于穎 龍聰

(靖江市人民醫(yī)院，江蘇 靖江 214500)

心血管疾病已被公認(rèn)是導(dǎo)致老年人死亡的主要原因[1]。動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是造成心血管疾病不斷增加的病理基礎(chǔ)。AS的病理過程包括內(nèi)皮細(xì)胞受損、脂質(zhì)沉積、泡沫細(xì)胞形成、內(nèi)膜纖維化以及斑塊形成，不穩(wěn)定的斑塊破裂或侵蝕，最終導(dǎo)致不良心血管事件發(fā)生，危及生命。因此，尋找導(dǎo)致斑塊加速進(jìn)展和不穩(wěn)定的因素至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)破裂斑塊的特征是體積較大且富含脂質(zhì)的核心和薄的纖維帽，大量巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞(vascular endothelial cell，VEC)死亡并伴隨血管的生成與動(dòng)脈外膜炎癥，其中自噬與凋亡扮演重要角色[2]。自噬與凋亡并非獨(dú)立作用，它們相互影響彼此交叉調(diào)節(jié)，通過平衡這兩種反應(yīng)可維持AS斑塊的穩(wěn)定性，從而為心血管疾病的預(yù)防和治療提供方案。

1 凋亡概述

凋亡是一個(gè)平衡人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的自我殺滅過程，通常由缺血和缺氧等刺激因素激活。當(dāng)?shù)蛲霰患せ顣r(shí)，多種分解代謝酶被激活，特別是胱天蛋白酶(caspase)家族，導(dǎo)致細(xì)胞器和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的快速降解，核染色質(zhì)濃縮、核碎裂和細(xì)胞萎縮，隨后質(zhì)膜融合，凋亡小體形成，巨噬細(xì)胞吞噬凋亡小體完成凋亡[3]。經(jīng)典的凋亡途徑有三種：(1)死亡受體介導(dǎo)的外源性途徑；(2)線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性途徑；(3)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)介導(dǎo)的應(yīng)激途徑。

2 自噬概述

自噬是存在于真核細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)化上高度保守的一種自我保護(hù)的分解代謝過程，它可被饑餓、缺氧和活性氧蓄積等多種細(xì)胞應(yīng)激所激活，消除多余或受損的細(xì)胞器。自噬的完成需多種保守的自噬相關(guān)基因(autophagy related gene，Atg)，涉及哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1)、AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)、ER應(yīng)激和p53基因介導(dǎo)的多條通路[4]。

3 凋亡和自噬的相互作用

凋亡和自噬是消除多余、受損或老化的細(xì)胞或細(xì)胞器的兩個(gè)過程，表1[5-16]顯示凋亡和自噬之間存在多種交叉的關(guān)鍵蛋白，通過它們可在凋亡和自噬間建立相互作用的橋梁。

表1 自噬與凋亡中起雙重作用的蛋白質(zhì)

3.1 凋亡和自噬的相互作用簡(jiǎn)介

細(xì)胞凋亡的作用是快速清除受損的細(xì)胞器和細(xì)胞結(jié)構(gòu)[5]。而自噬在不同環(huán)境中對(duì)細(xì)胞存活起雙重作用，應(yīng)激時(shí)基本的自噬水平使受損細(xì)胞器、長(zhǎng)壽蛋白和細(xì)胞質(zhì)含量發(fā)生生理轉(zhuǎn)換，此時(shí)自噬減輕應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞存活。然而，過度或長(zhǎng)期持續(xù)的刺激導(dǎo)致自噬上調(diào)，促進(jìn)細(xì)胞死亡[6]。自噬與凋亡的拮抗或協(xié)同，取決于包括細(xì)胞環(huán)境在內(nèi)的多種因素。由此可見，細(xì)胞凋亡與自噬的互作機(jī)制十分復(fù)雜，但卻對(duì)細(xì)胞命運(yùn)至關(guān)重要。鑒于此，本文總結(jié)了細(xì)胞凋亡與自噬相互作用的分子機(jī)制(見圖1)，以期為AS的預(yù)防和治療提供新的方案。

