邱 奇，陳永鋒，孫正宇，康品方

(蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科，安徽 蚌埠 233004)

糖尿病已成為當(dāng)今世界最常見和最嚴(yán)重的慢性疾病之一。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟(IDF)于2021年12月6日發(fā)布的《IDF糖尿病地圖(第10版)》數(shù)據(jù)顯示：到2021年，全球20～79歲成年人中，5.366億人患有糖尿病，預(yù)計(jì)到2045年，患糖尿病的人數(shù)可達(dá)到7.832億；其中，中國糖尿病患者人數(shù)最多，到2021年為止，中國有1.4億人患有糖尿病(占中國總?cè)丝诘?0%)，預(yù)計(jì)到2045年可能突破1.74億人次[1]。糖尿病會(huì)引起一系列致死致殘、代價(jià)高昂的并發(fā)癥，嚴(yán)重危害人們的身心健康，并對(duì)社會(huì)財(cái)政產(chǎn)生沉重負(fù)擔(dān)。其中，心血管異常，特別是糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)是糖尿病患者發(fā)生心力衰竭甚至心源性死亡的主要原因之一。DCM目前仍沒有明確的定義，最普遍接受的定義是指糖尿病病人在沒有其他心血管疾病(如冠心病、無法控制的高血壓、嚴(yán)重的瓣膜心臟病和先天性心臟病)的情況下出現(xiàn)心臟代謝障礙。DCM的病理特點(diǎn)主要為早期的左心室舒張功能障礙，并伴有心肌細(xì)胞肥大、心肌纖維化和細(xì)胞凋亡的增加。早先的研究已經(jīng)證明，高血糖、胰島素抵抗、自由基產(chǎn)生增加、脂質(zhì)過氧化、線粒體功能障礙、內(nèi)皮功能障礙等均參與了DCM的發(fā)生、發(fā)展。近年來，隨著自噬機(jī)制的深入研究，自噬失調(diào)已被認(rèn)為是DCM的另一個(gè)潛在發(fā)病機(jī)制[2]。但有關(guān)調(diào)控自噬相關(guān)蛋白所獲得的影響并沒有相應(yīng)完整的描述。因此，本文將對(duì)目前研究較多的自噬相關(guān)調(diào)控蛋白與DCM的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)綜述。

1 自噬的概述

自噬是一種細(xì)胞內(nèi)高度保守的由溶酶體介導(dǎo)的降解代謝過程，目的是清除和重新利用長(zhǎng)壽命蛋白質(zhì)、畸形蛋白質(zhì)以及受損的細(xì)胞器等細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物。根據(jù)底物轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體的方式以及生理功能的差異，自噬可分成三種類型：宏自噬(macroautophagy)、微自噬(micro-autophagy)和伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperonemediated autophagy，CMA)。宏自噬是最普遍的也是當(dāng)前研究最為廣泛且清晰的自噬形式，本文之后所描述的自噬均為宏自噬，其過程包括自噬的啟動(dòng)、自噬小泡(Phagophore)的成核(形成碗狀膜結(jié)構(gòu))、延伸，自噬體(autophagosome)的形成，自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體(autophagolysosome)，繼而其內(nèi)容物在溶酶體的幫助下被降解后轉(zhuǎn)運(yùn)回胞漿中供細(xì)胞重新利用。自噬最初被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)非選擇性代謝過程，然而，最近的研究表明，酵母菌和哺乳動(dòng)物中普遍存在多種類型的選擇性自噬(選擇性自噬指在某些情況下，自噬可以專一的識(shí)別、隔離和降解特定的大分子或細(xì)胞器)，其中以特定降解受損線粒體或細(xì)胞內(nèi)過量線粒體以維持能量代謝平衡的線粒體自噬(Mitophagy)目前在DCM中研究最為普遍和透徹。

2 自噬在DCM中的作用

當(dāng)前研究已經(jīng)證實(shí)，自噬在DCM發(fā)生發(fā)展過程中起到關(guān)鍵性的作用，且在不同類型的糖尿病心臟中作用不盡相同。

