郑晴+包怡敏

[摘要]自噬是一种利用溶酶体来清除细胞内不必要或受损的细胞器，以维持细胞内环境稳态的基本过程。近年来的研究表明，自噬在心肌缺血再灌注过程中发挥着重要的作用。在心肌缺血阶段，适度的自噬可以保护细胞免受各种压力；然而在再灌注阶段时，过度的自噬使细胞死亡进一步增强。因此，自噬在心肌缺血再灌注过程中具有的双重作用为心脏疾病的治疗提供了新的治疗靶点。近年来，越来越多的中药被证实可以通过调节心肌细胞的自噬水平，通过增强自噬或抑制自噬，对受损心肌产生保护作用。该文综述了心肌缺血再灌注损伤过程中自噬的主要分子机制和作用及中药对其的调控作用。

[关键词]中药； 心肌缺血再灌注； 自噬

Regulatory effects of traditional Chinese medicine on

autophagy in myocardial ischemia reperfusion injury

ZHENG Qing， BAO Yimin*

（College of Basic Medicine， Shanghai University of Traditional Chinese Medicine， Shanghai 201203， China）

[Abstract]Autophagy is a basic process of eliminating unnecessary or damaged organelles by lysosome to maintain the internal environment homeostasis Recent studies have revealed that autophagy plays an important role in pathology of myocardial ischemia reperfusion In the phase of ischemia， moderate autophagy can protect the cells against various stress； but in the phase of reperfusion， excessive autophagy can increase the death of cells Therefore， the dual role of autophagy in myocardial ischemia reperfusion provides a new therapeutic target for the treatment of heart disease In recent years， more and more Chinese medicines have been proved to adjust the autophagy in myocardial cells， and protect the damaged myocardium by enhancing or inhibiting autophagy This article would review the molecular mechanisms of autophagy and its role in myocardial ischemia reperfusion injury as well as the regulation effect of Chinese medicine on it

[Key words]traditional Chinese medicine； myocardial ischemiareperfusion； autophagy

自噬是指在細胞内衰老、受损的蛋白质及细胞器通过溶酶体被降解成氨基酸等小分子物质，从而为生物合成提供原料和能量，维持细胞内环境稳态的过程。细胞在饥饿、缺氧、氧化应激、病原体感染和内质网应激等刺激条件下可诱导自噬的发生。研究表明，适度的自噬通过缓解能源危机、维持蛋白质内稳态、清除受损细胞等发挥对组织细胞的保护作用；但是自噬的长期上调可以导致细胞过度降解而死亡。近年来，关于自噬在心血管疾病中的作用的研究越来越多，但其在心肌缺血再灌注（ischemiareperfusion，I/R）中的作用仍存在争议。随着中医药研究的不断发展，中药在调节自噬方面取得了一定的进展。本文旨在讨论自噬在心肌缺血再灌注损伤中所发挥的作用与机制，以及中药对其的影响。

1自噬与心肌缺血再灌注损伤

11自噬的类型和过程

自噬存在于大多数真核细胞中，是溶酶体依赖性的降解机制。根据不同的分类标准，自噬具有不同的分类方式。根据包裹物和运输方式的不同，可分为：巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy），以及分子伴侣介导的自噬（chaperonmediated autophagy，CMA），其中巨自噬为最主要的形式，即通常所说的自噬[1]。自噬过程可以分为4个阶段：①自噬的诱导：细胞在自噬起始信号的调控下，在内质网上生成欧米茄体，并形成了有双层膜的杯状隔离膜，也称为前自噬泡；②自噬体的形成：前自噬泡不断的向两边延伸，细胞器等细胞质的成分也随之被吞噬，最后隔离膜封闭形成双层膜结构的自噬小体；③自噬溶酶体的形成：自噬小体的外膜与溶酶体融合形成自噬溶酶体；④自噬溶酶体的降解与再利用：溶酶体水解酶包括组织蛋白酶、脂酶等会降解自噬体的内膜及其内部成分，而被降解的产物会被送回到胞浆之中，供细胞重新循环利用[2]。

