线粒体自噬与心脏能量代谢研究进展

自噬和线粒体自噬在糖尿病心肌病中的作用研究进展王敏;余薇;查文良【摘要】近年来,由于社会老龄化及肥胖发病率的不断升高,糖尿病患者的数量也逐年上升,然而,约一半以上的糖尿病患者死于糖尿病心血管病并发症.线粒体质量控制与心功能关系密切,高糖可致心肌细胞内线粒体受损而发生心功能障碍,因此,及时有效降解受损线粒体能抑制糖尿病心肌病的发生.线粒体自噬具有清除功能障碍的线粒体、控制线粒体质量、保障细胞内环境稳定的作用.该文通过介绍参与线粒体自噬的蛋白分子及信号通路,对自噬与线粒体自噬在糖尿病心肌病中的作用做一综述.【期刊名称】《中国药理学通报》【年(卷),期】2018(034)010【总页数】4页(P1337-1340)【关键词】糖尿病心肌病;氧化应激;自噬;线粒体自噬;凋亡;AMPK;mTORC1;Parkin;PINK1;NIX【作者】王敏;余薇;查文良【作者单位】湖北科技学院药学院,湖北咸宁 437100;湖北科技学院药学院,湖北咸宁 437100;湖北科技学院药学院,湖北咸宁 437100【正文语种】中文【中图分类】R-05;R329.24;R542.2;R587.1;R587.221世纪以来，由于社会老龄化程度不断加重及肥胖率的快速增加，糖尿病的患病率也与日俱增。

迄今为止，全世界糖尿病的患病人数大概是4.2亿，推测到2040年，糖尿病患者将达到6.42亿[1]，中国是糖尿病高发国家。

糖尿病可引起全身多器官、多系统的损害，约一半以上的糖尿病患者死于糖尿病心血管病并发症，其中糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)的危险因素占首位，可导致患者心力衰竭而死亡。

1 DCM与线粒体损伤DCM是一种不同于高血压性心脏病、冠心病及其他心脏病变的糖尿病并发症。

临床上表现为心功能异常，最后演变成心力衰竭、心律失常和心源性休克，严重者猝死。

目前，DCM的具体发病机制不明，已有研究表明，糖脂代谢异常、心脏自主神经病变、胰岛素抵抗、肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system, RAS)激活、氧化应激、心肌纤维化、心肌细胞凋亡、线粒体损伤等均参与DCM的发生发展。

线粒体自噬机制研究方案1.引言1.1 概述概述线粒体是细胞内负责产生能量的重要器官，它们与细胞的正常功能密切相关。

然而，当线粒体受到损伤或老化时，会产生大量的有害代谢产物和自由基，这可能导致细胞功能的紊乱和疾病的发生。

为了维持细胞的健康状态，细胞内存在着一种维持线粒体质量的重要机制，被称为线粒体自噬。

线粒体自噬是通过特定的细胞内过程，通过将受损的线粒体包裹成“自噬体”，然后将其降解并回收其组分来实现的。

线粒体自噬是一个高度复杂的过程，需要多种蛋白质和调控因子的参与。

在这个过程中，细胞通过控制自噬体的形成、合并和降解等步骤来确保线粒体的质量维持。

过去的研究发现，线粒体自噬与多种疾病的发展密切相关，包括神经退行性疾病、肿瘤和心脑血管疾病等。

因此，深入研究线粒体自噬的机制对于理解细胞生理活动和疾病发生机制有着重要的意义。

本文旨在综述线粒体自噬的定义、调控机制以及其在疾病中的作用。

首先，将对线粒体自噬的定义进行阐述，包括自噬体的形成和降解机制。

接着，将对线粒体自噬的调控机制进行详细介绍，涉及到与线粒体自噬相关的蛋白质和调控因子。

最后，将重点讨论线粒体自噬在一些疾病中的作用，以及该机制可能的研究方法和步骤。

本文的研究意义和未来的研究方向也将在结论部分进行讨论。

通过深入了解线粒体自噬的机制，有望为相关疾病的治疗提供新的策略和靶点，并为细胞生理过程的研究提供新的视角。

相信通过进一步的研究，我们能够更好地理解线粒体自噬在细胞生物学和疾病发生中的重要性，为人类健康做出更大的贡献。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：1. 引言：首先介绍线粒体自噬的概念和其在细胞生物学中的重要性。

