唐斯斯，康徐瑞，馮馨瑤，羅盈，黃曉穎，楊霄旭，陳伶利，成細(xì)華

湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖南 長沙 410208

代謝性疾病主要包括肥胖、2型糖尿病、心腦血管疾病等，這類疾病嚴(yán)重影響患者身體健康。線粒體自噬在疾病發(fā)生機制中具有重要作用，適度的線粒體自噬有助于維持線粒體的膜電位及細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)和功能；而過度的線粒體自噬導(dǎo)致細(xì)胞的穩(wěn)定性及調(diào)控能力下降，引發(fā)細(xì)胞凋亡[1-3]。線粒體自噬調(diào)控途徑中的關(guān)鍵蛋白有望成為治療代謝性疾病新靶點，中醫(yī)藥通過調(diào)控線粒體自噬相關(guān)信號途徑，可改善代謝性疾病的發(fā)展，茲就其機制研究進展綜述如下。

1 線粒體自噬概述

線粒體自噬指線粒體在氧化應(yīng)激、能量限制及衰老等刺激下發(fā)生去極化損傷，細(xì)胞通過吞噬作用選擇性清除老化或損傷線粒體，保持線粒體數(shù)目和質(zhì)量的平衡，維護細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。線粒體是細(xì)胞產(chǎn)生活性氧（ROS）的主要部位，ROS蓄積導(dǎo)致線粒體發(fā)生氧化應(yīng)激損傷，而線粒體自噬可選擇性清除受損線粒體，維護細(xì)胞的正常生理功能。與代謝性疾病有較強相關(guān)性的線粒體自噬通路主要有PINK1/Parkin、NIX/BNIP 3和FUNDC1等[1-4]，線粒體自噬發(fā)生障礙或過度激活均可導(dǎo)致線粒體功能紊亂，進而引發(fā)一系列代謝性疾病，如肥胖、糖尿病和心血管疾病等[2]。

1.1 PINK1/Parkin介導(dǎo)

PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬為線粒體自噬調(diào)控的關(guān)鍵途徑。PINK1是分布在線粒體的絲氨酸/蘇氨酸激酶，Parkin是分布在胞漿中的一種新型的環(huán)間環(huán)E3泛素連接酶。正常情況下，Parkin在細(xì)胞質(zhì)中處于無活性狀態(tài)，以穩(wěn)定的自抑制酶構(gòu)象存在；病理條件下，PINK1與Parkin位于同一通路上，且Parkin位于PINK1下游。若線粒體發(fā)生損傷，PINK1招募并聚集于線粒體外膜，發(fā)出線粒體自噬的起始信號，調(diào)控其下游Parkin分子轉(zhuǎn)位至外膜，同時使線粒體蛋白泛素化，形成線粒體自噬小體。Parkin 的存在可以放大PINK1介導(dǎo)的線粒體自噬，自噬小體通過線粒體內(nèi)膜和外膜自噬受體蛋白對受損線粒體進行雙重識別，進而減少清除的錯誤率，最后由溶酶體降解并清除受損的線粒體[1]。

1.2 NIX/BNIP3介導(dǎo)

NIX（又稱BNIP3L）是從人胎盤cDNA文庫中克隆出來的蛋白質(zhì)，與BNIP3具有56%同源性，分布在人的各個組織，大多定位于線粒體外層，是線粒體外膜蛋白。NIX可通過自身結(jié)構(gòu)域（LIR）與微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（LC3）蛋白結(jié)合，招募自噬小體包裹線粒體，誘導(dǎo)線粒體自噬發(fā)生。BNIP3需要進行同源二聚化才可與LC3相互作用。NIX/BNIP3與LC3的相互作用均受磷酸化調(diào)控。位于BNIP3 LIR模體上的Ser17和Ser24的磷酸化增強了BNIP3與LC3的相互作用。同樣，位于NIX LIR模體的Ser34和Ser35的磷酸化也可增強NIX與LC3的相互作用[2]。

1.3 FUNDC1介導(dǎo)

FUNDC1是一種線粒體自噬受體蛋白，位于線粒體外膜，其氨基末端具有相同LIR結(jié)構(gòu)，活性受磷酸化調(diào)控。正常情況下，線粒體外膜上的FUNDC1穩(wěn)定存在；在低氧刺激及解偶聯(lián)劑誘導(dǎo)下，F(xiàn)UNDC1的LIR與LC3相互作用誘導(dǎo)自噬膜泡包裹線粒體，激活線粒體自噬。該通路受Ser13和Tyr18位點磷酸化狀態(tài)調(diào)控。正常狀態(tài)下，F(xiàn)UNDC1 保持高度磷酸化狀態(tài)有賴于Ser13和Tyr18的磷酸化修飾；而發(fā)生低氧應(yīng)激或用解偶聯(lián)劑處理時，Ser13去磷酸化，Tyr18也隨之去磷酸化，進而誘發(fā)線粒體自噬[3]。

