線粒體自噬在缺血性卒中的研究現狀

中圖分類號：R743.3文章編號：1006-1959（2025）12-0183-05

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2025.12.039

ResearchStatusofMitophagyinIschemicStroke

LI Qunfeng，LAN He

（Medical School，Quzhou Collegeof Technology，Quzhou 324OOo，Zhejiang，China）

Abstract：Cerebralischemiaisoneofteleadingcausesofdeathanddisabilityworlwide.Cerebralischemiacausesdeprivationofoygenand glucose，ichaddidfoalblio utopgollt conservedcellaocsupeisatefuialouantotugofdd maintainingeabAoalsoelyeladtoeveotdaolalhaofe butheexactmechansmofmitopagivoledinshemictrokeasnotbeenfulleuidatedThisarticereviestheprocessofiog signalingpathwadotealolfoicrochlllteptdsadingofdide ideas for the treatment of ischemic stroke.

Keywords：Autophagy;Mitophagy; Ischemia stroke

腦卒中（stroke）在世界范圍內具有極高的發病率和致殘率，科學防治腦卒中是當今社會亟需解決的醫學難題。臨床上將腦卒中分為缺血性和出血性卒中，前者較為多見1。除機械取栓以外，目前臨床治療缺血性腦卒中首選方法是藥物溶栓，由于治療窗較狹窄，大多數患者不能獲得及時治療。而藥物溶栓在腦血流重建過程中往往出現二次損傷，發生出血、組織水腫和遲發性神經元壞死等使神經功能進一步損傷，即腦缺血再灌注損傷（cerebralischemi-areperfusioninjury，CIRI）。CIRI嚴重影響患者的生存質量，甚至危及生命。線粒體是細胞內主要負責產生能量的細胞器，線粒體受損會立即向細胞質內釋放ROS和其它氧化劑，如 H₂O₂ 和過氧亞硝酸鹽，對蛋白質、核酸和膜造成傷害。嚴重的線粒體損傷會釋放細胞色素C，引發Caspase級聯反應最終導致細胞凋亡，因此受損的線粒體快速降解是細胞存活的必要條件。

線粒體自噬是受損或衰老的線粒體被溶酶體選擇性包裹并降解，維持細胞穩態，防止細胞凋亡的過程。線粒體自噬屬于選擇性自噬，是一種進化上保守的機制。大多數真核細胞包括神經元，依靠熟練的線粒體自噬反應來微調線粒體數量和保持能量代謝。在某些情況下（如存在致病性蛋白寡聚物和蛋白突變），功能失調的線粒體自噬導致神經變性，伴隨著年齡依賴性的細胞內蛋白聚集體和功能失調的細胞器積累，導致神經退行性疾病。當存在致病性蛋白寡聚物、蛋白突變、應激或損傷時，線粒體自噬阻止了受損線粒體的積累。線粒體自噬在某些神經退行性疾病（如阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病和肌萎縮側索硬化癥）和急性腦損傷（如中風、缺氧缺血性腦損傷、癲癇和創傷性腦損傷）中介導神經保護作用3-，線粒體自噬異常與缺血性萃中的發生、發展和病理機制密切相關，然而，線粒體自噬參與缺血性卒中的確切機制尚未完全清楚。現就線粒體自噬在缺血性卒中的潛在作用作一綜述，將有助于加深對線粒體自噬的過程、信號通路和線粒體自噬在缺血性卒中潛在作用的認識，以期為缺血性腦卒中的治療提供新的思路。

1自噬和線粒體自噬

自噬有三種類型：巨噬、微自噬和伴侶介導的自噬，它們都促進溶酶體中細胞質成分的蛋白降解。巨噬通過雙膜結合囊泡（自噬體）將細胞質物質傳遞給溶酶體，該囊泡與溶酶體融合形成自噬體。而在微自噬中，溶酶體自身通過內陷溶酶體膜直接包裹細胞質成分。巨噬和微自噬都能夠通過選擇性和非選擇性機制吞噬大型結構。在伴侶介導的自噬（companionmediatedautophagy，CMA）中，靶蛋白與伴侶蛋白（如Hsc-70）在溶酶體膜上易位，這些蛋白被溶酶體膜受體溶酶體相關膜蛋白2A（LAMP-2A）識別，導致其展開和降解。

