余俊贤 综述 李研研 张松 审校

(1.上海交通大学医学院，上海 200025； 2.上海交通大学医学院附属新华医院心内科，上海 200092)

细胞自噬是细胞对环境变化和代谢应激的应答，通过溶酶体降解途径，将胞质内的异常成分和损伤或衰老的细胞器降解去除，同时为细胞的修复和再生提供原料和能量以维持其功能和结构[1]。自噬普遍存在于真核细胞生物体内，在生理条件下处于较低活性水平以维持细胞内环境的稳态。就运动而言，适度运动通过适度上调细胞自噬水平，保持细胞内环境稳态；而过度运动则导致过强的自噬活动，反而诱发自噬性细胞死亡[2]。近年，一些研究表明适度运动对自噬相关心血管疾病产生积极作用。现就不同持续时间及不同强度运动对细胞自噬的调节作用，以及适度运动通过调控细胞自噬在心血管疾病防治中的作用做一综述。

1 细胞自噬过程

细胞自噬是一个动态变化的过程，自噬过程大致分为3个环节：自噬诱导阶段、自噬体形成阶段、自噬溶酶体形成和降解阶段[3]。(1)磷脂酰肌醇3-激酶复合物与自噬基因Beclin-1表达的蛋白相互作用，募集自噬相关蛋白形成核心复合物，产生吞噬泡。(2)再由自噬相关蛋白(autophagy associated protein，Atg)7介导形成Atg12-Atg5-Atg16复合物，并通过多步催化形成微管相关蛋白轻链3-Ⅱ型复合物(light chain 3-Ⅱ，LC3-Ⅱ)参与自噬体扩张。(3)最后自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，p62和溶酶体相关膜蛋白被降解，含量下降是这一阶段的标志，整个过程称为自噬流[3]。

在生理情况下，细胞具有基础自噬活动。饥饿、运动[4]、低氧、缺血、炎症等时，自噬被激活，水平升高，清除损伤或异常的细胞内容物，保持细胞功能与稳态。

2 不同持续时间及不同强度运动对细胞自噬的影响

2.1 单次不同强度的运动对细胞自噬的影响

He等[5-6]用表达绿色荧光蛋白的转基因小鼠进行跑台运动发现，与静止组对比，运动30 min(300 m)后可见骨骼肌和心肌中绿色荧光蛋白-自噬体数量增加；运动80 min(900 m)时达到峰值。蛋白免疫印迹实验(Western blotting)可见，运动后LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值升高、p62水平降低，与能量代谢有关的器官如脂肪组织、肝等处自噬体数量增加。这一实验提示单次中等强度运动(10 m/min)能上调大多数组织细胞自噬水平。高强度运动训练中，单次剧烈运动(30 m/min)30 min结束即刻LC3-Ⅱ水平降低，随后LC3-Ⅱ 水平持续上升，在结束后1 h达峰值，3 h恢复正常[7]。Schwalm等[8]观察单次不同强度跑步对正常成年人骨骼肌自噬的影响，结果显示低强度运动组(55%最大耗氧量)自噬水平与对照组无显著差别，但高强度运动(70% 最大耗氧量)能增强自噬，提高骨骼肌LC3-Ⅱ、p62 mRNA表达。上述研究表明，低强度运动对细胞自噬的作用尚有争议，而高强度运动上调细胞自噬的作用较为明确。

2.2 长期运动(运动训练)对细胞自噬的影响

单次运动的影响较短暂，长期运动可能不断叠加积极效应产生远期结果，对细胞自噬产生持久的影响[9]。故研究长期运动对自噬的具体作用，对自噬相关疾病的防治具有重要意义。

在小鼠的运动实验中，Lira等[10]观察到，成年小鼠进行4～5周转轮运动，小鼠运动能力明显提高，跖肌和比目鱼肌的LC3-Ⅱ分别升高了92%和83%，p62分别降低了77%和55%。Kim等[11]报道10月龄小鼠进行8周适度耐力运动，其趾长伸肌和比目鱼肌的LC3-Ⅱ水平分别升高了62%和26%，趾长伸肌中Beclin-1的表达上升了60%。这些结果说明，运动训练能提高成年和老龄鼠的基础自噬水平，并改善衰老引起的自噬下降[12]。White等[13]研究也证实了为期34周的自主抗阻训练能提高LC3Ⅱ/Ⅰ的比值，并增加肌细胞内的线粒体密度和氧化供能能力，减少了老化出现的肌肉萎缩，提示自噬的升高对延缓衰老有积极作用。相似的结果也见于大鼠中。Bayod等[14]报道，成年大鼠进行36周中等强度耐力运动可诱导大脑皮质的细胞自噬蛋白LC3-Ⅱ增加。Luo等[15]发现，老龄大鼠进行9周的抗阻训练后自噬调节蛋白Atg5、Atg12、Atg7等含量升高。人体研究中也有相似发现[16]。Mejías-Pea等[17]发现，健康老年人进行8周有氧运动后，血液中单核细胞LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值升高25%，p62蛋白水平下降20%，Atg12、Atg16的磷酸化和Beclin-1水平均较对照组明显升高，最大耗氧量升高20%，提示长期运动提高了细胞基础自噬水平，并出现了对有氧运动的适应。

