自噬在心血管疾病中的作用和力学生物学机制.pdf

特约综述“血管稳态与重塑的力学调控”专题 自噬在心血管疾病中的作用和力学生物学机制*陈 毅,齐颖新(上海交通大学 生命科学技术学院,力学生物学研究所,上海 2 0 0 2 4 0)摘要 动脉粥样硬化、腹主动脉瘤、肺动脉高压、心肌缺血再灌注损伤、心衰等多种心血管疾病中均存在细胞自噬(a u t o p h a g y)水平紊乱,生理水平的自噬在维持心血管系统各类细胞稳态中发挥重要作用。本文综述了自噬在维护心血管系统各类细胞稳态和参与心血管疾病病理机制中的研究,并以张应变力学刺激为切入点,介绍了力学刺激调控的细胞骨架重塑在自噬调控中的可能作用和机制。以自噬为靶点的干预有望为心血管疾病的诊断和治疗提供潜在方向。关键词 自噬;心血管疾病;张应变;细胞骨架;力学生物学中图分类号 R 3 1 8.0 1T h e R o l e a n d M e c h a n o b i o l o g i c a l M e c h a n i s m s o f A u t o p h a g y i n C a r d i o v a s c u l a r D i s e a s e s*CHE N Y i,Q I Y i n g-X i n(I n s t i t u t e o f M e c h a n o b i o l o g y&M e d i c a l E n g i n e e r i n g,S c h o o l o f L i f e S c i-e n c e s&B i o t e c h n o l o g y,S h a n g h a i J i a o T o n g U n i v e r s i t y,S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0,C h i n a)A b s t r a c t A u t o p h a g y d i s o r d e r i s i n v o l v e d i n v a r i o u s c a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e s,i n c l u d i n g a t h e r o s c l e-r o s i s,a b d o m i n a l a o r t i c a n e u r y s m,p u l m o n a r y h y p e r t e n s i o n,m y o c a r d i a l i s c h e m i a-r e p e r f u s i o n i n-j u r y,a n d h e a r t f a i l u r e.P h y s i o l o g i c a l a u t o p h a g y p l a y s a c r u c i a l r o l e i n m a i n t a i n i n g c a r d i o v a s c u l a r h o m e o s t a s i s.H e r e i n,w e r e v i e w t h e e x i s t i n g r e s e a r c h o n t h e r o l e o f a u t o p h a g y i n p r e s e r v i n g c a r-d i o v a s c u l a r h o m e o s t a s i s a n d r e g u l a t i n g t h e p a t h o l o g i c a l p r o c e s s e s o f c a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e s.A d-d i t i o n a l l y,f o c u s i n g o n c y c l i c s t r e t c h,a t y p e o f m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n,w e r e v i e w t h e p o t e n t i a l r o l e s a n d m e c h a n i s m s o f