通过对线粒体自噬的介绍，引出本文研究该机制的目的和意义。

2. 正文：2.1 线粒体自噬的定义和重要性：详细解释线粒体自噬的含义，包括其在细胞代谢、均衡调节、细胞死亡等方面的重要作用。

同时，介绍线粒体自噬在细胞内的特定结构和分子机制，以及其与其他细胞自噬方式的区别与联系。

心力衰竭心肌线粒体动力学及生物发生的相关研究进展徐永康1,杨培丽1,刘 毅1,孙立倩1,李晓函1,路美娟2摘要:综述线粒体动力学及生物发生功能在心力衰竭方面的研究进展㊂慢性心力衰竭作为一种复杂的临床综合征,是多种心血管疾病的最终转归,相当一部分心力衰竭病人存在心肌功能失调的问题,心肌是高耗能㊁高耗氧的组织,线粒体作为细胞工作的 能量源泉 ,其功能的正常发挥在其中发挥着重要作用,线粒体的生物发生及动力学决定着线粒体的数量及质量,因此线粒体的结构及功能受损后会直接影响心肌细胞的正常工作,导致心肌舒缩功能障碍,进而发展为心力衰竭㊂通过药物干预线粒体生物发生及其动力学可促进线粒体功能的自我修复及改善心力衰竭症状㊂关键词 心力衰竭;线粒体;动力学;线粒体生物合成;综述d o i :10.12102/j.i s s n .1672-1349.2024.06.014 慢性心力衰竭(chronic heart failure ,CHF )是心室功能障碍引起一种临床综合征,是缺血性心脏病㊁慢性阻塞性肺病㊁高血压性心脏病和风湿性心脏病等多种疾病的终末期转归,具有高发病率㊁高住院率㊁高死亡率的特点[1]㊂‘中国心血管健康与疾病报告2020概要“[2]最新数据显示,我国CHF 现患病人数为890万例,死亡率已达5.3%,5年病死率高达50%㊂CHF 的生理病理机制较为复杂,包括神经体液机制㊁心室重构及心肌细胞能量代谢等多方面因素㊂心脏是高耗能器官,心肌细胞需要持续而巨大的能量供应来保证其收缩功能和自身的需要㊂研究发现,心力衰竭时,心肌代谢将会发生很大改变,三磷酸腺苷(ATP )生成不足,处于 能量饥饿 状态[3]㊂线粒体是细胞的能量工厂,线粒体氧化㊁磷酸化产生的ATP 占体内ATP 产生总量的90%,为心肌细胞的收缩与舒张提供能量㊂同时,线粒体动力学决定了线粒体的结构与功能,可以在一定程度上反映细胞能量代谢情况[4]㊂因此,线粒体是心脏功能正常与否的关键,其结构和功能的异常会导致常见的心血管疾病,包括CHF ㊂线粒体的形态和功能障碍是CHF 心肌代谢紊乱的核心,研究衰竭心肌线粒体功能改变及其自我恢复对揭示CHF 新的治疗方基金项目 赵英强天津市名中医传承工作室项目作者单位 1.天津中医药大学(天津301617);2.天津中医药大学第二附属医院(天津300150)通讯作者 路美娟,E -mail:*****************引用信息 徐永康,杨培丽,刘毅,等.心力衰竭心肌线粒体动力学及生物发生的相关研究进展[J ].中西医结合心脑血管病杂志,2024,22(6):1046-1050.案具有重要意义㊂现对线粒体动力学及其生物发生功能在心力衰竭方面的研究进展进行综述㊂1 线粒体动力学线粒体作为高度动态的细胞器,快速而持续地发生融合和分裂,进而维持其网络结构稳态,称为线粒体动力学[5]㊂在正常生理情况下,线粒体的融合与分裂处于动态平衡的状态,来维持线粒体群的整体形态[5],线粒体融合可以使完整的线粒体与轻微功能障碍的线粒体混合,保护细胞器不被降解,并进行物质交换,包括线粒体DNA ㊁底物㊁代谢物和特定的脂类,使得有缺陷的线粒体重新恢复其功能[6]㊂而线粒体分裂是产生体格小且碎裂的线粒体,促进功能受损的线粒体在细胞内的清除,以及促进线粒体的运输[7]㊂这种此消彼长的动态平衡状态,使得线粒体能够适应细胞增殖㊁分化和环境变化时不同的生理需求[8]㊂1.1 线粒体融合线粒体融合是线粒体质量控制的重要内容之一,通过使相邻受损线粒体的外膜和内膜融合,形成呈纤维状延伸和网络状结构线粒体,增加线粒体质量来满足心肌细胞的能量需求[9]㊂线粒体的融合功能受到其内膜上的视神经萎缩蛋白1(OPA1)和外膜上的线粒体融合蛋白1(Mfn1)和融合蛋白2(Mfn2)的调控,线粒体融合时,相邻的两个线粒体外膜的Mfn1或Mfn2形成二聚体或异二聚体结构的连接,使之锚定在一起,引起线粒体外膜的融合㊂OPA1位于线粒体膜间隙,其主要功能是维持线粒体嵴的稳定性以及融合线粒体内膜的重构,对保持呼吸链的完整有重要作用[8]㊂另外,有研究指出,线粒体融合相关蛋白OPA1可调控线粒体DNA 类核结构,特异性地结合线粒体DNA 来调控其转录,修复电子传递链,最终恢复线粒体呼吸功能[10]㊂线粒体融合有助于线粒体间的信号传导和能量传递,从而保证细胞线粒体的均一性,纠正线粒体的不足和缺陷,还可以使线粒体能够更加有效地应对应激时细胞能量需求的迅速增加[11]㊂1.2线粒体分裂线粒体分裂只表现于线粒体外膜,其调控蛋白主要有动力相关蛋白1(Drp1)㊁分裂蛋白1(Fis1)以及分裂因子(MFF)等㊂Fis1和MFF是Drp1的受体,位于线粒体外膜,通过招募位于胞浆的Drp1形成复合物,完成线粒体分裂㊂Drp1是线粒体分裂的关键调节因子,通常存在于细胞质中㊂Drp1因缺乏膜结合区域而无法直接锚定于线粒体,所以在调节线粒体分裂时,需要结合Fis1㊁MFF㊁MiD49㊁MiD51等相关受体蛋白[12]; Drp1表达增加可使线粒体分裂增加,继而引起线粒体呼吸传递链功能受损,导致活性氧(ROS)产生增加,最终引起细胞凋亡[13]㊂Fis1在调节线粒体分裂中,主要作为Drp1募集到线粒体外膜上相互作用的受体,与Drp1共同促进细胞凋亡[14]㊂2线粒体生物发生线粒体的生物功能是指产生新的线粒体,增加细胞线粒体质量和数量从而满足能量供应,涉及线粒体基因的转录㊁脂质和蛋白质的合成等多个关键环节,线粒体生物合成功能障碍将影响ATP的产生[15]㊂线粒体生物发生功能受到多种关键因子调控,包括过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(PGC-1α)㊁核转录因子家族(NRFs)和线粒体转录因子(TFAM),目前普遍认为PGC-1α起着核心作用,通过结合其下游呼吸因子NRF1来诱导NRF-1/2的基因表达,而NRF-1/2可通过TFAM上的结合位点直接刺激TFAM启动子,进而启动mtDNA的转录和复制,增强线粒体生物发生水平㊂NRFs的产物是呼吸链表达和生物学功能所必需的㊂NRF-1蛋白的下调参与线粒体呼吸复合体亚基合成功能障碍,导致线粒体呼吸功能降低[16]㊂此外线粒体生物发生还涉及融合与裂变,PGC-1α通过激活保守DNA元件上的雌激素相关受体α,调节Mfn1/2基因转录[17]㊂在生理条件下,成熟的miR-29成员调节PGC-1α并控制线粒体稳态㊂然而,miR-29的病理沉默导致PGC-1α上调,而该转录激活因子表达的增加触发了线粒体生物发生和增生㊂心肌细胞中大量的小线粒体可能导致舒张功能不全㊁全身性高血压㊁肺充血和血管重构,从而导致心力衰竭和过早死亡[18]㊂3线粒体动力学与CHF线粒体的形态取决于线粒体融合㊁分裂蛋白的活性,线粒体结构形态的动力学变化与线粒体代谢㊁氧化磷酸化密切相关㊂关于线粒体融合相关蛋白的研究目前并无争议,在敲除小鼠线粒体融合基因的一项研究中,心肌线粒体呈现碎片化,最终发展为扩张性心肌病并且在数周内转归为心力衰竭[16]㊂Mfn1/Mfn2缺乏可引起室壁增厚的偏心性室壁重构,而Drp1缺乏可引起扩张型心肌病[19]㊂恰好暗示着线粒体融合与分裂处于动态平衡的状态[20],心肌组织中存在线粒体融合/分裂失衡的现象,心力衰竭动物模型心肌细胞中相关线粒体融合蛋白Mfn2㊁OPA1表达水平降低,而且在心力衰竭病人骨骼肌中线粒体含量㊁氧化能力和Mfn2表达减少㊂据此,有研究认为上调Mfn2的表达可以抑制心肌肥厚[21]㊂在线粒体分裂相关蛋白研究方面,Drp1是介导线粒体分裂的关键蛋白,与Fis1相结合调控线粒体分裂㊂正常生理情况下,线粒体分裂起到清除功能障碍的线粒体的作用,但在疾病状态下,线粒体分裂起到负性调控作用[22]㊂目前关于抑制Drp1的表达是否对心肌细胞有益仍存在一定的分歧,有研究指出,使用Drp1抑制剂后,线粒体分裂程度降低,能改善心脏缺血损伤;但亦有研究指出Drp1的缺失会使心肌细胞线粒体的自噬功能受到抑制,从而加重心脏损伤[23]㊂综合文献分析,线粒体融合与分裂处于动态平衡是明确的,心力衰竭心肌线粒体的融合与分裂失衡,从而出现线粒体功能障碍,影响到心肌细胞的正常功能㊂但心功能改善与否与融合蛋白及分裂蛋白的具体表达量有关㊂娜日松[24]的研究发现,异丙肾上腺素(ISO)诱导的心力衰竭大鼠模型中,心肌线粒体动力学受损㊁分裂与融合机制失调衡,线粒体分裂蛋白Fis1㊁MFF明显增加,而融合调节蛋白Mfn1㊁OPA1减少,在给予苏格木勒-3汤70%的乙醇提物(E-SD-3)治疗一段时间后,心力衰竭大鼠心肌线粒体融合蛋白Mfn1㊁OPA1显著增加,分裂相关蛋白Fis1㊁MFF降低,E-SD-3能够调节心力衰竭大鼠体内失衡的线粒体融合-分裂过程,缓解细胞间质水肿及心肌纤维化,改善心功能㊂4线粒体生物发生与CHF心力衰竭的发病机制是多方面的,目前尚不能完全明确,心脏是高耗能器官,心肌细胞需要持续而巨大的能量供应来保证其收缩功能和自身的需要,线粒体作为细胞内能量供应的关键细胞器,诸多的基础研究表明,心肌线粒体的功能障碍是促进心力衰竭发生发展的一个重要因素,线粒体作为代谢和信号转导中枢,在维持心脏生理功能中发挥着重要作用,参与了许多重要的生物过程,如ATP的氧磷酸盐合成㊁脂肪酸氧化㊁钙稳态㊁磷脂合成㊁ROS的产生和维持以及铁-硫簇生物合成[8]㊂线粒体生物发生需要核DNA和线粒体DNA两大基因组的协同配合,参与胞内新的线粒体合成,PGC-1α作为线粒体生物发生过程的关键调节因子,同时也是核受体的转录共激活剂及新陈代谢的主调节剂,在心脏代谢调节中起重要作用[25]㊂在心血管相关疾病的研究中发现,PGC-1α与心肌细胞的生长发育相关[26]㊂在一项心力衰竭的临床试验中,通过对比心力衰竭病人和健康者的心肌组织基因表达,发现心力衰竭病人心肌中PGC-1α基因的表达明显降低[8];同样在心肌肥厚及心力衰竭动物模型中发现PGC-1α的下游靶分子NRF1㊁TFAM的基因表达及蛋白水平降低,NRF2蛋白水平降低[27]㊂PGC-1α的活性降低会导致病理性心肌肥大[28]㊂刘倩茹等[29]研究显示,采用血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)构建的H9c2心肌细胞损伤模型中线粒体含量降低,PGC-1α㊁NRF-1㊁NRF-2的mRNA表达水平均明显下降,经过参附益心颗粒高剂量治疗后,线粒体含量及细胞活性均较模型组升高,在沉默PGC-1α基因后,治疗组与模型组比较差异无统计学意义,表明参附益心颗粒可能通过上调PGC-1α相关通路的基因表达来调节线粒体生成,改善心肌细胞功能㊂但亦有研究表明,PGC-1α的过表达会导致心肌细胞线粒体异常增生,大量的功能障碍㊁无形态的线粒体被合成,使得小鼠心肌细胞形态发生异常改变,心肌纤维排列紊乱,甚至出现扩张性心肌病[26]㊂刘惠[30]通过主动脉弓缩窄术建立心力衰竭小鼠模型,模型小鼠心肌组织PGC-1α㊁NRF1㊁NRF2表达水平明显下降,经过心阴片治疗一段时间后,心肌组织中的PGC-1α㊁TFAM蛋白上调,减轻心脏肥厚,改善了小鼠心脏线粒体结构和功能㊂总之,PGC-1α在线粒体生物合成中有明确的促进作用,但PGC-1α对心力衰竭作用的性质与其高表达的程度有密切关联㊂5基于线粒体动力学探讨CHF的治疗5.1中医药治疗李焱等[31]研究表明,黄芪葶苈子可增加心力衰竭大鼠心肌组织的Mfn1㊁Mfn2㊁OPA1蛋白表达,抑制Drp1和Fis1蛋白表达,改善线粒体的结构变化,通过调整线粒体的融合-分裂状态,改善心肌的能量代谢,发挥抗心力衰竭的作用㊂方子寒等[32]的研究发现,心力衰竭大鼠心肌组织分泌型糖蛋白(Wnt)/β-链蛋白(β-catenin)通路相关因子的表达量增多,OPA1表达降低,Drp1表达升高,经过益气活血方治疗后,心力衰竭大鼠心室重构得到缓解,纠正线粒体的动力学失衡,可能通过抑制Wnt/β-catenin通路相关因子的表达来改善线粒体能量代谢㊂研究发现,参麦注射液增加L-OPA1与S-OPA1的比值㊁腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)磷酸化水平和Drp1磷酸化水平,以防止阿霉素(DOX)诱导的线粒体过度分裂和线粒体融合不足;参麦注射液还可通过激活AMPK和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)/糖原合酶激酶3β(GSK-3β)信号通路,预防阿霉素诱导的心脏毒性,抑制线粒体氧化应激和线粒体碎片化[33]㊂刘晓丹[34]研究发现,大株红景天注射液可抑制Ser616位点Drp1的磷酸化,提高缺氧/复氧(H/R)损伤的原代心肌细胞OPA1的蛋白表达,下调p-Drp1蛋白的表达,说明大株红景天注射液可通过抑制线粒体动力学的失衡来维持线粒体功能,进而发挥一定的心肌保护作用㊂5.2西医药治疗徐海燕等[35]的研究证实了肿瘤坏死因子(TNF-α)激活肿瘤坏死因子受体2(TNFR2),进而诱导OPA1上调,可能促进线粒体融合;TNFR2通过激活核转录因子κB(NF-κB)信号通路调控OPA1促进线粒体融合,可能是预防和治疗心脏重构和功能障碍的潜在治疗靶点㊂夏冉等[36]研究发现,应用线粒体分裂抑制剂(Mdivi-1)可抑制阿霉素诱导的线粒体过度分裂,促进线粒体融合,也证实阿霉素诱导的心力衰竭可能与Drp1/FUNDC1信号通路有关㊂索梦萦[37]发现寡肽Szeto-Schiller Compound31(SS31)可通过介导沉默调节因子3(Sirt3)/OPA1通路来调控线粒体融合,改善小鼠心力衰竭心脏线粒体的形态大小及内部结构,改善心力衰竭小鼠的心脏结构,提高心脏收缩和舒张功能㊂6通过线粒体生物发生探讨CHF的治疗6.1中医药治疗有研究发现,冠通方可促进心肌梗死后心力衰竭心肌细胞的PGC-1α蛋白和AMPK蛋白表达,改善心肌细胞线粒体的功能,从而达到保护心肌细胞的作用[38]㊂附子-干姜药对[39]可恢复盐酸普罗帕酮所致心力衰竭大鼠的左室功能和心肌酶活性,其作用机制部分是通过Sirt1/PGC-1α通路,提高Sirt1和PGC-1α的基因和蛋白水平,促进线粒体生物合成㊂亦有研究同样证实,附子-生姜可以促进Sirt3㊁过氧化物酶体增殖激活受体α(PPARα)和PGC-1α的表达增加心脏线粒体生物发生,改善心力衰竭症状[40]㊂6.2西医药治疗Sabbah等[41]研究发现,不论心力衰竭病人还是心力衰竭动物模型(狗),内皮型一氧化氮合酶(eNOS)㊁环磷酸鸟苷(cGMP)和PGC-1α水平均降低㊂裂变相关蛋白水平升高,融合相关蛋白水平降低,线粒体内膜蛋白降低,经线粒体靶向肽elamipretide (ELAM)长期治疗后可纠正线粒体功能紊乱,改善心脏功能㊂Cho等[42]研究发现,一种富集于骨骼肌和心肌线粒体中的新蛋白Perm1,同时也是PGC-1α和雌激素相关受体(ERR)的靶蛋白,受到二者基因的转录调控,Perm1蛋白在心脏发育和成熟过程中增加,多发现于心房中,在衰竭的心脏中表达下调㊂Perm1过表达可增加心肌细胞线粒体DNA含量,增强细胞氧化能力㊂其结合PGC-1α,增加ERR依赖的转录活性,并增强PGC-1α对靶基因启动子的募集,促进了小鼠心肌细胞线粒体的生物合成㊂Tao等[43]研究发现,间歇性缺氧(IH)导致线粒体DNA(mtDNA)复制和转录减少, mtDNA含量降低,线粒体超微结构受损㊂重组人胰高血糖素样肽rhGLP-1可上调间歇性缺氧心脏心肌组织的PGC-1α㊁TFAM和转录因子B2(TFB2M)的表达,通过激活PGC-1α和AKT信号,从而保护心肌线粒体的生物发生㊂证明rhGLP-1通过改善心肌能量代谢,增强线粒体生物合成的早期适应性变化,对间歇性缺氧诱导的心肌损伤具有保护作用㊂7小结总体而言,线粒体动力学功能及生物发生作用所涉及的基因及蛋白表达处于一种动态平衡状态,动力学功能及生物发生作用的正常发挥对心肌细胞以及线粒体的整体功能有明确的促进作用,线粒体的功能障碍将影响到心肌细胞的正常工作㊂心力衰竭的发生发展与线粒体的功能障碍有着必然的联系,随着研究的不断深入,改善心肌细胞线粒体功能,促使线粒体功能的自我修复逐渐成为一种治疗CHF的新型思路,有利于发掘代谢疗法在CHF等心血管疾病中的巨大潜力㊂其中中医药干预心力衰竭心肌线粒体,恢复线粒体相关功能具有多靶点㊁全方位的优势,较单纯的西医药干预治疗具有副作用少㊁作用机制多的优点,符合中医 整体论治 的原则,其可能通过多条信号通路影响到线粒体的功能㊂然而对于心力衰竭病人或者动物实验的线粒体功能的相关研究目前正处在快速发展阶段,通过中医药来干预线粒体从而观察心力衰竭疾病的发生发展的相关研究较少,未能体现出中医药的 全方位治疗 优势,涉及的内在机制如信号通路㊁基因靶点研究亦不深入,甚至作用位点比较陈旧,其中是否存在更新颖的作用机制和更多的双向调节作用还有待进一步的研究,并且一些研究成果仍存在争议,需深入研究调节代谢相关药物的具体疗效及应用的变化,并通过大量基础与临床试验进一步证实㊂另外,目前关于通过线粒体动力学及生物发生治疗心力衰竭的研究只对部分涉及的通路及机制做了初步探讨,需要进一步深入研究,如通过基因敲除及检测蛋白间相互作用深层次地验证线粒体动力学与生物发生机制,为临床用药提供理论依据㊂参考文献:[1]BENJAMIN E J,BLAHA M J,CHIUVE S E,et al.Heart diseaseand stroke statistics--2017update:a report from the AmericanHeart Association[J].Circulation,2017,135(10):e146-e603. [2]中国心血管健康与疾病报告2020概要[J].中国循环杂志,2021,36(6):521-545.[3]YANG Y B,LI T Y,LI Z B,et al.Role of mitophagy incardiovascular disease[J].Aging and Disease,2020,11(2):419-437.[4]SHEERAN F L,PEPE S.Mitochondrial bioenergetics anddysfunction in failing heart[M]//Advances in ExperimentalMedicine and Biology.Cham:Springer International Publishing,2017:65-80.[5]LIN Z,WANG H,SONG J,et al.The role of mitochondrial fission inintervertebral disc degeneration[J].Osteoarthritis and Cartilage,2023,31(2):158-166.[6]SHARMA A,SMITH H J,YAO P,et al.Causal roles ofmitochondrial dynamics in longevity and healthy aging[J].EMBOReports,2019,20(12):e48395.[7]XIE J H,LI Y Y,JIN J.The essential functions of mitochondrialdynamics in immune cells[J].Cellular&Molecular Immunology,2020,17:712-721.[8]邱志凌.心复康口服液干预心力衰竭大鼠心肌线粒体质量控制的机制研究[D].北京:中国中医科学院,2018.[9]杨漾,李蕾,苏畅,等.基于线粒体融合探讨血府逐瘀汤抗心肌缺血损伤的作用及机制[J].时珍国医国药,2022,33(7):1564-1568. [10]YANG L,TANG H T,LIN X B,et al.OPA1-Exon4b binds to mtDNAD-loop for transcriptional and metabolic modulation,independentof mitochondrial fusion[J].Frontiers in Cell and DevelopmentalBiology,2020,8:180.[11]温敬利,李甜甜,石莉程,等.线粒体动力学在肺动脉高压发病机制中的研究进展[J].临床肺科杂志,2022,27(8):1233-1237. [12]董鑫,江佳林,林祉均,等.中医药调控Drp1治疗心血管疾病的研究进展[J].辽宁中医杂志,2021,48(9):213-218.[13]宋亮,高枫,夏成霞,等.抑制Drp1介导的线粒体分裂对大鼠对比剂诱导急性肾损伤的影响[J].江苏医药,2022,48(4):325-328. [14]郑君毅,张莹莹,刘园园,等.FUNDC1通过调控线粒体分裂影响高糖损伤H9c2心肌细胞凋亡的机制研究[J].天津医药,2022,50(8):791-795.[15]丁晓青,马春伟,高炳宏.运动对心肌线粒体生物发生及SIRT3的作用研究进展[J].中国运动医学杂志,2022,41(7):552-560. [16]何昊.基于转录组学的芪参颗粒改善心衰大鼠线粒体功能障碍的机制研究[D].北京:北京中医药大学,2021.[17]李东旭.PGC-1α调控线粒体融合参与癫痫发作的分子机制研究[D].遵义:遵义医科大学,2019.[18]CARAVIA X M,FANJUL V,OLIVER E,et al.The microRNA-29/PGC1αregulatory axis is critical for metabolic control of cardiacfunction[J].PLoS Biology,2018,16(10):e2006247. [19]LIN J G,DUAN J L,WANG Q Q,et al.Mitochondrial dynamics andmitophagy in cardiometabolic disease[J].Frontiers inCardiovascular Medicine,2022,9:917135.[20]杨凯晶,修一萍,薛一涛.从线粒体动力学探讨中医药治疗心力衰竭相关机制研究[J].世界中医药,2022,17(18):2659-2662;2668.[21]SUN D D,LI C,LIU J L,et al.Expression profile of microRNAs inhypertrophic cardiomyopathy and effects of microRNA-20ininducing cardiomyocyte hypertrophy through regulating geneMFN2[J].DNA and Cell Biology,2019,38(8):796-807. [22]董鑫,陈梓欣,江佳林,等.基于线粒体动力学探讨暖心康改善心力衰竭小鼠心功能的作用及机制[J].中华中医药杂志,2022,37(6):3538-3542.[23]IKEDA Y,SHIRAKABE A,BRADY C,et al.Molecular mechanismsmediating mitochondrial dynamics and mitophagy and theirfunctional roles in the cardiovascular system[J].Journal ofMolecular and Cellular Cardiology,2015,78:116-122. [24]娜日松.蒙药苏格木勒-3汤通过促心肌细胞线粒体融合途径治疗大鼠心衰机制研究[D].通辽:内蒙古民族大学,2021. [25]贾浩,宋寅平,滑艺杰,等.有氧运动调控线粒体质量控制改善心肌肥厚的研究进展[J].生命科学,2020,32(11):1253-1260. [26]蔡万强.PGC-1α调控线粒体结构蛋白乙酰化水平在心力衰竭小鼠心室代谢重构中作用机制的研究[D].广州:南方医科大学,2019.[27]NOMURA S,SATOH M,FUJITA T,et al.Cardiomyocyte geneprograms encoding morphological and functional signatures incardiac hypertrophy and failure[J].Nature Communications,2018,9(1):4435.[28]KULIKOVA T G,STEPANOVA O V,VORONOVA A D,et al.Pathological remodeling of the myocardium in chronic heartfailure:role of PGC-1α[J].Bulletin of Experimental Biology andMedicine,2018,164(6):794-797.[29]刘倩茹,王新陆,朱明军,等.参附益心颗粒对AngⅡ诱导的H9c2心肌细胞损伤及PGC-1α信号通路相关因子的影响[J].中医杂志,2022,63(7):679-687.[30]刘惠.基于PGC-1α介导的能量代谢探讨益气养阴活血利水法对心力衰竭的作用机制研究[D].广州:广州中医药大学,2021. [31]李焱,刘阳,石霄宇,等.药对黄芪葶苈子对心力衰竭大鼠心肌组织线粒体动力学的影响[J].时珍国医国药,2021,32(3):520-523. [32]方子寒,谢盈彧,王铭扬,等.益气活血方对慢性心力衰竭大鼠心室重构的干预作用及其机制[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(4):82-87.[33]LI L,LI J H,WANG Q L,et al.Shenmai injection protects againstdoxorubicin-induced cardiotoxicity via maintaining mitochondrialhomeostasis[J].Frontiers in Pharmacology,2020,11:815. [34]刘晓丹.大株红景天注射液对缺氧/复氧心肌细胞线粒体功能及动力学的影响[D].南京:南京中医药大学,2017.[35]徐海燕,刘海浪,张媛媛,等.TNFR2激活NF-κB信号通路调控线粒体融合蛋白OPA1在心力衰竭中的作用[J].东南大学学报(医学版),2020,39(1):17-22.[36]夏冉,朱国旗,高兵,等.盐酸阿霉素通过DRP1/FUNDC1信号通路调节线粒体动力学诱导大鼠慢性心力衰竭[J].中国药理学通报,2022,38(11):1661-1666.[37]索梦萦.SS31通过Sirt3介导的线粒体融合缓解压力负荷诱导的心力衰竭[D].济南:山东大学,2021.[38]姜浩.心衰大鼠心肌细胞内信号通路AMPK/PGC-1介导线粒体功能调控及中药冠通方的干预研究[J].南宁:广西中医药大学,2020.[39]LU X H,ZHANG L,LI P Y,et al.The protective effects ofcompatibility of Aconiti Lateralis Radix Praeparata and ZingiberisRhizoma on rats with heart failure by enhancing mitochondrialbiogenesis via Sirt1/PGC-1αpathway[J].Biomedicine&Pharmacotherapy,2017,92:651-660.[40]WEN J X,ZOU W J,WANG R L,et al.Cardioprotective effects ofAconiti Lateralis Radix Praeparata combined with ZingiberisRhizoma on doxorubicin-induced chronic heart failure in rats andpotential mechanisms[J].Journal of Ethnopharmacology,2019,238:111880.[41]SABBAH H N,GUPTA R C,SINGH-GUPTA V,et al.Abnormalitiesof mitochondrial dynamics in the failing heart:normalizationfollowing long-term therapy with elamipretide[J].CardiovascularDrugs and Therapy,2018,32(4):319-328.[42]CHO Y,TACHIBANA S,LAM K,et al.Perm1promotescardiomyocyte mitochondrial biogenesis and protects againsthypoxia/reoxygenation-induced damage in mice[J].J Biol Chem,2021,297(1):100825.[43]TAO L C,WANG L,YANG X Y,et al.Recombinant humanglucagon-like peptide-1protects against chronic intermittenthypoxia by improving myocardial energy metabolism andmitochondrial biogenesis[J].Molecular and CellularEndocrinology,2019,481:95-103.(收稿日期:2022-12-07)(本文编辑郭怀印)。

