劉婷婷

(?？谑腥嗣襻t(yī)院·中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院，?？?70208)

糖尿病是一個日益嚴(yán)重的全球健康負(fù)擔(dān)，其發(fā)病率逐年升高[1]。糖尿病心肌病(DCM)是由糖尿病引起的左心室肥大和舒張功能降低的心血管并發(fā)癥，獨立于冠狀動脈疾病、高血壓及其他心臟疾病引起的心室功能紊亂，伴或不伴有收縮功能障礙，最終會導(dǎo)致心力衰竭，嚴(yán)重影響糖尿病患者的生活質(zhì)量。充分認(rèn)識及研究DCM的發(fā)病機制對于診治DCM、改善患者生活質(zhì)量具有重要意義。自噬是存在于真核細(xì)胞中的應(yīng)對內(nèi)外能力壓力的一種代謝方式，廣泛參與各種生理和病理過程。近年來，關(guān)于自噬與DCM的研究日漸增加，逐漸成為研究熱點。

1 DCM的流行病學(xué)及病理生理機制

心血管并發(fā)癥是糖尿病患者病死的主要原因之一。DCM在1型和2型糖尿病中導(dǎo)致早發(fā)性舒張功能和遲發(fā)性收縮功能障礙?；|(zhì)代謝、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和晚期糖基終產(chǎn)物的形成構(gòu)成了DCM的早期階段。而DCM晚期將出現(xiàn)心肌細(xì)胞的脂肪變性(脂滴的積累)，細(xì)胞凋亡，免疫反應(yīng)的改變，繼而出現(xiàn)纖維化增加，心肌細(xì)胞重建，以及心功能減退。迄今已有眾多研究表明，心肌細(xì)胞糖脂代謝改變，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激、Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡等細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，胰島素信號、腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活等信號通路的改變，自噬等均參與了DCM的發(fā)生發(fā)展。

1.1 DCM流行病學(xué) 由于缺乏來自不同糖尿病人群的大型研究結(jié)果，目前DCM的流行病學(xué)情況尚不明朗。研究顯示，2型糖尿病患者中舒張功能不全的發(fā)生率為40%～60%。另有一項關(guān)于1型糖尿病患者的前瞻性研究結(jié)果表明，心衰及心肌功能紊亂的發(fā)生率在7年隨訪結(jié)束時分別達(dá)到3.7%和14.5%。舒張型心衰占全部心衰的比例為85%[2]。

1.2 DCM的病理生理機制 高血糖在DCM的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。持續(xù)的高血糖會導(dǎo)致心肌細(xì)胞許多分子和代謝的改變。高血糖帶來的葡萄糖代謝增加能通過線粒體產(chǎn)生活性氧，增加氧化應(yīng)激。線粒體呼吸鏈產(chǎn)生的過量超氧化物引起的氧化應(yīng)激能降低心肌收縮性，最終導(dǎo)致心肌纖維化。胰島素抵抗和高胰島素血癥是2型糖尿病及糖尿病前期的典型病理改變。高胰島素血癥可以通過不同機制導(dǎo)致心肌細(xì)胞形態(tài)及結(jié)構(gòu)改變，其中，在糖尿病狀態(tài)下主要是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平引起心肌細(xì)胞肥大，即通過各種表觀遺傳和基因改變激活多種轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞外和細(xì)胞蛋白的表達(dá)，細(xì)胞外基質(zhì)蛋白沉積及心肌細(xì)胞肥大，最終導(dǎo)致局部心肌纖維化。晚期糖基化終產(chǎn)物引起心肌細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及核酸的結(jié)構(gòu)和功能異常，微小RNA介導(dǎo)的基因異常表達(dá)等亦參與了DCM的發(fā)生發(fā)展。大量文獻(xiàn)記載，糖尿病患者心臟的氧化和氮化壓力增加可能引發(fā)心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的應(yīng)激信號通路的激活[3]。然而，最近的證據(jù)表明，除了凋亡外，其他的過程如自噬、吞噬和PARP依賴性細(xì)胞死亡途徑也可能在控制心血管疾病和DCM細(xì)胞死亡過程中起著重要的作用[4]。但DCM的發(fā)病機制仍有待進(jìn)一步研究明確，且目前仍缺少有效的治療手段。