m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n i n c y t o s k e l e t o n r e m o d e l i n g a n d a u t o p h a g y r e g u-l a t i o n.T a r g e t i n g a u t o p h a g y o f f e r s p r o m i s i n g p r o s p e c t s f o r p o t e n t i a l i n t e r v e n t i o n s i n t h e d i a g n o-s i s a n d t r e a t m e n t o f c a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e s.K e y w o r d s a u t o p h a g y;c a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e s;c y c l i c s t r e t c h;c y t o s k e l e t o n;m e c h a n o b i o l o g y引用格式:陈毅,齐颖新.自噬在心血管疾病中的作用和力学生物学机制.生理科学进展,2 0 2 3,5 4(4)2 8 32 8 9CHE N Y i,Q I Y i n g-X i n.T h e R o l e a n d M e c h a n o b i o l o g i c a l M e c h a n i s m s o f A u t o p h a g y i n C a r d i o v a s c u l a r D i s e a s e s.P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s,2 0 2 3,5 4(4)2 8 32 8 9.D O I 1 0.2 0 0 5 9/j.c n k i.p p s.2 0 2 3.0 7.1 0 7 9收到日期:2 0 2 3-0 5-2 9;修回日期:2 0 2 3-0 7-0 9;接受日期:2 0 2 3-0 7-1 2*国家自然科学基金(1 2 0 3 2 0 0 3;1 1 6 2 5 2 0 9)资助课题 通信作者 q i y x s j t u.e d u.c n382生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s h t t p:/p h y s i o l.b j m u.e d u.c n A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 8 32 8 9 1 9 6 3年在伦敦举办的国际溶酶体大会上,洛克菲勒研究所的比利时科学家德迪夫提出胰高血糖素诱导的大鼠肝细胞降解过程由自身溶酶体完成,并将此降解途径命名为自噬(a u t o p h a g y)。在之后的近3 0年,自噬的生理病理作用和机制并不清楚,直至1 9 9 2年大隅良典以酵母为模型揭示营养缺乏能够诱导自噬降解胞内成分,并通过筛选各类酵母突变株成功分离出1 5个自噬相关基因1。自此,自噬研究越来越引起科学家的重视。已证实自噬在真核生物高度保守,自噬过程中细胞借助溶酶体主动降解并循环利用受损或冗余的细胞器、错误折叠的蛋白质以及侵入胞内的病原微生物等1,2。生理水平的自噬对于维护细胞内稳态(h o m e o s t a s i s)至关重要,而自噬异常在神经退行性疾病、心血管疾病等多种病理过程中起到重要作用2。本文综述了自噬在动脉粥样硬化、腹主动脉瘤等心血管疾病中的相关研究,并探讨了受力学因素影响的细胞骨架在自噬调控中的作用和机制。一、自噬与心血管疾病自噬在维护心血管系统稳态中发挥重要作用。已有研究表明,动脉粥样硬化、腹主动脉瘤、肺动脉高压、心肌缺血再灌注损伤、心衰等多种心血管疾病中均存在细胞自噬水平紊乱。(一)自噬与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化斑块进行性增大和不稳定斑块破裂是临床心肌梗死和脑卒中 的 重 要 原 因。