發(fā)現(xiàn)上調(diào)Mfn2的表達(dá)能減輕香煙誘導(dǎo)的支氣管上皮細(xì)胞凋亡[22]。因此，Mfn2在心肌細(xì)胞凋亡中的作用及影響心力衰竭的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

心力衰竭患者的心肌細(xì)胞中，線粒體數(shù)目增多，尺寸變小，這與線粒體自噬水平的不足有關(guān)。Mfn2和Drp1都參與了線粒體的自噬過(guò)程[23]，線粒體自噬水平不足可引起心肌細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失衡，最終引起心力衰竭。線粒體分裂-融合平衡是線粒體發(fā)揮正常生理功能的關(guān)鍵因素，不僅參與維持線粒體DNA的穩(wěn)定，也涉及能量合成及細(xì)胞衰老等重要的生命過(guò)程，線粒體功能是治療心力衰竭的有效靶點(diǎn)，這已經(jīng)達(dá)成了專家共識(shí)[24]。因此，在心力衰竭研究中，全面深刻地理解線粒體分裂-融合失衡在其中所扮演的角色，對(duì)心力衰竭的治療有重要意義。

5 展望

線粒體融合-分裂的穩(wěn)態(tài)對(duì)維持正常的心臟功能有重要作用，心力衰竭的發(fā)生與線粒體分裂-融合失衡密切相關(guān)，因此，重建線粒體融合-分裂的平衡成為治療心力衰竭的潛在靶點(diǎn)，藥物靶向治療參與線粒體融合-分裂的組件使線粒體功能獲得一個(gè)更好的狀態(tài)，這也許是一種新的針對(duì)心力衰竭的治療方法。目前，對(duì)線粒體融合分裂的具體調(diào)控機(jī)制仍不清晰，而心力衰竭發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制同樣復(fù)雜，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)將二者結(jié)合在一起，進(jìn)一步探究線粒體融合分裂相關(guān)調(diào)節(jié)蛋白在心力衰竭發(fā)病機(jī)制中的作用，為心力衰竭的臨床治療提供理論依據(jù)。

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