2 線粒體自噬與代謝性疾病相關(guān)性

2.1 肥胖

線粒體自噬可能與肥胖個體的代謝異常有關(guān)，長期高脂飲食導(dǎo)致脂質(zhì)堆積，從而抑制線粒體自噬，加重線粒體損傷[4]。高脂飲食誘導(dǎo)的C57BL/6J小鼠肥胖的脂肪組織和炎癥條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞線粒體自噬及相關(guān)蛋白（LC3B-Ⅱ/Ⅰ、Beclin1、Atg5、PINK1 和Parkin）表達(dá)下降[4]。線粒體自噬受體FUNDC1敲除小鼠在喂食高脂飲食時會出現(xiàn)更嚴(yán)重的肥胖和胰島素抵抗[3]。

2.2 2型糖尿病

肥胖、骨骼肌中的胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞產(chǎn)生的胰島素減少是糖尿病發(fā)生的主要原因。肌肉胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能障礙在很大程度上取決于線粒體的代謝超負(fù)荷，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞氧化不完全、氧化應(yīng)激、有毒脂質(zhì)中間體的積累和線粒體損傷。線粒體自噬消除了這種氧化應(yīng)激和線粒體損傷的惡性循環(huán)，從而抵消了致病過程[5-7]。炎癥損傷導(dǎo)致1型和2型糖尿病中的胰島β細(xì)胞衰竭。線粒體自噬缺陷的胰島β細(xì)胞對炎癥應(yīng)激敏感，導(dǎo)致功能失調(diào)的線粒體碎片的積累、胰島β細(xì)胞死亡增加和高血糖癥。C型凝集素家族16成員A基因（CLEC16A）為一種線粒體自噬調(diào)節(jié)劑，在胰島中的表達(dá)對糖尿病具有保護作用，其過表達(dá)可改善細(xì)胞因子誘導(dǎo)的人胰島β細(xì)胞凋亡，因此，線粒體自噬可通過對抗炎癥損傷促進胰島β細(xì)胞存活并預(yù)防糖尿病[5]。糖尿病小鼠心臟中含溴域蛋白4 的上調(diào)抑制PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬，導(dǎo)致受損線粒體的積累和隨后的心臟結(jié)構(gòu)和功能受損[6]。糖尿病腎病與線粒體自噬密切相關(guān)，高脂飲食和鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的2 型糖尿病小鼠模型腎組織p-AMPK、PINK1、Parkin、LC3Ⅱ和Atg5表達(dá)明顯降低，線粒體自噬減少導(dǎo)致了腎損傷[7]。

2.3 心血管疾病

研究認(rèn)為，線粒體自噬參與代謝性心血管疾病的發(fā)生進程，線粒體自噬的激活與心臟和脈管系統(tǒng)的精細(xì)功能有關(guān)，如高血壓、心臟疾病、動脈粥樣硬化等。代謝性心血管疾病的特征之一是線粒體功能障礙、活性氧物質(zhì)的大量產(chǎn)生、炎癥反應(yīng)增加和ATP 水平低[8-10]。Chen等[8]研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性高血壓大鼠和血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞模型中，PINK、Parkin、mtDNA、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mtTFA）和轉(zhuǎn)錄輔助活化因子（PGC）-1α的表達(dá)降低，減少了線粒體自噬和線粒體生物合成，損傷血管重塑水平而致高血壓。研究表明，心肌細(xì)胞線粒體自噬主要受人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因誘導(dǎo)的PINK1/Parkin途徑調(diào)節(jié)，也受FUNDC1或Bcl2相互作用蛋白BNIP3L/NIX途徑調(diào)節(jié)，線粒體自噬失調(diào)導(dǎo)致心臟功能障礙[9]。過度激活PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬在缺血再灌注過程中也可能是有害的。Luo等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧/復(fù)氧的H9C2細(xì)胞中存在過度激活的線粒體自噬，阿魏酸通過抑制PINK1/Parkin依賴性線粒體自噬，保護H9C2細(xì)胞免受缺血/再灌注損傷。線粒體功能障礙可能與動脈老化和內(nèi)側(cè)變性有關(guān)，而通過線粒體自噬消除功能失調(diào)的線粒體可以延緩動脈衰老，防治動脈粥樣硬化。

