張 浩，張 悅，趙文武，張敬各

1 河北醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，石家莊 050017；2 河北醫(yī)科大學(xué)病理生理學(xué)教研室，石家莊 050017

線粒體自噬指在活性氧(ROS)、營(yíng)養(yǎng)缺乏、細(xì)胞衰老等外界刺激的作用下，細(xì)胞內(nèi)線粒體發(fā)生去極化并出現(xiàn)損傷，當(dāng)抗氧化劑和細(xì)胞因子無(wú)法完成對(duì)線粒體的修復(fù)時(shí)，線粒體自噬會(huì)選擇性對(duì)整個(gè)線粒體進(jìn)行降解[1]，受損線粒體被選擇性地包裹進(jìn)入自噬體中，并與溶酶體融合，從而完成受損線粒體的降解清除，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具有至關(guān)重要的作用[2]。

目前發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬的調(diào)控機(jī)制主要包括自噬相關(guān)基因(ATGs)、PINK1-Parkin途徑、BCL-2家族成員BNIP3/NIX介導(dǎo)的線粒體自噬等，其中PINK1/Parkin途徑被認(rèn)為是線粒體自噬的主要途徑。

1 PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬機(jī)制概述

PINK1是線粒體自噬的“監(jiān)測(cè)者”，其在線粒體外膜水平的高低是線粒體自噬過(guò)程啟動(dòng)與否的重要因素[3]。在正常線粒體上，PINK1通過(guò)線粒體外膜和內(nèi)膜復(fù)合物被移至內(nèi)膜之后被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解，因此處于較低水平；當(dāng)線粒體損傷時(shí)，內(nèi)膜復(fù)合物會(huì)被多種損傷因素如膜電位降低干擾，繼而泛素-蛋白酶體系統(tǒng)對(duì)PINK1的降解被阻斷，PINK1與外膜復(fù)合物以2∶1摩爾比率在線粒體外膜積聚并募集胞質(zhì)Parkin至線粒體外膜。一方面，PINK1可通過(guò)磷酸化泛素而募集非磷酸化Parkin；另一方面，PINK1磷酸化 Parkin使其與磷酸化的泛素結(jié)合而活化，然后泛素化線粒體融合蛋白1和線粒體融合蛋白2等，泛素化蛋白進(jìn)一步促進(jìn)PINK1磷酸化泛素，形成一個(gè)可使泛素鏈快速聚合的正反饋，泛素鏈與自噬相關(guān)蛋白p62結(jié)合進(jìn)而誘導(dǎo)受損線粒體靶向LC3陽(yáng)性的吞噬體，并在溶酶體中清除，完成線粒體自噬[4](圖1)。

PINK1下游因子Parkin是一種E3泛素連接酶，具有RING-in-between-RING結(jié)構(gòu)而借由泛素化底物蛋白完成標(biāo)記，誘導(dǎo)底物分子通過(guò)蛋白酶體或自噬途徑進(jìn)行降解[6]。研究[7]發(fā)現(xiàn)，PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬除受TOMM7、HspA1L、BAG4等大分子調(diào)控外，也受具Rho相關(guān)蛋白激酶(ROCK)結(jié)構(gòu)的小分子調(diào)控。

2 線粒體自噬與肝臟相關(guān)疾病

線粒體自噬的失調(diào)將導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，如神經(jīng)退行性疾病、2型糖尿病、癌癥和心血管疾病等[8-9]。近年研究[10-13]發(fā)現(xiàn)，PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬也參與了肝臟相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，包括非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、肝纖維化、肝細(xì)胞癌(HCC)等，闡明這些疾病的發(fā)病機(jī)制可能為臨床治療疾病提供新的線索和思路。