3.2 凋亡和自噬的互作機(jī)制

3.2.1 Beclin-1-Bcl-2/Bcl-xL復(fù)合物介導(dǎo)的相互作用

Bcl-2蛋白家族是細(xì)胞凋亡的重要調(diào)節(jié)因子，主要包括促凋亡的Bax、Bad和Bak，以及抗凋亡的Bcl-2與超大B細(xì)胞淋巴瘤(Bcl-extra large，Bcl-xL)等。生理情況下，Beclin-1通過其Bcl-2同源性3結(jié)構(gòu)域(Bcl-2 homology domain 3，BH3)與Bcl-2或Bcl-2同系物(Bcl-xL)結(jié)合并受其抑制。當(dāng)應(yīng)激時(shí)，其他包含BH3結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)可競(jìng)爭(zhēng)性破壞Beclin-1與Bcl-2/Bcl-xL之間的相互作用，自由的Beclin-1連同必需自噬蛋白等激活脂質(zhì)激酶，激活自噬[12]。雖然Beclin-1在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中均表達(dá)，但普遍認(rèn)為Beclin-1的胞質(zhì)定位是其在自噬中發(fā)揮重要作用的前提。研究表明激活沉默信息調(diào)節(jié)因子1可通過促進(jìn)Beclin-1的核輸出激活自噬，類似的抑制PI3K/mTOR通路或通過誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)Beclin-1/Bcl-2復(fù)合物的解離增加Beclin-1和Bcl-2的表達(dá)，促進(jìn)自噬，實(shí)現(xiàn)凋亡向自噬的轉(zhuǎn)變[17-19]。因此推斷靶向破壞Beclin-1-Bcl-2/Bcl-xL復(fù)合物是增加自噬以及促進(jìn)細(xì)胞壽命的有效機(jī)制。

注：BH3表示Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域3，F(xiàn)asL表示凋亡刺激片段配體，F(xiàn)asR表示凋亡刺激片段受體，TNF-α表示腫瘤壞死因子-α，TNFR表示腫瘤壞死因子受體，TRAIL表示腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體，DRS表示腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)受體，F(xiàn)ADD表示Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白，TRADD表示腫瘤壞死因子受體相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白，DISC表示死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體，DRAM表示損傷調(diào)節(jié)自噬調(diào)控蛋白，MAPK表示絲裂原激活的蛋白激酶，Erk1/2表示細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2，PI3K表示磷脂酰肌醇3激酶，Akt表示蛋白激酶B，mTOR表示哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白，ULK1表示unc-51樣自噬激活激酶1，F(xiàn)IP200表示黏著斑激酶家族相互作用蛋白200，Bif表示Bax相互作用因子1，UVRAG表示紫外線輻射耐受相關(guān)基因，LC3表示微管相關(guān)蛋白1輕鏈3。

3.2.2 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白介導(dǎo)的相互作用

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是細(xì)胞營養(yǎng)狀態(tài)傳感器，激活標(biāo)志細(xì)胞進(jìn)入“生長(zhǎng)”狀態(tài)。為滿足細(xì)胞生長(zhǎng)代謝需求，激活的mTORC1通過磷酸化unc-51樣自噬激活激酶1(unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1)和Atg13，阻止早期自噬體的形成，抑制分解代謝和自噬。相反，當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)不足時(shí)，細(xì)胞從生物合成轉(zhuǎn)變?yōu)樽允蒣20]。此外，mTOR還對(duì)細(xì)胞凋亡產(chǎn)生影響，如雷帕霉素可調(diào)節(jié)慢性梗死后mTORC1與ER應(yīng)激的平衡，有效阻止心肌細(xì)胞凋亡，促進(jìn)心肌細(xì)胞自噬，改善心臟功能[7]；通過Akt/mTOR通路抑制mTOR激活自噬，可下調(diào)Atg3保護(hù)細(xì)胞免于凋亡[21]；另有激活A(yù)MPK/mTOR/Atg5或抑制ULK1的磷酸化恢復(fù)自噬同樣可挽救細(xì)胞凋亡[22-23]。以上結(jié)果可看出，靶向抑制mTOR可通過上調(diào)自噬抑制細(xì)胞凋亡，發(fā)揮保護(hù)性作用。故推測(cè)被抑制的自噬和mTOR引起的凋亡的增加參與AS的病理過程，以此為靶點(diǎn)可預(yù)防晚期AS斑塊的進(jìn)展。

