孙佳伟，刘美洋，崔志峰，宫小薇，袁雅冬

肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）是一种高发病率和高死亡率的血管疾病，在英国，PH患病率为97/100万，其中女性与男性比例为1.8∶1；美国PH患者年龄标化死亡率为4.5/10万～12.3/10万，总体生存率为28%～72%［1-2］。研究发现，在PH进展过程中，患者主要表现为肺血管重构和肺血管阻力增加，最终导致右心衰竭乃至死亡，其关键特征是肺动脉血管周围炎性单核细胞/巨噬细胞的募集和极化［3］。而巨噬细胞极化在PH发生中发挥着至关重要的作用，其包括经典激活的M1型巨噬细胞和替代激活的M2型巨噬细胞，其中M1型巨噬细胞能够启动和维持炎性反应，而M2型巨噬细胞可抑制炎性反应，释放抗炎递质［4］。外膜微环境中巨噬细胞极化的驱动机制尚不清楚，有研究表明，线粒体自噬会触发一个糖代谢“开关”，并与巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化有关［5］。其中线粒体自噬是自噬的一种形式，其可介导清除有缺陷或过量的线粒体，参与线粒体的质量控制［6］。本文旨在探讨线粒体自噬与PH的关系及其在巨噬细胞代谢重编程中的作用，以期为PH的诊治提供新的思路。

1 线粒体自噬

线粒体被称为细胞能量中心，对生理适应和应激反应至关重要。线粒体的功能状态依赖于线粒体生物发生、融合和分裂以及线粒体自噬对受损线粒体的降解之间的动态平衡，其控制着线粒体的质量和数量，在细胞内环境稳态中发挥作用［7］。而自噬是一个高度保守的过程，细胞可以通过降解溶酶体中的细胞器和蛋白质来循环利用其降解产物。自噬可作为一种非选择性的降解过程，也可以选择性地降解特定的蛋白质、细胞器等，这一过程被称为选择性自噬［8］。LEMASTERS［8］首次将线粒体的选择性自噬过程称为线粒体自噬，其是一种选择性地将受损或去极化的线粒体隔离到双膜自噬体中进而被溶酶体降解的过程，即选择性地清除受损或有缺陷的线粒体，在恢复正常生理和压力条件下的细胞稳态方面发挥关键作用，是线粒体质量控制的关键步骤［6］。

在哺乳动物中，线粒体自噬的机制包括典型线粒体自噬和非典型线粒体自噬，其中典型线粒体自噬包括PTEN诱导激酶1（PTEN-induced putative kinase 1，PINK1）/Parkin依赖的线粒体自噬、受体介导的线粒体自噬以及脂质介导的线粒体自噬；非典型线粒体自噬不需要LC3修饰的自噬体，而是线粒体和溶酶体之间直接通过细胞器间的相互作用进行自噬［9-11］。

1.1 典型线粒体自噬

1.1.1 PINK1/Parkin依赖的线粒体自噬 PINK1/Parkin依赖的线粒体自噬指由线粒体外膜PINK1与Parkin介导的线粒体自噬。线粒体外膜转位酶（translocase of outer mitochondrial membrane，TOM）和线粒体内膜转位酶（translocase of inner mitochondrial membrane，TIM）可将PINK1导入线粒体内膜，之后PINK1被线粒体内膜蛋白酶PARL切割，所以在正常线粒体中PINK1表达水平极低，很难被检测到；而在去极化条件下，线粒体膜电位的丧失阻止了PINK1向内膜的导入，并促进其稳定在线粒体外膜上，以致线粒体外膜上PINK1表达水平增加［12］。PINK1的积累可促进Parkin从细胞质转移到受损线粒体［13］，其机制为PINK1在丝氨酸65位点磷酸化后，泛素会将来自细胞基质的高亲和力Parkin募集到线粒体上［14］。也有研究表明，线粒体融合蛋白2（mitofusin 2，Mfn2）可介导Parkin向受损线粒体转移，即Parkin以PINK1依赖的方式与Mfn2结合［15］。随后，Parkin会介导两条不同多泛素链的形成，上述泛素链通过赖氨酸63和赖氨酸27相互连接［16］。Parkin泛素化线粒体膜蛋白后，与自噬适配器分子p62、NBR1、AMBRA1、OPTN和NDP52相互作用，从而间接与自噬体上的LC3相互作用，导致受损线粒体被自噬体吞噬并清除。