2.1 自噬在1型糖尿病心臟中的作用雖然早先有研究提出，在1型糖尿病中，胰島素的絕對(duì)缺乏可阻礙葡萄糖和脂肪酸的有效吸收，使受影響的細(xì)胞處于饑餓狀態(tài)；胰島素信號(hào)的減弱以及饑餓信號(hào)的增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致自噬水平的增強(qiáng)，自噬的增強(qiáng)補(bǔ)償了1型糖尿病患者維持心臟功能的能量不足[3]。此觀點(diǎn)隨后在鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠模型及大鼠模型中再次獲得了驗(yàn)證[4-5]。然而，最近更多研究認(rèn)為在1型糖尿病中，心肌細(xì)胞的自噬是受到抑制的。此結(jié)論在OVE26小鼠模型(常用的1型糖尿病基因工程動(dòng)物模型)、STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠及大鼠模型中都得到證實(shí)[6-8]。糖尿病心肌細(xì)胞的自噬抑制可能造成凋亡信號(hào)增加、氧自由基持續(xù)積累、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激延長(zhǎng)，從而直接或間接介導(dǎo)DCM的發(fā)生、發(fā)展。

2.2 自噬在2型糖尿病心臟中的作用目前關(guān)于2型糖尿病心肌細(xì)胞的自噬情況，研究界仍沒有一個(gè)準(zhǔn)確的定論。有研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食(high-fat diet，HFD)(60 kcal% fat)誘導(dǎo)的2型糖尿病小鼠，其心肌細(xì)胞的自噬通量前期增加，在6周時(shí)達(dá)到頂峰，隨后逐漸減弱，在2個(gè)月后恢復(fù)到基線水平；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，增加的自噬主要為線粒體自噬[9]。如果抑制HFD誘導(dǎo)的2型糖尿病小鼠心臟中的線粒體自噬，會(huì)導(dǎo)致受損線粒體的堆積以及隨后心臟結(jié)構(gòu)和功能的障礙，加劇心肌??；而激活線粒體自噬可以預(yù)防HFD誘導(dǎo)的DCM[10]。線粒體自噬對(duì)于2型糖尿病心臟功能的維持至關(guān)重要。相反，一些研究聲稱，自噬的過度激活阻礙心肌細(xì)胞的存活，可能是2型DCM的發(fā)病機(jī)制之一[11]。同時(shí)也有一部分研究發(fā)現(xiàn)在db/db小鼠中(經(jīng)典的自發(fā)性2型糖尿病小鼠模型)，心肌細(xì)胞的自噬是受到抑制的，且隨著自噬抑制的恢復(fù)，DCM得到明顯的改善[12]。因此，無論是1型DCM還是2型DCM，自噬狀態(tài)都仍未明確，需要進(jìn)一步的研究確認(rèn)。

3 自噬相關(guān)調(diào)控蛋白：DCM治療的潛在靶點(diǎn)

3.1 Beclin1Beclin1由BECN1基因所編碼，是酵母自噬相關(guān)蛋白6(autophagy associated protein 6，Atg6)在人類中的同源蛋白，通過與Ⅲ類磷脂酰肌醇3激酶(Class III PI3K，PI3KC3，又稱Vps34)的相互作用，從而介導(dǎo)自噬小泡的產(chǎn)生及成熟。Beclin1含有BH3結(jié)構(gòu)域(Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域)，可與Bcl-2及Bcl-xl的BH3受體結(jié)構(gòu)域結(jié)合；Bcl-2對(duì)Beclin1有“隔離”作用，兩者之間的結(jié)合降低了Beclin1與Vps34的相互作用，從而抑制了自噬。在慢性間歇性缺氧處理的人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中，miR-34a-5p的過表達(dá)就通過抑制Bcl-2，從而上調(diào)Beclin1介導(dǎo)的自噬效應(yīng)；該研究認(rèn)為，自噬—凋亡相互作用是應(yīng)激心肌細(xì)胞的一種重要保護(hù)機(jī)制[13]。同時(shí)最近的一篇綜述提到，Beclin1的過表達(dá)(超過閾值)，會(huì)誘導(dǎo)多種癌細(xì)胞的凋亡增加[14]。Beclin1作為溝通自噬與凋亡的關(guān)鍵因子，可能成為DCM治療的有效靶點(diǎn)。現(xiàn)已有研究報(bào)道，姜黃素及白藜蘆醇可通過破壞Bcl-2與Beclin1的結(jié)合，增強(qiáng)心肌細(xì)胞自噬并減輕細(xì)胞凋亡，以達(dá)到預(yù)防DCM的作用[15-16]。