线粒体自噬是细胞中一种重要的自我降解过程，它在维持细胞内环境稳定和调节能量代谢中起着关键的作用。

近年来，关于线粒体自噬调控能量代谢的研究越来越受到科学界的关注。

本文将介绍关于线粒体自噬调控能量代谢的研究方法，以期为相关领域的研究工作提供参考。

一、线粒体自噬调控能量代谢的基本原理线粒体自噬是指细胞通过自噬途径清除受损或衰老的线粒体的过程。

它通过将线粒体包裹在双层膜囊泡中，形成自噬体，最终将线粒体降解并回收其中的物质。

这一过程对于维持细胞内线粒体的数量和质量具有重要意义，对细胞的能量代谢和生存具有重要的调节作用。

二、线粒体自噬调控能量代谢的研究方法1. 免疫印迹分析免疫印迹分析是一种常用的蛋白质检测方法，通过将细胞或组织的蛋白质进行电泳分离，然后利用特异性抗体与目标蛋白结合，最终通过化学发光或显色的方式检测蛋白的表达水平。

上线粒体自噬调控能量代谢的研究中，可通过免疫印迹分析检测与线粒体自噬相关的蛋白质表达水平，如LC3、PINK1等，从而了解线粒体自噬的活性及其对能量代谢的调控作用。

2. 荧光显微镜观察荧光显微镜观察是一种直观的细胞成像技术，通过荧光探针或荧光标记的抗体等对细胞中的特定结构或蛋白进行标记和观察。

上线粒体自噬调控能量代谢的研究中，可以利用荧光标记的线粒体特异性探针，如MitoTracker等，观察线粒体的形态和数量的变化，从而间接了解线粒体自噬的活性及其对能量代谢的调控作用。