2.1 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) NAFLD是一種病變主體在肝小葉以肝細(xì)胞中脂肪變性和脂質(zhì)沉積為病理特征但無(wú)過(guò)量飲酒史的代謝應(yīng)激性肝損傷，由于肝細(xì)胞中大量的脂肪沉積而導(dǎo)致氧化應(yīng)激和脂毒性，可通過(guò)多種機(jī)制促進(jìn)線粒體功能障礙[10,14]。已成為我國(guó)第一大慢性肝病和健康體檢肝臟生物化學(xué)指標(biāo)異常的首要原因。Mst1是一種細(xì)胞存活調(diào)劑因子，已被公認(rèn)為控制線粒體自噬激活的主要抑制劑，Mst1可以阻斷AMPK-PINK1通路，從而減少Parkin表達(dá)，抑制線粒體自噬[10]。有研究[8]表明，NAFLD中，高脂應(yīng)激引起了Mst1的活化，從而促進(jìn)了肝臟脂肪變性、氧化應(yīng)激和炎癥損傷，敲除Mst1基因，可以減輕高脂飲食(high-fat diet，F(xiàn)DH)介導(dǎo)的肝損傷，維持肝細(xì)胞存活。NLR家族含熱蛋白結(jié)構(gòu)域蛋白3(NACHT, LRR and PYD domains-containing protein 3，NLRP3)，是NAFLD向非酒精性脂肪性肝炎發(fā)展的關(guān)鍵因素[14]，研究發(fā)現(xiàn)，線粒體ROS是調(diào)節(jié)NLRP3炎性小體活化的關(guān)鍵信號(hào)之一，線粒體自噬可能通過(guò)清除受損的線粒體調(diào)節(jié)線粒體質(zhì)量，從而防止ROS誘導(dǎo)NLRP3炎性小體活化[15]。艾塞那肽可通過(guò)增加LC3A/B-Ⅱ/Ⅰ、Beclin-1、Parkin、BNIP3L蛋白的表達(dá)和自噬小體的數(shù)量，增強(qiáng)線粒體自噬，從而清除過(guò)度損傷的線粒體，減輕氧化應(yīng)激損傷，抑制NLRP3炎性小體的活化，延緩NAFLD的進(jìn)展[16]。HFD在體內(nèi)和體外均可干擾肝臟正常脂質(zhì)代謝，槲皮素可促進(jìn)線粒體外膜蛋白CISD1和TOM20的Parkin泛素化，逆轉(zhuǎn)HFD導(dǎo)致的PINK1、Beclin1、LC3、p62和Parkin蛋白水平下降，促進(jìn)PINK1-Parkin依賴的線粒體自噬, 極大地逆轉(zhuǎn)HFD誘導(dǎo)的肝脂代謝紊亂和線粒體損傷，改善線粒體的形態(tài)和功能，減輕肝臟脂肪變性[17]。Chen等[18]最新研究證明低劑量氯乙烯即可加重HFD誘導(dǎo)的肝臟損傷，該損傷可由Alda-1激活的PINK1/Parkin依賴的線粒體自噬所減輕。這些實(shí)驗(yàn)均證明，PINK1-Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。

2.2 肝纖維化 四氯化碳(CCl4)是一種廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的致肝損傷和肝纖維化的毒物，可導(dǎo)致膠原沉積、肝細(xì)胞損傷、氧化應(yīng)激和肝星狀細(xì)胞(HSC)活化[19]。在慢性CCl4暴露的肝臟中，p62表達(dá)和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值升高，PINK1和Parkin蛋白表達(dá)降低[20]，提示線粒體自噬受到損害。慢性CCl4暴露可以導(dǎo)致乙醛脫氫酶2(aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2)缺乏，同時(shí)ROS大量產(chǎn)生，加重了肝細(xì)胞凋亡，抑制了線粒體自噬，同時(shí)加重了肝損傷和肝纖維化。ALDH2的特殊激活劑Alda-1可以通過(guò)激活A(yù)LDH2上調(diào)Nrf2/HO-1抗氧化途徑和PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬，顯著減輕肝纖維化[11]。褪黑激素可以調(diào)節(jié)線粒體吞噬和線粒體生物發(fā)生，減輕慢性CCl4暴露誘導(dǎo)的Parkin相關(guān)的線粒體自噬的損傷[20]。顆粒物PM2.5可誘導(dǎo)ROS大量產(chǎn)生，導(dǎo)致線粒體廣泛損傷，從而間接激活PINK1/Parkin通路，觸發(fā)線粒體自噬，而線粒體自噬可以通過(guò)分解脂滴為激活HSC提供能量，進(jìn)而促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生[21]；關(guān)于逆轉(zhuǎn)肝纖維化的研究[22]發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬的激活誘導(dǎo)HSC的細(xì)胞凋亡，其中凋亡調(diào)節(jié)因子BCL-B是線粒體自噬激活的重要機(jī)制，BCL-B過(guò)表達(dá)抑制未活化的Parkin磷酸化和直接結(jié)合活化的Parkin進(jìn)而直接抑制線粒體自噬。以上研究均表明，PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬參與了肝纖維化的發(fā)生，通過(guò)調(diào)節(jié)PINK1/Parkin途徑，增強(qiáng)線粒體自噬，可能是肝纖維化治療的一種有效手段。