1.1.2 受体介导的线粒体自噬 受体介导的线粒体自噬不需要自噬适配器分子，而是涉及一组含有LC3相互作用区（LC3 interacting region，LIR）的受体，其通过与LC3结合来介导线粒体自噬。目前哺乳动物细胞中已鉴定出几种类型的线粒体自噬受体或受体相关因子，包括Bnip3/Nix、FUNDC1和BCL2L13等［17-18］。其中Bnip3/Nix是具有BH3结构域的促凋亡蛋白，通过其C-末端跨膜结构域定位于线粒体外膜，并通过细胞质定向的典型N-末端LIR基序发挥线粒体自噬受体的作用，该基序有助于Bnip3/Nix与自噬体的结合。Bnip3的活性取决于多肽LIR区域两侧的丝氨酸17和24残基的磷酸化情况，并刺激Bnip3与Atg8的成员LC3B和GATE-16的结合［19］。与Bnip3一样，Nix的SWxxL LIR基序的丝氨酸34/35磷酸化可促进线粒体自噬［20］。定位在线粒体外膜的蛋白FUNDC1具有3个跨膜结构域和1个暴露于细胞质的典型N-末端LIR Y（18）xxL23基序，用于与LC3和GABARAP蛋白结合。正常情况下，FUNDC1的活性是受酪氨酸18和丝氨酸13的磷酸化状态来调控的；在缺氧应激条件下，FUNDC1的丝氨酸13和酪氨酸18发生去磷酸化，进而诱导线粒体自噬［21-22］。BCL2L13中的WxxL LIR基序通过与LC3结合来介导线粒体自噬。BCL2L13可通过其C终端跨膜结构域锚定到线粒体外膜［23］。BCL2L13的BH结构域在没有动力相关蛋白1（dynamic-related protein 1，Drp1）的情况下可诱导线粒体分裂，并将片段化的线粒体转移到自噬体和溶酶体中［20］。

1.1.3 脂质介导的线粒体自噬 脂质介导的线粒体自噬指某些脂质分子，如神经酰胺和心磷脂，在定位于线粒体外膜时也起到线粒体自噬受体的作用，这些脂质可直接与LC3相互作用以诱导线粒体自噬［24-25］。

1.2 非典型线粒体自噬 非典型线粒体自噬参与线粒体质量控制的调节，其中线粒体衍生囊泡（mitochondria derived vesicles，MDV）可介导受损线粒体向溶酶体转移并降解。尽管该过程存在于整个线粒体，但其诱导的MDV以溶酶体为靶点，不需要牺牲整个线粒体，而是小规模的损伤［9-11］。

2 线粒体自噬与PH的关系

有证据表明，PH患者以及PH小鼠模型中线粒体自噬增加，线粒体生物合成减少［26-27］。在肺动脉内皮细胞（pulmonary artery endothelial cells，PAECs）中，线粒体自噬和解偶联蛋白2（uncoupling protein 2，UCP2）通路在肺血管重塑中发挥重要作用。研究表明，UCP2缺失的PAECs可增加PINK1和Parkin水平，从而增加线粒体自噬，并导致PH的发展［26］。除了PAECs中的线粒体自噬在PH中发挥作用，研究表明，PH的发生与肺动脉平滑肌细胞（pulmonary artery smooth muscle cells，PASMCs）中的线粒体自噬有关［28-29］。研究显示，凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor，AIF）作为一种关键的线粒体靶蛋白，可参与线粒体自噬信号通路，并诱导自噬，引起PASMCs过度增殖，进而诱发PH，提示线粒体自噬在PH发生发展中发挥重要作用［28］。同样的，LI等［29］发现，缺氧可以激活PINK1/Parkin介导的线粒体自噬通路，诱导PASMCs过度增殖，导致低氧性肺动脉高压（hypoxic pulmonary hypertension，HPH）。在PH进展过程中，除了PAECs和PASMCs中的线粒体自噬在PH中发挥作用外，肺动脉血管周围巨噬细胞极化也发挥着至关重要的作用，包括启动和维持炎性反应的M1型巨噬细胞和释放抗炎递质的M2型巨噬细胞。