12再灌注过程中自噬的调控机制

121活性氧介导自噬发生活性氧（ROS）是经典的自噬诱导剂[3]，细胞内的活性氧或细胞外过度的氧化应激反应可以通过上调自噬维持细胞内稳态。越来越多的证据表明，自噬可导致氧化应激条件下的细胞死亡，清除活性氧可明显的抑制自噬[4]。最新研究表明，在内质网应激或者氧化应激状态下，ROS通过调控丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和自噬流导致细胞死亡[5]。endprint

122Beclin1介导的自噬Beclin1是自噬的关键蛋白之一，它参与了自噬体膜的形成过程，可作为自噬的标记蛋白。在心肌缺血期间，自噬的诱发主要依赖AMPK信号通路；而在再灌注期间则主要依赖Beclin1，且自噬的激活又可以引起Beclin1的上调。因此，随着自噬的不断增强，Beclin1蛋白表达也随之增加。目前也有研究发现通过竞争性结合Beclin1和Bcl2以及Beclin1与Bcl2的磷酸化修饰，可以在介导凋亡机制发生的同时，促进自噬的发生[6]。

123Bnip3介导线粒体自噬Bnip3位于线粒体外膜，它不仅是一种可以诱导线粒体功能发生障碍和细胞死亡的促凋亡蛋白，也是细胞自噬的强力诱导剂。Bnip3的过表达可以引起成年心肌细胞自噬增多。有研究称在再灌注过程中由于活性氧、钙超载等因素影响，导致Bnip3调控的线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeablity transition pore，mPTP）开放，使线粒体膜通透性增加，同时释放细胞色素C等促凋亡信号，进而诱导自噬的发生，mPTP的抑制剂环孢素可以阻断mPTP的开放，并在HL1细胞发生缺血再灌注后使自噬减弱[7]，说明mPTP可能是心肌I/R损伤中调节自噬的上游分子。但也有报道称，作为心肌细胞中自噬的有效诱导物，Bnip3可以不依赖于活性氧、钙超载、mPTP开放而是通过破坏Beclin1和Bcl2之间的相互作用而诱发自噬[8]。目前也有研究表明，Bnip3可以与自噬关键蛋白LC3相互作用，诱导线粒体自噬，通过清除受损的线粒体发挥对心肌的保护作用[9]。

124PI3K/Akt/mTOR信号通路调节细胞自噬哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）属于磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol3kinase，PI3K）相关激酶（PIKK）家族成员，影响自噬体成熟阶段的形成。心肌缺血时，mTOR被抑制，诱导自噬的产生；再灌注时，mTOR被激活，从而抑制自噬[10]。PI3K/Akt信号通路是mTOR众多调控机制中最经典的一条信号转导通路，也是自噬起始阶段最主要的信号通路。PI3K是一种可使肌醇环第3位羟基磷酸化的磷酯酰肌醇激酶，按照结构可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型PI3K激活可以抑制自噬；Ⅱ型PI3K激活与自噬无太大关系；Ⅲ型PI3K参与初期自噬体的形成，并促进自噬。Akt是PI3K的下游分子，活化后可通过影响mTOR对细胞自噬进行调控。最近的研究证明，在I/R早期，自噬被过度激活，药物治疗可刺激PI3K/Akt磷酸化，进一步增强mTOR信号从而抑制自噬[11]。

心肌缺血再灌注損伤中自噬的主要调控机制见图1。

13自噬在心肌缺血再灌注过程中的双重作用

131自噬在心肌缺血再灌注过程中起到的保护作用从心肌缺血阶段开始，自噬信号的激活可诱导细胞产生ATP以缓解能源危机。有研究证实，自噬抑制剂3甲基嘌呤可以降低ATP的产生，加重缺糖损伤时的心肌细胞死亡[12]。自噬在心肌缺血再灌注阶段作为一种能量的恢复过程，是心肌细胞存活的关键。同时，自噬对蛋白质内稳态也有重要的影响。泛素蛋白酶系统和自噬是2种主要的蛋白质水解系统，可以通过清除错误折叠和受损的蛋白质及细胞器，起到维护细胞完整性的作用。但是在心肌缺血再灌注过程中，泛素蛋白酶系统功能失调，导致心肌泛素化蛋白聚集体的合成增加[13]；而此时自噬活性的增加可以弥补泛素化蛋白受损的功能，并使蛋白水解维持在一个适当的水平。因此，在心肌缺血再灌注的起始阶段，自噬对心肌是起到保护作用的。