巨噬從吞噬細胞的形成開始，吞噬細胞由原有的細胞內前體分子或多種來源重新生成，成熟為自噬體的雙膜囊泡。目前已經確定了幾種形式的巨噬參與受損細胞器的更新，如線粒體自噬（mi-tophagy），核糖體（riboophagy）和內質網（ER）自噬。相比之下，微自噬開始于物質的分離，被溶酶體膜的直接內陷所吞噬。CMA依賴于熱休克蛋白家族的細胞質伴侶對攜帶KFERQ序列的自噬底物的識別，然后溶酶體相關膜蛋白2（LAMP2）依賴性的這些底物在溶酶體膜上易位[。與KFERQ相關的五肽序列被鑒定為細胞質伴侶的結合位點。該序列包括一個不變的谷氨酰胺（GIn），在序列的開頭或結尾，兩個帶正電的賴氨酸（Lys）或精氨酸（Arg），四個疏水氨基酸苯丙氨酸（Phe）、氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）或異亮氨酸（Ile），以及兩個帶負電的谷氨酸（ Glu ）或天冬氨酸（Asp）。伴侶介導的自噬選擇性地降解單個蛋白，微自噬可以吸收小聚集體和低聚物；然而，不可逆聚集體或異常寡聚物只能通過巨噬來消除。線粒體自噬是唯一已知的整個線粒體可以選擇性消除的途徑。

2線粒體自噬與缺血性卒中

2.1自噬與神經系統自噬對神經系統細胞的質量控制至關重要，神經系統細胞需要完善的質量控制系統來消除改變的蛋白質和細胞器。成人大腦雖然只占人體體重的 2% ，但卻承擔著人體靜息代謝的20% ，對代謝能量的需求旺盛。這些高能量需求也使大腦在急性或慢性缺氧或缺血期間容易受到損傷。神經元細胞不同于非神經元細胞，主要依靠線粒體的氧化磷酸化來產生ATP。許多研究已經證實45，線粒體自噬可以作為某些疾病的靶向治療。重要的是，線粒體自噬的機制涉及神經系統的慢性疾病，如神經退行性疾病。研究表明一些致病蛋白與神經退行性變有關，遺傳突變可導致年齡依賴性的致病蛋白聚集。此外，線粒體功能障礙是神經退行性疾病的常見病理特征，可通過過度氧化應激和細胞ATP水平降低促進致病蛋白的產生和聚集。有研究發現[8，carfilzomib（PR-171）作為一種治療多發性骨髓瘤的藥物，它與兩個細胞內受體不可逆地共價結合，這兩個受體分別被鑒定為20S蛋白酶體催化亞基LMP2和LMP7。蛋白酶體可通過降解腺病毒E1B相互作用蛋白3（Bnip3L）導致自噬缺陷。卡非佐米可通過逆轉Bnip3L降解，恢復神經元的線粒體自噬，預防急性或慢性缺血性腦損傷，提示線粒體自噬可能不僅在神經系統慢性疾病中發揮作用8。

線粒體自噬是由功能失調的線粒體的積累刺激的。退行性神經元自噬過程的改變可能是原發的，也可能是對其他潛在原因的反應。例如， γ- 分泌酶1（gamma-secretase1，PS1）進行淀粉樣蛋白前體蛋白的裂解，產生多種形式的 β 肽，這與AD的發病機制有關。MadayS等7利用活細胞成像技術觀察到神經元中 80% 的自噬體發生在軸突末端，自噬體沿著軸突運輸到樹突和胞體，自噬體膜也在內質網處積累。致病蛋白的積累降低了神經元的自噬體運動。另一方面，致病蛋白與自噬體表面或線粒體膜結合可通過減少自噬體的逆行運輸而導致自噬體的積累[9.10]。當新生的自噬體消耗目標物質時，它與細胞質溶酶體合并并分解目標物質，如線粒體。致病蛋白和有缺陷的線粒體自噬增加了功能失調線粒體的積累[]。然而，線粒體功能障礙、線粒體自噬缺陷和致病蛋白的時間順序尚不清楚。因此，修復或增強線粒體自噬可能是治療神經退行性疾病的一種新方法。例如，雷帕霉素已被證明通過直接結合和抑制雷帕霉素（mTOR）復合物的哺乳動物靶點（mTORC1）來誘導線粒體自噬以阻止蛋白質聚集，并且在神經退行性疾病模型中長期治療后也會抑制mTOR復合物（mTORC2）的活性[2]。