血 管 平 滑 肌 细 胞(v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l s,V S MC s)、细胞外基质(e x t r a-c e l l u l a r m a t r i x,E CM)、大量脂质以及巨噬细胞等共同构成动脉粥样斑块。已证实自噬通过清除氧化低密度脂蛋白及促炎的凋亡细胞,维护V S MC s、内皮细胞、巨噬细胞稳态,起到抗动脉粥样硬化的作用3。过 量 的 游 离 胆 固 醇 引 起 大 鼠 胸 主 动 脉V S MC s胞内发生内质网应激、线粒体去极化,继而诱导细胞凋亡,同时诱发细胞自噬;自噬抑制剂3-MA预处理细胞后,游离胆固醇诱导的凋亡现象更加显著,而预处理自噬诱导剂雷帕霉素后,能通过上调自噬减缓未折叠蛋白引起的内质网应激及线粒体去极化,提示 自噬能 缓 解 凋 亡 效 应4。同 样,H e等5研究发现动脉粥样硬化斑块中氧化型脂蛋白7-酮基胆固醇(7-k e t o c h o l e s t e r o l,7-K C)上调NA D-P H氧化酶N o x 4,增加人动脉平滑肌细胞(h u m a n a o r t i c s m o o t h m u s c l e c e l l s,HA S MC s)胞内过氧化氢含量、诱发内质网应激致使HA S MC s凋亡;但过氧化氢可同时抑制A t g 4 B活性,上调自噬从而缓解凋亡;自噬诱导剂雷帕霉素能显著减少高脂饮食的A p o E-/-小鼠动脉粥样斑块内细胞的内质网应激及凋亡情况,并减小动脉粥样斑块。作为I I型程序性 死 亡 途 径,自 噬 水 平 异 常 升 高 能 直 接 诱 发V S MC s和内皮细胞死亡致使斑块不稳定,招募血小板聚集引起急性血栓;同时自噬可促进V S MC s向合成表型转化并异常增殖,加速斑块增长、加重缺血病情6。上述研究提示,在动脉粥样硬化病程的不同时期,维持适当的细胞自噬水平对于缓解及治疗疾病至关重要,例如在斑块发展期,适当增强自噬,可能辅助细胞抵抗氧化应激和炎性反应;而在斑块成熟期,适当抑制自噬可稳定斑块。(二)自噬与腹主动脉瘤 腹主动脉瘤是一种动脉血管壁持续变薄、血管持续扩张最终导致动脉破裂的血管病变疾病。腹主动脉瘤病因复杂、病程隐匿且死亡率高。V S MC s的缺失、炎性细胞的浸润以及E CM的异常降解是腹主动脉瘤病理进展的重要原因7。L i u等8研究发现在人腹主动脉瘤血管组织 内 细 胞 自 噬 功 能 受 阻,表 现 为mTO R C 1第2 4 4 8位丝氨酸(S e r 2 4 4 8)磷酸化增强(mTO R C 1活性增强),自噬底物衔接蛋白p 6 2积累,而L C 3-I I/I相对与腹主动脉瘤旁正常血管无显著性差异;腹主动脉瘤模型小鼠饮水添加亚精胺能上调血管组织内自噬水平,显著抑制腹主动脉瘤血管持续扩张、免疫细胞浸 润、弹 性 蛋 白 和V S MC s的 缺 失。此 外,S T AT 3小分子抑制剂B P-1-1 0 2能够减缓血管紧张素I I所致的A p o E-/-小鼠腹主动脉瘤进展,B P-1-1 0 2能够降低血管中MMP-2、MMP-9水平并保留弹性蛋白,阻滞炎性细胞浸润,抑制炎性因子I L-1、I L-6和促进抗炎因子I L-1 0的表达,同时B P-1-1 0 2能上调血管中L C 3-I I/I水平,维持血管组织正常自噬过程9。然而,自噬在腹主动脉瘤中的作用也存在不同观点,Wu等1 0研究发现在人腹主动脉瘤组织,骨桥蛋白(o s t e o p o n t i n,O P N)及自噬相关蛋白L C 3-I I/I、B e c l i n 1、V P S 3 4含量异常升高;体外实验证实O P N可通过i n t e g r i n/C D 4 4-p 3 8 MA P K信号通路上调自噬相关蛋白,且O P N诱导的自噬加速V S MC s凋亡,提示自噬可能加速腹主动脉瘤病情进展。虽然上述研究结果存在差异,但能够确定的是在病理条件下自噬作为细胞稳态维护机制,能够保护V S MC s和内皮细胞免受过度氧化应激和炎性因子伤害,对腹主动脉瘤的病情恶化可能起到抑制效应。(三)自噬与肺动脉高压 肺动脉高压是一种以482生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 8 32 8 9肺动脉阻力进行性升高最终导致右心衰竭为特征的血管疾病。