趙鳴鸞 吳曉羽

“自噬”一詞是由諾貝爾獎獲得者Christian de Duve于1963年提出的，他假設存在將細胞質(zhì)成分運輸?shù)饺苊阁w以進行消化的細胞內(nèi)機制[1]。自噬是一種進化保守的細胞質(zhì)元素降解機制，在蛋白質(zhì)和細胞器的質(zhì)量控制中起著舉足輕重的作用[2-4]。底物的自噬消化為合成ATP、蛋白質(zhì)和細胞器提供氨基酸和脂肪酸。同時自噬也參與調(diào)節(jié)分泌和細胞內(nèi)運輸[2-4]。雖然自噬最初被認為是一種非特異性的降解機制，但是目前又發(fā)現(xiàn)了載體特異性的自噬形式。其中，線粒體自噬是一種特殊形式的自噬，用于去除和消化受損線粒體[5-7]。自噬被應激，如氧化應激、代謝應激、遺傳毒性應激以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激迅速激活。在大多數(shù)情況下，自噬是適應性的，并限制細胞紊亂和死亡。然而，在某些情況下，自噬會促進細胞死亡，包括細胞凋亡和壞死[2-4]。自噬還可以誘導具有獨特形態(tài)特征和調(diào)節(jié)機制的細胞死亡，稱為自死亡[8]。在過去的十年中，自噬已成為心臟穩(wěn)態(tài)和功能的主要調(diào)節(jié)器。

1 自噬的分類

根據(jù)細胞物質(zhì)運送到溶酶體的途徑不同，現(xiàn)在已知有三種自噬存在。主要分為巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導的自噬(chaperonemediated autophagy, CMA)。①巨自噬：巨噬細胞吞噬作用形成雙層膜囊泡的自噬體，自噬體將細胞蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)和細胞器隔離，然后將其遞送到溶酶體進行降解。②微自噬：微自噬是指細胞因子被溶酶體直接吞噬的過程[2-4]。③分子伴侶介導的自噬：分子伴侶介導的自噬僅存在于哺乳動物細胞中，細胞胞漿中分子伴侶如熱休克蛋白70 (heat shock cognate protein of 70 kd, HSC70) 可以識別底物蛋白質(zhì)分子的特定氨基酸序列 (如KFERQ樣模體) 并與之結合, 分子伴侶-底物復合物再與溶酶體膜上受體如Lamp2 (lysosome associated membrane protein type 2, Lamp2 ) 結合后, 底物去折疊，溶酶體腔中的另外一種分子伴侶介導底物在溶酶體膜轉(zhuǎn)位，進入溶酶體腔的底物被水解酶分解為其組成成分, 被細胞再利用。巨自噬(以下稱為自噬)對于廣泛調(diào)節(jié)細胞質(zhì)量控制過程、細胞器降解和應激適應至關重要，而其他兩種形式涉及更專門的細胞功能[2-4]。

2 自噬的信號轉(zhuǎn)導機制

自噬是由特異性自噬相關基因(Atg)調(diào)控的，這些基因編碼調(diào)節(jié)自噬體的啟動和蛋白質(zhì)成熟，以及自噬體與溶酶體的融合以形成自噬溶酶體[2-4]。一些關鍵的信號機制直接調(diào)節(jié)心肌細胞在基礎和應激反應時的自噬。主要包括以下幾種主要機制。

2.1哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(target of Repmaycin,TOR) mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，通過兩個多蛋白復合物起作用[9]。mTORC1是蛋白質(zhì)合成、細胞生長、代謝、線粒體生物合成和自噬的主要調(diào)節(jié)因子。它被營養(yǎng)和生長因子激活，在饑餓時被抑制。mTORC2調(diào)節(jié)細胞存活、胰島素敏感性和細胞極性[10]。mTORC1通過翻譯后修飾和轉(zhuǎn)錄機制負調(diào)控自噬。mTORC1在絲氨酸 757位點磷酸化Ulk1，從而抑制自噬體形成[11]。

2.25-AMP激活激酶(AMPK)和糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)調(diào)節(jié) 當ATP耗竭時AMPK激活，并刺激自噬。AMPK激活TSC1/2，抑制ReNB，為mTORC1激活劑[12]。類似于AMPK，GSK-3β在能量應激和磷酸化過程中被刺激，并激活TSC1/2，導致mTORC1抑制和刺激自噬[12]。

2.3Mst1 Mst1(mammalian sterile20-like kinase 1)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，由氧化應激等促凋亡刺激激活，并通過蘇氨酸108磷酸化Beclin 1抑制自噬。應激誘導MST1激活，通過抑制自噬和刺激細胞凋亡促進心肌細胞死亡。相反，抑制Mst1通過刺激自噬和抑制細胞凋亡保護心肌細胞免受心臟應激[13]。

2.4活性氧(ROS) ROS通過在半胱氨酸81氧化Atg4來促進饑餓過程中的自噬激活[14]。Atg4氧化抑制其蛋白酶活性，從而增加脂質(zhì)LC3的生成和自噬體的形成。在心肌細胞營養(yǎng)剝奪和缺血過程中，自噬激活需要生理水平的ROS[15]。但過度氧化應激會損害心臟自噬。

2.5轉(zhuǎn)錄機制 轉(zhuǎn)錄因子TFEB通過ERK2和mTOR的磷酸化調(diào)節(jié)其核定位和活性，通過上調(diào)Atg基因和溶酶體酶，促進自噬體的形成、自噬體-溶酶體的融合和饑餓期間的底物降解[16]。