線粒體通透性變化（mitochondrialpermeabilitytransition，MPT）可能在其中發揮重要作用。如輕度饑餓或缺氧條件下，僅部分線粒體發生MPT開放，這種有限的損傷可有效激活選擇性線粒體自噬。該過程具有雙重保護作用：一方面通過降解受損線粒體維持細胞穩態，另一方面通過蛋白質分解代謝提供應急能量供應。然而，在此狀態下，線粒體自噬系統無法及時清除大量受損線粒體，導致自噬系統超載，進而激活凋亡相關調節蛋白，誘發細胞凋亡。值得注意的是，當過度應激引起全細胞線粒體MPT發生劇烈變化，最終表現為壞死性細胞死亡。這一發現為理解不同強度應激條件下細胞命運決定的分子機制提供了重要理論依據。

2.2自噬與炎癥自噬是細胞內的保護機制，而炎癥是細胞的防御機制，二者共同應對腦缺血損傷的刺激。JiZJ等[3研究發現桃紅四物湯可能通過激活線粒體自噬抑制NLRP3的激活來緩解CIRI炎性體和減少炎癥反應；HeQ等4研究發現經Parkin依賴的線粒體自噬抑制ATF4負向調節NLRP3炎性小體誘導的炎癥級聯反應。ZhouX等[15用糖原合成酶抑制劑3β（GSK-3β）治療永久性大腦中動脈閉塞（pMCAO）大鼠，減輕了缺血性損傷引起的炎性反應，并檢測到高水平的自噬；然而，在用GSK-3β抑制劑培養的細胞中用Beclin-1siRNA抑制自噬卻增加了原代小膠質細胞的炎性反應。研究表明，自噬在腦缺血后炎性反應調控中具有重要作用。在淀粉樣β蛋白刺激的小膠質細胞模型中，ATG7-siRNA介導的自噬抑制可顯著增強炎性反應并促進IL- ?1β 釋放[；在pMCAO模型小鼠發現，自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-MA）能減輕缺血誘導的炎性反應，而雷帕霉素誘導的自噬則加劇該反應；體外實驗顯示[18]，神經甾體孕酮可通過激活星形膠質細胞自噬途徑，有效抑制淀粉樣β蛋白觸發的炎性級聯反應，這些證據系統揭示了自噬與腦缺血后神經炎癥及繼發性損傷之間的調控關系。

3線粒體自噬調控通路

卒中可導致嚴重的氧-葡萄糖剝奪（oxygen-glucosedeprivation，OGD）和不可恢復的腦損傷。大腦缺血超過幾分鐘會對腦細胞造成不可逆的腦損傷。在蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）大鼠模型中，褪黑激素通過上調線粒體自噬相關蛋白（PINK1/Parkin），減少線粒體損傷和ROS的產生，抑制NLRP3炎癥小體的激活，從而減少SAH后神經元細胞死亡、腦水腫和神經功能障礙[9]。相反，與BNIP3-wt小鼠相比，BNIP3-ko小鼠通過減少BNIP3與LC3的相互作用抑制線粒體自噬，表現出自噬增加，細胞凋亡減少，腦梗死體積減小，表明BNIP3基因沉默有利于腦卒中后的神經保護[20]。這些結果的差異可能與構建的腦卒中動物模型、腦卒中后時間和未檢測到的自噬通量等有關。

線粒體自噬途徑主要包括依賴和不依賴Parkin的線粒體自噬，線粒體自噬涉及多種信號，以下主要就PINK1/Parkin、BNIP3/NIX等通路進行介紹。

3.1Parkin依賴的線粒體自噬PINK1蛋白在正常情況下存在于線粒體外膜上并可被導入線粒體膜內，由線粒體內膜上的蛋白酶降解而維持較低水平[21]。當線粒體損傷和去極化時其降解PINK1的能力減弱，引起PINK1在線粒體外膜上穩定累積[22]。PINK1在線粒體外膜上的穩定可招募Parkin在受損的線粒體上聚集并活化。活化的Parkin可以泛素化受損線粒體的電壓依賴性陰離子通道1（VDAC1），Parkin被信號蛋白p62/SQSTM1識別并結合。P62可以通過與LC3結合將泛素化物質招募到自噬體中，最終導致線粒體被溶酶體降解[23.24]。在大鼠大腦皮層缺血半暗帶區域，缺血再灌注損傷可誘導顯著的線粒體自噬激活現象。具體表現為：PINK1蛋白在外線粒體膜上呈現明顯聚集，Parkin蛋白發生顯著的線粒體轉位，同時自噬標志物LC3-II及Beclin1等關鍵調控因子的表達水平顯著上調。這些分子生物學證據提示，在缺血性腦卒中病理過程中，Parkin依賴的線粒體自噬途徑可能發揮重要的神經保護作用。