但过度运动引发过度自噬，产生负面影响[18]。Liu等[19]研究发现，随着运动强度增强，大鼠力竭程度增加，心肌细胞形态学变化渐趋明显，细胞肥大肿胀、排列紊乱，甚至坏死。此时心肌细胞的自噬水平明显升高，但同时运用自噬抑制剂将减轻心肌细胞的损伤。马晓雯等[20]发现，高强度运动(28 m/min；60 min/d)损害心脏功能，降低左室射血分数，透射电镜显示运动组大鼠心肌纤维形态异常、线粒体损伤聚变和自噬体增多。

3 长期运动对自噬相关心血管疾病的影响

许多心血管疾病如心肌梗死、肥厚型心肌病、老年性心脏病等都与细胞自噬异常有关。运动训练在预防和延缓心血管疾病发展等方面发挥有益的作用，这些作用可能与运动训练调控细胞自噬功能密切相关。

结蛋白相关心肌病是一种自噬水平显著降低的心脏病，但将Atg7转基因小鼠与结蛋白相关心肌病患病小鼠交配产生的子代则具有较高的基础自噬水平，同时心脏的结构与功能得到改善。这种子代小鼠进行4周自主运动，心肌细胞B淋巴细胞瘤-2基因表达蛋白、Beclin-1、Atg5-Atg12复合物水平都显著升高，心肌肥厚和心肌纤维化均明显减轻，而且其存活时间明显延长[21]，表明运动可增强心肌细胞自噬水平，有助于改善心肌结构与功能，对心脏病变有一定的治疗效果。

Gu等[22]报道，22月龄大鼠心肌基础自噬水平较4月龄大鼠明显降低，10周游泳训练后，老龄鼠心肌自噬水平提高，恢复到正常成年鼠水平，将这些运动和不运动老年鼠结扎左冠状动脉前降支，运动预处理组心肌梗死面积和心肌收缩力下降较不运动组明显减少，而且左室射血功能得以保留，这一结果表明，随年龄增加自噬基础水平呈现一定程度的降低，运动训练能够上调自噬基础水平，提高心肌对后续缺血损伤的抵抗力，对衰老心脏具有保护作用。

Tao等[23]报道，在急性心肌梗死(<24 h)后，心肌细胞能量代谢从脂肪酸供能转变为葡萄糖供能，同时线粒体DNA复制和转录水平均代偿性提高。而预先进行长达3周的游泳训练能减少心肌梗死面积，协调紊乱的葡萄糖和脂肪酸代谢，同时进一步提高线粒体的生物合成，说明运动训练能减轻心肌梗死损伤，促进心肌细胞产生适应性改变。Campos等[24]研究也发现，心肌梗死后4周的心力衰竭大鼠的自噬流受到阻碍，自噬相关标志物在细胞内积聚，同时胞内有受损的线粒体堆积，氧化供能水平下降。而心力衰竭组大鼠进行8周的运动训练后，心肌细胞受阻的自噬流获得改善，线粒体数量下降，线粒体氧化供能水平提高，从而减缓了心功能的进一步恶化。进一步实验发现，如果运用自噬抑制剂抑制这一升高的自噬水平，运动训练对心力衰竭心脏的改善作用将被逆转。这一研究提示，运动重塑心力衰竭自噬流并借此完成对线粒体的质控作用，进而改善心功能。

但运动训练不是单向调节提高自噬水平。Smuder等[25]报道抗肿瘤药物阿霉素心肌毒性作用与过度自噬有关，正常大鼠每天在跑台上进行高强度运动(30 m/min)1 h，连续5 d，随后给予阿霉素，运动组大鼠骨骼肌自噬基因(如Beclin-1、Atg12、Atg7)表达水平和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值均较对照组显著降低，接近于正常水平，提示运动能够降低异常升高的自噬活性[25-26]。此外，在心肌梗死缺血区，细胞自噬被激活，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值升高。Chen等[27]研究发现，心肌梗死家兔进行4周中等跑台运动(16.6 m/min；30 min)，心脏射血分数提高，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ 比值恢复至假手术组的水平，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ 比值与心脏射血分数呈负相关，这一结果表明运动训练改善心肌梗死后心功能的作用与下调过度细胞自噬有关，对心肌梗死预后有积极作用。同样，Lee等[28]研究也发现，糖尿病大鼠骨骼肌萎缩与过度自噬有关，4周游泳运动使糖尿病大鼠骨骼肌LC3-Ⅰ表达降低了75%，接近正常对照组水平，减轻骨骼肌萎缩，运动组体重较不运动糖尿病大鼠增加了30%，说明运动训练对糖尿病大鼠出现的骨骼肌萎缩有一定的治疗作用。可以推测在细胞过度自噬的病理情况中，运动训练会降低自噬活性，减缓病情发展。

因此，在病理条件下，运动训练对细胞自噬具有双向调节作用，对于自噬不足所致的心血管病，运动训练上调细胞自噬；而过度自噬引起心血管疾病，运动训练则抑制细胞自噬，以期恢复正常的细胞自噬功能，延缓心血管疾病进展。

4 结语

目前研究表明，单次运动短暂上调细胞自噬水平，降解细胞内异常蛋白质和细胞器，促进细胞的自我更新。运动训练上调基础自噬水平、增强细胞活力，对延缓衰老、防治心血管疾病产生积极作用。在过度自噬所致心血管疾病，运动训练则可抑制自噬活性，减轻自噬性细胞凋亡，从而改善心血管疾病预后。适宜不同年龄不同体质人群运动训练的具体模式仍待探索，不同模式背后的分子机制尚有许多未解之谜，自噬在运动训练对心血管系统保护作用中的角色也有待深入研究，这些问题的解决将为运动训练在改善自噬相关疾病中的作用提供理论依据。

[ 参 考 文 献 ]

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