3. 电子显微镜观察电子显微镜观察是一种高分辨率的细胞成像技术，通过电子束的照射对细胞或组织进行观察和成像。

上线粒体自噬调控能量代谢的研究中，通过电子显微镜观察可以直接观察到自噬体内的线粒体结构和数量，进一步了解线粒体自噬的活性及其对能量代谢的调控作用。

4. 线粒体功能评估线粒体功能评估是通过检测线粒体的呼吸链功能、膜电位、ATP合成等指标来评估线粒体的功能状态。

上线粒体自噬调控能量代谢的研究中，可以通过荧光探针、特异性抗体、色素等来检测线粒体的功能指标，从而了解线粒体自噬对能量代谢的调控作用。

㊃综述㊃心肌线粒体能量代谢在心血管疾病中的研究进展孙侠㊀赵倩茹㊀袁伟212000镇江,江苏大学附属医院心内科通信作者:袁伟,电子信箱:yuanwei1@DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2022.01.017㊀㊀ʌ摘要ɔ㊀目前心血管疾病已成为全球人类死亡的主要原因之一,线粒体作为三大营养物质经三羧酸循环产生ATP的主要场所,在心血管疾病的发生㊁进展过程中起着巨大影响作用㊂本文从心肌线粒体的能量代谢功能㊁相关调控途径㊁与心血管疾病的关系以及治疗药物方面入手,在心肌线粒体代谢方面为治疗心血管疾病提供思路与方向㊂ʌ关键词ɔ㊀线粒体;㊀能量代谢;㊀活性氧;㊀心血管疾病基金项目:江苏省333工程人才基金(BRA2020395);江苏省六大高峰人才项目(WNS-045);江苏省青年医学人才项目(QNRC2016843);镇江市心血管病医学研究中心项目(2018008)Advancement of myocardial mitochondrial energy metabolism in cardiovascular diseases㊀Sun Xia,Zhao Qianru,Yuan WeiDepartment of Cardiology,Affiliated Hospital of Jiangsu University,Zhenjiang212000,ChinaCorresponding author:Yuan Wei,Email:yuanwei1@ʌAbstractɔ㊀At present,cardiovascular disease has become one of the main causes of human death inthe world.As the main place where the three major nutrients produce ATP through the tricarboxylic acidcycle,mitochondria plays a crucial role in the occurrence and progression of cardiovascular disease.Thisarticle starts with the energy metabolism function of myocardial mitochondria,related regulation pathways,the relationship with cardiovascular diseases and therapeutic drugs,and provides ideas and directions for the treatment of cardiovascular diseases in the aspect of myocardial mitochondrial metabolism.ʌKey wordsɔ㊀Mitochondria;㊀Energy metabolism;㊀Reactive oxygen species;㊀Cardiovascular diseasesFund program:Jiangsu Province333Engineering Talent Fund(BRA2020395);Jiangsu Province SixPeak Talent Project(WNS-045);Jiangsu Province Young Medical Talent Project(QNRC2016843); Zhenjiang City Cardiovascular Medicine Research Central Project(2018008)㊀㊀随着人口老龄化和工作㊁生活方式改变,心血管疾病的发病率及患病率均呈逐年增长趋势㊂心脏每天消耗大量ATP来维持基本的能量代谢和泵血功能,大部分ATP需求(>95%)由线粒体的氧化磷酸化提供㊂正常心肌发生损伤可能导致心肌细胞线粒体对能量底物代谢的可用性㊁需求㊁效率发生变化㊂有研究表明,心肌线粒体功能障碍可导致心肌病,长期的线粒体内稳态失衡会导致心力衰竭[1],维持心脏组织构造更新和内环境稳态的基础是心肌能量代谢稳定㊂由此可见心肌线粒体是细胞发挥功用不可或缺的调节因子,其代谢功能的改善和稳定在心血管疾病治疗中具有重要临床意义㊂心血管疾病的发生㊁进展过程涉及众多机制,本文就心肌线粒体能量代谢与心血管疾病的关系㊁治疗等进行综述㊂1㊀线粒体的生物功能线粒体是一种双层膜结构的细胞器,由线粒体外膜㊁膜间隙㊁内膜和基质四部分组成线粒体的功能区㊂三大营养物质在机体内进行有氧氧化㊁脂肪酸β氧化以及三羧酸循环等途径产生能量,由于催化三羧酸循环所需的酶主要分布在线粒体内膜㊁基质和外膜上,所以线粒体是经三羧酸循环途径产生ATP的主要场所㊂心脏作为人体血流动力来源,线粒体需要不断合成ATP供应心肌细胞以维持正常的泵血功能和收缩功能㊂线粒体占据心肌细胞体积的30%,在正常心肌细胞中ATP需求约60%~70%的能量源于线粒体脂肪酸氧化,约20%源于糖酵解及糖的有氧氧化,10%来自酮体㊁氨基酸㊁乳酸等代谢[2],心肌能量的供应离不开线粒体的正常功能㊂2㊀线粒体能量代谢的调控途径调控心肌细胞线粒体能量代谢的途径包括:变构控制㊁转录控制和翻译后修饰控制㊂心脏中脂肪酸㊁碳水化合物㊁酮体和氨基酸的代谢高度依赖辅酶A及其衍生物,乙酰辅酶A和辅酶A的变构起关键作用㊂其余包括NADH/NAD+和FADH2/FAD2+的变构㊁丙酮酸脱氢酶(pyruvatedehydrogenase,PDH)/丙酮酸脱氢酶磷酸酶(PDH phosphatase,PDHP)的变构㊂过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)㊁PPAR-γ共同激活因子1α(PPAR-γcoactivator1α,PCG-1α)㊁雌激素相关受体(estrogen related receptor,ERR),包括ERR-α㊁EER-β和ERR-γ,缺氧诱导因子1α(hypoxia induced factor1α, HIF-1α)均在转录水平参与心肌能量代谢控制㊂翻译后修饰包含磷酸化㊁琥珀酰化㊁乙酰化㊁戊二酰化和丙二酰等,通过对线粒体酶添加或删除某些碳或非碳基团来改变酶活性,从而调节生理和病理状况下心肌细胞代谢[3]㊂3㊀心肌线粒体能量代谢异常与心血管疾病3.1㊀心肌肥厚心脏对各种疾病,如高血压㊁冠状动脉粥样硬化性心脏病㊁瓣膜性心脏病㊁心律失常等发生适应性改变是病理性心肌肥厚发生的基础㊂心肌细胞体积变大,肌小节发生重构[2]㊂线粒体能量代谢是心肌肥厚众多机制之一,呼吸链功能失调不仅会造成NAD+/NADH的变构变化,导致ATP 产量降低和氧化还原失衡,还会导致细胞内Ca2+水平升高和活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成增加㊂有研究报道,ROS的生成会促进心肌肥厚的发生[4],过量的ROS会使线粒体DNA和线粒体蛋白受损,影响线粒体DNA结构与功能,而线粒体功能发生障碍又会增加ROS生成,形成恶性循环㊂病理性心肌肥大还会影响底物利用率,心肌组织经历能量重新编程,偏向葡萄糖代谢,同时减少脂肪酸氧化㊂有研究报道,心肌肥大过程中肉碱-棕榈酰转移酶-1(carnitine palmitoyltransferase,CPT-1)的抑制可能会减少长链脂肪酸在线粒体的摄取和氧化[5-6],亦有研究报道线粒体Ca2+超负荷和氧化应激引起线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore,MPTP)的开放[6],进而影响心肌收缩功能和ATP生成㊂3.2㊀急性心肌梗死急性心肌梗死的再灌注治疗会引起缺血-再灌注损伤等不良反应㊂线粒体在缺血-再灌注损伤中起重要作用,处于缺血㊁缺氧环境刺激下,心肌细胞内多种信号通路激活,对线粒体的呼吸链解偶联㊁膜通透性转换孔的开放和细胞色素C 的释放产生影响,导致线粒体动力学的紊乱及损伤[7-8],而线粒体损伤导致ROS大量蓄积和细胞内溶酶体的释放引起细胞坏死和凋亡,甚至影响邻近心肌细胞扩大心肌梗死面积㊂心肌组织发生损伤后线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)会释放入血,游离mtDNA可以诱导Toll样受体9 (Toll-like receptor9,TLR9)依赖性的核因子κB(nuclear factorκB,NF-κB)活化,引起无菌炎症,从而加剧组织损伤㊂血液循环中mtDNA水平在急性心肌梗死患者中明显升高,线粒体内mtDNA拷贝数发生改变亦会影响线粒体的功能[9],进而加重心肌梗死,影响心肌修复㊂3.3㊀慢性心力衰竭线粒体能量代谢效率㊁功能受损可使大量ROS生成,进而对线粒体结构及功能产生损害,导致心功能进一步恶化㊂心力衰竭时,机体过度激活交感-肾上腺系统,交感神经释放去甲肾上腺素加重心脏做功,引发Ca2+过量积累使MPTP开放,导致电子在传递过程中泄漏㊂线粒体动态平衡发生异常加剧心肌能量代谢障碍㊂有研究报道,Hippo信号通路在应激过程中被激活,影响下游YAP/TAZ,而YAP/TAZ在生理和病理生理条件下调节心脏代谢,但介导代谢重构的分子机制仍不清楚[10]㊂Schirone等[11]报道,PPARs㊁ERR和PGC-1ɑ在转录水平上影响心肌能量代谢,使心功能受损及心肌重构,进而导致心力衰竭㊂3.4㊀心律失常病理条件下,氧化呼吸链的效率受到影响,发生电子泄漏,使线粒体生成ROS增加,线粒体膜电位发生异常;同时ROS的蓄积还影响离子通道及各种转运体,导致心律失常发生㊂在线粒体氧化应激情况下,Na+电流构成的慢失活电流部分增加,延长了动作电位时程㊂此外ROS可致胞浆Ca2+超载,肌质网的Ca2+减少,使动作电位及后除极延迟,导致收缩功能障碍及Ca2+依赖的信号转导激活障碍等,进而引发细胞损伤㊁凋亡及心律失常[12]㊂有研究报道,心房颤动患者的心房活检显示线粒体功能异常,可能通过影响ATP水平,线粒体应激伴侣蛋白的上调和线粒体网络的碎裂来促进心律失常的发生[13]㊂线粒体还能够通过调控ATP敏感性K+通道来调节细胞膜的兴奋性,当激活ATP敏感性K+通道开放产生内向整流复极电流,会使心肌细胞处于超极化状态,且兴奋性降低,促使心律失常发生[14]㊂线粒体结构的完整性与功能的稳定性发生改变不仅会导致心脏结构和功能异常,也会间接介导心肌电生理重构诱发多种心律失常㊂3.5㊀其他线粒体核基因组或线粒体基因组编码的基因发生突变引起的临床异质性疾病称为线粒体病,涉及多个系统,线粒体病伴发心脏疾病的主要表现为扩张型心肌病㊁肥厚型心肌病㊁限制型心肌病㊁心肌致密化不全等㊂Jusic等[15]报道,线粒体非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)可调节糖酵解㊁线粒体代谢相关基因的表达参与心血管发病发生机制㊂另有报道,大量乙醛的蓄积可破坏细胞膜及线粒体膜的脂质成分,使膜电位和呼吸链活性下降,损害线粒体功能,进而干扰三羧酸循环,影响氧化代谢效率,心肌细胞凋亡增加,引发酒精性心肌病[16]㊂脓毒症继发的心肌损伤,可降低心脏线粒体膜电位,同时增加氧化应激,使线粒体ATP合成发生障碍,其中动力相关蛋白1(Drp1)及其线粒体衔接子裂变1 (Fis1)是造成多器官功能障碍不可忽视的机制[17]㊂4㊀针对线粒体代谢异常的治疗4.1㊀RAAS抑制剂㊁利钠肽㊁血管紧张素受体脑啡肽酶抑制剂(ARIN)肾素-血管紧张素-醛固酮系统(rein-angiotensin-aldosterone-system,RAAS)的长期激活可影响胰岛素㊁胰岛素样生长因子1信号通路以及促进ROS形成,进而使内皮功能发生障碍和胰岛素抵抗㊂利钠肽,包括心房利钠肽(atrial natriuretic peptide,ANP)㊁B型利钠肽(B-type natriuretic peptide,BNP)㊁C型利钠肽(C-type natriuretic peptide,CNP)㊁树眼镜蛇型利钠肽和尿扩张素,尤其是BNP,在心血管稳态中起重要作用,通过增加肾小球滤过率,增强肾脏对钠和水的排泄,还可促进血管舒张,增加毛细血管通透性,抑制肾素和醛固酮的分泌,拮抗交感神经系统,进而减少ROS生成,改善心肌线粒体能量利用效率㊂沙库巴曲缬沙坦阻断RAAS和脑啡肽酶使利钠肽降解减少,达到扩张血管和利尿排钠作用,同时提高胰高血糖素样肽1(glucagon like peptide-1,GLP-1)活性来改善心脏代谢与重构[18]㊂有报道称,沙库巴曲缬沙坦增加其他激素,如缓激肽㊁P物质,然而,P物质和缓激肽也显示出潜在的心血管益处[19],可能有助于对心力衰竭的疗效㊂沙库巴曲缬沙坦近来报道还能改善肾功能和蛋白尿[20],减轻心脏负荷与心肌能量消耗㊂血管紧张素受体拮抗剂㊁血管紧张素转换酶抑制剂及醛固酮受体拮抗剂能促进心力衰竭患者体内脂肪酸的摄取,改善心肌能量代谢㊁恢复胰岛素的敏感性,进而有效降低心力衰竭患者的住院率及病死率,提高患者生活质量㊂4.2㊀钠-葡萄糖共转运蛋白2(sodium-glucose co-transporter 2,SGLT2)抑制剂SGLT2位于肾单位的近曲小管的S1段,将肾小球滤液中90%的葡萄糖重吸收回血液循环㊂SGLT2抑制剂通过抑制肾脏重吸收葡萄糖,促进尿中葡萄糖排出,在治疗2型糖尿病中已发挥重大疗效㊂在能量代谢方面,SGLT2抑制剂将心肌底物的利用从葡萄糖转向游离脂肪酸㊁酮体和支链氨基酸的氧化来减少不利的心脏重构,从而改善心肌的工作效率和功能,达到保护心肌细胞的目的㊂心脏代谢的改善和从肾小管液中对镁和钾的重吸收增加也可能发挥抗心律失常作用,从而降低心脏性猝死的发生率[21]㊂目前研究报道, SGLT2抑制剂可能通过多种途径改善心血管病患者的预后,将发生严重心力衰竭事件的风险降低25%~40%㊂通过抑制SGLT2可减少细胞内Na+,防止氧化应激和心肌细胞死亡㊂此外,SGLT2抑制剂诱导模仿营养和氧气剥夺,包括单磷酸腺苷活化蛋白激酶,sirtuin-1和(或)HIF-1α/2α的激活㊂这些介体的相互作用会刺激自噬,自噬介导的清除受损细胞器的清除减少了炎症体的活化,从而减轻了心肌线粒体功能障碍[22]㊂SGLT2抑制剂还具有影响红细胞生成和红细胞压积的能力,可能是抑制铁调素和调节铁稳态引起[23],而铁稳态失衡促进氧化应激和炎症,进而影响线粒体功能,造成能量代谢障碍㊂4.3㊀脂肪酸β氧化抑制剂曲美他嗪通过提高丙酮酸脱氢酶活性,允许丙酮酸从细胞质进入线粒体,在三羧酸循环中氧化,产生更多高能磷酸盐,起到抗缺血作用;还可减轻钙超载和自由基诱导的内皮损伤,抑制细胞凋亡和心脏纤维化㊂同时,曲美他嗪抑制游离脂肪酸的β氧化,使心肌能量代谢转变为葡萄糖㊂一项随机㊁双盲㊁安慰剂对照㊁事件驱动的试验[24],在欧洲㊁南美㊁亚洲和北非27个国家的365个中心对成功进行经皮冠状动脉介入治疗的患者进行了标准背景治疗㊂在接受最佳药物治疗的患者中,在成功的经皮冠状动脉介入治疗后,每天两次口服曲美他嗪35mg的常规使用不会影响心绞痛的复发,可能是曲美他嗪没有改变血流动力学作用,但不可忽视其在改善心肌代谢的作用㊂雷诺嗪是一种结构和功能与曲美他嗪相似的抑制剂,减少摄取脂肪酸的同时对葡萄糖氧化代谢起促进作用,增加ATP生成㊂4.4㊀PPARs激动剂PPARs激动剂在维持葡萄糖稳态㊁改善胰岛素抵抗和心血管保护方面具有重要作用,PPARs活性受核受体辅阻遏物家族成员控制㊂PPARα激动剂,非诺贝特,可降低血脂水平来调节脂肪酸浓度,改善心肌能量代谢[25]㊂PPARγ受体激动剂即噻唑烷二酮类降糖药物通过改善胰岛素敏感性来改善代谢状态,代表药物有罗格列酮和吡格列酮㊂但噻唑烷二酮类激动剂表现出的不良反应,如水肿和更高的心肌梗死风险[26],尤其是具有充血性心衰体征和心衰分级为Ⅲ~Ⅳ级的糖尿病合并心力衰竭患者,应禁止使用㊂4.5㊀自体线粒体治疗将患者自身线粒体输入受损的心肌细胞为心肌缺血及再灌注损伤提供了新的治疗方法㊂分离纯化的线粒体输入到受体细胞内正常地发挥功能,被称为线粒体移植㊂McCully等[27]报道自体线粒体治疗可以增强细胞活力,促进缺血后心肌功能的恢复㊂Guariento等[28]报道,经冠状动脉行线粒体灌注显著减少了梗死面积,并显著增强了缺血后心肌的功能,为缺血/再灌注损伤的心脏提供保护作用㊂4.6㊀其他药物CPT-1抑制剂,如乙莫克舍㊁马来酸哌克昔林㊁L-肉毒碱,通过抑制长链脂肪酸进入线粒体起抗脂质过氧化作用,保护细胞膜结构完整性,进而减轻心肌损伤㊂此外,作为人体高耗能组织(如心肌㊁骨骼肌)重要能量来源的磷酸肌酸,也可作为治疗靶点,通过补充磷酸肌酸可以改善线粒体结构和增强氧化磷酸化水平,发挥抗凋亡作用㊂辅酶Q10作为电子传递的载体,具有生物膜稳定作用和抗氧化的作用,可以增加线粒体氧化磷酸化中ATP的合成,并可以改善心肌收缩功能,目前广泛用于心力衰竭治疗㊂β受体拮抗剂如卡维地洛和美托洛尔,能减慢心室率,使心肌耗氧量减少;同时可改善心肌能量代谢,通过对肾上腺素能受体的阻断作用来提高心力衰竭患者的心功能和生存率㊂5　展望心脏能量代谢的调节途径具有灵敏且适应性强的特点,使得心脏可适应不同的状态和工作量以维持其收缩功能㊂心血管疾病的发生㊁发展过程中,线粒体能量代谢障碍起着不可忽略的推动作用㊂对心肌线粒体功能变化的研究,为心血管疾病的治疗方式提供了新思路,可通过改善线粒体能量代谢来延缓心血管疾病进程[29]㊂利益冲突:无参㊀考㊀文㊀献[1]Forte M,Schirone L,Ameri P,et al.The role of mitochondrialdynamics in cardiovascular diseases[J].Br J Pharmacol,2021,178(10):2060-2076.DOI:10.1111/bph.15068. [2]蓝明,刘兵,刘君萌,等.心肌病的病理研究进展[J].中国心血管杂志,2020,25(2):183-188.DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2020.02.019.㊀Lan M,Liu B,Liu JM,et al.Advances in pathological researchof cardiomyopathy[J].Chin J Cardiovasc Med,2020,25(2):183-188.DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2020.02.019. [3]Karwi QG,Jörg AR,Lopaschuk GD.Allosteric,transcriptionaland post-translational control of mitochondrial energy metabolism[J].Biochem J,2019,476(12):1695-1712.DOI:10.1042/BCJ20180617.[4]Cao M,Yuan W,Peng M,et al.Role of CyPA in cardiachypertrophy and remodeling.Biosci Rep,2019,39(12):BSR20193190.DOI:10.1042/BSR20193190.[5]Schlaepfer IR,Joshi M.CPT1A-mediated Fat Oxidation,Mechanisms,and Therapeutic Potential[J].Endocrinology,2020,161(2):bqz046.DOI:10.1210/endocr/bqz046. [6]Ludtmann MHR,Abramov AY.Mitochondrial calcium imbalancein Parkinson s disease[J].Neurosci Lett,2018,663:86-90.DOI:10.1016/j.neulet.2017.08.044.[7]Akhnokh MK,Yang FH,Samokhvalov V,et al.Inhibition ofSoluble Epoxide Hydrolase Limits Mitochondrial Damage andPreserves Function Following Ischemic Injury[J].FrontPharmacol,2016,7:133.DOI:10.3389/fphar.2016.00133.[8]Maneechote C,Palee S,Chattipakorn SC,et al.Roles ofmitochondrial dynamics modulators in cardiac ischaemia/reperfusion injury[J].J Cell Mol Med,2017,21(11):2643-2653.DOI:10.1111/jcmm.13330.[9]Qin C,Gu J,Liu R,et al.Release of mitochondrial DNAcorrelates with peak inflammatory cytokines in patients with acutemyocardial infarction[J].Anatol J Cardiol,2017,17(3):224-228.DOI:10.14744/AnatolJCardiol.2016.7209. [10]Kashihara T,Sadoshima J.Role of YAP/TAZ in EnergyMetabolism in the Heart[J].J Cardiovasc Pharmacol,2019,74(6):483-490.DOI:10.1097/FJC.0000000000000736. [11]Schirone L,Forte M,Palmerio S,et al.A Review of theMolecular Mechanisms Underlying the Development andProgression of Cardiac Remodeling[J].Oxid Med Cell Longev,2017,2017:3920195.DOI:10.1155/2017/3920195. [12]Boyman L,Karbowski M,Lederer WJ.Regulation ofMitochondrial ATP Production:Ca2+Signaling and QualityControl[J].Trends Mol Med,2020,26(1):21-39.DOI:10.1016/j.molmed.2019.10.007.[13]Wiersma M,van Marion DMS,Wüst RCI,et al.MitochondrialDysfunction Underlies Cardiomyocyte Remodeling in Experimentaland Clinical Atrial Fibrillation[J].Cells,2019,8(10):1202.DOI:10.3390/cells8101202.[14]Foster MN,Coetzee WA.KATP Channels in the CardiovascularSystem[J].Physiol Rev,2016,96(1):177-252.DOI:10.1152/physrev.00003.2015.[15]Jusic A,Devaux Y;EU-CardioRNA COST Action(CA17129).Mitochondrial noncoding RNA-regulatory network incardiovascular disease[J].Basic Res Cardiol,2020,115(3):23.DOI:10.1007/s00395-020-0783-5.[16]Steiner JL,Lang CH.Etiology of alcoholic cardiomyopathy:Mitochondria,oxidative stress and apoptosis[J].Int J BiochemCell Biol,2017,89:125-135.DOI:10.1016/j.biocel.2017.06.009.[17]Haileselassie B,Mukherjee R,Joshi AU,et al.Drp1/Fis1interaction mediates mitochondrial dysfunction in septiccardiomyopathy[J].J Mol Cell Cardiol,2019,130:160-169.DOI:10.1016/j.yjmcc.2019.04.006.[18]Khder Y,Shi V,McMurray JJV,et al.Sacubitril/Valsartan(LCZ696)in Heart Failure[J].Handb Exp Pharmacol,2017,243:133-165.DOI:10.1007/164_2016_77.[19]Singh JSS,Burrell LM,Cherif M,et al.Sacubitril/valsartan:beyond natriuretic peptides[J].Heart,2017,103(20):1569-1577.DOI:10.1136/heartjnl-2017-311295.[20]郝正阳,张彦周.小剂量沙库巴曲缬沙坦治疗90mmHgɤ收缩压<100mmHg的扩张型心肌病患者的有效性和安全性[J].中国心血管杂志,2021,26(3):253-256.DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2021.03.010.㊀Hao ZY,Zhang YZ.Efficacy and safety of low-dose of sacubitril/valsartan in patients with dilated cardiomyopathy with90mmHgɤsystolic blood pressure<100mmHg[J].Chin J CardiovascMed,2021,26(3):253-256.DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2021.03.010.[21]Cherney DZ,Odutayo A,Aronson R,et al.Sodium GlucoseCotransporter-2Inhibition and Cardiorenal Protection:JACCReview Topic of the Week[J].J Am Coll Cardiol,2019,74(20):2511-2524.DOI:10.1016/j.jacc.2019.09.022. [22]Packer M.Autophagy stimulation and intracellular sodiumreduction as mediators of the cardioprotective effect of sodium-glucose cotransporter2inhibitors[J].Eur J Heart Fail,2020,22(4):618-628.DOI:10.1002/ejhf.1732.[23]Grodin JL,Tang WHW.Sodium-Glucose Cotransporter-2Inhibitors and Loop Diuretics for Heart Failure:Priming theNatriuretic and Metabolic Reserve of the Kidney[J].Circulation,2020,142(11):1055-1058.DOI:10.1161/CIRCULATIONAHA.120.048057.[24]Ferrari R,Ford I,Fox K,et al.Efficacy and safety oftrimetazidine after percutaneous coronary intervention(ATPCI):a randomised,double-blind,placebo-controlled trial[J].Lancet,2020,396(10254):830-838.DOI:10.1016/S0140-6736(20)31790-6.[25]Li S,Yang B,Du Y,et al.Targeting PPARαfor the Treatmentand Understanding of Cardiovascular Diseases[J].Cell PhysiolBiochem,2018,51(6):2760-2775.DOI:10.1159/000495969.[26]Van der Vorst EPC,Biessen EAL.Unwrapped and uNCORked:PPAR-γrepression in atherosclerosis[J].Eur Heart J,2019,21:ehz770.DOI:10.1093/eurheartj/ehz770.[27]McCully JD,Levitsky S,Del Nido PJ,et al.Mitochondrialtransplantation for therapeutic use[J].Clin Transl Med,2016,5(1):16.DOI:10.1186/s40169-016-0095-4. [28]Guariento A,Blitzer D,Doulamis I,et al.Preischemicautologous mitochondrial transplantation by intracoronary injectionfor myocardial protection[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2020,160(2):e15-e29.DOI:10.1016/j.jtcvs.2019.06.111. [29]‘中国心血管健康与疾病报告2020“编写组.‘中国心血管健康与疾病报告2020“要点解读[J].中国心血管杂志,2021,26(3):209-218.DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2021.03.001.㊀The Writing Committee of the Report on Cardiovascular Healthand Diseases in China.Interpretation of Report on CardiovascularHealth and Diseases in China2020[J].Chin J Cardiovasc Med,2021,26(3):209-218.DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2021.03.001.(收稿日期:2020-10-06)(本文编辑:李鹏)。

