異丙酚對缺血再灌注損傷誘導的自噬影響的研究進展

盧志琪 張良清

【摘要】自噬是細胞依賴溶酶體降解衰老或損傷的細胞器及蛋白的過程，對維護機體內環境的穩定起著重要的作用。研究顯示，缺血再灌注損傷誘導自噬的發生，自噬過度激活甚至導致細胞自噬性死亡。所以，如何應用藥物來調控I/R誘導的自噬已成為新的研究熱點。異丙酚能減輕缺血再灌注損傷，但其是否能抑制缺血再灌注損傷誘導的自噬目前相關報道較少。

【關鍵詞】自噬；異丙酚；缺血再灌注損傷

【中圖分類號】R614 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2015）03-0676-02

缺血再灌注損傷（I/R）是指在缺血期損傷的組織仍處于可逆性，再灌注后帶來更為嚴重的損傷。一般機體存在著一定程度的自噬，但都處于較低水平，在營養物質缺乏等情況下自噬水平明顯增高，如果發生過度自噬，甚至導致自噬性細胞死亡。許多研究表明異丙酚可減輕I/R，但其能否調控I/R誘導的自噬仍不清楚。

自噬依賴溶酶體對損傷、衰老的細胞器或變性蛋白等進行降解，對維護機體內環境穩態有重要作用。自噬分為3類：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬。自噬的過程：誘導、自噬體的形成、自噬溶酶體的形成、物質降解。

I/R對自噬的誘導：1）氧化應激誘導自噬：I/R時線粒體產生大量的氧自由基，自噬抑制基因Atg4被氧自由基抑制使LC3與PE穩定結合形成自噬體[1]。I/R還可以改變線粒體膜電位，開放線粒體膜通透性轉換孔（mPTP），誘導過度自噬。2）內質網應激誘導自噬： I/R時內質網功能紊亂，內質網集聚未折疊或錯誤折疊的蛋白并且鈣離子處于失調狀態，使得內質網壓力異常變化[2]，Bip與dRNA依賴蛋白激酶樣內質網激酶分離，激活過度自噬[3]。3）AMP/ATP比值與自噬：I/R使細胞消耗大量ATP，AMP/ATP比值升高，激活AMPK后活化ULK[4]；另外AMPK磷酸化激活TSC1/2復合物而抑制mTOR[5]，誘導自噬的發生。體外實驗也證實，在無糖培養基中培養細胞， AMP/ATP比值升高同時，自噬水平也升高[6]。4）鈣超載與自噬：缺血導致細胞膜上ATP酶依賴的離子泵功能障礙，Na+-Ca2+交換異常，致使鈣離子超載尤其是線粒體的鈣離子超載，開放mPTP[7]，影響細胞能量合成。Ca2+升高還能抑制mTOR，促進自噬體形成誘導自噬[8]。5）低氧與自噬：Tracy發現低氧上調Bnip3， Bnip3可與Atg8家族同源蛋白結合，促進自噬體形成[9]。低氧誘導自噬是通過HIF-1促進Bnip3的過表達[10]。

I/R激活自噬的機制：1）TKR-mTOR-Atg信號通路：一般情況下胰島素樣生長因子能感受機體營養及能量的變化，當機體營養及能量代謝正常，胰島素樣生長因子1/2結合TKR激活I類PI3K-Akt-mTOR抑制Atg1，則自噬不能發生[11]。但機體在缺血缺氧時，抑制Atg1作用減弱或消失，Atg1與Atg11、13、17形成自噬激活復合物，Beclin-1被激活；另外，Atg5、7、12、16復合物也被III類PI3K及Atg14激活，LC3聚合自噬體形成[11]。2）AMPK信號通路：當細胞營養物質缺乏，ATP消耗產生大量AMP，AMP結合AMPK的 γ亞單位上CBS-2、3串聯結構域，使其上游暴露LKB1因子，通過α亞單位上 的172位蘇氨酸殘基磷酸化激活AMPK，增強復合物TSC1/2的穩定性，抑制mTOR的激活，誘導自噬[5， 11， 12]。AMPK還能磷酸化激活ULK，ULK蛋白復合物參與自噬的誘導[13]。