2.3 肝細(xì)胞癌(HCC) 原發(fā)性肝癌起病隱匿且進(jìn)展迅速，大多數(shù)患者在確診時(shí)已處于局部晚期或發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致患者治療困難、預(yù)后很差，是腫瘤相關(guān)死亡中的第4大癌癥[23]。HCC占原發(fā)性肝癌的90%以上，但其具體發(fā)病機(jī)制卻仍未完全闡明。與正常肝組織相比，超過(guò)50%的HCC中的Parkin表達(dá)降低，進(jìn)一步研究[12]證明Parkin基因?yàn)楦伟┑囊粋€(gè)抑癌基因，TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)的分析表明，Parkin在各種癌癥中的下調(diào)可能是由于Parkin的雜合性和拷貝數(shù)的丟失；然而Parkin表達(dá)下降不能僅僅根據(jù)雜合性或拷貝數(shù)的丟失來(lái)解釋，未來(lái)的研究應(yīng)該檢測(cè)Parkin基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、基因的表觀遺傳修飾或Parkin的翻譯后修飾是否在癌癥中發(fā)生了改變[13]。Parkin基因缺失上調(diào)卵泡抑素使肝細(xì)胞以卵泡抑素依賴的方式抗凋亡，從而引起HCC的發(fā)生[24]。近期研究[12]發(fā)現(xiàn)，Parkin的表達(dá)水平還與HCC患者生存期有關(guān)，Parkin表達(dá)水平越低生存時(shí)間越短，而Parkin表達(dá)水平越高生存時(shí)間越長(zhǎng)。此外，有研究報(bào)道將Parkin過(guò)表達(dá)的肝癌細(xì)胞植入裸鼠肝臟，建立原位腫瘤模型，與對(duì)照組相比，其腫瘤體積顯著減少，說(shuō)明Parkin在體內(nèi)抑制了肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[12]，Parkin可以抑制多種癌細(xì)胞和肝細(xì)胞凋亡，p53誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡是其抑癌作用重要機(jī)制[25]，然而未有實(shí)驗(yàn)探究在肝癌細(xì)胞中Parkin是否通過(guò)p53的激活或p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡來(lái)發(fā)揮其抑癌作用。HCC幾乎對(duì)所有細(xì)胞毒性和靶向藥物有耐藥性，這是治療失敗和腫瘤復(fù)發(fā)的重要原因，shRNA篩選研究[26-27]顯示，線粒體促肽酶導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)索拉非尼(一種用于治療晚期HCC的多激酶抑制劑)的耐藥，沉默線粒體促肽酶的β亞基通過(guò)增強(qiáng)HCC中的PINK1-Parkin信號(hào)通路下調(diào)髓樣細(xì)胞白血病蛋白-1(Myeloid cell leukemia-1，MCL-1)，增加肝癌細(xì)胞對(duì)索拉非尼治療的敏感性，提高索拉非尼治療肝癌小鼠的存活率，研究支持了PINK1-Parkin信號(hào)通路在肝臟腫瘤發(fā)展和治療中的保護(hù)作用。目前正在開發(fā)和測(cè)試幾種MCL-1特異性小分子抑制劑，其中AMG176是第1個(gè)經(jīng)過(guò)Ⅰ期測(cè)試的MCL-1抑制劑，可與索拉非尼聯(lián)合使用，但在人體試驗(yàn)中使用多種藥劑是否會(huì)有肝毒性作用仍不可得知[27]。蛋白酶體抑制劑最初被開發(fā)為具有潛在預(yù)防腫瘤生長(zhǎng)的抗癌藥物[28]，體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中，在Parkin過(guò)表達(dá)的條件下，硼替佐米(一代蛋白酶體抑制劑)可下調(diào)核因子-κB誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞在體內(nèi)的凋亡，而Parkin對(duì)正常的肝細(xì)胞并無(wú)調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的作用，說(shuō)明靶向Parkin治療只影響癌細(xì)胞的細(xì)胞凋亡，而不影響正常細(xì)胞的細(xì)胞凋亡[12]，針對(duì)Parkin分子的靶向藥物可能為解決HCC耐藥性提供新的思路。傳統(tǒng)中藥苦參堿和海百合中提取物Ala(Alantolactone)可通過(guò)抑制PINK1/Parkin依賴的線粒體自噬實(shí)現(xiàn)對(duì)HepG2細(xì)胞的抗增殖和促凋亡作用[29-30]，也提示了針對(duì)PINK1/Parkin通路治療HCC的可行性。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

線粒體作為真核細(xì)胞的主要產(chǎn)能細(xì)胞器保障了細(xì)胞的正常生命運(yùn)動(dòng)，然而外界的各種因素可導(dǎo)致線粒體損傷、衰老及功能紊亂，進(jìn)一步損害細(xì)胞。線粒體自噬是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要一環(huán)，近年來(lái)，隨著對(duì)線粒體自噬的深入研究，PINK1/Parkin通路的臨床醫(yī)學(xué)價(jià)值漸漸顯現(xiàn)出來(lái)。但目前對(duì)于自噬與肝臟的研究尚處于起步階段，研究較少且研究結(jié)果不盡一致，例如，目前大多實(shí)驗(yàn)證據(jù)指向自噬的缺陷有助于肝細(xì)胞脂肪變性和肝纖維化，但也有實(shí)驗(yàn)表明自噬參與脂肪的生成和分化；PM2.5可通過(guò)觸發(fā)線粒體自噬進(jìn)而促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生，這表明線粒體自噬在肝臟疾病進(jìn)展中可能有雙面作用。故對(duì)于兩者的關(guān)系有待于更多實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，才能明確如何調(diào)節(jié)線粒體自噬來(lái)更好的治療肝臟疾病。Parkin表達(dá)上調(diào)可抑制肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)和提高肝癌小鼠生存期，對(duì)PINK1/Parkin通路處理聯(lián)合抗腫瘤藥物可提高藥物療效，探究其抑癌的機(jī)制可能為發(fā)展緩慢的肝癌藥物治療提供一個(gè)新思路，但考慮到不同病因的HCC表現(xiàn)出不同腫瘤標(biāo)記物、抗原和進(jìn)展過(guò)程，是否將PINK1/Parkin通路納入HCC個(gè)體治療的參考因素尚待進(jìn)一步研究。