自噬与血管衰老方面的研究成果综述

自噬与血管衰老方面的研究成果综述

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