缺氧情况下的线粒体自噬调节机制研究进展摘要】真核细胞会在基因干扰、营养缺乏、衰老、氧化应激和毒性环境性受损，细胞中由一种高度自律的“自食”程序负责处理相关异常细胞，其过程被称为自噬。

自噬能及时清除异常线粒体，并以此保证细胞的能量供应正常。

线粒体自噬的调节与细胞衰老、基因组稳定、肿瘤形成、缺血性病变等有关，本文尝试描述细胞在缺氧环境下所发生的线粒体自噬的相关调节机制。

【关键词】缺氧；自噬；线粒体自噬；缺氧诱导因子；动力相关蛋白【中图分类号】R54 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2018）12-0009-021.引言自噬这一概念时至今日，发展为指真核细胞的蛋白质、受损的线粒体、过氧化物酶体、核糖体、内质网、核内体、脂滴和病原体等[1]被溶酶体进行降解并再次利用的过程，有机体通过自噬来达到抵御不良环境及清除有害因子的目的。

目前的研究表明在酵母及哺乳动物中的过程及调节机制高度类似。

目前根据将胞浆底物运输至溶酶体的机制不同,可将自噬分为3类：分子伴侣介导自噬、微自噬、巨自噬。

其中巨自噬是自噬过程中最常见的一种，通常称呼的自噬即为巨自噬，其中包括重要的线粒体自噬。

本文尝试描述细胞在缺氧环境下所发生的线粒体自噬的相关调节机制。

1.1 ROS-HIF相关缺氧调节途径细胞因供氧不足导致线粒体电子传递受损，电子从氧化呼吸链中的NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶中脱离，脱离的电子与氧气分子结合，生成了大量活性氧（ROS）。

ROS的大量生成能使HIF-1稳定，并促使其与HRE结合，并随后激活下游靶基因的转录[2]，过量的ROS生成会导致细胞膜的脂质过氧化损伤及DNA断裂[3]。

缺氧介导因子家族（HIFs）是机体维持氧稳态信号系统中关键的二聚体转录因子，均由α、β亚基构成，α亚基主要包括HIF-1α、HIF-2α、HIF3α这3个氧依赖亚基，β亚基即HIF-1β亚基，α亚基与β亚基结合成二聚体结构时即HIF-1、HIF-2和HIF3[4]。

细胞自噬与代谢的关系研究随着生物学研究的深入，细胞自噬成为生物学和医学领域研究的热点之一。

在许多不同的领域和疾病中，细胞自噬都被认为是一个重要的调节因子。

近年来，研究人员对细胞自噬与代谢的关系进行了广泛的研究，并发现细胞自噬可以影响代谢过程，从而影响生物体的健康。

本文将就细胞自噬与代谢的关系进行探究。

一、细胞自噬的基本概念细胞自噬，是细胞利用各种内质网、线粒体及其他细胞器的自噬体内降解分解其自身成分的过程。

在细胞自噬过程中，自噬体的酶水解产物可以提供细胞需要的营养物质和能量，同时也可以清除一些细胞垃圾和损伤的蛋白质。

自噬过程可分为三个主要步骤：（1）自噬体的形成阶段，包括各种蛋白质在细胞质成组聚合、形成膜结构和锚点阶段；（2）自噬体内液泡的形成阶段，该阶段包括自噬体和溶酶体之间的融合和酶水解；（3）膜系统的再利用阶段，其特点是自噬体膜的再利用和Ⅰ期自噬体的形成。

二、细胞自噬与代谢的关系A. 细胞自噬与葡萄糖代谢的关系在我国，糖尿病的发病率逐年上升，成为威胁人类健康的重要疾病之一。

研究表明，葡萄糖水平的高低与自噬过程有关。

当葡萄糖水平较高时，细胞的自噬过程得到抑制；而在饥饿或低糖状态下，自噬过程会被激活。

B. 细胞自噬与脂肪代谢的关系当细胞自噬过程被激活时，细胞脂质代谢也会发生相应的改变。

细胞内的脂质体被自噬小泡盘古体侵蚀并降解，脂肪酸则被释放出来，并且可以由脂肪酸合成物来代谢进入线粒体，从而提供更多的能量。

C. 细胞自噬与氨基酸代谢的关系氨基酸是构成蛋白质的基本单元，同时还是DNA合成中的重要物质。

研究表明，氨基酸的活性与自噬过程有关。

当细胞处于饥饿状态时，自噬过程会释放出稳定的氨基酸来进行代谢。

此外，自噬过程还可以通过清除氨基酸残留物来促进蛋白质的降解。

三、细胞自噬与疾病的关系A. 细胞自噬与心脏疾病的关系心脏疾病是导致死亡的主要原因之一，因此在心脏病的研究中，自噬也成为关键的研究方向之一。

研究表明，自噬能够对心肌细胞的损伤发挥保护作用，从而降低心脏疾病的风险。

心肌细胞中线粒体与代谢的关系心肌细胞是我们身体中非常重要的一类细胞，它们能够提供稳定的心脏跳动以及体内氧气的分配，它们的运作涉及到多个复杂过程，而其中心肌细胞的代谢也是非常关键的一环。

事实上，心肌细胞的中线粒体与代谢有着密切的关系。

首先，让我们来了解一下中线粒体和代谢的基础知识。

中线粒体，是一种被视为“细胞的动力站”的负责供能的器官，它们能够将葡萄糖和氧气转化为能量，并同时释放碳dioxide 和水，呈现出与呼吸反应所产生的化学方程式一致的产物。