3 中醫(yī)藥調(diào)控機制

3.1 調(diào)控線粒體自噬治療肥胖

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，肥胖最重要的病機是肝郁脾虛。血糖為水谷精微，依靠脾的運化功能進行代謝；胰島素是人體內(nèi)唯一降血糖的激素，是“脾氣散精”的物質(zhì)基礎(chǔ)，促進細(xì)胞對葡萄糖的攝取和利用。血糖攝入細(xì)胞后，進入線粒體內(nèi)氧化供能。鄭敏麟[11]認(rèn)為，中醫(yī)“脾”的微觀物質(zhì)基礎(chǔ)為線粒體，是細(xì)胞之“脾”，線粒體功能的維持與線粒體自噬密切相關(guān)，提出線粒體與脾的運化相關(guān)。線粒體自噬在米色脂肪到白色脂肪的過程中起著至關(guān)重要的作用，線粒體自噬缺乏會增加NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3的表達(dá)，誘導(dǎo)小鼠棕色脂肪功能障礙，因此，激活線粒體自噬可能是治療肥胖的一種新方法[12]。化瘀祛痰方可降低動脈粥樣硬化家兔肝臟線粒體自噬相關(guān)蛋白LC3、FUNDC1表達(dá)，通過調(diào)控線粒體自噬相關(guān)基因改善動脈粥樣硬化家兔肝臟脂質(zhì)沉積[13-14]。脂肝方可改善非酒精性脂肪性肝炎大鼠肝臟脂質(zhì)代謝和脂肪變性，其機制可能與促進線粒體選擇性自噬相關(guān)[15]。姜黃素降低了非酒精性脂肪性肝病大鼠肝組織Bax、p62、Caspase-3、Caspase-9 蛋白表達(dá)，而增加了mCytc、Bcl-2、Beclin-1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ蛋白表達(dá)，說明姜黃素的抗凋亡作用與誘導(dǎo)自噬有關(guān)[16]。中藥單體菊苣酸通過激活核因子E2 相關(guān)因子2 通路，增加PINK 和Parkin表達(dá)，調(diào)節(jié)LC3、SQSTM1、線粒體融合蛋白2（Mfn2）、線粒體分裂蛋白1（FIS1）表達(dá)，改善線粒體自噬以減輕肥胖相關(guān)性腎病的腎小管損傷[17]。白藜蘆醇可上調(diào)高脂飲食C57BL/6J 雄性小鼠睪丸LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、Beclin1和Atg7表達(dá)，改善線粒體功能障礙，促進類固醇生成[18]。天然酚類脂質(zhì)5-十七烷基間苯二酚，可上調(diào)高脂飲食誘導(dǎo)的C57BL/6J小鼠肥胖的脂肪組織和炎癥條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞中線粒體自噬及相關(guān)蛋白（LC3B-Ⅱ/Ⅰ、Beclin1、Atg5、PINK1和Parkin）表達(dá)，促進線粒體自噬，減輕脂肪細(xì)胞線粒體功能障礙[4]。