3 线粒体自噬在巨噬细胞代谢重编程中的作用

代谢重编程指肿瘤细胞为了在极端微环境下存活而对其合成和分解代谢进行调节以获得所需能量和物质的过程，该过程主要涉及糖类、脂质、氨基酸等代谢途径的调节。然而，研究表明，类似Warburg效应的代谢重编程也存在于快速增殖的细胞中，包括各种类型的免疫细胞，并决定了免疫细胞亚群在炎症组织或癌症等疾病条件下的功能［30-32］。并且，在神经元分化和巨噬细胞激活期间，线粒体自噬促进了代谢向糖酵解的转变，表明线粒体自噬和代谢重编程之间存在联系，线粒体自噬是细胞代谢的关键调节器［33］。

巨噬细胞是一种具有异质性的免疫细胞群，在体内平衡和免疫应答中发挥多种功能。巨噬细胞的功能依赖于其异质性和可塑性，其在感知微环境方面具有高度专一性，并相应地改变自身的特性。巨噬细胞表型和功能的改变常伴随着细胞代谢的改变［4］。然而，巨噬细胞是肿瘤微环境的主要组成部分。研究表明，M1型巨噬细胞可分泌抑制肿瘤生长和发展的促炎因子，而肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophage，TAM）主要表现为M2表型［34-35］。巨噬细胞可诱导代谢重编程，其特征是有氧糖酵解增加，戊糖磷酸途径增加［36］。

3.1 糖代谢 糖代谢可分为分解代谢和合成代谢两个方面，是细胞维持生命活动的主要能量来源。糖代谢途径主要有葡萄糖的无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途径等。多项研究表明，线粒体自噬促进了代谢向糖酵解的转变，并促进了巨噬细胞向M1表型极化，而M1型巨噬细胞极化期间存在Nix依赖的代谢改变［5，33，37］。在巨噬细胞代谢重编程过程中，除了Nix介导的线粒体自噬外，PINK1介导的线粒体自噬也发挥作用，MENG等［38］发现，牛磺酸可以抑制S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）依赖的PP2A催化亚基C亚基（protein phosphatase 2A catalytic subunit C，PP2Ac）甲基化，从而阻断PINK1介导的线粒体自噬，进而阻碍能量代谢转化为M1型巨噬细胞所需的糖酵解。总之，上述研究说明了线粒体自噬可促进巨噬细胞代谢向糖酵解方向转化，进而促进巨噬细胞向依赖糖酵解供能的M1型巨噬细胞方向极化。然而，有研究表明，线粒体自噬会促进巨噬细胞代谢向氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）方向转变［39-40］。研究发现，IL-10可促进线粒体自噬，其机制可能为IL-10通过信号转导和转录激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）改善线粒体功能，进而抑制mTORC1，导致糖酵解下降，即IL-10通过线粒体自噬重编程巨噬细胞的代谢，进而促进OXPHOS［39-40］。然而，有研究表明，胃癌患者的PINK1缺乏抑制线粒体自噬功能，可促进Warburg效应，从而促进巨噬细胞向M2型巨噬细胞方向极化，进而促进肿瘤生长［41］。但其具体机制目前尚不明确，有研究表明，IL-33/生长刺激表达基因2蛋白（growth stimulation expressed gene 2，ST2）轴可能在其中发挥作用，其可增强细胞OXPHOS，从而促进M2极化基因表达，最终促进肿瘤生长［42］。而在PH中形成的外膜微环境则是由代谢重编程调节巨噬细胞极化完成的，多项研究表明，PH患者的巨噬细胞代谢会向糖酵解方向转变，并减少OXPHOS［43-44］，其机制可能是依赖糖酵解的M1型巨噬细胞在三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）中出现两次代谢异常，导致衣康酸和琥珀酸不断增多［4］。而过量的琥珀酸可稳定缺氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α），进而激活糖酵解基因的转录，从而维持M1型巨噬细胞的糖酵解代谢。相反，M2型巨噬细胞更依赖OXPHOS，其TCA是完整的，并为电子传递链（electron transport chain，ETC）的复合物提供底物［4］。