中线粒体的数量与细胞的能量消耗成正比，也就是说，需要更多能量的细胞，如心肌细胞，其所含的中线粒体也更多。

代谢，则是细胞利用营养物质转化为能量或产生“废物”的过程。

心肌细胞代谢所需的营养物质来自于心脏周围的血液，实现“氧代谢”是其中的重点，在供氧和消耗氧之间达到动态平衡才能保证心肌细胞长期而稳定的运转。

那么，中线粒体和代谢的关系在心肌细胞中又是怎么呢？可以从以下几个方面来讨论：一、中线粒体的增加可以提高代谢水平心肌细胞的代谢与中线粒体的数量息息相关。

事实上，研究表明，中线粒体的增加可以提高心肌细胞的代谢水平，这样心肌细胞就可以更有效地利用身体内的葡萄糖和氧气进行供能。

此外，心肌细胞运动时，它们需要更多的能量来维持身体的正常振动，因此需要更多的中线粒体参与代谢。

因此，提高心肌细胞中中线粒体的数量和功能，有助于促进心肌细胞的代谢水平。

二、代谢产物对中线粒体的影响心肌细胞中的代谢产物也会对中线粒体产生影响。

如乳酸的生成会降低心肌细胞的 pH 值，使中线粒体的功能受到抑制；而心肌细胞缺氧也会引起代谢产物的积累，从而导致细胞内中线粒体功能受损。

三、营养物质与中线粒体的关系心肌细胞中线粒体的活性和功能受精密的代谢调节，这也受营养因素的影响。

例如，一些脂肪酸与中线粒体紧密结合，可以增加心肌细胞的代谢水平。

此外，维生素E也可以影响中线粒体的功能和稳定，从而提高心肌细胞的代谢水平。

收稿日期：２０２００６１６ 修回日期：２０２００６３０基金项目：南京晓庄学院校级科研项目（Ｎｏ．２０１８ＮＸＹ４９）．作者简介：杨枫辉，南京晓庄学院环境科学学院２０２０届毕业生，研究方向：分析技术．通信作者：张长丽，南京晓庄学院环境科学学院副教授，研究方向：药物制备与分析．Ｅ ｍａｉｌ：ｃａｒｂｏｎ３１４＠１６３．ｃｏｍ２０２０年１１月第６期南京晓庄学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＸＩＡＯＺＨＵＡＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＮｏｖ．２０２０Ｎｏ．６线粒体自噬探针的研究进展杨枫辉，仲　文，张长丽（南京晓庄学院环境科学学院，江苏南京２１１１７１）摘　要：线粒体自噬（Ｍｉｔｏｐｈａｇｙ）是细胞自我降解调节功能失调的细胞器，并通过溶酶体进行营养循环的过程．线粒体作为组织内稳态必不可少的能量发生器以及程序性凋亡和坏死细胞死亡的通道，其核心功能使得线粒体的质量和数量需受到严格控制．线粒体自噬在细胞代谢和调节生理机能中起到着至关重要的作用，因此检测线粒体自噬的方法有着非常重要的研究价值．荧光探针是检测线粒体自噬的主要方法之一，该文主要综述了近些年对线粒体自噬探针的研究进展，旨在为相关领域的研究提供参考．关键词：线粒体；线粒体自噬；荧光探针；荧光成像中图分类号：Ｏ６５７．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９７９０２（２０２０）０６００２７０８线粒体是人体内一种特别的细胞器．真核细胞在其中进行氧化和能量转换，其具有自身的遗传物质和体系，但是由于具有的基因数量少，所以是一种半自主的细胞器［１］．一方面，线粒体是能量转换的工厂和基础；另一方面，线粒体代谢过程中所产生的活性氧的数量也会间接地导致细胞的死亡．所以为了维持体内线粒体的数量，受毁坏或不必要的线粒体应被及时的消灭［２３］．大量研究发现，细胞主要经由自噬机制选择性的消除不需要以及无效的线粒体，这个进程被称之为线粒体自噬（Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌａｕｔｏｐｈａｇｙ或Ｍｉｔｏｐｈａｇｙ）［４］．线粒体自噬指在活性氧、营养缺乏、细胞衰老等外界刺激的作用下，细胞内的线粒体发生去极化出现损伤，损伤线粒体被包裹进自噬体中并与溶酶体融合，从而完成线粒体的降解，维持细胞内环境的稳定［５］．此过程可用图１表示．图１　线粒体发生自噬示意图［１］自噬过程涉及生理学，化学等多种交叉学科，检测线粒体自噬对于肿瘤的预防和治疗有十分重要的参考价值，近几年也有科学实验表明，适当加快线粒体自噬可以减少脑中风的危害［６］，因此对于线粒体自噬的检测一直都是研究自噬领域的热门．—７２—１　线粒体自噬探针线粒体自噬检测技术包括电子显微镜（ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＥＭ）［７］、免疫印迹技术（ＩｍｍｕｎｏＢｌｏｔｔｉｎｇＴｅｓｔ，ＩＢＴ）和流式细胞技术（ＦｌｏｗＣｙｔｏｍｅｔｒｙ，ＦＣＭ）［８］等．但是，这些检测方法耗时长且成本昂贵，而荧光探针方便快捷［９］．利用荧光标记技术来追踪线粒体自噬的动态过程，是重要有效的实时检测方式．当线粒体发生自噬时，线粒体以及溶酶体自身的一些物理或化学性质会发生变化，且线粒体和自噬体之间的微环境存在明显差异，如在受损的线粒体被酸性自溶酶体包裹，氧化胁迫下，营养缺乏的细胞中可以观察到线粒体酸化［１０１１］；线粒体自噬同时也是溶酶体降解过程［１２］，线粒体自噬发生时，溶酶体与线粒体进行膜融合过程中溶酶体的黏度［１３］变化；当线粒体膜电位［１４］下降时，引起Ｐｉｎｋ１蛋白在损伤线粒体上的积累，能够吸引Ｐａｒｋｉｎ到损伤的线粒体上．Ｐａｒｋｉｎ使得线粒体外膜上的很多蛋白发生泛素化，从而介导线粒体自噬的发生；线粒体自噬过程中隔离膜的大量形成（自噬体等），线粒体的极性下降，研究表明癌细胞中的极性较低［１５］也可以看出线粒体自噬过程中极性呈下降趋势等．根据所检测线粒体所处环境性质的不同，可以设计不同的探针．从分子结构变化的发光机理，可以设计不同识别基团的探针．以及新型发光材料的应用，也解决了普通发光机理材料的缺陷．１．１　基于分子内电荷转移机制探针分子内电荷转移（ＩｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒＣｈａｒｇｅＴｒａｎｓｆｅｒ，ＩＣＴ）原理是电子给体或电子受体本身充当识别基团的一部分［１６］．当识别基团和待测物结合后，作为识别基团的供电子部分或拉电子部分的推拉电子能力发生改变，使得体系中π电子发生重排，从而导致吸收光谱、发射光谱发生变化，表现为光谱发生红移或蓝移． （ａ ｈ）诱导自噬的过程中细胞在０ｍｉｎ（ａ和ｅ）、３０ｍｉｎ（ｂ和ｆ）、９０ｍｉｎ（ｃ和ｇ）和１２０ｍｉｎ（ｄ和ｈ）的荧光共聚集图像；（ｉ）探针１的结构式；（ｊ）探针１在含１ ０％ＤＭＳＯ不同ｐＨ值溶液中荧光光谱图（ｐＨ＝３ ０；３ ４；４ ０；４ ６；５ ０；５ ４；５ ８；６ ０；６ ８；７ ０；７ ４和８ ０）；（ｋ）荧光强度对数与ｐＨ之间的线性关系图２　探针Ｃｙ ＮＨ２结构、性质及细胞成像［１７］Ｔａｎｇ［１７］团队成功地设计和合成了一个基于分子内电荷转移（ＩＣＴ）机制的近红外（ＮｅａｒＩｎｆｒａｒｅｄ，ＮＩＲ）荧光探针Ｃｙ ＮＨ２，检测活细胞的自噬过程，探针可以选择性的聚集在线粒体上（图２）．在生理条件（ｐＨ值约７ ４）作用下，基于ＩＣＴ效应，电子从伯胺转移到染料上，ＮＩＲ荧光消失，探针只显示绿色荧光．在酸性条件下，伯胺被酸化，ＩＣＴ过程被破坏，ＮＩＲ荧光恢复，探针的绿色荧光消失，所以在线粒体自噬过程中，线粒体被溶酶体融合形成自溶酶体，探针被质子化，ＩＣＴ过程被破坏，在６３９ｎｍ处激发状态下表现出较强的近红外荧光，其绿色荧光消失．Ｃｙ ＮＨ２实现了活细胞自噬过程的实时成像．将ＭＣＦ ７（ＭｉｃｈｉｇａｎＣａｎｃｅｒＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ ７，一种人乳腺癌细胞株）细胞与Ｃｙ ＮＨ２在３７℃下孵育３０ｍｉｎ，用ＰＢＳ洗涤以除去残留的探针，在无血清培养基中记录荧光实时图像．随着时间的延长，红色通道的荧光强度越来越强；绿色通道的荧光变弱，这意味着探针在自噬过程中被质子化，认为此探针可以检测细胞自噬过程．因此Ｃｙ ＮＨ２是一种能对自噬进程进行高选择性和高灵敏度成像的荧光探针．其课题组还测定了不同ｐＨ条件下探针的荧光强度，对荧光强度对数与ｐＨ值之间进行了线性拟合，Ｒ２＝０．９９，标明二者之间有很好的相关性．扭曲分子内电子转移（ＴｗｉｓｔｅｄＩｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒＣｈａｒｇｅＴｒａｎｓｆｅｒ，ＴＩＣＴ）［１８］，是ＩＣＴ中一种特殊的形式，通常发生在具有共轭体系的荧光分子中，且含有推－拉电子基团，推电子基团与荧光基团通过可以旋转的单键相连；当荧光团被激发，由于分子内电荷转移，导致原来与芳环共平面的电子给体绕着单键旋转，而与芳环平面处于正交状态，原来的共轭系统被破坏，部分电荷转移变成完全的电子转移，形成了ＴＩＣＴ激发状态，原有的ＩＣＴ形式的荧光消失．不发射或者发射弱的长波荧光是ＴＩＣＴ的特点．Ｌｉ［１３］课题组设计了一种探针ＮＩ ＶＩＳ，它是一种近红外探针，因此具有背景荧光低以及穿透度高的优点．—８２— （ａ）探针ＮＩ ＶＩＳ的化学结构式；（ｂ）Ｍｉｔｏ ＴｒａｃｋｅｒＧｒｅｅｎ（Ａ）和ＮＩ ＶＩＳ（Ｂ）的细胞荧光共聚焦成像；（ｃ）ＮＩ ＶＩＳ在不同黏度的溶液中的荧光发射光谱；（ｄ）ＮＩ ＶＩＳ在不同黏度溶液中的荧光寿命光谱图３　探针ＮＩ ＶＩＳ的结构及其性质检测［１３］此探针通过黏度相关的荧光变化来对线粒体进行检测，同时是一种基于ＴＩＣＴ机理设计的探针．探针ＮＩ ＶＩＳ通过喹啉基团和苯基通过共轭连接基连接，在低黏度条件下高速旋转，导致荧光猝灭，在高黏度条件下可以抑制旋转，恢复其荧光．季铵盐基团带来水溶性的特性，有助于与线粒体的共定位．此外，大的共轭结构和强的电子推送 拉力使探针具有近红外发射特性，从而产生较高的穿透深度和较低的背景荧光．因为其测量受到黏度的影响，此课题组检测了不同黏度条件下的强度和选择性（如图３），数据表明此探针具有良好的灵敏度，选择性和线粒体靶向能力． （ａ）未经预处理的Ｈｅｌａ细胞在暗视野中的图像；（ｂ）图像ａ的细胞明场图；（ｃ）用探针ＣＭ ＢＨＮＢＤ和ＭＴＲ预处理的细胞在５１５ｎｍ激发下的荧光图像；（ｄ）在４８８ｎｍ激发下细胞的荧光图像；（ｅ）ｃ和ｄ的叠加图像；（ｆ）ｅ图中白框区域的放大图像．色带代表在各种ｐＨ值下的颜色变化 图５　探针ＣＭ ＢＨＮＢＤ和ＭＴＲ在Ｈｅｌａ细胞ＯＳＳ模型中测定线粒体ｐＨ［１９］Ｃｈｅｎ［１９］课题组设计并合成一种新的荧光探针ＣＭＢＨＮＢＤ（图４），可以检测线粒体酸度．探针基于扭曲分子内电荷转移，响应ｐＨ值的变化，它们的线性范围覆盖较宽的ｐＨ值（２．００～７．００）［１１］．两种探针还具有出色的膜通透性，良好的光稳定性和很低的细胞毒性．营养剥夺会破坏线粒体并导致线粒体自噬．在线粒 （ａ）探针ＣＭ ＢＨＮＢＤ的化学结构式；（ｂ）探针ＣＭ ＢＨＮＢＤ对ＨｅＬａ细胞荧光成像图４　探针ＣＭ ＢＨＮＢＤ的结构及其细胞荧光成像［１９］体中，活性氧（ＲｅａｃｔｉｖｅＯｘｙｇｅｎＳｐｅｃｉｅｓ，ＲＯＳ）作为其信号分子［２０］，发挥着至关重要的作用，但是超过限定值的ＲＯＳ会损害包括线粒体在内的各种细胞器［２１］，在刺激状态下，氧化应激可能促进线粒体吞噬或细胞凋亡．其中探针ＣＭ ＢＨＮＢＤ用于ＨｅＬａ细胞的ＯＳＳ模型中以评估线粒体的ｐＨ．用ＣＭ ＢＨＮＢＤ（３．０μＭ）和线粒体标记物（ＭｉｔｏＴｒａｃｋｅｒＲｅｄ，ＭＴＲ）预处理细胞ＯＳＳ模型，然后通过共聚焦显微镜获取荧光图像，根据细胞荧光强度的分布，发现线粒体呈现出非均质的酸化．使用ＣＭ ＢＨＮＢＤ和ＭＴＲ在ＨｅＬａ细胞中进行了共定位分析（图５），结果表明，探针ＣＭ ＢＨＮＢＤ可用于线粒体自噬过程可视化．通过ＣＭ ＢＨＮＢＤ对细胞成像，发现大多数线粒体酸化至ｐＨ值小于７．０，有些线粒体ｐＨ值降至５．０以下；还有一些线粒体甚至被酸化至ｐＨ值为３．９２，显示出比简单的氧化应激或饥饿模型更高的酸化程度．实验还观察到的酸度与受损的线粒体被酸性自溶酶体包裹的事实；结果还表明，在氧化胁迫下，营养缺乏的细胞中可以观察到线粒体进一步酸化．基于ＴＩＣＴ机理设计的探针具有优异的选择性、灵敏度和响应性，可以用于细胞线粒体自噬系统过程高灵敏成像．１．３　基于ＡＩＥ发光机理设计的荧光探针“浓度猝灭”效应（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，ＡＣＱ）［２２］是传统荧光材料的缺点之一，其深深的限制了发光材料在实际状态下的应用，主要表现为在浓度较高的环境下荧光材料会亮度减弱甚至不发光．２００１年，唐本忠教授课题组发现六苯基噻咯（ＨＰＳ）在乙腈溶液中几乎不发光［２３］．但加入不良溶剂使ＨＰＳ溶解度下—９２—降，聚集析出的过程中，荧光却显著增强．这一现象与传统的ＡＣＱ现象恰好相反，他们将其命名为聚集诱导发光（Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄＥｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＩＥ）现象［２３］．其主要机制是分子内旋转受限（ＲｅｓｔｒｉｃｔｅｄＩｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒＲｏｔａｔｉｏｎ，ＲＩＲ）［２４］，利用这个原理制备的材料因为其与众不同的发光原理，使其具有了检测灵敏度高，选择性好，荧光稳定性好等优点［２５］，在化学物理学以及各种交叉学科中都已得到广泛应用． （ａ）探针ＴＰＥ Ｐｙ ＮＣＳ的化学结构式；（ｂ）ＨｅＬａ细胞探针ＴＰＥ Ｐｙ ＮＣＳ和溶酶体标记物ＬＴＲ同时染色，记录线粒体自噬发生过程 图６　探针ＴＰＥ Ｐｙ ＮＣＳ的结构及其对线粒体自噬的检测［２６］张卫杰博士［２６］因此设计并合成了一种基于ＡＩＥ发光机理的荧光探针ＴＰＥ Ｐｙ ＮＣＳ．ＴＰＥ Ｐｙ ＮＣＳ既有能和线粒体膜相结合的正电荷也有与线粒体蛋白氨基发生反应的ＮＣＳ基团，所以在细胞内，此探针可以与负膜电位的线粒体通过电吸引特性结合并形成化学键牢固的结合在线粒体上．用该探针和溶酶体标记物ＬＴＲ（ＬｙｓｏｓｏｍａｌＭａｒｋｅｒＲｅｄ）同时染色细胞，显现出标记黄色的线粒体和红色标记的溶酶体，两种颜色在自噬过程中会持续发生变化，线粒体标记的区域的红色颜色会在扫描时明显发生强度下降，慢慢会与绿色标记的溶酶体区域重叠，最终会模糊不清（图６ｂ所示）．此观测过程表示此探针具有优秀的光稳定性，是良好的自噬检测工具．Ｗａｎｇ［２７］课题组设计了治疗型探针ＴＰＡ３，此探针基于聚集诱导发射机制设计，可以在发生自噬时动态地追踪线粒体（图７ａ）．此外．首次在共聚焦显微镜下对线粒体和溶酶体有关的线粒体动态过程进行了原位监测，提供了一种实时系统监测方法． （ａ）探针ＴＰＡ３的化学结构式及其聚集机理；（ｂ）ＴＰＡ３与脂质体及脂质体在水溶液中的扫描电镜图像；（ｃ）用不同的ＬＥＤ光曝光时间对ＬＴＲ和ＴＰＡ３染色的ＨｅＬａ细胞的共定位成像图图７　探针ＴＰＡ３的结构及性质［２７］一旦功能异常的线粒体通过吞噬作用形成自噬体，担任“清道夫”的溶酶体就开始通过融合和迁移清除受损和老化的线粒体，从而完成线粒体吞噬过程［２７］．因此，将探针和溶酶体标记物同时作用于细胞，进行细胞共定位成像，随着ＬＥＤ光照射时间的增加，黄色荧光的区域（溶酶体标记物的绿色荧光和ＴＰＡ３染色的红色荧光的重合区域）逐渐增加，由图７所示，表明自噬体和溶酶体逐渐融合．结果进一步证明了探针ＴＰＡ３能够示踪早期线粒体细胞凋亡，并且追踪线粒体自噬过程．Ｃｈｅｎ［１４］课题组将ＡＩＥ的聚集态发光特性与Ｉｒ（ＩＩＩ）配合物发磷光特点结合在一起，设计了一系列探针，该组探针在高聚合状态下荧光强度会增强，具有良好的光稳定性、对线粒体优异靶向性，可用于线粒体成像示踪（图８）．探针采用具有螺旋桨状的给电子结构的三苯胺（ＴＰＡ）基团［２８］，该结构带来ＡＩＥ特征；结合苯基 咪唑 菲咯啉衍生物铱（ＩＩＩ）络合物［２９］．荧光探针相比，磷光探针大多是基于重金属离子的配合物，如铱（Ｉｒ）、铂（Ｐｔ）、钌（Ｒｕ）等，其具有磷光寿命长、发光效率高以及较大的斯托克斯位移、发光颜色可调、避免了体系中背景荧光散射的干扰等优点，这些优点使得磷光探针作为识别生物分子和离子客体等的优秀候选者而被大量的研究．通过共聚焦显微镜和电感耦合等离子体质谱法（ＩＣＰ ＭＳ），利用Ｉｒ配合物在较短的培养时间内可以对线粒体进行成像．五环金属铱（ＩＩＩ）配合物（ＩＲ１ ＩＲ５）表现出ＡＩＥ特性，这些Ｉｒ（ＩＩＩ）配合物被用作具有良好光稳定性的线粒体探针．在低浓度（５００ｎＭ）的短成像时间段（８ｍｉｎ）中，线粒体生理范围内没有磷光强度波动，Ｉｒ１ Ｉｒ５选择性且有效地定位了线粒体．细胞摄取实验的结果表明，这些Ｉｒ（ＩＩＩ）配合物通过非内吞性主动转运方法穿过细胞膜．其中探针Ｉｒ１和ＬＴＧ（ＬｙｓｏＴｒａｃｋｅｒＧｒｅｅｎ）一起成功地监测了ＣＣＣＰ（Ｃａｒｂｏｎｙｌｃｙａｎｉｄｅ３ ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｙｌｈｙｄｒａｚｏｎｅ）诱导的线粒体．—０３— （ａ）Ｉｒ１ Ｉｒ５配合物的化学结构式；（ｂ）Ｉｒ１ Ｉｒ５的共焦光图像；（ｃ）二甲基亚砜聚对苯二甲酸丁二醇酯（ＤＭＳＯ ＰＢＳ）混合物中Ｉｒ１的发射光谱图８　Ｉｒ１ Ｉｒ５配合物的结构及性质［１４］借助这种方便而有效的线粒体探针，可以解决线粒体跟踪中出现的问题，不仅包括短期动态变化，还包括ｐＨ波动，剧烈的形态变化和膜电位损失．这种线粒体特异性探针扩展了ＡＩＥ金属环化铱（ＩＩＩ）配合物探针的分子库，有望成为一系列生物学成像，动态监测研究的有用工具，并有助于深入了解与疾病有关的线粒体过程．ＡＩＥ材料的引入大大改善了荧光分子浓度使用受限带来的荧光度下降的缺点．良好的光稳定性也为长期观察自噬提供了可能性，但是在活体检测时还需考虑诸多因素，做进一步改良．１．４　基于ＥＳＩＰＴ机理设计的荧光探针当探针分子受光激发后，发生在激发态分子内部邻近的质子给体与质子受体之间的质子转移反应［３０］，此现象称为激发态分子内质子转移（Ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅＩｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒＰｒｏｔｏｎＴｒａｎｓｆｅｒ，ＥＳＩＰＴ）．同时金属离子可以经由不同的信号传导间接或直接的影响自噬，反过来，自噬也会影响细胞中金属离子的含量．金属离子以信号分子的形式分布在各个信号通路中，从而直接或间接地参与生命细胞的各种活动，其中就包括细胞的自噬，也可以通过不同的信号启动细胞的自噬．例如人体内含有丰富的金属离子Ｍｇ２＋，因为其存在于线粒体中，所以它可以间接的影响细胞的代谢功能；浓度较高的Ｆｅ３＋也会引起细胞的氧化，加快活性氧的细胞死亡，导致细胞发生自噬；细胞也会根据体内Ｃａ２＋的含量发生一系列的激活和停止自噬的活动．因此，可以基于上述原理开发对金属物质敏感的荧光探针．图９　荧光探针ＨＨＱ的结构式［３１］如郑曼丽博士［３１］合成了一种Ｍｇ２＋敏感的有机小分子荧光探针８ 羟基喹啉衍生物ＨＨＱ，结构如图９所示．因为Ｍｇ２＋大量存在于线粒体中，ＨＨＱ可以对线粒体自噬过程利用荧光显微镜进行实时的监测成像，还能监测自噬体与溶酶体融合的过程．当检测时，探针以劫持蛋白的方式进入自噬体，其高选择性会实时定位线粒体，实现可视化的检测和追踪．当探针工作时，产生激发态分子内质子转移，阻止探针发光，当线粒体发生自噬时，其释放的大量Ｍｇ２＋配位形成荧光配合物ＨＨＱ Ｍｇ２＋，ＥＳＩＰＴ被阻断后发射出蓝色荧光，自噬体和溶酶体融合伴随着自噬逐渐结束，导致ＨＨＱ Ｍｇ２＋在ｐＨ≤５下分解，荧光消失．因为金属探针本身毒性会大大加快细胞的死亡，导致自噬的发生，这就会对荧光探针检测成像产生很大的干扰．此探针细胞存活率大于９０％，毒性较小，几乎不会对细胞本身的代谢产生影响，不会干扰荧光成像，有很好的利用价值． （ａ）ＨＱＯ的化学结构式；（ｂ）在无血清培养基中与ＨＱＯ孵育的细胞的实时共聚焦成像图１０　ＨＱＯ的结构及其细胞成像［３２］基于ＥＳＩＰＴ机理设计的金属离子的探针灵敏度高、成本低、便于进行实时检测．但对元素选择性差，检测过程中可能也会对其他元素也产生响应，因此排除其他金属的干扰是此类荧光探针的研究热点．１．５　同时检测线粒体和溶酶体的探针现有技术中，检测线粒体自噬的探针可能需要同时使用两种不同的荧光染料分别对线粒体和溶酶体进行染色来对自噬过程进行监测，而且溶酶体参与细胞本身的吞噬作用，细胞内吞作用和自噬过程，溶酶体探针不止会染色线粒体的自噬溶酶体，相反因为选择性弱会对所有溶酶体进行染色，这是传统探针的缺陷．ＨＱＯ［３２３３］（２，６ Ｂｉ（２ （３，３ ｄｉｍｅｔｈｙｌ １ ｐｒｏｐｙｌｉｎｄｏ ｌｉｎ ２ ｙｌｉｄｅｎｅ）ｅｔｈｙｌｉｄｅｎｅ） ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅ）是上官棣华课题组设计出的一种荧光探针（图１０），克服了监测活细胞中线粒体自噬过程中需要两种染料的缺点。

