從脾論治冠心病線粒體自噬調(diào)控鐵死亡機(jī)制研究*

趙英惠 姜鈞文

中國2021年的心血管健康與疾病的相關(guān)報(bào)告顯示,心血管疾病患者總數(shù)已超過了3.3億,同時(shí)心血管疾病導(dǎo)致的死亡人數(shù)居國內(nèi)城鄉(xiāng)人口死亡人數(shù)首位[1]。心血管疾病已嚴(yán)重危害患者健康甚至造成患者死亡。冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(Coronary heart disease,CHD)即冠心病,是由冠狀動(dòng)脈出現(xiàn)粥樣硬化性病變,引起心臟血管狹窄或阻塞,供血供氧不足,造成心肌缺血、壞死而導(dǎo)致的心血管疾病[2]。CHD屬于中醫(yī)學(xué)“胸痹、真心痛”范疇,從脾論治冠心病是近年來中醫(yī)界比較認(rèn)可的觀點(diǎn)之一。冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的顯著特點(diǎn)在于動(dòng)脈斑塊的生成。這些斑塊主要由脂質(zhì)、炎癥細(xì)胞和其他物質(zhì)組成。既往研究已證實(shí),氧化應(yīng)激炎癥反應(yīng)、異常脂質(zhì)能量代謝、線粒體損傷及鐵(特別是二價(jià)鐵)超載導(dǎo)致細(xì)胞死亡等是斑塊形成、管腔狹窄、血栓形成所致心血管疾病的重要因素。本文旨在研究從脾論治冠心病線粒體自噬-鐵死亡的機(jī)制,現(xiàn)報(bào)道如下。

1 鐵死亡與動(dòng)脈粥樣硬化的形成

一種新的程序性細(xì)胞死亡形式——鐵死亡(Regulated cell death,RCD),該死亡最主要的特點(diǎn)是完整的細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化,從而導(dǎo)致致死量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)沉積。鐵死亡在形態(tài)學(xué)上的特點(diǎn)主要是線粒體縮小、脂質(zhì)和細(xì)胞器腫脹、質(zhì)膜破裂和雙囊的形成。從分子生物學(xué)角度來看,鐵死亡的具體表征則是在谷胱甘肽過氧化物酶4(Glutathione peroxidase,GPX4)含量明顯降低的同時(shí)伴隨谷氨酸-胱氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)(XC-)的活性和表達(dá)減少[3]?？傮w來說,鐵死亡的機(jī)制主要包括氨基酸抗氧化系統(tǒng)的失衡和破壞[4]、鐵離子代謝紊亂及正反饋調(diào)節(jié)參與鐵死亡的發(fā)生等[5]。

鐵蛋白水平的異常升高促進(jìn)氧化應(yīng)激,內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的鐵濃度升高導(dǎo)致還原劑谷胱甘肽消耗以及低密度脂蛋白的形成,進(jìn)一步促進(jìn)氧化應(yīng)激以及細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物(Lipid perxide,LPO)的積累。此外,鐵超載還可以通過ROS和環(huán)氧合酶通路而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞中線粒體損傷,影響巨噬細(xì)胞的炎癥表型[6],進(jìn)而促進(jìn)早期動(dòng)脈硬化的形成。研究表明,鐵還可以通過影響體外和體內(nèi)的LPO參與動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)展[7,8]。過氧化的多不飽和脂肪酸被認(rèn)為是最主要的LPO來源之一,它可以引起內(nèi)皮的ROS含量上升及NO水平降低;同時(shí)也會(huì)觸發(fā)巨噬細(xì)胞的慢性炎癥和泡沫細(xì)胞形成等病理變化現(xiàn)象的發(fā)生從而誘導(dǎo)出冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的形成[9]。Bai等[10]發(fā)現(xiàn)鐵死亡抑制劑鐵抑素-1可以緩解動(dòng)脈粥樣硬化病變和脂質(zhì)過氧化。還有研究證實(shí),內(nèi)皮細(xì)胞分泌的細(xì)胞外囊泡轉(zhuǎn)移microRNA-199a-3p以抑制特異性蛋白1,從而抑制內(nèi)皮細(xì)胞鐵死亡來延緩動(dòng)脈粥樣硬化的形成[11]。綜上所述,鐵死亡通過諸多環(huán)節(jié)參與動(dòng)脈粥樣硬化的形成,通過抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的鐵死亡,延緩動(dòng)脈粥樣硬化形成,抑制鐵死亡可能成為治療冠心病的新策略。