2.6代謝產(chǎn)物 最近的研究發(fā)現(xiàn)，代謝途徑中的幾個關鍵中間體對自噬的激活、失活至關重要。胞漿乙酰輔酶A(乙酰-CoA)是丙酮酸脫氫酶或β-氧化酶促反應的產(chǎn)物，通過激活p300負調(diào)節(jié)自噬。己糖激酶2 (HK2)，一種糖酵解酶，激活心肌細胞的自噬。HK2在葡萄糖剝奪過程中與mTORC1相互作用，失活mTORC1，上調(diào)自噬[17]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)，作為吡啶核苷酸和電子載體，也積極調(diào)節(jié)自噬。

此外還有許多自噬相關蛋白分子參與自噬的發(fā)生及調(diào)節(jié)，通過了解自噬的分子機制，可以更好地利用自噬途徑中常用的分子生物學指標判斷自噬活性，從而研究自噬與疾病的關系。

3 自噬與心律失常

在正常情況下,心臟沖動來自竇房結,依次經(jīng)過心房、房室束及浦肯野纖維,最后傳至心室肌，引起心臟節(jié)律性收縮。在病理或藥物的影響下,沖動形成異?；騻鲗Оl(fā)生障礙，就產(chǎn)生心律失常。最近研究表明，在心律失常的情況下自噬激活增加。連接蛋白43(Cx43)形成縫隙連接，這些縫隙連接負責心肌細胞之間心臟動作電位的傳播。近年來，關于自噬在Cx43降解中作用的文獻日益增多[18]。Cx43的低表達也與心律失常有關：其中，Shu等[19]顯示在快速心房起搏(RAP)誘導的心房顫動(AF)的犬模型中Cx43蛋白表達降低。在心律失常條件下，Cx43表達降低是否通過自噬降解介導，尚待確定。此外，Yuan等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，在AF患者中LC3B-II的蛋白表達與竇性心律的患者相比顯著增加，p-AMPK蛋白表達無論是犬類,還是人類AF中都明顯增高。因此，推測在AF患者中，AMPK的磷酸化能夠增加LC3和自噬體的產(chǎn)生，并促進它們相互轉(zhuǎn)化。缺血-再灌注后的過度炎癥活動引起細胞應激，此時心肌細胞的Beclin-1、LC3B-Ⅱ以及LC3Ⅱ/LC3-Ⅰ比值較未發(fā)生心律失常的細胞水平升高，導致致命性心律失常，特別是心室顫動[21]。這些自噬介質(zhì)水平的增加表明心律失常引起的自噬激活增加，因此作為潛在的治療靶點是有意義的。然而，自噬與心律失常之間的確切機制關系仍然有待闡明。

4 抗心律失常藥物影響自噬途徑

目前，對心律失常條件下自噬的發(fā)生和調(diào)控的研究有限，迄今為止，僅有少數(shù)研究集中于抗心律失常藥物對自噬激活的影響?？剐穆墒СＫ幬锿ㄟ^對心臟動作電位的靶點的作用進行分類。Ⅰ類藥物阻斷Na+通道，Ⅱ類藥物是腎上腺素能受體拮抗劑，Ⅲ類藥物是K+通道阻滯劑，Ⅳ類藥物通常通過阻斷L型鈣通道(LTCCs)來減慢房室結傳導。Huang等[22]發(fā)現(xiàn)，Na+通道阻滯劑雷諾嗪，對HL-1細胞和離體大鼠心肌細胞有誘導自噬作用。常用的β-受體阻滯劑普萘洛爾被報道為自噬抑制劑：在HepG2細胞中測量到LC3-Ⅱ水平升高，自噬體形成和p62(在自噬刺激期間降解)水平，提示普萘洛爾在晚期由于降解減少，抑制肝臟的自噬作用。Ⅲ類抗心律失常藥物胺碘酮抑制mTORC1，導致自噬途徑激活，這在體外進行了研究[23]。在另一項體外研究中，Ji等[24]發(fā)現(xiàn)胺碘酮及其合成的類似物決奈達隆對溶酶體有損傷，導致內(nèi)向整流鉀通道Kir2.1表達增加和細胞內(nèi)積聚。眾所周知胺碘酮的缺點是其副作用的高發(fā)生率，包括甲狀腺毒性、肺毒性、肝毒性、神經(jīng)毒性，這些副作用似乎與藥物的終生累積劑量有關[25]。然而，胺碘酮自噬的藥理活性已被證明能夠改善小鼠部分肝切除術后的肝再生[26]。用作動脈血管擴張劑的LTCC阻滯劑硝苯地平，能夠增加自噬流，如增加自噬小體和LC3-Ⅱ水平，以及降低離體大鼠心肌細胞中的p62水平[27]。用于治療心絞痛和心律失常的LTCC阻斷劑維拉帕米增加了自噬通量，PC12細胞和一系列人類細胞系中LC3-Ⅱ水平升高表明了這一點，后者還包括自噬空泡的發(fā)育增加[28-29]。這些研究雖然數(shù)量有限，但清楚地表明了抗心律失常藥物和自噬之間存在聯(lián)系，其直接結果可以是激活和抑制自噬。

5 總結

到目前為止，從一些實驗中獲得的數(shù)據(jù)表明，自噬調(diào)節(jié)是治療心律失常的一種很有前途的模式，有證據(jù)表明自噬激活會改變心律失常狀態(tài)。此外，一些抗心律失常藥物已被證明會影響自噬途徑，抗心律失常藥物的復雜潛在機制對心臟自噬調(diào)節(jié)的直接影響仍有待于進一步確定。需要進一步完善自噬檢測指標，通過消除自噬途徑紊亂來指導藥物開發(fā)以提供更安全的抗心律失常藥物。通過不斷完善自噬對于心律失常疾病的發(fā)生發(fā)展機制，將為今后心律失常疾病的研究和治療開拓新的思路。