肺动脉平滑肌细胞(p u l m o n a r y a r t e r y s m o o t h m u s c l e c e l l s,P A S MC)及肺动脉内皮细胞(p u l m o n a r y a r t e r y e n d o t h e l i a l c e l l s,P A E C)异常增殖引起的肺微小血管重构是肺动脉高压的显著病理特征1 1。研究发现,肺动脉高压患者和低氧所致的肺动脉高压小鼠肺微小血管中L C 3 I型、I I型均表达升高,体外低氧培养人P A S MC及P A E C也显示出同样的生物学效应;L C 3基因敲除小鼠在低氧环境下显示出更严重的肺动脉高压指标(更高的右心室 收 缩 压、更 显 著 的 右 心 室 肥 大 及P A S MC、P A E C增殖能力),提示L C 3蛋白的高表达可能源于病理性肺动脉高压下血管的适应或保护机制,L C 3对肺血管细胞的抗增殖效应可能是治疗肺动脉高压的潜在靶点1 2。同样,L o n g等1 3研究发现在野百合碱所致的大鼠肺动脉高压模型中,肺动脉显著增厚重构并伴随着自噬水平上调,自噬抑制剂氯喹能显著抑制P A S MC s增殖并促进其凋亡、下调右心室收缩压、阻止肺微小动脉增厚。抑制P A E C增殖也能对肺动脉高压的血管重构发挥抑制效应,L a h m等1 4研究发现雌二醇E 2能缓解缺氧所致的大鼠肺动脉高压病理指标(减小右心室收缩压、减缓肺动脉血管及右心室增厚);在缺氧环境下,E 2通过降低V E G F分泌并提高细胞周期抑制分子p 2 7K i p 1水平抑制P A E C增殖,同时以雌激素受体依赖的方式削弱E R K活性并诱导自噬分子L C 3上调,但L C 3是否参与E 2对于P A E C增殖的抑制目前仍不清楚。除此之外,P A E C通过自噬降解因缺氧等病理因素所致的凋亡细胞成分,抑制炎症级联放大效应和大量炎性细胞的浸润,对于延缓肺动脉高压血管重构具有重要作用。(四)自噬与心肌缺血再灌注损伤 急性心肌梗死主要是由冠状动脉堵塞造成心肌缺血缺氧并最终坏死的心脏疾病。临床上治疗心肌梗死主要通过溶栓药物、手术介入的血管重塑治疗,但心肌往往在恢复血运时发生进一步损伤,即缺血再灌注损伤1 5。在心肌缺血阶段,心肌细胞一方面通过自噬降解胞内冗余、错误折叠蛋白质促进物质循环,补充生物能量,另一方面借助自噬清除胞内受损细胞器,避免活性氧(r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s,R O S)、内质网应激引起的凋亡;心肌缺氧阻碍胞内AT P合成继而激活AMP K,缺血所致的营养缺乏抑制mTO R C 1活性,两条信号通路共同激活U L K 1(u n c-5 1 l i k e a u-t o p h a g y a c t i v a t i n g k i n a s e 1)引发细胞自噬。因此自噬在心肌缺血 阶段主要发 挥 心 肌 细 胞 保 护 功能1 6。在再灌注阶段,血运恢复诱发的大量R O S可通过抑制A t g 4 B活性促进L C 3-I I脂化参与自噬小体形成,R O S还可以上调B e c l i n 1,进而下调自噬小体成熟过程中的R a b 7水平,再灌注还可以通过依赖R O S方式显著下调介导自噬小体与溶酶体融合的L AMP 2(l y s o s o m e-a s s o c i a t e d m e m b r a n e p r o-t e i n 2)。上述机制协同抑制自噬流过程,造成大量自噬小体堆积从而导致缺血再灌注后心肌细胞的凋亡1 6。心肌缺血再灌注模型小鼠腹腔注射抗氧化剂N-2-巯丙酰甘氨酸可消除心肌氧化损伤,并显著抑制再灌注引发的B e c l i n 1上调,减少心肌梗死面积;有趣的是b e c l i n1+/-小鼠(B e c l i n 1表达水平较野生型降低,但可以满足正常自噬要求)在缺血再灌注后较野生型小鼠显示出更小的梗死面积,但N-2-巯丙酰甘氨酸对b e c l i n1+/-小鼠缺血再灌注后梗死面积没有显示出进一步缓解的效果,提示R O S可能通过异常上调的B e c l i n 1阻滞自噬流加剧再灌注损伤1 7。也有研究指出心肌缺血再灌注模型小鼠腹腔注射黄连素显著下调自噬相关蛋白B e c l i n 1和S I R T 1,降低缺血再灌注诱发的组织内L C 3-I I含量,改善心肌梗死面积1 8。以上研究表明正常的自噬流对于维护心肌细胞自身稳态、抵抗缺血再灌注损伤至关重要。