3.2非Parkin依賴的線粒體自噬與PINK1/Parkin介導的線粒體自噬不同，線粒體外膜上的一些蛋白可以直接識別和結合LC3，靶向線粒體與自噬囊泡連接，直接誘導線粒體自噬[25]。

3.3BNIP3/NIX介導的線粒體自噬Bnip3和Nix（BNIP3L）具有 56% 的氨基酸序列同源性，均位于線粒體內。Bnip3是缺氧誘導因子 1α（HIF-1α） 的靶基因。缺氧微環境可顯著上調Bnip3和NIX的表達水平，進而促使beclin-1從Bcl-2/beclin-1復合體中解離，這一分子事件是自噬啟動的關鍵環節。在缺血再灌注過程中，ROS的激增會導致線粒體膜電位顯著降低，觸發Parkin蛋白從胞質向受損線粒體的特異性轉位，這一過程對自噬的激活具有重要調控作用。值得注意的是，線粒體過度裂變引發的線粒體碎片化現象已被證實是自噬依賴性細胞死亡過程中的關鍵病理特征[2。研究還表明[27.28]，雷帕霉素可顯著上調自噬相關蛋白的表達水平，包括beclin-1、PINK1及LC3II等關鍵調控因子，該藥物同時促進自噬接頭蛋白 p62 向受損線粒體的特異性募集，通過增強線粒體自噬活性，進而發揮神經保護作用。在缺血/再灌注病理過程中，Bnip3蛋白通過特異性激活線粒體自噬途徑，促進功能障礙線粒體的選擇性清除[29.30]。且在腦缺血/再灌注損傷模型中發現，Bnip3及其同源蛋白Nix均被證實參與調控線粒體自噬的啟動過程，這一發現揭示了二者在神經保護機制中的重要作用。然而，研究發現2，在腦卒中模型中，Nix蛋白的表達上調并不能有效代償Bnip3缺失所引起的線粒體自噬功能障礙。這一現象提示，Bnip3可能通過誘導過度的線粒體自噬途徑參與細胞死亡過程，而Nix蛋白則主要在生理狀態下維持基礎水平的線粒體自噬活性。基于這些發現，Bnip3可能成為缺血性腦卒中治療的新型分子靶點。

3.4由FUNDC1調節的線粒體自噬FUNDC1是一種線粒體膜蛋白，有三個跨膜結構域，在低氧條件下可被激活。在低氧誘導的刺激過程中，由磷酸甘油酸變位酶家族成員5磷酸酶（PGAM5）進行的FUNDC1去磷酸化會促進其與LC3的相互作用，從而誘導自噬。通過缺氧或線粒體解偶聯物誘導自噬時，ULK1被上調并轉移至碎裂的線粒體中，ULK1與FUNDC1相互作用，在絲氨酸17將其磷酸化，從而增強FUNDC1與LC3的結合。

3.5p62/SQSTM1途徑p62/SQSTM1是一種細胞蛋白，含有細胞溶質LI基序蛋白，是第一個描述的哺乳動物選擇性自噬受體。P62的LIR基序與LC3上的多個位點相互作用。這種相互作用增加了上游因子（如ULK1）在形成隔離膜之前圍繞自噬小體形成位點組裝p62的可能性。在Parkin介導的自噬中，Parkin在自噬期間募集泛素和 p62 。此外，S403位點的p62磷酸化對于促進泛素化線粒體的自噬吞噬是必需的，并且這種p62磷酸化依賴于TANK結合激酶1（TBK1）的激活，其阻止磷酸化并減少自噬體吞噬。

4總結

目前關于神經系統中線粒體自噬的研究大多集中在分子水平上的發病機制和治療神經系統疾病的潛在靶點。而在受體介導的自噬途徑的確切機制、研究和環境條件的差異、靶向自噬治療疾病是否弊大于利等方面仍然存在爭議。此外，關于線粒體自噬在神經系統長期慢性疾病中的靶向作用尚無定論，在神經系統短期急性疾病中缺乏廣泛而嚴謹的研究，這些問題需要在未來的研究中加以解決。

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收稿日期：2024-04-09；修回日期：2024-05-09