楊建英綜述，沈麗娟審校（祥云縣人民醫(yī)院心臟內科，云南大理672100）

心臟是哺乳動物中線粒體分布最密集的器官。線粒體是維持心臟正常泵血功能的關鍵細胞結構[1]。線粒體功能異?？蓪е露喾N心血管疾病，包括心律失常、高血壓、心力衰竭（HF）、動脈粥樣硬化（AS）等[2-3]。受損線粒體代謝的特點是心肌肥厚和HF病理改變[4]。在先天性心臟病患者中，右心室mtDNA缺乏可使心肌細胞合成腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）減少，導致肥厚的心肌細胞功能進一步惡化，最終演變?yōu)镠F[5]。此外，mtDNA缺乏引起的線粒體生物合成功能障礙是導致心肌細胞內鉀、鈣離子濃度失衡的重要原因，可導致心臟內異常的傳導，增加折返性心律失常發(fā)生的概率[6]。

隨著早期生活方式的干預及預防性藥物的使用，AS引起的冠心病、腦卒中等得到了有效控制，但目前仍是威脅人類健康的主要原因。AS發(fā)病機制復雜，包括脂質代謝異常、炎癥、內皮損傷和氧化應激等[7-8]。2002年，BALLINGER等[9]在AS形成早期發(fā)現(xiàn)了受損的mtDNA，并通過動物實驗證實線粒體功能障礙與粥樣斑塊穩(wěn)定性相關，但其分子機制尚不清楚。然而，隨著近年來對該機制研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)存在血管壁和循環(huán)中損傷的mtDNA可通過脂質代謝、炎癥等對AS產(chǎn)生影響[10]。本文就近年來線粒體mtDNA與AS形成的研究結果進行總結闡述。

1 mtDNA功能障礙的主要原因

線粒體損傷包括mtDNA的損傷及線粒體膜的損傷，相較而言，mtDNA損傷與心血管疾病關系更為密切[11]。引起mtDNA損傷的一般原因包括年齡、吸煙、胰島素抵抗、血脂異常等[12-14]。其共同的主要機制是上述外源性刺激因素使體內產(chǎn)生的活性氧簇（ROS）過多。ROS被認為是導致線粒體功能異常及mtDNA突變的關鍵因素[15]。線粒體內電子傳遞鏈（ETC）在利用氧生成ATP的同時，漏出的多余電子能夠引起少部分氧分子還原而產(chǎn)生ROS。正常情況下，ROS可被抗氧化酶類、維生素E等抗氧化劑降解。但在持續(xù)外源性刺激下，線粒體代謝過度活躍產(chǎn)生ROS速度遠大于ROS被降解的速度。ROS異常累積能夠抑制mtDNA編碼蛋白的合成，并且影響mtDNA的轉錄與翻譯，使mtDNA發(fā)生基因突變，最終導致細胞代謝異常、細胞凋亡[16]。BERLO等[17]認為，充分理解mtDNA、ROS及心臟細胞凋亡之間的關系，是建立mtDNA引起心血管疾病分子機制的關鍵。

2 mtDNA異常引起AS的機制

AS是一種以脂質累積，血管平滑肌細胞增生，細胞凋亡和局部炎癥為特征的慢性炎癥性疾病[18]。線粒體是細胞內產(chǎn)生ATP的重要細胞器，通常被認為是生物體內供能的主要結構。研究報道指出，線粒體同時還是細胞新陳代謝、凋亡、炎癥等過程的關鍵調節(jié)因子。mtDNA異常對上述過程的影響可直接或間接地促進AS 的發(fā)生、發(fā)展[9]。

2.1 mtDNA對脂質代謝的影響 大量流行病學資料及基礎實驗表明，脂質代謝異常是AS重要的危險因素，脂質在局部組織和血液循環(huán)中的轉運異常，是導致低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）沉積于血管內膜并形成AS早期脂質條紋斑塊病變的主要原因之一[19]。最新研究表明，在同一組織內的線粒體可聯(lián)合內質網(wǎng)參與體內脂質的轉運[20]。在不同器官中的線粒體可通過激素介導的信號通路影響脂質代謝[21]。KIM等[22]也發(fā)現(xiàn)，人類和小鼠中mtDNA變異導致線粒體功能缺陷的肌纖維能夠釋放成纖維細胞生長因子（FGF21），促進脂肪動員，使脂肪組織中的游離脂肪酸釋放入血。而且，mtDNA突變小鼠可表現(xiàn)出體重減輕和皮下脂肪減少[23]。事實上，mtDNA突變雖然能使脂肪組織降解，但是血清中游離脂肪酸和膽固醇水平卻明顯增高。此機制類似于載脂蛋白E基因敲除的小鼠，表現(xiàn)出一種低脂肪組織含量但卻患有高膽固醇血癥的特點，并因此能夠增加AS發(fā)生的風險[24]。此外，當線粒體功能障礙時可導致能量代謝產(chǎn)物腺嘌呤核糖核苷酸（AMP）/ATP比值增高而激活AMP依賴的蛋白激酶（AMPK），該物質具有多重生物學效應，能夠抑制糖原異生和脂肪的形成，使體內循環(huán)中的游離脂肪酸增多而導致心血管疾病發(fā)生風險升高[25]。