2 自噬概述

自噬是發(fā)生在真核細(xì)胞中的一種溶酶體依賴性非特異性物質(zhì)降解過程，是一種細(xì)胞整理過程，它對清除受損或不需要的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)聚集至關(guān)重要。自噬可以吞噬自身細(xì)胞器或細(xì)胞蛋白使其進(jìn)入囊泡，并在細(xì)胞質(zhì)中與溶酶體結(jié)合形成自噬溶酶體；還可以降解變性的大分子物質(zhì)及受損的細(xì)胞器，這有助于消除細(xì)胞中錯誤折疊的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器，確保細(xì)胞在饑餓狀態(tài)下能以氨基酸的形式提供營養(yǎng)，以此實現(xiàn)細(xì)胞本身代謝需要及細(xì)胞器的更新。自噬是一種細(xì)胞應(yīng)激和自我防御的機制，以胞質(zhì)中出現(xiàn)雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬體為主要特征。細(xì)胞正常功能的維持需要自噬這種管家功能的維持。在心臟中，自噬不僅是維持心臟結(jié)構(gòu)和功能的一種穩(wěn)態(tài)機制而且對心臟細(xì)胞完整性的維護(hù)也非常重要。然而，自噬的紊亂和破壞有導(dǎo)致心衰的可能。

根據(jù)底物進(jìn)入溶酶體途徑的不同，自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬，通常所講的自噬即巨自噬，發(fā)揮主要的吞噬作用。自噬啟動后，通過雙層膜結(jié)構(gòu)包裹細(xì)胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)形成自噬囊泡，待成熟后再與溶酶體膜融合形成自噬溶酶體，并降解底物。自噬的誘導(dǎo)主要是通過UNC51樣激酶1(ULK1)介導(dǎo)。在營養(yǎng)富足的狀態(tài)下，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1(mTORC1)激活并與ULK1、自噬相關(guān)蛋白13(Atg13)以及200 kD FAK家族相互作用蛋白(FIP200)結(jié)合成一個復(fù)合體。這將導(dǎo)致ULK1的磷酸化而失活，進(jìn)而抑制自噬。當(dāng)細(xì)胞營養(yǎng)不足時，mTORC1受抑制而與ULK復(fù)合物分離，此時ULK1去磷酸化成為有酶活性的物質(zhì)，能磷酸化Atg13和FIP200，從而誘導(dǎo)自噬。自噬誘導(dǎo)后，Bcl-2相互作用蛋白(Beclin 1)與Bcl-2分離并與Vps34、Vps15及Atg14L(或紫外線輻射抵抗相關(guān)基因UVRAG)形成復(fù)合物，誘導(dǎo)自噬小體的形成和成熟。自噬小體的擴展和完成包含了兩條泛素化修飾過程；自噬相關(guān)基因12和微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(LC3)。最終是由LC3-Ⅱ定位于自噬小體膜上來完成。其中，LC3是p62的受體，其與LC3的相互作用是將泛素化蛋白轉(zhuǎn)運至自噬體降解所必需的。

自噬的發(fā)生與體內(nèi)多種因素有關(guān)，包括激素、饑餓、高糖、氧化應(yīng)激、脂毒性、線粒體功能障礙、細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡等。胰島素對于自噬亦有調(diào)節(jié)作用，其通過兩條機制抑制自噬：首先，通過活化mTORC1導(dǎo)致ULK1的抑制；其次，通過活化蛋白激酶B，因其能抑制Atg基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子FoxO3。胰高血糖素能激活自噬，特別是在肝細(xì)胞中。除了在細(xì)胞或機體代謝穩(wěn)定中的重要作用外，營養(yǎng)及代謝性激素對自噬的調(diào)節(jié)還充分體現(xiàn)了其在代謝性疾病，包括糖尿病及其并發(fā)癥中的潛在重要性。近年來，越來越多的研究表明自噬已成為DCM的一個重要靶分子，其在DCM的發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要角色。

3 自噬與DCM的關(guān)系

3.1 自噬的調(diào)節(jié) 與在其他組織中一樣，自噬在心肌細(xì)胞中包含了蛋白復(fù)合體，能在多種信號分子的嚴(yán)密監(jiān)測下選擇和降解細(xì)胞內(nèi)成分，對心肌代謝異常做出的應(yīng)答以達(dá)到補充心肌能量的目的。在體實驗中空腹和能量限制、體外實驗中的營養(yǎng)剝奪都是心肌細(xì)胞強有力的自噬激活劑。胰島素信號通路是調(diào)節(jié)心肌自噬的重要路徑。在心肌胰島素信號損害的小鼠中，其出生后的自噬增加沒有通過進(jìn)食而改善，進(jìn)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞丟失、心衰及早產(chǎn)死亡[5]。自噬的激活是為維持饑餓狀態(tài)下心肌正常功能，而自噬的過度活化與胰島素樣生長因子1缺陷的禁食小鼠心肌肥大有關(guān)。

