自噬与血管衰老方面的研究成果综述,病理学论文

　　自噬是由细胞质起源的自噬体与溶酶体融合降解胞内异常分子和长寿命蛋白的过程，是一种特殊分解代谢途径。它在细胞代谢、存活与分化等方面都具有重要作用。当前社会正朝向老龄化社会演变，关注老龄化相关疾病的研究显得格外重要。随着细胞生物科学与老年医学的相互交叉发展，自噬在老年性心血管疾病、神经退行性疾病、脏器衰老等方面的研究中取得进展。研究已发现通过对自噬调控能够对血管组成细胞的增殖、分化和转归起到重要的调控作用。本文对自噬与血管衰老方面的研究进展进行综述。

　　1 自噬概述

　　1. 1 自噬的概念和类型自噬是一种高度保守的细胞机制，主要针对长寿蛋白和损伤细胞器的降解与循环利用〔1〕。它属于分解代谢过程，通过循环利用细胞内成分如蛋白、核糖体、脂质甚至整个细胞器来应对各种应激反应。在整个营养供应中，合成代谢占据了优势，自噬则维持较低水平，以保证正常的细胞代谢平衡与生存。在饥饿过程中，既可通过不足的营养供应，也可通过有缺陷的生长因子信号通路，快速诱导自噬激活。

　　自噬降解后的产物主要有两种作用: 提供生物合成所必需的基质、底物与补充细胞内能量，而后者的主要贡献来源于氨基酸、脂肪酸的降解。目前自噬有三种类型: 小自噬、分子伴侣调控自噬和大自噬。小自噬是溶酶体膜自动包裹长寿命蛋白等分子物质进行降解。在分子伴侣自噬中，错误折叠蛋白通过热休克蛋白 Hsp70 转位到溶酶体进行清除。大自噬是起源于内质网膜，经延展后包裹待降解蛋白形成自噬体，与溶酶体融合后进行降解。

　　1. 2 自噬相关蛋白与分子构成自噬过程本身十分复杂，包括了膜体启动、囊泡转换和载体降解。而整个自噬过程受到了自噬相关基因( ATG) 的调控。这些 ATG 基因在自噬过程的不同阶段均发挥着重要作用。自噬途径的分子构造包括了以下四个亚组: ①Atg1 激酶复合体: 这个信号复合物控制了自噬体形成的早期阶段，最近有研究发现 Atg1 在自噬晚期阶段也发挥重要的作用〔2〕。ULK1/2 是酵母 Atg1 的哺乳动物同系物。