3.2 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于磷脂酰肌醇3激酶相關(guān)激酶(PI3KK)超家族，其在調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)增殖和維持代謝平衡中起重要作用。mTOR的活化受到多種細(xì)胞信號(hào)的調(diào)控，包括胰島素、氨基酸、葡萄糖、細(xì)胞能量水平和應(yīng)激等。mTOR在傳導(dǎo)信號(hào)時(shí)，會(huì)形成兩種不同的三元復(fù)合物mTORC1和mTORC2。其中，mTORC1可在自噬啟動(dòng)、自噬小泡成核延伸以及晚期自噬小體成熟與自噬流終止等多時(shí)相中發(fā)揮自噬抑制作用。mTOR的過度激活和磷酸化，使心肌細(xì)胞自噬處于極低水平，被認(rèn)為是高糖導(dǎo)致心臟損害的機(jī)制之一[17]。而褪黑激素、胰升血糖素樣肽1受體激動(dòng)劑exendin-4和liraglutide均可以通過逆轉(zhuǎn)高糖誘導(dǎo)的mTOR的過度激活或磷酸化，從而減弱葡萄糖中毒引起的心臟損害[18-19]。

3.3 AMP激活的蛋白激酶AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是一種高度保守的由一個(gè)催化亞單位α及兩個(gè)調(diào)節(jié)亞單位β和γ組成的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其對(duì)細(xì)胞內(nèi)ATP/AMP比例變化敏感，在調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)合成及線粒體生物合成中發(fā)揮核心作用。AMPK可被細(xì)胞內(nèi)AMP的升高和(或)ATP的降低激活，AMPK的激活會(huì)促進(jìn)自噬的發(fā)生。當(dāng)細(xì)胞耗能增加或ATP生成減少時(shí)，AMPK主要通過磷酸化結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合體2(TSC2)及mTOR調(diào)控相關(guān)蛋白(RAPTOR)來降低mTORC1的活性，從而減弱mTORC1對(duì)自噬的抑制作用，同時(shí)AMPK也可以直接磷酸化ULK1來啟動(dòng)自噬。此外，AMPK還通過磷酸化Beclin1、Vps34、Atg9、FoxO3來調(diào)節(jié)自噬，并且AMPK還參與線粒體自噬。目前，大多數(shù)的研究認(rèn)為，AMPK的活性降低和mTOR的過度激活導(dǎo)致自噬的抑制是糖尿病心臟損害的主要機(jī)制，激活A(yù)MPK和抑制mTOR可能成為DCM的有效靶點(diǎn)。事實(shí)上，西那卡塞、達(dá)格列凈以及替格瑞洛都可以通過激活A(yù)MPK減緩DCM的進(jìn)展[20-21]。