2.2 mtDNA促進血管內皮炎性反應 沉積于血管內膜的LDL-C可被氧化修飾形成低密度脂蛋白膽固醇（oxLDL-C），可誘導巨噬細胞吞噬脂質和釋放炎癥因子，由此觸發(fā)以血管內皮損傷為結果的炎癥級聯(lián)反應。目前，普遍認為動脈內膜的炎性反應是造成AS發(fā)生、發(fā)展的關鍵性機制[26]。mtDNA功能障礙可通過炎性反應參與AS的進展過程。mtDNA缺乏會引起線粒體結構和功能障礙，可使細胞表型發(fā)生改變，能夠促進炎性細胞聚集，導致粥樣斑塊向易損型斑塊發(fā)展[24]。研究報道顯示，mtDNA引起血管內皮炎性反應加重的主要機制包括兩方面：（1）mtDNA可參與調節(jié)Nod樣受體蛋白3（NLRP3）炎性小體的活化[27]；（2）mtDNA 可作為損傷相關分子模式（DAMPs）中的一員參與 toll樣受體（TLR9）相關的免疫炎性反應[28]。

NLRP3炎性小體是指NLRP3/凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）/半胱氨酸蛋白酶-1（caspase-1）蛋白復合體，其生理狀態(tài)下的促炎反應是機體的保護性機制，因此維持NLRP3炎性小體活化的穩(wěn)態(tài)對治療與預防炎癥相關性疾病有重要的意義[29]。但在病理條件下，NLRP3炎性小體被各種因素過度激活，可進一步將白細胞介素-1β（IL-1β）前體進行剪切為成熟的 IL-1β，IL-1β 激活釋放后引起機體炎性反應。IL-1β目前被認為是血管內皮損傷過程中的一個重要促炎因子，其能夠放大AS中的炎性反應[30]。而且，mtDNA缺失引起的線粒體生理功能喪失，可通過鈣離子流紊亂、ROS累積及煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）等介質活化NLRP3炎性小體[31-33]，最終導致惡性循環(huán)。

TLR9是TLR家族中的一員，廣泛分布于抗原提呈細胞中，主要通過Toll/TIR-MyD88-NF-κB信號通路誘導免疫炎性反應。在AS進展過程中，TLR9可促進T細胞識別樹突狀細胞和巨噬細胞提呈的抗原，激活炎癥細胞釋放大量炎癥因子[34]。另外，來源于免疫細胞損傷或壞死時釋放的內源性因子DAMP，可與TLR結合從而激活免疫炎性反應[35]。最近研究還發(fā)現(xiàn)，mtDNA中富含具有免疫刺激作用的非甲基化胞嘧啶-鳥嘌呤核苷酸（CpG），可作為DAMP中的一員，通過上述途徑激活血管內皮中的炎性反應，從而促進AS的發(fā)生、發(fā)展[28]。

2.3 mtDNA與線粒體自噬 幾乎所有的真核細胞都依賴于自噬維持生理機制的平衡。線粒體自噬是指一個專門針對線粒體的自噬反應，被認為是最主要的選擇性自噬類型[36]。與一般自噬的作用相類似，線粒體自噬主要是自主清除受損、多余、衰老及凋亡的線粒體。LEMASTERS等[37]在早期的實驗研究中觀察到，線粒體自噬能夠清除由衰老引起的mtDNA突變，但在心血管疾病動物模型中，線粒體自噬功能存在缺陷，這可能是導致多種心血管疾病的原因。此外，在藥物或基因抑制線粒體自噬的動物中也觀察到心血管疾病的預后較差[38]。

mtDNA損傷不僅能促進炎性反應，還可調節(jié)細胞凋亡。眾所周知，血管內皮細胞凋亡是促進粥樣斑塊發(fā)展的重要因素[24]。而mtDNA損傷可通過選擇性誘發(fā)血管內皮細胞凋亡促進粥樣斑塊向易損型斑塊轉變[39]。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬可抑制內源性的凋亡來抵抗粥樣斑塊進展。ZHANG等[40]也發(fā)現(xiàn)，mtDNA能與多肽LL-37形成復合物，該物質能夠幫助損傷的mtDNA逃避線粒體自噬，是促進AS疾病發(fā)病的主要原因。因此，線粒體自噬可抵抗由mtDNA損傷導致的多重生物學效應，在維持線粒體正常結構和功能中起到重要作用。

3 小 結

線粒體是產(chǎn)生的ATP的重要細胞結構，mtDNA對于維持線粒體正常功能起到了重要作用。mtDNA損傷不僅可引起人體多種相關代謝性疾病，同時也是心血管疾病發(fā)生、發(fā)展的重要因素。目前，自噬功能在心血管疾病治療研究中有值得期待的應用前景，而細胞的自噬功能也依賴于mtDNA的正常運作[41]。在AS發(fā)生、發(fā)展過程中，mtDNA與脂質代謝、炎癥、細胞凋亡、自噬等所構建的生理機制網(wǎng)絡體系仍然需要進一步研究明確，尤其是線粒體自噬與mtDNA相互作用的機制或可成為未來治療AS的新靶點。