3.2.3 p53介導(dǎo)的相互作用

p53是目前研究最廣泛的腫瘤抑制因子，研究關(guān)注最多的是p53調(diào)控細(xì)胞凋亡的能力。作為促凋亡因子的p53還可與多種自噬基因結(jié)合，依賴反激活的方式誘導(dǎo)自噬。例如，有研究[16]發(fā)現(xiàn)缺乏p53基因的果蠅表現(xiàn)出自噬通量受損。另有研究[24]報(bào)道，細(xì)胞質(zhì)p53通過失活A(yù)MPK并激活mTOR信號(hào)傳導(dǎo)來抑制自噬。產(chǎn)生該差異的部分原因是自噬與凋亡受到p53A和p53B亞型的差異調(diào)節(jié)：p53A通過激活caspase Dronc、Drice和Dcp-1抑制自噬促進(jìn)凋亡；而p53B誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，防止細(xì)胞凋亡[25]。這種亞型的差異調(diào)節(jié)可確保p53產(chǎn)生適當(dāng)?shù)纳飳W(xué)反應(yīng)，維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。此外，突變體ATXN7通過p53破壞自噬關(guān)鍵蛋白黏著斑激酶家族相互作用蛋白200和ULK1來抑制自噬活性，而用p53抑制劑可恢復(fù)自噬抑制細(xì)胞凋亡[5]。由此看出，p53基因介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡與自噬之間的相互作用已經(jīng)建立，促進(jìn)p53B亞型或抑制p53A亞型可使凋亡向自噬轉(zhuǎn)變，能為緩解AS晚期斑塊的進(jìn)展提供可能的治療方案。

3.2.4 細(xì)胞因子腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體介導(dǎo)的相互作用

細(xì)胞因子腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)可誘導(dǎo)多種癌細(xì)胞凋亡[26]。近期發(fā)現(xiàn)，TRAIL不僅具有殺傷作用，還可調(diào)節(jié)一系列細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，如細(xì)胞增殖、遷移以及自噬等[27]。有研究[28]發(fā)現(xiàn)，在TRAIL介導(dǎo)的結(jié)腸癌耐藥細(xì)胞中，Beclin-1顯著增加，自噬增強(qiáng)，Beclin-1通過與caspase-8結(jié)合導(dǎo)致其降解而抑制細(xì)胞凋亡，說明Beclin-1誘導(dǎo)的自噬增強(qiáng)是TRAIL導(dǎo)致的凋亡受抑制的原因。類似地，TRAIL還可通過JNK途徑調(diào)節(jié)Atg表達(dá)，從而促進(jìn)肺癌細(xì)胞自噬，抑制凋亡[29]。此外，受體相互作用蛋白激酶1(receptor interacting protein kinase 1，RIP1)通過調(diào)節(jié)TRAIL誘導(dǎo)的自噬和細(xì)胞凋亡中核因子κB 的活性，增強(qiáng)自噬，減少細(xì)胞凋亡，表明RIP1對(duì)于自噬向凋亡轉(zhuǎn)化至關(guān)重要[26]。以上結(jié)果可看出，TRAIL連通了細(xì)胞凋亡與自噬之間的轉(zhuǎn)化，所以推測(cè)靶向TRAIL可促進(jìn)自噬，抑制細(xì)胞凋亡。

3.3 凋亡與自噬在AS的作用

巨噬細(xì)胞、VEC和血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)的異常凋亡是AS的共同特征，它導(dǎo)致AS斑塊的形成與進(jìn)展，且在不同細(xì)胞中激活細(xì)胞凋亡對(duì)AS具有不同作用。有研究[30]發(fā)現(xiàn)由CHOP-Bax介導(dǎo)的ER應(yīng)激促進(jìn)巨噬細(xì)胞凋亡，是AS斑塊破裂的原因，增加了患急性冠狀動(dòng)脈綜合征的風(fēng)險(xiǎn)。在8-氯腺苷誘導(dǎo)的AS病變中，8-氯腺苷誘導(dǎo)持續(xù)的ER應(yīng)激，導(dǎo)致鈣釋放到細(xì)胞質(zhì)，引起VEC凋亡，加速內(nèi)皮損傷，加速AS進(jìn)展[31]。不同于ER應(yīng)激引起的細(xì)胞凋亡，炎癥引起的VSMC凋亡對(duì)AS的作用則相反。有研究[32]表明在AS中，白介素-10通過JAK2-STAT3途徑增加Bcl-2表達(dá)，抑制VSMC凋亡。以上結(jié)果表明，巨噬細(xì)胞和VEC的過度凋亡促進(jìn)了AS，而VSMC誘導(dǎo)的AS歸因于其凋亡不足。