　　哺乳动物细胞在营养富足的条件下，mTOＲ能磷酸化和灭活ULKs。通过饥饿或者雷帕霉素干预，可激活 ULK1 和 ULK2，磷酸化 Atg13 和 FIP200，它们在自噬流中起关键作用。②mAtg9信号通路: 通过在前自噬体结构( PAS) 中添加新的膜材料对自噬体双层膜结构进行组装。Atg11、Atg23 和 Atg27 能控制 Atg9到达 PAS 的顺势运动; 反之，Atg1-Atg13、Atg2-Atg18 和 Atg14 是参与 Atg9 的逆向运动返回外围靶点〔3〕。③磷脂酰肌醇 3-羟激酶 ( PI3K) /Vps34 复合体: 多样化的 Atg 蛋白被募集到吞噬泡中，通过结合到由 Vps34 ( 在哺乳动物细胞中的 PI3K) 生成的PIP，参与自噬体的构成。这其中包括 Atg18、Atg20、Atg21 和Atg24。Vps34 构成了两种不同的 PI3K 复合物: 复合物 1( Vps34，Vps15/p150，Atg6/beclin 1 和 mAtg14) 和复合物 2( Vps34，Vps15，Atg6 和 Vps38)〔4〕。④两种泛素样蛋白共轭系统: 两种与泛素共轭级联相似的级联特征有助于吞噬泡的延长与自噬体的形成。Atg12 被一种泛素样 E1 酶 Atg7 激活，随后转移到泛素样 E2 酶 Atg10 上。在其他泛素样级联中，LC3 作为Atg8 的哺乳动物同系物在 Atg4 暴露于羧基末端的甘氨酸位点进行裂解〔5〕。
　
　　2 血管衰老
　　
　　2. 1 衰老与自噬衰老是一种复杂的病理生理过程，生物体内损伤的分子、细胞、组织不断进行积累造成生物体功能的持续衰退、疾病易感性增加、最终导致死亡。目前有很多报道证实了自噬在延缓衰老中发挥作用的依据。整个衰老过程中，自噬相关蛋白的丰度与自噬活性都有不同程度的下降。生物体的衰老会减少不同组织自噬体的构成和功能，这包括了自噬在内的蛋白水解能力以及介导自噬活性的能力。能量限制可以调节六月龄小鼠肝脏中的蛋白水解率达到峰值，而随着鼠龄的增长逐渐降低。氧化应激通过胰岛素受体信号通路，使衰老器官的自噬活性逐渐下降〔6〕。也就是说氧化应激诱导激活胰岛素受体信号通路，而后者抑制了自噬活性。在很多生物体内，运用基因或者药物性手段延长寿命需要自噬的参与，而缺乏长寿调控基因的诱导会使大多数基因表型存在明显缺陷，而降低或抑制自噬活性〔7〕。目前认为，衰老期间大自噬与分子伴侣自噬活性均下降。在转基因小鼠中阻止衰老相关 LAMP-2A 蛋白下降，能维持具有功能的分子伴侣自噬，延缓衰老。LAMP-2A 在衰老期溶酶体内下降的机制被认为是发生在转录以后，因为衰老并没有影响 LAMP-2A 的转录效率，但是研究发现了衰老大鼠肝脏中 HSP90 表达水平下降〔8〕，因此认为热休克蛋白 HSP90 在 LAMP-2A 复合体的装配环节可能充当一个重要的组件。基于这些，HSP90 蛋白也可能是蛋白酶体系统降解的重要调节器，分子伴侣自噬通过它们维持蛋白水解通路功能的能力影响了衰老和长寿〔9〕。除了分子伴侣自噬外，大自噬的功能在哺乳动物的衰老组织也会被抑制，特别是依赖于大自噬对存在缺陷的线粒体降解的能力。

　　2. 2 血管衰老与自噬干预人类的衰老现象被认为是一种严重的心血管危险因素。血管结构与细胞表型功能的衰老变化导致老年人群患粥样硬化心血管疾病的高危性。对人体动脉粥样硬化损伤的组织学研究表明，血管内皮细胞确实存在衰老的形态学特征〔10〕。内皮细胞的衰老包含了内皮功能失调、粥样硬化、内皮细胞抗血栓下降等特征。根据自由基理论，活性氧簇( ＲOS) 对血管失调和动脉粥样硬化有着潜在的连带责任。

　　而血管内皮一氧化氮( NO) 能抵制氧化应激状态，内皮型一氧化氮合酶( eNOS) 激活以及后面的 NO 产物延缓了内皮细胞的衰老〔11〕。

　　有研究已证实蛋白降解的溶酶体途径与很多心血管疾病关系密切。关注自噬机制的分子解剖学，就有可能弄清楚自噬在很多心血管疾病发病过程中的作用〔12〕。血管功能和存活主要依赖于基础水平的自噬存在。不同方式的能量限制能延长生物体寿命和改善血管壁的舒张功能，这可能和参与自噬诱导胰岛素/PI3K 信号下降的机制有关〔13〕。目前明确的应激状态如营养缺乏和缺氧，均会诱导自噬流的大幅度增加〔14〕，这样能起到清除缺陷细胞器、错误折叠蛋白和补充营养的作用。在血管细胞生长过程中，合成代谢与分解代谢过程都被激活，在初期前者占据主导使得细胞生长，然而当一种新的稳态出现，自噬流增高，使得依赖于生长刺激物质的信号通路上下联系，自噬会被抑制或者部分抑制。