(五)自噬与心衰 心力衰竭(心衰)是由心脏收缩或舒张功能障碍引发的心脏循环障碍症候群,常出现心室代偿性重构进行性恶化为失代偿性重构。大量研究发现心衰组织中自噬相关蛋白表达异常,提示自噬参与心衰的病理过程。N a k a i等1 9对心肌细胞特异性敲除A t g 5的小鼠实施主动脉弓缩窄术(t r a n s v e r s e a o r t i c c o n s t r i c t i o n,T A C),1 周后发现心肌细胞肌小节排列发生紊乱,胞内泛素化修饰蛋白和受损线粒体堆积,凋亡细胞数显著增加,同时左心室较野生型T A C小鼠发生显著扩张,心脏射血分数显著下降,但心室增厚增重程度无显著差异,提示在T A C所致压力超负荷诱导的心衰发展过程中,心肌细胞通过自噬加速冗余蛋白质和受损细胞器的降解,维持心脏正常功能。为了更准确地描述T A C所致心衰小鼠心肌组织中细胞自噬随时间的变化情况,S h i r a k a b e等2 0利用时间序列实验和荧光串联小鼠(t f-L C 3,mR F P-G F P-L C 3)检测T A C术后1 h r、3 h r、6 h r、1 2 h r、2 4 h r、2 d a y、3 d a y、5 d a y、7 d a y、1 4 d a y、3 0 d a y自噬相关蛋白L C 3、p 6 2水平及自噬小体、自噬溶酶体数量,发现T A C术后582生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s h t t p:/p h y s i o l.b j m u.e d u.c n A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 8 32 8 95 d a y小鼠心肌发生肥厚,7 d a y开始纤维化,1 4 d a y左心室射血分数显著下降、心衰发生;在3 h r至6 h r心肌细胞出现短暂自噬激活,可能是由于急性氧化应激所致;而在T A C术后5 d a y至1 4 d a y细胞自噬显著抑制;在T A C术后1 4 d a y,线粒体自噬发生抑制,造成心肌胞内受损线粒体无法及时清除,最终引发心肌功能障碍。K a n a m o r i等2 1通过结扎小鼠冠状动脉构建缺血性心衰模型,术后1 周、3 周心肌组织L C 3-I I和 p 6 2 蛋白均上调,提示自噬流受到阻滞;当施加 B a f i l o m y c i n A 1 进一步阻断心肌细胞自噬流后,心室扩张、肥大、心肌梗死情况更严重;而腹腔注射雷帕霉素诱导自噬,可缓解缺血所致的心衰症状。Z h u等2 2在小鼠T A C诱导心衰模型的心肌组织内发现B e c l i n 1水平上调并伴随着L C 3-I I的积累;b e c l i n1+/-小鼠相对于野生型小鼠T A C后4 8 h r心肌组织内 G F P-L C 3 斑点显著减少,且3 周后 b e c l i n1+/-小鼠心脏收缩功能显著优于野生型小鼠;而b e c l i n 1基因过表达小鼠在 T A C 2 周后心肌纤维化程度、心肌收缩功能、心室扩张程度较野生型小鼠均恶化。以上研究提示,心肌细胞自噬受阻或过高诱导都不利于细胞稳态维持,参与心衰病程进展。二、张应变力学刺激对心血管自噬的调控生理状态下,心血管系统是一个以心脏为动力泵的复杂力学系统,血液流动、心脏血管形变以及血流和管壁之间的相互作用等过程中都蕴含着丰富的力学规律。脉动的血流对心血管壁产生沿着周向的周期性拉伸应力,而心脏、动脉血管在周向应力作用下 产 生 相 应 的 形 变 即 周 期 性 张 应 变(c y c l i c s t r e t c h)。生理水平的张应变刺激对于维持心血管结构和功能的稳态具有重要作用;异常张应变可打破此平衡,导致心血管重构2 3。(一)张应变与自噬 研究发现,对于体外培养的V S MC s施加张应变力学刺激能够诱导自噬发生2 4。同样,体内研究发现小鼠运动锻炼后能显著激活心肌细胞的自噬过程2 5。越来越多的报道揭示张应变力学刺激参与自噬的调控2 6,但具体的调控机制还有待进一步阐明。L i n等2 7对大鼠心肌细胞施加幅度1 2 0%的张应变4 8 h r后发现,心肌细胞内L C 3-I I大量堆积,血管紧张素I I-1型受体(AT 1受体)抑制剂氯沙坦或p 3 8 MA P K抑制剂S B 2 0 3 5 8 0均能抑制张应变诱发的L C 3-I I升高,提示张应变可能通过AT 1受体-p 3 8 MA P K信号通路诱导心肌细胞自噬的发生。