3.2 調(diào)控線粒體自噬治療2型糖尿病

糖尿病屬中醫(yī)學(xué)“消渴”范疇。《臨證指南醫(yī)案》曰：“三消一證，雖有上、中、下之分，其實不越陰虧陽亢，津涸熱淫而已?！笨梢?，糖尿病病機以陰虛為本，燥熱為標(biāo)。素體稟賦虧虛、情志失調(diào)、飲食不節(jié)、勞欲太過等是其主要病因。糖尿病目前尚無治愈方法，西醫(yī)主要以調(diào)節(jié)飲食結(jié)合藥物治療，延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展。近年發(fā)現(xiàn)線粒體自噬中存在中醫(yī)藥防治糖尿病的關(guān)鍵靶點。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬是參芪降糖顆粒治療2型糖尿病的主要機制[19]。益氣解毒方顯著降低糖尿病腎病大鼠腎組織腎小管上皮LC3-Ⅱ、p62、NIX 蛋白表達(dá)，同時降低NIX mRNA表達(dá)，調(diào)節(jié)線粒體過度自噬，保護糖尿病腎損傷[20]。黃芪丹參湯由黃芪和丹參組成，具有益氣活血功效。Liu等[21]用黃芪丹參湯治療2型糖尿病db/db小鼠，發(fā)現(xiàn)可以激活足細(xì)胞PINK1/Parkin 介導(dǎo)的線粒體自噬，改善糖尿病導(dǎo)致的腎小球肥大、系膜細(xì)胞和系膜基質(zhì)增加、足細(xì)胞足突融合。左歸降糖解郁方有效抑制糖尿病并發(fā)抑郁癥大鼠海馬神經(jīng)元線粒體自噬流、線粒體ROS 釋放及海馬神經(jīng)元凋亡，調(diào)控GluR2-Parkin-Cyt-C信號通路，保護海馬神經(jīng)元[22-23]。中藥單體白藜蘆醇、姜黃素、黃芪甲苷、小檗堿、三七皂苷R1、燈盞花素及人參提取物調(diào)控線粒體自噬參與糖尿病及其并發(fā)癥的治療。給STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠飲食白藜蘆醇8周，可改善糖尿病小鼠肌肉萎縮和肌肉功能，減弱泛素和肌肉環(huán)指蛋白-1的增加，同時減弱LC3-Ⅱ和裂解的Caspase-3，抑制了線粒體自噬，促進線粒體生物合成[24]；白藜蘆醇也能增加糖尿病心肌線粒體自噬，改善心臟功能。小鼠尾靜脈多次注射STZ及摘除右腎法誘導(dǎo)建立糖尿病腎病小鼠模型，經(jīng)姜黃素治療后降低了過氧化氫酶、錳超氧化物歧化酶、NADH脫氫酶、CoQH2-細(xì)胞色素c還原酶復(fù)合物的活性，增加了Beclin1、LC3 表達(dá)，改善了腎功能[25]。黃芪皂苷Ⅱ可部分恢復(fù)線粒體動力學(xué)相關(guān)和自噬相關(guān)蛋白的腎臟表達(dá)，包括Mfn2、FIS1、p62 和LC3，增加線粒體自噬相關(guān)的PINK1 和Parkin 表達(dá)，改善糖尿病大鼠足細(xì)胞損傷和線粒體功能障礙[26]。小檗堿治療db/db小鼠療后，肝組織中線粒體自噬相關(guān)蛋白PINK1和Parkin表達(dá)明顯下調(diào)，小檗堿降低氧化應(yīng)激損傷，保護線粒體功能，減少線粒體自噬的發(fā)生[27]。人參提取物可減少他克莫司誘導(dǎo)的糖尿病小鼠胰島β細(xì)胞自噬，這種作用與線粒體功能的改善密切相關(guān)[28]。

3.3 調(diào)控線粒體自噬治療心血管疾病

正常情況下，適度線粒體自噬可保護心臟免受氧化應(yīng)激損傷，中藥可以通過調(diào)節(jié)線粒體自噬治療心肌損傷所致心血管疾病，因而在線粒體自噬機制中尋找治療心血管疾病的中藥是現(xiàn)在中醫(yī)學(xué)研究的熱點。