　　3 血管组成细胞衰老与自噬

　　3. 1 血管内皮细胞既往研究证实人类的心血管疾病比如动脉粥样硬化损伤由氧化应激的参与，过多活性氧蔟ＲOS 的产生会导致内皮细胞表现出衰老的特征。在动脉粥样硬化导致的缺血性内皮细胞损伤中，自噬的适度上调会延迟凋亡和坏死，而未控制的自噬由于过度降解细胞组成部分而导致细胞死亡。最近在体外实验中已经证实了内皮细胞的自噬促进了血管生成〔15〕。在人类冠状动脉内皮细胞中，运用促自噬活性药物激活沉默信息调节因子 1( SIＲT1) 进行高表达的措施可以改善线粒体的功能，减少ＲOS 产物和细胞内的过氧化氢水平，抑制氧化应激诱导的内皮衰老〔16〕。在一些病理状态下，内皮细胞激活能导致收缩性因子的产生和释放，包括环氧化酶来源的缩血管因子( EDCFs) ，它们会对抗 NO 的舒张活动，而ＲOS 通过减少 NO 来损伤内皮细胞功能。雌激素不足带来的内皮功能失调是由于 NO 活性降低的缘故。氧化应激诱导的环氧化酶依赖性产物可能提示内源性雌激素作为抗氧化剂的作用。

　　激素通过抑制ＲOS 产物保存内皮依赖的血管舒张〔17〕。内源性雌激素的保护作用能稳定 NO 活性，通过诱导自噬激活 L-赖氨酸-NO 通路阻断氧化应激。

　　很多心血管疾病会诱导应激反应，激活腺苷酸活化蛋白激酶( AMPK) 信号通路，激酶活化对血管内皮产生直接与间接的调控作用。内皮失调和炎症细胞黏附是动脉粥样硬化的一种早期事件，AMPK 参与到了这些事件中〔18〕。在人脐静脉内皮细胞( HUVECs) 中，AMPK 的激活减少了炎症细胞黏附和转移。

　　有研究表明尽管在血管内皮细胞中 AMPKα1 亚基表达较AMPKα2 更为广泛，然而 AMPKα2 也有很重要的生理效应，比如促血管生成和在缺氧条件下调控内皮细胞分化〔19〕。激活内皮细胞的 AMPK 在 Thr172 位点磷酸化 eNOS，导致 NO 产生。

　　这个可能是通过了磷酸化 eNOS 和 HSP90 的相互联系。除了直接激活 AMPK 的基因外，通过磷酸二酯酶抑制剂西诺他唑改变 AMP: ATP 比率都能增加 NO 的产生，修复内皮细胞功能。

　　除了通过诱导自噬修复氧化应激诱导损伤的内皮细胞之外，ＲOS 产物和 AMPK 激活也参与自噬介导血管生成。在体内实验中，趋化素能促进内皮细胞增殖、迁移和管腔形成〔20〕。

　　AMPKα 参与了趋化素诱导的内皮细胞自噬中，并呈时间依赖方式调控下游通路 ACC 的磷酸化，这些都提示了ＲOS 在诱导自噬发生对血管内皮细胞产生着复杂而又密切的生物效应，这包括了血管内皮细胞增殖、迁移、管腔形成到修复细胞衰老等。

　　3. 2 血管平滑肌细胞动脉粥样硬化作为动脉管壁内膜的一种慢性炎症疾病，其发展是以动脉粥样硬化斑块形成为特征。

　　大量证据表明，细胞死亡是动脉粥样硬化的主要调节因素。细胞死亡的结果主要取决于斑块形成阶段和所累积细胞类型。

　　由于动脉粥样硬化斑块中纤维帽的抗张强度主要依赖平滑肌细胞数量与其合成胶原蛋白的结构特征，平滑肌细胞的死亡或者丧失可能是导致斑块去稳定或破裂的主要因素〔21〕。在实验动物的血管粥样斑块纤维帽内，变性的平滑肌细胞具有自噬的特征结构，在运用氧化应激方法处理的平滑肌细胞中常观察到这些的特征〔22〕。平滑肌细胞可通过自噬清除变性蛋白质和其他细胞内大分子物质或者细胞器，对于维持自身内环境稳定发挥重要作用。