自噬對I/R的利和弊：自噬為細胞代謝提供基本物質或能量等，對機體起保護作用，然而過度自噬使細胞發生不可逆性的損傷，促使細胞發生自噬性細胞死亡。因而，自噬對機體的作用仍然存在著不同的意見。1）自噬的保護作用：Loos等研究發現輕度的缺血可激活自噬，保護細胞膜的完整及穩定線粒體膜電位，而中度到重度缺血可促進自噬向壞死和凋亡轉變[14]。Aki等在不含葡萄糖的培養基中培養心肌細胞，發現自噬水平升高能有效提高細胞存活率[15]。Noh， HS研究發現在缺血期，自噬通過激活AMPK和一系列抑制mTOR信號轉導途徑促進自噬[16]。2）自噬加重細胞損傷：Matsui等指出再灌注期Beclin-1表達明顯升高，誘發過度自噬，激活自噬性細胞死亡，而敲除Beclin-1基因的大鼠，再灌注期自噬明顯被抑制[6]，提示過度自噬可造成細胞不可逆性的損傷，引起細胞自噬性死亡。Noh， HS還發現I/R誘導的細胞死亡與LC3-II、Beclin-1表達、mTOR信號通路及自噬空泡的集聚相關[16]。提示在某種條件下，凋亡和自噬可能由共同的上游的信號分子激發而誘導自噬性細胞死亡[17]。

異丙酚抑制I/R誘導的過度自噬：1）抗氧化作用抑制過度自噬：I/R線粒體產生大量氧自由基，是自噬發生的重要誘因。異丙酚有抗氧化作用，其主要機制是抗脂質過氧化物反應，異丙酚干擾脂質過氧化物的奪氫反應，生成無化學活性的產物從而清除氧自由基，維持細胞膜和線粒體膜的穩定性。異丙酚的親脂性有利于其集聚于細胞膜上，抵擋有害物質的損害。2）抑制自噬體的形成：研究發現心肌I/R時自噬水平明顯升高，并且過度自噬可導致心肌細胞大量壞死[18， 19]。Noh， HS研究異丙酚能否抑制自噬性細胞死亡，發現I/R后自噬體和自噬溶酶體增多、聚集溶解胞質內容物及肌原纖維，使線粒體變性等，而缺血再灌注異丙酚后處理可以減少自噬體和自噬溶酶體的形成，能有效抑制細胞的自噬水平，減少自噬性細胞死亡[16]。3）異丙酚降低自噬相關蛋白的表達水平：研究發現自噬受III類PI3K-Beclin-1-Bcl-2通路調節，I/R后Beclin-1、LC3-II、III類PI3K等的表達水平升高，Beclin-1與III類PI3K作用也增強，Bcl-2表達降低，其中自噬水平與Beclin-1/Bcl-2的平衡相關，Beclin-1能與Bcl-2結合形成穩定的復合物，抑制自噬，若Bcl-2降低不僅可以促進凋亡的發生，還使得游離的Beclin-1增多導致自噬的過度激活[20]。而異丙酚后處理提高Bcl-2水平，抑制Bcl-2與Beclin-1解離，使二者結合更緊密，減少III類PI3K蛋白表達，從而抑制自噬水平。4）減輕鈣超載：長時間的缺血導致依賴ATP的離子泵功能障礙，影響細胞內離子分布，形成細胞內鈣超載。異丙酚可結合L型慢鈣通道，加速其由開放狀態向失活狀態轉變，并且減少Ca2+通道開放數量，抑制細胞外鈣離子進入細胞，并且這種抑制現象是可逆性的[21]。實驗證明缺血再灌注主要引起的是線粒體的Ca2+超載，可能是自噬的潛在誘導因素，Ca2+抑制mTOR，從而激活自噬[8]；此外Ca2+開放mPTP，誘導自噬。

I/R是體外循環心臟手術后、缺血性心臟病等常見的病理生理現象。自噬的發現為治療I/R提供了新的靶點，探索藥物對缺血性心臟病誘導的自噬的療效也成為新的研究熱點。異丙酚對I/R保護作用的內在機制尚未清晰，異丙酚是否通過調節自噬水平而減輕I/R還有待研究。異丙酚可能通過抗脂質過氧化物反應，清除氧自由基，減少ROS對細胞膜上離子泵的損傷，減少鈣離子超載，抑制肌漿網中鈣離子釋放，維持線粒體功能及穩定細胞生物膜的作用；另外異丙酚抑制自噬體的形成，下調自噬相關蛋白III類PI3K、Beclin-1、LC3等的表達，加強Bcl-2與Beclin-1結合的穩定性，從而抑制過度自噬；通過mTOR依賴途徑和Beclin-1依賴途徑等，調節自噬水平?？傊?，異丙酚對I/R誘導的自噬影響的研究，為臨床指導用藥提供了理論依據，為進一步探索早期防治缺血性心臟病奠定了基礎。

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