3.2 脂代谢 巨噬细胞极化方向与脂代谢有关，其中M1型巨噬细胞会将多余的脂肪酸以三酰甘油和胆固醇酯的形式储存在脂滴中，而M2型巨噬细胞使脂肪酸进行再酯化和β氧化［45］，故脂肪酸氧化对M2型巨噬细胞的抗炎功能很重要。在M1型巨噬细胞中，TCA被打破，导致柠檬酸转化为游离脂肪酸。而饱和游离脂肪酸可激活巨噬细胞中的kappa B抑制因子激酶（inhibitor of kappa B kinase，IKK）和JNK1信号分子，从而诱导巨噬细胞向M1型方向极化。而有研究表明，IL-4诱导了巨噬细胞脂肪酸氧化和线粒体生物发生的细胞途径，从而促进巨噬细胞极化为M2型巨噬细胞，其机制可能与调节脂肪酸β氧化的重要基因相关［45］。总之，调控巨噬细胞中脂肪酸氧化过程可能会对其极化方向产生影响。正常的线粒体功能在调节脂代谢和细胞能量供应方面起关键作用，线粒体自噬可以促进线粒体脂肪酸氧化，从而抑制肝脏脂肪酸积累，改善肝脏胰岛素抵抗［46］。除此之外，线粒体自噬也调控着高脂饮食期间心脏线粒体的质量，而抑制线粒体自噬会导致线粒体功能障碍和脂质积累，此作用与Parkin介导的线粒体自噬相关［47］。有研究通过抑制细胞内抗微生物蛋白——鸟苷酸结合蛋白1（guanylate-binding protein 1，Gbp1）表达发现，巨噬细胞的线粒体呼吸功能受损，线粒体自噬被抑制，下调编码ETC成分的基因以及参与脂肪酸氧化和线粒体功能的基因可导致巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化，提示Gbp1可能通过促进线粒体自噬来维持线粒体功能，从而对炎症诱导的巨噬细胞表型变化和代谢失调起到保护作用。

3.3 氨基酸代谢 氨基酸代谢，尤其是精氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、甘氨酸和色氨酸，对巨噬细胞极化至关重要。其中M1型巨噬细胞极化需要氨基酸代谢。例如，精氨酸琥珀酸合酶在M1型巨噬细胞中表达明显上调［48］。抑制谷氨酸草酰乙酸转氨酶可降低NO、IL-6水平，这是M1型巨噬细胞的特征。还有研究表明，谷氨酰胺代谢也与巨噬细胞极化有关，而α-酮戊二酸是TCA的中间产物，也是由谷氨酰胺代谢产生的；α-酮戊二酸对于脂肪酸氧化的M2型巨噬细胞的激活很重要；低α-酮戊二酸/琥珀酸盐比率可增加M1型巨噬细胞的活化水平，高α-酮戊二酸/琥珀酸盐比率可促进巨噬细胞向M2型巨噬细胞极化［49］。此外，抑制谷氨酰胺合成酶可使巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化，其特征是细胞内谷氨酰胺减少、琥珀酸增加和糖酵解增加，这与HIF-1α活化有关［50］。在癌细胞中，sirtuins可通过影响基本氨基酸的代谢来控制线粒体自噬，其能够控制谷氨酰胺代谢，影响氨的积累，并直接或间接地控制线粒体自噬以及肿瘤微环境［51］。PH血管重塑机制相关研究发现，血管周围成纤维细胞具有独特的促炎表型，活化的成纤维细胞可通过旁分泌IL-6来促进巨噬细胞表达精氨酸酶1［52-53］，因此精氨酸酶1表达增加可能与PH相关血管重塑中巨噬细胞与成纤维细胞相互作用有关，其中成纤维细胞来源的乳酸和IL-6促进巨噬细胞表达HIF-1α和精氨酸酶1［53］，而精氨酸酶1下游的巨噬细胞来源的多胺和IL-1b可以反过来激活成纤维细胞并促进其增殖。

4 小结及展望

线粒体自噬可维持线粒体数量及质量，在PH发生发展中发挥重要作用，其机制可能与激活PINK1/Parkin介导的线粒体自噬通路有关。巨噬细胞会受免疫微环境影响而分化为不同功能的亚群，这些免疫微环境受基础代谢的改变而改变。线粒体作为细胞代谢控制中心，在巨噬细胞极化过程中发挥重要作用，线粒体自噬可能促进巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化，并促进PH的发生发展。在未来，通过进一步研究线粒体自噬在巨噬细胞代谢重编程中作用的具体机制，可能为PH等巨噬细胞相关疾病提供新的治疗靶点。

作者贡献：孙佳伟进行文献资料的收集和分析，撰写论文；刘美洋、崔志峰、宫小薇进行文献资料的分析、整理；袁雅冬负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。