A r n d t等2 8对V S MC s施加张应变力学刺激,发现力信号可通过整合素传入胞内并引发与应力纤维结合的力学响应分子f i l a m i n拉伸,f i l a m i n蛋白质结构破坏后暴露出与协同分子伴侣B AG 3互作的结构域,B AG 3通过招募分子伴侣蛋白H s c 7 0、H s p B 8和泛素连接酶,参与结构损坏的f i l a m i n选择性自噬降解。同时,B AG 3还可通过激活YA P/T A Z从转录水平表达新的f i l a m i n,维持细胞正常的应力响应过程2 9。上述研究提示张应变力学刺激可通过多种信号转导途径对细胞自噬过程进行调控。(二)张应变与细胞骨架 细胞骨架是胞内重要的力学感受、转导和响应的亚细胞结构3 0。细胞可通过调控骨架相关蛋白翻译及翻译后修饰、骨架解聚与重组,动态适应张应变力学刺激。P e t e r等3 1对于体外培养的新生大鼠心肌细胞施加1 0%张应变力学刺激,发现牵拉可显著提升胞内-t u b u l i n 蛋白质及mR NA水平,且此mR NA含量的增高并不依赖转录激活,而可能是通过稳定-t u b u l i n mR NA所致。同样T s u t s u i等3 2在力学超负荷加载的心肌细胞中发现t u b u l i n单体蛋白水平显著增加。张应变除了可直接调控微管蛋白t u b u-l i n含量,还可通过调控微管蛋白翻译后修饰,动态调控 细 胞 骨 架。组 蛋 白 去 乙 酰 化 酶6(h i s t o n e d e a c e t y l a s e 6,HD A C 6)是胞内调控-t u b u l i n去乙酰化主要的效应酶。G e i g e r等3 3体外体内实验均发现,周期性张应变能以力学刺激大小及持续时间依赖的方式促进肺癌细胞A 5 4 9 -t u b u l i n乙酰化修饰,且此力学效应是通过抑制HD A C 6酶活性实现的。对于内皮细胞,A i k o等3 4发现不同结论,1 0%周期性张应变可通过激活NA D+依赖的蛋白去乙酰化酶S I R T 2,介导内皮细胞骨架的解聚及细胞迁移过程。同一力学刺激,对于不同类型细胞显示出不同的t u b u l i n乙酰化修饰调控效应,其中精细的分子机制有待进一步研究。细胞在面对外界张应变刺激时,可自主启动骨架解聚与重组,改变细胞朝向以减少应变力学荷载3 5。人支气管平滑肌细胞在经过2 0%、0.5 H z单轴牵拉2 h r后,由随意朝向分布逐步时间依赖性地呈现垂直牵拉方向分布,且细胞朝向改变速度由牵拉前细胞朝向与牵拉方向的夹角决定,细胞原先越平行于牵拉方向,其后续旋转速度越快。当给予微管解聚剂诺考达唑、秋水仙素或微管稳定剂紫杉醇后,均能阻断牵拉引起的朝向改变,提示微管的动态重塑对于细胞响应外部拉力有着重要的作用3 6。682生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 8 32 8 9G o l d y n等3 7在小鼠成纤维细胞N I H 3 T 3上得到更精细的结果,他们给予N I H 3 T 3 8%、1 H z的单轴牵拉发现,用微丝解聚剂细胞松弛素D或拉春库林B均能阻断N I H 3 T 3向垂直于牵拉方向的偏转,但微管解聚剂诺考达唑提升、微管稳定剂紫杉醇减弱(但不阻断)N I H 3 T 3朝向改变的速率。他们更加支持牵拉引发的微丝重塑是启动细胞转向的原始动力,微管对于转向过程起到热力学速率上的调节效应。微管作为刚性最大的细胞骨架,一方面辅助细胞将拉力均衡分布于整个细胞,但在空间上,由于微管与微丝相互交联,微管阻碍牵拉对于微丝的重塑,因此稳定微管降低了牵拉引发细胞朝向改变的动力学速率。(三)细胞骨架与自噬 当自噬小体形成后其主要是弥散在整个胞质中,而溶酶体主要分布于细胞核附近,因此细胞如果想要完成自噬过程,胞内自噬小体必须依靠细胞骨架定向运输至溶酶体附近,才能完成后续膜融合及降解过程。已有研究表明诸多因素参与了该融合过程的调控,其中较为重要的包括:溶酶体功能和数量;胞内微管系统;介导膜融合的S NA R E s蛋白、HO P S复合物、P L E KHM 1蛋白等1。研究发现,静脉V S MC s胞内L C 3阳性颗粒沿微管定向运输,其运动速度约为0.2 m/s e c;周期性张应变刺激通过解聚胞内微管使自噬小体滞留于静脉V S MC s胞浆外缘,抑制自噬小体与溶酶体融合(图1)3 8。