3.4 叉頭盒O叉頭盒O(Forkhead box O，F(xiàn)oxO)是一類以保守的110個(gè)氨基酸所構(gòu)成的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(稱為“叉頭盒”結(jié)構(gòu)域)為特征的轉(zhuǎn)錄因子亞家族，在多種類型細(xì)胞中，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝、增殖、氧化應(yīng)激反應(yīng)、免疫穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞死亡。在哺乳動(dòng)物中主要有FoxO1、FoxO3、FoxO4和FoxO6四種類型，其中FoxO1和FoxO3在維持心臟功能方面起著關(guān)鍵作用。FoxO可以作為轉(zhuǎn)錄因子，與啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)自噬相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。FoxO的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)能力受到磷酸化、乙?；?去乙?；头核鼗N翻譯后修飾的調(diào)節(jié)。胰島素或胰島素樣生長(zhǎng)因子可通過PI3K-Akt途徑使FoxO1和FoxO3磷酸化；磷酸化的FoxO會(huì)在14-3-3蛋白的作用下發(fā)生核排斥，從而抑制其轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能。而AMPK可通過磷酸化胞漿中的FoxO3，促進(jìn)其核轉(zhuǎn)位。FoxO1可被CBP等組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶乙?；?，而胞核中的NAD+依賴性去乙?；窼irt1可使FoxO1去乙?；瑥亩鰪?qiáng)其對(duì)自噬基因的轉(zhuǎn)錄激活。此外，細(xì)胞質(zhì)中被磷酸化的FoxO還可發(fā)生多泛素化繼而被蛋白酶體降解。FoxO1的持續(xù)活化引起自噬的過度激活、心肌細(xì)胞凋亡增加，可能是DCM發(fā)展的核心機(jī)制之一。血管緊張素Ⅳ(AngⅣ)及1,25-維生素D3可通過抑制FoxO1的核轉(zhuǎn)位，降低自噬相關(guān)基因的過度表達(dá)，從而減輕糖尿病心臟的心室功能障礙、纖維化和心肌細(xì)胞凋亡[22-23]。相反，有研究報(bào)道，在400 μM的棕櫚酸處理24 h的H9C2細(xì)胞和人AC16細(xì)胞中，過氧化物酶(PXDN)的表達(dá)水平增加，并通過抑制FoxO1的表達(dá)與活性削弱自噬，參與DCM的發(fā)病[24]。但由于該結(jié)論缺乏相應(yīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，因此仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.5 NF-E2相關(guān)因子2NF-E2相關(guān)因子2(Nuclear factor-erythroid factor 2-related factor 2，Nrf2)是一種轉(zhuǎn)錄因子，能夠誘導(dǎo)多種細(xì)胞保護(hù)基因的表達(dá)，在抵御氧化應(yīng)激損害，調(diào)節(jié)細(xì)胞生存、增殖和鐵代謝中發(fā)揮重要作用。正常生理?xiàng)l件下，Nrf2與Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1)相互作用并發(fā)生泛素化，繼而被蛋白酶體降解，使自身處于低水平狀態(tài)；氧化應(yīng)激時(shí)，Keap1半胱氨酸殘基的修飾使Nrf2從泛素化降解體系中釋放出來，釋放的Nrf2進(jìn)入細(xì)胞核，并與抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response elements，AREs)的增強(qiáng)子序列結(jié)合，誘導(dǎo)相應(yīng)細(xì)胞保護(hù)基因的表達(dá)。自噬銜接蛋白SQSTM1/p62可以通過其Keap1相互作用區(qū)(KIR)與Keap1結(jié)合，從而阻礙了Keap1與Nrf2的結(jié)合，使Nrf2的泛素化受損。自噬失調(diào)會(huì)使SQSTM1/p62在胞漿中過度聚集，連同結(jié)合的Keap1一起裝載入自噬體中進(jìn)行降解，進(jìn)而使Nrf2得以從Keap1介導(dǎo)的泛素化降解中釋放而被激活。最近有研究報(bào)道，糖尿病心臟中Nrf2和Keap1表達(dá)減少并伴隨著心肌細(xì)胞凋亡和自噬的增加，別嘌呤醇可能通過提高Nrf2水平逆轉(zhuǎn)高血糖引起的氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡增加及自噬過度激活，從而緩解DCM[5]。相反，在自噬受損的DCM中，Nrf2通過自噬溶酶體途徑被激活，Nrf2介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，促進(jìn)脂質(zhì)的過氧化，同時(shí)Nrf2介導(dǎo)的抗氧化防御及鐵代謝平衡發(fā)生障礙，導(dǎo)致心肌細(xì)胞鐵死亡，從而加劇了DCM的發(fā)展[25]。但是，由于目前研究Nrf2在DCM中的實(shí)驗(yàn)很少，Nrf2與自噬失調(diào)的因果關(guān)系及Nrf2是否能直接影響自噬調(diào)節(jié)仍不明確。

上述自噬相關(guān)調(diào)控蛋白為當(dāng)前DCM中研究較多且可直接作用于自噬通路的關(guān)鍵因子。此外，液泡膜蛋白1(VMP1)、高遷移率組框1(HMGB1)、表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)、BIRC5等均可調(diào)控自噬，但其在DCM中缺乏文獻(xiàn)報(bào)道，因此本文就不具體詳述。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，自噬失調(diào)在DCM發(fā)生、發(fā)展中起到關(guān)鍵性作用，且在不同類型的糖尿病心臟中自噬情況有所不同。Beclin1、mTOR、AMPK、FoxO及Nrf2等自噬相關(guān)調(diào)控蛋白均參與了糖尿病的心臟損害，并被認(rèn)為是治療DCM的潛在靶點(diǎn)。然而，自噬在DCM中的具體狀態(tài)及確切作用機(jī)制尚不十分清楚，自噬相關(guān)因子之間的相互作用也沒有被完全揭示，甚至在相似的研究中存在矛盾的報(bào)道，這些問題仍需進(jìn)一步研究解決。