栝樓薤白半夏湯作用于心肌缺血再灌注損傷大鼠，大鼠血清肌酸激酶同工酶、乳酸脫氫酶含量及心肌組織Beclin-1、p62、PINK1、Parkin 蛋白表達(dá)均顯著高于模型組，栝樓薤白半夏湯可通過抑制PINK1/Parkin通路活化，減輕線粒體自噬而發(fā)揮心肌保護作用[29]。健脾祛痰化瘀方藥可激活A(yù)MPK，AMPK直接或間接提高自噬相關(guān)蛋白1抗體（ULK1）磷酸化水平，從而提高大鼠心肌線粒體自噬能力[30]。采用腹主動脈縮窄法制備慢性心力衰竭大鼠模型，與模型組比較，參葵通脈顆粒組大鼠心肌組織核呼吸因子-1（NRF-1）、mtTFA蛋白表達(dá)顯著增加；參葵通脈顆粒可使模型大鼠心肌p-AMPKα/AMPKα、PINK1、p-Parkin/Parkin增加，通過調(diào)控AMPK-mtTFA-PINK1信號軸，改善心肌細(xì)胞線粒體自噬，保護心臟[31]。當(dāng)歸補血湯能升高慢性間歇性低氧C57BL/6N雄性模型小鼠心肌組織pro-Caspase-3/Caspase-3、Bcl-2/Bax、LC3 Ⅱ/LC3 Ⅰ及Parkin表達(dá)，降低p62、Cytc表達(dá)，通過促進線粒體自噬減少心肌細(xì)胞凋亡而保護心臟[32]。益氣溫陽活血利水方干預(yù)戊巴比妥鈉損傷的H9C2細(xì)胞，H9C2細(xì)胞Beclin1表達(dá)明顯降低，線粒體邊界較清晰，腫脹緩解，空泡明顯減少，自噬小體數(shù)量減少，抑制線粒體自噬可能是其治療心力衰竭的重要機制之一[33]。白金方通過PINK1/Parkin通路，適度上調(diào)線粒體自噬水平發(fā)揮心肌保護作用[34]。白藜蘆醇、黃芪甲苷、小檗堿、香芹酚、延齡草總皂苷、丹參酮、人參皂苷、淫羊藿苷、川芎嗪、槲皮素、鳶尾素、丹酚酸B、丹皮酚、麥冬皂苷D、葒草苷、五味子乙素、迭香酸等調(diào)控線粒體自噬，參與心血管疾病治療。白藜蘆醇調(diào)控在缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的新生大鼠心肌細(xì)胞Parkin、Mfn2和PGC-1α表達(dá)，實現(xiàn)線粒體質(zhì)量控制，預(yù)防心肌缺血/再灌注損傷[35]。通過可逆性左冠狀動脈前降支結(jié)扎法建立心肌缺血再灌注模型，經(jīng)黃芪甲苷或人參皂苷Rg1治療后，HIF1-d表達(dá)增強，NRF-1、PINK1、Parkin蛋白表達(dá)下調(diào)，說明二者可抑制線粒體過度自噬而保護心臟[36]。丹參酮ⅡA能顯著下調(diào)急性心肌梗死大鼠心臟LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值和Beclin1表達(dá)水平，促進p62表達(dá)，抑制心肌線粒體自噬，促進心肌梗死大鼠心肌功能恢復(fù)[37]。葒草苷可抑制心肌缺血/再灌注損傷大鼠心肌細(xì)胞內(nèi)凋亡及線粒體自噬相關(guān)蛋白表達(dá)水平，減弱Parkin與p62的結(jié)合程度，抑制心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體自噬過度激活而保護心臟[38]。延齡草總皂苷顯著升高D-半乳糖誘導(dǎo)的大鼠心肌組織LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值、Beclin1、PINK1、Parkin、FUNDC1和NIX蛋白表達(dá)，激活線粒體自噬，保護心臟[39]。線粒體自噬對心肌細(xì)胞是雙刃劍，因此今后研究應(yīng)確定不同環(huán)境刺激下線粒體自噬對心血管疾病的影響，有利于尋求最佳的治療方法和藥物。

4 展望

近年來線粒體自噬機制研究逐漸深入，但諸多線粒體蛋白單體介導(dǎo)線粒體自噬發(fā)生的機制尚不清楚，或許成為新的研究熱點。自噬過度或自噬過少都會損傷細(xì)胞，成為調(diào)控線粒體自噬、維持線粒體動態(tài)平衡的難點；另外，在單一時間點評估線粒體自噬的作用及機制均會產(chǎn)生偏倚。線粒體自噬目前尚未研發(fā)出臨床相關(guān)診斷指標(biāo)，鮮見臨床報道；現(xiàn)有中醫(yī)藥-線粒體自噬-代謝性疾病三者相關(guān)性的研究大多為基礎(chǔ)研究，其相關(guān)性和作用機制的闡明尚需臨床研究驗證。中醫(yī)藥治療代謝性疾病一直是中醫(yī)藥研究熱點，線粒體自噬相關(guān)蛋白作為中藥成分發(fā)揮作用的關(guān)鍵靶點，目前研究處于起步階段，進一步深入研究中藥治療代謝性疾病的線粒體自噬機制具有重要臨床意義；另外，針灸治療肥胖、2型糖尿病和心血管疾病具有臨床優(yōu)勢，然而，其治療機制尚未闡明。Xiao等[40]用電針預(yù)處理，可縮小缺血再灌注大鼠的心肌梗死面積和危險面積，減輕缺血再灌注誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和線粒體自噬，并伴有mTORC1表達(dá)升高、ULK1和FUNDC1水平下降，說明電針預(yù)處理可通過抑制mTORC1-ULK1-FUNDC1通路介導(dǎo)的線粒體自噬保護缺血再灌注心肌抵抗損傷?？傊嗅t(yī)藥調(diào)控線粒體自噬是治療肥胖、2型糖尿病和心血管疾病等代謝性疾病的重要機制之一，可為其臨床應(yīng)用提供新依據(jù)，值得深入研究。