图1 周期性张应变阻碍静脉V S MC s自噬小体沿微管运输3 8(A)共转染R F P-L C 3 和G F P-t u b u l i n的静脉V S MC s活细胞超分辨显微成像结果表明,L C 3标记的荧光斑点沿微管由细胞外周区域定向朝核周区域移动,标尺:5 m。(B)统计结果表明,L C 3阳性颗粒运动速度约为0.2 m/s e c。(C)周期性张应变刺激共转染R F P-L C 3和L AMP 1-G F P的静脉V S MC s 1 2 h r,结果表明周期性张应变能显著增加静脉V S MC s胞体外缘自噬小体比例。C:对照组;S:张应变组 对于胞内微管骨架运输,主要分为依靠d y n e i n分子马达复合物的微管负向运输机制(朝细胞核方向运输)和依靠k i n e s i n s的微管正向运输机制(朝细胞外周方向运输)。活细胞成像发现自噬小体在胞内能够沿着微管朝胞核附近的溶酶体定向运动,且对细胞施加L C 3抗体后显著干扰自噬小体的运动效率,提示自噬小体沿微管的负向运动依赖于自噬小体膜表面L C 3的参与3 9。虽然从运动方向上考虑,胞内d y n e i n介导的自噬小体负向运动有利于其与溶酶体的融合,但研究发现k i n e s i n s介导的正向782生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s h t t p:/p h y s i o l.b j m u.e d u.c n A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 8 32 8 9运输对于自噬流的顺利完 成同样重 要。C a r d o s o等4 0研究发现,敲除k i n e s i n K I F 5 B后胞核附近聚集着大量的自噬小体无法降解,提示k i n e s i n s介导的正向运输能够挽救因负向运动至错误位置的自噬小体;研究同时发现,胞内自噬小体在微管上存在来回往复的运动,但总体还是朝胞核运动。除了微管参与胞内自噬小体的定向运输外,细胞骨架微丝也在自噬小体与溶酶体融合过程中发挥重要作用。研究发现当微丝动力蛋白m y o s i n V I功能缺失后,细胞内吞物无法进入自噬小体,同时自噬小体也无法定向运输至溶酶体予以降解4 1。我们实验室近期的研究发现,用动脉周期性张应变刺激静脉V S MC s以模拟临床冠状动脉旁路移植术后静脉桥血管所受动脉环境张应变力学刺激。动脉周期性张应变能显著引发静脉V S MC s胞内微管解聚,干扰自噬小体负向运输,阻滞自噬小体与溶酶体融合,继而阻滞胞内自噬流进程。我们从自噬角度揭示了动脉环境张应变诱导移植静脉血管重构的力学生物学机制,同时为抗内膜增生潜在药物靶点的研发提供了新思路3 8。三、展望随着对自噬研究的深入,自噬在心血管疾病发生、发展中所扮演的角色越来越明晰。然而,现阶段临床上还缺乏特异性靶向自噬的药物,部分研究发现雷帕霉素作为自噬诱导剂在动物整体水平显示出良好的心血管保护效果,但作为mTO R C 1抑制剂,其体内应用仍然存在诸多副作用;并且自噬在心血管疾病的不同阶段,发挥抑制疾病进展和促进疾病恶化等多重效应,因此开发无创的自噬流检测方法以及精准评估患者病灶细胞自噬水平,有助于合理选择心血管疾病治疗方案。此外,心血管系统蕴含丰富的力学规律,从力学生物学角度揭示自噬调控心血管稳态和疾病的分子机制,有望为药物靶点的研发提供新思路。未来对自噬机制、自噬检测手段的深入研究,将对临床上推进以自噬为治疗靶点的转化研究具有重要价值和意义。参考文献1 K l i o n s k y D J,A b d e l-A z i z AK,A b d e l f a t a h S,e t a l.G u i d e l i n e s f o r t h e u s e a n d i n t e r p r e t a t i o n o f a s s a y s f o r m o n i t o r i n g a u t o p h a g y(4 t h e d i t i o n).A u t o p h a g y,2 0 2 1,1 713 8 2.2 Y a m a m o t o H,Z h a n g S,M i z u s h i m a N.A u t o p h