2 線粒體自噬與動(dòng)脈粥樣硬化的形成

線粒體自噬的現(xiàn)象由Lemasters[12]于2005年首次提出,其概念為細(xì)胞利用自噬活動(dòng)的選擇性,將衰老、損傷或功能障礙的線粒體特異性地包裹進(jìn)自噬體并且與溶酶體融合,完成線粒體的降解,從而控制細(xì)胞內(nèi)線粒體的質(zhì)量和數(shù)量。當(dāng)線粒體受損時(shí),線粒體內(nèi)膜去極化,穩(wěn)定線粒體外膜上的PTEN誘導(dǎo)假定激酶1(PTEN induced putative kinase 1,PINK1)。然后PINK1磷酸化線粒體融合素基因-2(Mitoffusin-2,Mfn-2)和泛素,從而將Parkin招募到線粒體外膜上。Parkin可以泛素化特定的底物,并被泛素結(jié)合蛋白視神經(jīng)蛋白(Optineurin,OPTN)、隔離體蛋白1(p62/Sequestosome-1,p62/SQSTM1)、核點(diǎn)蛋白52(Calcium-binding and coiled-coil domain-containingprotein2,NDO52)和自噬受體NBR1識(shí)別,進(jìn)而將線粒體招募到自噬體中,促進(jìn)線粒體自噬的發(fā)生[13]。此外,一些受體也可介導(dǎo)線粒體自噬。

在血管平滑肌細(xì)胞中,PINK/Parkin的表達(dá)增加導(dǎo)致介導(dǎo)線粒體自噬的增強(qiáng),從而減緩動(dòng)脈粥樣硬化的形成,是動(dòng)脈粥樣硬化病變的保護(hù)因素[14]。巨噬細(xì)胞中功能失調(diào)線粒體的積累導(dǎo)致產(chǎn)生的ROS大量積累,從而引發(fā)斑塊中巨噬細(xì)胞的凋亡,導(dǎo)致AS斑塊中壞死核心的形成[15]。線粒體外膜蛋白Nix介導(dǎo)的線粒體自噬被高蛋白飲食阻斷也會(huì)加劇AS斑塊中巨噬細(xì)胞的凋亡[16]。研究發(fā)現(xiàn),巨噬細(xì)胞中的脂質(zhì)可觸發(fā)真核細(xì)胞起始因子2α(eIF2α)反應(yīng),同時(shí)也會(huì)引發(fā)線粒體蛋白酶Lonp1,破壞PINK1并阻止Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬,導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激、激活炎癥并分泌白細(xì)胞介素-1β(IL-1β),最終促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[17]。一旦出現(xiàn)血小板微血栓或微血管閉塞形成的情況,就會(huì)缺氧激活FUNDC1介導(dǎo)的線粒體自噬過程,這樣可以有效地消除大量線粒體,減少血小板聚集、擴(kuò)散、降低黏附分子的激活,因此可以有效減慢動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展趨勢(shì)[18]。總之,線粒體自噬是影響到動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一——它能起到調(diào)控該疾病發(fā)展的效果,可能是一個(gè)新的潛在目標(biāo)方向。

3 從脾論治冠心病與線粒體自噬調(diào)控鐵死亡機(jī)制

3.1 從脾論治冠心病的研究早期的醫(yī)學(xué)典籍,如《黃帝內(nèi)經(jīng)》已經(jīng)闡述過“寒厥入胃,則內(nèi)生心痛”。而在《金匱要略·胸痹心痛短氣病脈證并治》里詳細(xì)描述:“胸痹,心中痞,留氣結(jié)在胸,胸滿,脅下逆搶心,枳實(shí)薤白桂枝湯主之,人參湯亦主之”,這標(biāo)志著從脾胃論治心胸疾病開始成為一種新趨勢(shì)。此外孫思邈的《備急千金要方》強(qiáng)調(diào)說“心勞病者,補(bǔ)脾氣以益之,脾旺則感于心矣”,明確指出從脾論治心病。李果烈認(rèn)為胸痹的病機(jī)與心瘀脾痰密切相關(guān),主張調(diào)脾以護(hù)心[19]。張會(huì)永等[20]提出胸痹的發(fā)病機(jī)制心脈痹阻是由于“脾病脈道不利”所致,因而胸痹與脾關(guān)系密切。孫蘭軍教授認(rèn)為心脈功能受脾胃影響,從脾胃方面調(diào)治冠心病,療效確切[21]。黃麗娟教授認(rèn)為心血管的致病因素是脾胃失和與氣血陰陽的失調(diào),并提出治療冠心病之理脾六法[22]。動(dòng)脈粥樣硬化的形成,多由脾虛導(dǎo)致水谷精微運(yùn)化無力而聚生痰濁,痰瘀互結(jié)伏于血脈,最終形成脈道不利。因此,動(dòng)脈粥樣硬化以脾虛為本,痰瘀互結(jié)為標(biāo)。由此可見,脾的運(yùn)化失職是引起動(dòng)脈粥樣硬化形成的重要因素,“從脾論治”治療冠心病具有堅(jiān)實(shí)的中醫(yī)理論基礎(chǔ),故通過探討冠狀動(dòng)脈粥樣硬化形成與發(fā)展的影響因素對(duì)于從脾論治冠心病而言具有重要意義。