　　在血管平滑肌细胞( VSMCs) 中 AMPK 激活发挥血管舒张的作用。在大鼠胸主动脉平滑肌细胞，自噬通过 5-氨基-4-甲酰胺咪唑核苷酸( AICAＲ) 诱导的 AMPK 活化来介导了不依赖内皮细胞和 NO 形式的舒张状态，增加促血管舒张的前列环素合成。AMPK 激活和增加环氧合酶-2( COX-2) 蛋白表达有关系，似乎 TAK1 磷酸化和 p38 丝裂原活化蛋白激酶( P38MAPK) 激酶通路的下游激活了这种效应。增加 COX-2 表达代表一种促炎症反应，这样可能会抵消 AMPK 激活所产生的一些血管保护作用〔23〕。在 VSMCs 中 AMPK 可能通过 IP3Ｒ调控钙离子释放来调控细胞内钙，这可能是 AMPK 直接血管舒张效应的基础。

　　通过跨膜磷蛋白机制，AMPK 可以减少血管收缩性功能障碍。这些都证实了 AMPK 调控平滑肌细胞肌浆网钙离子泵( SEＲ-CA) 应激和内皮失调中的作用〔24〕。

　　除了在 AMPK 信号通路的认识加强，细胞表型转换是很多疾病的诱导剂。理解如何调控 VSMC 表型和功能的机制对于研发治疗血管衰老的方法很重要，而自噬的重要性也仅在最近才被认识〔25〕。在动脉粥样硬化和血管狭窄阶段，VSMCs 从收缩型向分泌型转变，则对于血管的功能与稳定具有重要作用，分泌型细胞能起到阻断细胞因氧化应激诱导的衰老作用。

　　4 对老年医学的影响

　　通过干预衰老进程可延缓很多衰老相关疾病，这个被称之为“长寿红利”。血管衰老是一种错综复杂的临床综合征，它与细胞内生物能效学的进展性失调有密切关系。SIＲT1 的活性改变在很多衰老相关疾病中都发挥作用，因此它可能被利用于延缓衰老、功能减退的老年相关疾病中。通过诱导自噬对 SIＲT1的激活看起来有机会实现人类的长寿红利。研究发现白藜芦醇虽不能增加受试动物模型的寿命，但在血管衰老改变中的有利效应值得关注。白藜芦醇和 SＲT1720( 一种选择性的 SIＲT1激活剂) 可以逆转高热量饮食的老年鼠肝脏脂肪变性〔26〕。在人类的临床实验中不可能将长寿作为最初的主要观察结果，拥有一些替代指标和衰老生物标志物是非常必要的，而血管衰老是合理的研究选择。目前干预血管衰老的自噬诱导性药物在该领域具有潜在而可观的前景。

　　5 结束语

　　研究证明自噬的适度激活能为人们的健康带来有益的效应。目前我们仅仅开始研究 Sirtuins 的生物效应，白藜芦醇相关多酚类药物和他汀类降脂药物等的自噬诱导特性，但也取得了一定的研究成果。比如: SIＲT3 干预调控血管平滑肌异常代谢与衰老的关系〔27〕; 自噬诱导 SIＲT1 与 eNOS-NO 轴对血管内皮舒张抗老化的密切相关性〔28〕。由于西方崇尚高热量消耗和缺乏体育锻炼的生活方式使得老年群体忽略了权威健康机构的温馨警示。目前还没有任何干预措施能完全延缓人类的衰老。发达国家设立老年人群的健康机构开始关注这方面的进展，相信研究者们会继续阐明血管衰老机制和分子机制，使针对血管衰老的干预靶点不断增加，为进一步研发延缓衰老的治疗方法带来希望。