對心臟能量應(yīng)激做出應(yīng)答的自噬調(diào)節(jié)是由5磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)和胰島素信號途徑構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)介導(dǎo)。AMPK是細(xì)胞和全身能量平衡的主要調(diào)節(jié)劑。在運動、缺氧、氧化應(yīng)激和葡萄糖缺乏的情況下，它被激活，以應(yīng)對細(xì)胞內(nèi)的胰島素和AMP/ATP值的增加。新的證據(jù)表明，AMPK不僅調(diào)節(jié)細(xì)胞能量，還調(diào)節(jié)其他細(xì)胞過程，如細(xì)胞生長、蛋白質(zhì)合成和自噬。AMPK活性在高糖濃度下活性降低，導(dǎo)致自噬紊亂。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白mTOR對細(xì)胞生長、代謝具有重要的調(diào)節(jié)作用，能抑制自噬發(fā)生。mTOR途徑在用高膽固醇高果糖飲食喂養(yǎng)的肥胖、高脂血癥老鼠中被削弱了，這顯示了2型糖尿病的大部分特征[6]。mTORC1是mTOR的形式之一，能從AMPK和胰島素信號途徑中接收信號，在誘導(dǎo)自噬過程中具有重要意義。AMPK是mTOR上游區(qū)域的活化區(qū)，AMPK激活后可抑制mTOR，從而激活自噬；也可通過PI3K/AKT途徑激活mTOR，抑制自噬。由此可見，mTOR負(fù)向調(diào)節(jié)自噬的發(fā)生。

研究表明，Beclin 1是調(diào)節(jié)心臟自噬重要基因[7]，是酵母Atg6/Vps30的同源基因，主要通過與Ⅲ型磷脂酰肌醇3磷酸激酶形成復(fù)合物來調(diào)節(jié)自噬相關(guān)基因編碼蛋白，從而調(diào)節(jié)自噬活性。Bcl-2或Bcl-2樣蛋白1與Beclin 1結(jié)合，負(fù)向調(diào)節(jié)自噬。磷酸化作用能調(diào)節(jié)這種相互作用，Beclin 1的第108位酪氨酸磷酸化能促進(jìn)Bcl-2和Beclin 1的相互作用，抑制心肌細(xì)胞自噬[8]。反之，Beclin 1的第119位酪氨酸磷酸化則可促進(jìn)Bcl-2和Beclin 1的相互分離，進(jìn)而激活自噬[9]。然而，目前尚缺乏關(guān)于心肌細(xì)胞中Beclin 1磷酸化的直接證據(jù)，還需進(jìn)一步得到證實。

3.2 自噬對心肌的保護(hù)作用 自噬是存在于真核生物細(xì)胞中的一種高度保守 、維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境自身穩(wěn)定的重要細(xì)胞內(nèi)降解機制。生理情況下，細(xì)胞自噬功能保持在較低基礎(chǔ)水平，心肌細(xì)胞自噬對維持心肌功能有重要作用。由β-腎上腺素自身抗體誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞死亡被報道與自噬減少有關(guān)，而通過雷帕霉素激活自噬體現(xiàn)出對心功能的保護(hù)作用。小泛素樣修飾蛋白與自噬蛋白的黏附能上調(diào)自噬，增進(jìn)蛋白質(zhì)量控制，降低心臟蛋白毒性疾病的發(fā)病率。在心肌急性能量應(yīng)激事件發(fā)生時，誘導(dǎo)自噬無疑是有益的。部分研究表明，在饑餓、營養(yǎng)剝奪和心肌缺血情況下，抑制自噬將導(dǎo)致心功能嚴(yán)重惡化[9]。更重要的是，自噬能對缺血再灌注損傷心肌提供及時保護(hù)作用。最近的一項研究報告顯示，通過激活A(yù)MPK，促使Beclin1與Bcl-2的分離能增強心臟自噬能力，保護(hù)糖尿病性心肌細(xì)胞[10]。用二甲雙胍治療OVE26大鼠，可通過提高AMPK活性，增強細(xì)胞自噬能力，預(yù)防DCM的發(fā)生[11]。Zhang等[12]的研究顯示利拉魯肽作為一種降糖藥物，能通過AMPK-mTOR信號通路促進(jìn)心臟自噬而減輕糖尿病心肌損傷。然而，心肌細(xì)胞能否適應(yīng)持續(xù)的自噬目前尚不清楚，因為已有研究表明過少或過多的自噬都對心肌帶來一定的負(fù)面影響，在各種因素造成的心肌損傷如DCM中發(fā)揮一定作用。