3.2 線粒體自噬調(diào)控鐵死亡機(jī)制研究近況鐵死亡涉及氧化應(yīng)激,它以生成ROS和脂質(zhì)過氧化特征而著名。從線粒體的角度來看,它能調(diào)節(jié)鐵、氧化應(yīng)激、脂質(zhì)和能量代謝等方面,從而對(duì)鐵死亡的過程起到調(diào)控作用[23]。許多研究都揭示了線粒體功能在鐵死亡中的重要地位[24]。

3.2.1 線粒體對(duì)鐵死亡的促進(jìn)作用①電壓依賴性陰離子通道(Voltage-depengent anion channel,VDAC):VDAC 是位于線粒體和細(xì)胞質(zhì)之間的通道,可在RAS-RAF-MEK通路的作用下上調(diào),導(dǎo)致線粒體功能障礙和ROS積累[25]。藥物可用于改變VDAC的通透性,從而導(dǎo)致線粒體代謝紊亂,大量物質(zhì)進(jìn)入線粒體而產(chǎn)生過多的ROS,促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生。②心磷脂(Cardiolipin,CL):CL是線粒體內(nèi)膜的重要磷脂成分,與細(xì)胞色素c(Cytochrome c,Cytc)緊密結(jié)合形成復(fù)合物。有研究表明,CL的酰基鏈一旦被過氧化,其疏水性就會(huì)減弱,并發(fā)生構(gòu)象變化,CL的過氧化反應(yīng)可能會(huì)破壞細(xì)胞色素C和內(nèi)膜的結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致細(xì)胞色素C釋放出來參與線粒體中的呼吸鏈,從而產(chǎn)生大量的ROS[26,27],促進(jìn)細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。⑤?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族4(AcylcoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4):ACSL4是一種位于線粒體外膜的長(zhǎng)鏈家族蛋白。有研究證明,ACSL4主要選擇不飽和脂肪酸催化脂肪酸酰輔酶A的形成,從而激活相應(yīng)的脂肪酸用于脂肪酸氧化或脂質(zhì)生物合成[28],誘導(dǎo)鐵死亡發(fā)生。

3.2.2 線粒體對(duì)鐵死亡的抑制作用①CDGSH鐵硫結(jié)構(gòu)域1(CDGSH iron sulfur domain 1,CISD1):CISD1是錨定在線粒體外膜上的一種蛋白質(zhì),具有調(diào)節(jié)線粒體呼吸和鐵吸收的功能。研究發(fā)現(xiàn),用RNAi轉(zhuǎn)染細(xì)胞后,線粒體CISD1受到抑制,細(xì)胞對(duì)鐵死亡誘導(dǎo)劑Erastin的敏感性增加。研究人員使用了多種鐵死亡抑制劑來抑制因CISD1缺乏而導(dǎo)致的鐵死亡,證明了CISD1對(duì)Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡有抑制作用[29]。②XJB-5-131:XJB-5-131 作為線粒體中心磷脂氧化的抑制劑,能夠通過抑制心磷脂介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化來抑制細(xì)胞內(nèi)鐵的死亡。③線粒體鐵蛋白(Mitochondrialferritin,FtMt):FtMt是一種位于線粒體中的鐵儲(chǔ)存蛋白,它能夠調(diào)控線粒體中的鐵代謝過程。研究結(jié)果表明,相較于對(duì)照組,用Erastin處理的細(xì)胞內(nèi)游離鐵含量顯著提升,然而,在加入FtMt蛋白后,細(xì)胞內(nèi)的游離鐵含量卻有所下降,這說明FtMt可以通過調(diào)控鐵代謝來影響細(xì)胞中的鐵死亡。

4 結(jié)語

筆者已經(jīng)在前面提到多個(gè)線粒體中參與調(diào)控鐵死亡的蛋白,這表明線粒體在鐵死亡過程中起著重要角色。從線粒體出發(fā),當(dāng)線粒體進(jìn)行選擇性自噬后,會(huì)對(duì)鐵死亡產(chǎn)生相應(yīng)效果,并最終影響動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。綜上所述,在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病過程中,線粒體通過正負(fù)調(diào)控鐵死亡的發(fā)生,從而影響線粒體自噬調(diào)控鐵死亡之間的關(guān)系。近年來,線粒體自噬、鐵死亡對(duì)冠心病的影響引起了研究人員的廣泛關(guān)注,大量研究報(bào)告表明,這2種機(jī)制參與了大量的代謝途徑和信號(hào)通路,但這2種機(jī)制之間的相互協(xié)調(diào)方式仍難以厘清。通過從脾論治冠心病出發(fā),與線粒體自噬調(diào)控鐵死亡機(jī)制聯(lián)系,有望為臨床治療冠心病的預(yù)防、診斷與治療提供更多可能性。