132自噬在心肌缺血再灌注过程中起到的损害作用虽然自噬有利于ATP的生成和细胞内环境稳态的维持，但在再灌注时过度的自噬可导致心肌细胞的过度死亡。自噬是一种负责细胞内底物降解的过程，若自噬激活超过一定水平，溶酶体酶增加，过度清除了必要的蛋白质和细胞器，可导致细胞功能障碍，引起细胞自噬性死亡。有研究证实，使用自噬抑制剂3MA或敲除Beclin1时可以减少在心肌缺血再灌注损伤时的细胞死亡[14]。

自噬的另一个有害原因可能是自噬与凋亡之间的串扰。Bcl2蛋白是Bcl2家族中的抑制凋亡的蛋白，参与了细胞凋亡的调控，其表达下降可促进细胞凋亡的发生。值得注意的是，Bcl2蛋白表达上调可以抑制Beclin1依赖性自噬，并且再灌注时Beclin1的激活与Bcl2蛋白表达下调有关[15]。

2中药通过抑制自噬来减轻心肌缺血再灌注损伤

研究表明，一些中药及其有效成分在心肌缺血再灌注损伤的过程中具有抑制自噬的作用，如黄芩甲苷[16]、香青兰总黄酮[17]、加味丹参饮[18]等，均可下调再灌注心肌Beclin1，LC3II，Atg5等自噬相关蛋白的表达。中药及有效成分对自噬的抑制作用是通过多条途径进行的。

21通过抗氧化途径抑制自噬

现阶段有研究证实，一些中药提取物可以通过抗氧化应激来调控过度的自噬。例如银杏总黄酮[19]、青蒿素[20]和橙皮苷[21]在治疗大鼠心肌缺血再灌注模型时，氧化应激的相关指标丙二醛（MDA）水平明显降低而超氧化物歧化酶（SOD）水平明显升高，同时自噬的相关基因LC3II/I和Beclin1水平明显降低，心肌损伤标记物肌酸激酶（CK）、乳酸脱氢酶（LDH）表达下降，说明它们是通过抗氧化应激抑制自噬从而缓解心肌缺血再灌注损伤。

22通过激活PI3K/Akt/mTOR通路抑制自噬

PI3K/Akt/mTOR通路是目前研究最多的自噬相关机制之一。丹酚酸B（Sal B）来源于中药丹参，它在自噬早期通过阻断自噬流以及影响自噬体的形成来抑制自噬，并且减轻了自噬期间的细胞凋亡[22]。最近的研究发现，Sal B可以通过下调Beclin1和LC3II的表达来抑制自噬，然而在使用PI3K抑制剂LY294002后，消除了Sal B诱导的pAkt表达以及抗自噬的作用。因此Sal B抑制自噬减轻心肌细胞I/R损伤可能是通过对PI3K/Akt信号通路的调节[23]。九龙藤总黄酮（BCF）是龙须藤茎提取物的主要活性成分，以往的研究表明，BCF可清除自由基，改善心肌能量代谢，减轻炎症反应和心肌损伤，抑制细胞凋亡和促进细胞缺氧/复氧损伤的心肌细胞的存活率[24]。进一步研究发现，BCF通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路来抑制细胞凋亡及过度的自噬，从而缓解心肌缺血再灌注损伤。BCF预处理可以下调自噬相关蛋白Beclin1，LC3II，上调PI3K和pAkt蛋白的表达，增加内皮型一氧化氮合酶（eNOS）蛋白水平 [25]。也有报道认为，BCF上调mTOR，下调Beclin1并影响了Beclin1诱导的自噬、凋亡互反馈的信号通路，抑制过度自噬，从而发挥对心肌的保护作用[26]。有报道称，从玉郎伞中提取的玉郎伞查尔酮（YLSC）能降低再灌注造成的心肌Beclin1基因和LC3II蛋白表达的上调，抑制自噬的同时升高Akt的磷酸化水平，对PI3K/Akt通路下游的多个靶点（eNOS，NO，Caspase3）的表达也有影响，其作用可被PI3K特异性抑制剂wortmannin所阻断，说明YLSC 是通过激活PI3K/Akt信号转导通路从而抑制过度自噬来减轻缺血/再灌注损伤[27]。因此，多种中药有效成分被证实是通过激活PI3K/Akt/mTOR通路抑制自噬而发挥抗I/R损伤作用。endprint