3.3 自噬對DCM的病理作用 盡管自噬對維持及保護(hù)心肌細(xì)胞正常功能發(fā)揮著不可或缺的作用，但仍不斷有研究結(jié)果顯示自噬小體的積累參與了各種因素造成的心肌受損的病理過程，如慢性心衰[13]、心肌肥大和擴張型心肌病[14]、缺血再灌注損傷[15]等，在DCM中的病理作用也逐漸受到關(guān)注。自噬在高葡萄糖濃度下(如糖尿病)能被抑制，這可能與DCM的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。此外，糖尿病心臟具有過量的脂肪酸吸收和氧化作用，導(dǎo)致有毒的脂質(zhì)中間體，如長鏈?；?、二?；视?、神經(jīng)酰胺等的積累，被稱為脂毒性。心臟脂毒性進(jìn)一步導(dǎo)致胰島素抵抗、線粒體功能受損、細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致心臟左心室重塑。最早在研究DCM自噬紊亂的動物模型中，顯示的自噬表達(dá)情況并不一致。首先，在果糖喂養(yǎng)構(gòu)建的2型糖尿病模型小鼠中檢測到心功能異常，心肌細(xì)胞自噬小體積聚，自噬上調(diào)，其機制很可能是由于自噬小體形成的增加和降解的減少；幾乎同時，自噬的下調(diào)在用鏈脲霉素誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠模型中被報道[11]，此后的研究認(rèn)為其機制主要是AMPK信號通路受抑制，抑制自噬發(fā)生。在2型糖尿病合并缺血性心臟病患者中，右心耳LC3和Beclin 1的表達(dá)是增加的，而p62的表達(dá)下降，并且心肌細(xì)胞LC3和Beclin 1的免疫可視化擴大了自噬小體的沉積，p62蛋白是自噬標(biāo)志蛋白LC3的結(jié)合蛋白，它的減少證實心肌細(xì)胞內(nèi)自噬增加。Russo等在用牛奶及高脂飲食誘導(dǎo)的DCM小鼠模型中觀察到心肌細(xì)胞肥大，自噬激活。然而，在另一部分2型糖尿病人群中觀察到，心臟Atg5的表達(dá)是降低的，而LC3的表達(dá)沒有變化。在用鏈脲菌素誘導(dǎo)的1型糖尿病模型小鼠中，α-MHC-Beclin 1過表達(dá)能活化心肌細(xì)胞自噬，進(jìn)而加速糖尿病導(dǎo)致的心肌細(xì)胞損傷。自噬的上調(diào)對心肌細(xì)胞究竟帶來保護(hù)還是破壞仍是學(xué)術(shù)界值得爭議的問題，心肌細(xì)胞自噬仍存在很多知識空白，仍需要大量的臨床和基礎(chǔ)研究證實。

3.4 自噬對DCM的調(diào)節(jié) 考慮到自噬在DCM中所扮演的角色，我們或許可以推測以調(diào)節(jié)心臟自噬作為DCM的治療方法之一。然而，在糖尿病及其并發(fā)癥中發(fā)現(xiàn)的自噬的改變是復(fù)雜的，在不同的組織中是不同的，而且還沒有完全被理解。因此，在潛在的藥物用于臨床之前需要進(jìn)一步研究。未來的一種方法，可能是針對有自噬改變的糖尿病患者，旨在使自噬正常生理化。然而,這還需要一個篩查自噬是否有改變的方法，而此方法目前尚不能實現(xiàn)。已有部分研究中顯示某些藥物可能調(diào)節(jié)自噬，包括二甲雙胍和羅格列酮在內(nèi)的常規(guī)降血糖藥物，能通過刺激自噬，保護(hù)胰島β細(xì)胞不受脂肪酸攻擊而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。此外，針對葡萄糖樣肽信號的制劑，如利拉魯肽和埃塞那肽等均被證明可以保護(hù)胰島β細(xì)胞，改善自噬缺陷的β細(xì)胞功能。然而，目前關(guān)于通過調(diào)節(jié)自噬改善DCM的研究報道仍較少。

自噬作為廣泛存在于真核細(xì)胞中的維持機體平衡的生命現(xiàn)象，越來越受到學(xué)者關(guān)注。自噬在DCM的保護(hù)及損傷作用的機制尚不明確?，F(xiàn)有的研究也尚未完全闡明DCM病變時如何誘導(dǎo)心肌細(xì)胞產(chǎn)生自噬以及自噬在糖尿病發(fā)展到DCM的過程中相關(guān)分子機制，針對自噬對DCM的治療更是處于初步探索階段。因此，關(guān)于自噬與DCM的關(guān)系還需要更大力度的投入和研究。

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