自噬在AS中發(fā)揮的作用具有爭(zhēng)議。在巨噬細(xì)胞中，氧化低密度脂蛋白通過誘導(dǎo)ER應(yīng)激激活自噬，自噬促進(jìn)受損蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的清除而促進(jìn)巨噬細(xì)胞存活。此外，自噬還通過調(diào)節(jié)脂滴向溶酶體降解來促進(jìn)巨噬細(xì)胞源泡沫細(xì)胞釋放出游離膽固醇，延緩AS的發(fā)展。與之相似，VSMC自噬也可被氧化的脂質(zhì)激活并促進(jìn)細(xì)胞存活，氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)處理VSMC可觸發(fā)線粒體自噬，從而對(duì)抗VSMC凋亡[32]。此外，血小板衍生生長(zhǎng)因子通過AMPK和mTOR誘導(dǎo)VSMC自噬，保護(hù)VSMC免于死亡[33]。然而，另有研究[5]發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子-α通過激活JNK上調(diào)Beclin-1和微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule associated protein 1 light chain 3，LC3)的表達(dá)，促進(jìn)VSMC自噬，導(dǎo)致AS斑塊不穩(wěn)定。雖然通常認(rèn)為自噬是對(duì)抗AS應(yīng)激的保護(hù)過程，但過度激活的自噬能誘導(dǎo)VSMC自噬性死亡，導(dǎo)致膠原蛋白合成減少以及斑塊不穩(wěn)定[34]。目前普遍認(rèn)為成功的自噬促進(jìn)VSMC存活，有缺陷的VSMC自噬加速應(yīng)激從而促進(jìn)AS。在VEC中，攝取ox-LDL后脂質(zhì)被轉(zhuǎn)運(yùn)至自噬體中降解，ox-LDL同樣激活自噬以保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞[33]。此外，用棕櫚酸處理VEC也會(huì)觸發(fā)線粒體自噬，抑制凋亡，防止VEC損傷[35]。但有研究[5]發(fā)現(xiàn)與之相反的結(jié)果，即抑制內(nèi)皮祖細(xì)胞自噬時(shí)，在冠心病中觀察到細(xì)胞活力增加和凋亡水平降低，表明自噬對(duì)VEC的調(diào)控可能與其成熟度有關(guān)。從以上結(jié)果可看出，適度激活自噬在大部分情況下有利于AS，自噬介導(dǎo)的抗AS作用主要得益于巨噬細(xì)胞和VEC的脂質(zhì)調(diào)節(jié)。目前，已有許多抗AS藥物靶向細(xì)胞凋亡和自噬，見表2[5，36-39]，它們?yōu)锳S提供了有希望的治療方向。

表2 靶向凋亡與自噬的潛在治療AS藥物

4 總結(jié)與展望

凋亡和自噬作為細(xì)胞生存的調(diào)控者參與AS的發(fā)生和發(fā)展過程。已有研究[31，40]證實(shí)，晚期AS斑塊的不穩(wěn)定性與內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的過度凋亡以及巨噬細(xì)胞自噬阻隔高度相關(guān)，恢復(fù)巨噬細(xì)胞自噬可促進(jìn)細(xì)胞存活。因此，靶向凋亡向自噬轉(zhuǎn)變對(duì)AS具有重要的治療意義。在AS中細(xì)胞凋亡和自噬的相互作用發(fā)揮重要的調(diào)控作用，細(xì)胞凋亡和自噬相互作用相當(dāng)復(fù)雜且涉及多條通路，在大多數(shù)情況下，自噬與凋亡互相拮抗，激活自噬能抑制細(xì)胞凋亡，對(duì)機(jī)體起到保護(hù)性作用。但關(guān)于自噬和凋亡途徑之間分子交叉目前的認(rèn)識(shí)依舊零散和不完整，關(guān)于分解代謝之間的交叉調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步發(fā)掘?，F(xiàn)以此為切入點(diǎn)，在晚期AS斑塊中尋找平衡細(xì)胞內(nèi)的自噬與凋亡的方法，從而實(shí)現(xiàn)自噬向凋亡轉(zhuǎn)化，可有效地預(yù)防AS斑塊破裂導(dǎo)致的急性心血管事件的發(fā)生，為AS的治療提供新思路。