23通过其他途径抑制自噬

除了抗氧化應激及激活PI3K/Akt/mTOR通路外，一些中药及其有效成分也可通过其他途径来抑制自噬。小檗碱（berberine）通过抑制线粒体自噬的相关蛋白Bnip3来保护线粒体，同时它也抑制AMPK的磷酸化和mTOR的活化从而抑制自噬，改善心功能[28]。近年来的研究发现，心肌I/R损伤时核转录因子NFκB可以参与诱发自噬体的形成，痰瘀同治方中的栝楼薤白半夏汤通过抑制NFκB的活性，促进Bcl2表达，抑制Beclin1的激活，降低LC3II/LC3I的比值以及凋亡因子Bax的表达，调控炎症、自噬、凋亡之间的相互作用来保护心肌[2930]。研究发现，黄芩苷对正常心肌细胞的自噬没有影响，但它可以显著抑制缺血再灌注后的心肌过度自噬，降低心肌梗死面积，其机制可能是通过抑制mPTP开放从而减少自噬的相关诱导因素，而这也为以后研究中药抑制自噬的机制提供了新的方向[31]。

3中药通过促进自噬来减轻心肌缺血再灌注损伤

目前也有部分中药被发现是通过促进自噬来减轻I/R损伤。有研究表明，人参皂苷Rb1（GRb1）可以启动自噬生存信号并抑制细胞凋亡，表现为增强Beclin1和Bcl2的表达，减弱Beclin1与Bcl2之间的相互作用，从而促进自噬，发挥对心肌细胞的保护作用[32]。荭草苷来源于中药红蓼，最近的研究发现，荭草苷可促进缺氧/复氧后的心肌细胞发生自噬，增加自噬体的形成，此外，荭草苷能增加AMPK和Akt的活化，抑制mTOR的磷酸化，增强Beclin1与Bcl2蛋白之间的相互作用，证明在心肌缺血再灌注损伤的保护作用中，荭草苷介导自噬的平衡是通过调节AMPK，Akt，mTOR和Bcl2相关信号通路来实现的[33]。在大鼠急性心肌梗死后的缺血/再灌注期间，通心络（TXL）可以增加AMPK与mTOR磷酸化，上调自噬蛋白LC3，并下调Bax蛋白的表达，因此它的作用机制可能是通过AMPK通路的激活促进细胞自噬，抑制凋亡发挥对心肌的保护作用[34]。有研究发现白藜芦醇是自噬的增强剂，它是通过激活AMPK、抑制mTOR通路的激活，并上调LC3II，Beclin1的表达，促进自噬[35]。最近有研究证实，用白藜芦醇糖苷后处理时，可通过促进自噬流并清除受损的线粒体，减少ROS和细胞死亡缓解心肌I/R损伤[36]。

4展望

随着中医药抗心肌缺血再灌注的作用机制的深入研究，调控自噬被证实是中药心肌保护作用的机制之一。但目前研究发现，有的中药抑制自噬而有的中药促进自噬，这是否与造模方式或损伤的程度差异有关还有待研究。虽然不同中药对自噬的作用有所不同，但它们的作用都是将自噬控制在一个适度的范围内，使其既能清除受损的细胞，又减少了细胞的过度死亡，从而对机体产生保护作用。此外，目前的研究大多偏向于对自噬现象的观察以及自噬相关蛋白的检测，而中药对自噬相关的信号通路及自噬流的具体作用机制研究较少，这也为后续的研究指出了方向。随着对自噬相关信号转导通路和作用机制的不断发现与深入研究，利用中医药调控适度的自噬可能为其临床运用提供潜在的治疗策略和理论依据。

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[责任编辑张宁宁]endprint