a g y g e n e s i n b i o l o g y a n d d i s e a s e.N a t R e v G e n e t.2 0 2 3,2 43 8 24 0 0.3 L i n L,Z h a n g MX,Z h a n g L,e t a l.A u t o p h a g y,p y r o p-t o s i s,a n d f e r r o p t o s i s:n e w r e g u l a t o r y m e c h a n i s m s f o r a t h e r o s c l e r o s i s.F r o n t C e l l D e v B i o l,2 0 2 2,98 0 9 9 5 5.4 X u K,Y a n g Y,Y a n M,e t a l.A u t o p h a g y p l a y s a p r o t e c-t i v e r o l e i n f r e e c h o l e s t e r o l o v e r l o a d-i n d u c e d d e a t h o f s m o o t h m u s c l e c e l l s.J L i p i d R e s,2 0 1 0,5 12 5 8 12 5 9 0.5 H e C,Z h u H,Z h a n g W,e t a l.7-K e t o c h o l e s t e r o l i n-d u c e s a u t o p h a g y i n v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l s t h r o u g h N o x 4 a n d A t g 4 B.Am J P a t h o l,2 0 1 3,1 8 36 2 66 3 7.6 T a i S,H u X Q,P e n g D Q,e t a l.T h e r o l e s o f a u t o p h a g y i n v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l s.I n t J C a r d i o l,2 0 1 6,2 1 116.7 C a i D,S u n C,Z h a n g G,e t a l.A n o v e l m e c h a n i s m u n-d e r l y i n g i n f l a mm a t o r y s m o o t h m u s c l e p h e n o t y p e i n a b-d o m i n a l a o r t i c a n e u r y s m.C i r c R e s,2 0 2 1,1 2 9e 2 0 2e 2 1 4.8 L i u S,H u a n g T,L i u R,e t a l.S p e r m i d i n e s u p p r e s s e s d e v e l o p m e n t o f e x p e r i m e n t a l a b d o m i n a l a o r t i c a n e u-r y s m s.J Am H e a r t A s s o c,2 0 2 0,9e 0 1 4 7 5 7.9 W u QY,C h e n g Z,Z h o u Y Z,e t a l.A n o v e l S TA T 3 i n-h i b i t o r a t t e n u a t e s a n g i o t e n s i n I I-i n d u c e d a b d o m i n a l a o r t i c a n e u r y s m p r o g r e s s i o n i n m i c e t h r o u g h m o d u l a t i n g v a s c u-l a r i n f l a mm a t i o n a n d a u t o p h a g y.C e l l D e a t h D i s,2 0 2 0,1 11 3 1.1 0 Z h e n g YH,T i a n C,M e n g Y,e t a l.O s t e o p o n