线粒体功能与细胞能量代谢的关系研究进展在生命的微观世界里，细胞如同一个精巧复杂的工厂，而线粒体则是其中至关重要的“能量车间”。

线粒体的功能与细胞能量代谢之间的关系，一直是生命科学领域研究的热点和重点。

近年来，随着研究技术的不断进步，我们对这一关系的认识也在不断深化。

线粒体，这个小小的细胞器，却承载着巨大的能量转换使命。

它就像是细胞内的“发电厂”，通过一系列复杂而有序的化学反应，将我们从食物中获取的营养物质转化为细胞能够直接利用的能量形式——三磷酸腺苷（ATP）。

这个过程被称为细胞呼吸，主要包括有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。

在有氧呼吸中，线粒体发挥着核心作用。

葡萄糖等有机物首先在细胞质中被分解为丙酮酸，然后丙酮酸被转运到线粒体中，经过一系列的反应，最终产生大量的 ATP。

这个过程需要氧气的参与，并且产生的能量效率极高。

线粒体内部具有特殊的膜结构，包括外膜和内膜。

内膜向内折叠形成嵴，大大增加了膜面积，为呼吸作用所需的酶提供了更多的附着位点。

这些酶协同工作，使得有氧呼吸能够高效有序地进行。

除了产生能量，线粒体还参与了许多其他重要的细胞代谢过程。

例如，它在脂肪和氨基酸的代谢中也扮演着关键角色。

脂肪分解产生的脂肪酸可以进入线粒体，经过β氧化过程，进一步为细胞提供能量。

同样，氨基酸在经过脱氨基作用后，其碳骨架也可以在线粒体中被代谢，为细胞的能量需求做出贡献。

细胞能量代谢的平衡对于细胞的正常生理功能和生存至关重要。

线粒体功能的异常往往会导致细胞能量代谢的紊乱，进而引发一系列疾病。

以常见的神经退行性疾病为例，如帕金森病和阿尔茨海默病，研究发现这些疾病与线粒体功能障碍密切相关。

在帕金森病中，线粒体中的一种重要蛋白质——帕金森蛋白的突变，会影响线粒体的能量产生和氧化应激平衡，导致多巴胺能神经元的损伤和死亡。

阿尔茨海默病患者的大脑中，也观察到线粒体的结构和功能异常，影响了神经元的能量供应，从而促进了疾病的发展。

再来看心血管疾病，如心肌梗死。

线粒体与心肌缺血损伤的关系机制新进展线粒体与心肌缺血再灌注损伤的关系机制新进展心肌缺血再灌注损伤是一种常见的心血管疾病，其发病机制十分复杂。

近年来，研究表明线粒体在心肌缺血再灌注损伤中起到了重要的调控作用。

本文将探讨线粒体与心肌缺血再灌注损伤的关系，并介绍其中的一些新进展。

一、线粒体在心肌缺血再灌注损伤中的作用心肌缺血再灌注损伤是由于心肌供血不足导致心肌细胞缺氧、能量耗竭，再经过血流恢复时引起的一系列病理生理改变。

而线粒体作为细胞内的能量工厂，其功能状态对心肌缺血再灌注损伤起到了关键性的影响。

1. 能量供应障碍：在缺血状态下，线粒体的氧化磷酸化过程受到限制，导致ATP生成减少，能量供应受阻。

再灌注时，缺氧的线粒体很难恢复正常的能量代谢，进一步加剧心肌细胞的能量耗竭。

2. ROS的释放：线粒体在过氧化物酶氧化还原酶系统中产生过氧化氢等活性氧物质（ROS），过多的ROS会引发细胞内的氧化应激反应，导致细胞内多种蛋白质、脂质和DNA的氧化损伤，加剧心肌细胞的死亡。

3. 钙离子平衡失调：缺血再灌注过程中，线粒体对于钙离子的平衡起着重要调控作用。

缺血状态下，线粒体内钙的积聚增加，再灌注时快速释放到细胞质内，导致细胞内钙浓度骤升，引起一系列钙离子相关的病理生理变化。

二、线粒体与心肌缺血再灌注损伤的关系机制1. 线粒体融合与分裂：细胞中的线粒体可以发生融合和分裂，而这两种调控机制在心肌缺血再灌注中发生了显著变化。

研究表明，融合促进线粒体的功能恢复，而分裂则会加剧线粒体的功能障碍。

因此，调控线粒体的融合和分裂可能成为心肌缺血再灌注损伤的治疗靶点。

2. 自噬与线粒体质量控制：自噬是一种通过溶酶体降解细胞内垃圾和损坏的线粒体来维持细胞稳态的重要机制。

近期研究表明，自噬对于心肌缺血再灌注损伤中线粒体的质量控制具有重要作用。

激活自噬可以清除受损的线粒体，减少ROS的释放，从而保护心肌细胞免受损伤。

3. 钙离子调控：线粒体内部的钙离子平衡对于心肌缺血再灌注损伤非常重要。

线粒体膜电位调节与能量代谢的相互作用研究线粒体是细胞内的重要器官，负责细胞内的能量代谢，维持细胞的正常生物学功能。

线粒体在代谢过程中产生的ATP（三磷酸腺苷）是细胞内唯一的直接能量来源。

而线粒体膜电位则作为一种重要的细胞代谢信号，参与多种生物学过程，例如包括脂质代谢，离子通道调节等。

线粒体膜电位调节与能量代谢的相互作用一直是细胞生物学研究中的热点和难点问题。

本文将介绍最新的研究成果，旨在探究线粒体膜电位调节与能量代谢之间的关系。

一、线粒体膜电位的产生与调节线粒体内膜与外膜之间的跨膜电位梯度（即线粒体膜电位）是由呼吸链复合物的电子转移产生的。

呼吸链复合物将电子从NADH和FADH2逐级转移，同时使质子从线粒体的内膜移动到外膜，形成一个跨膜电位梯度。

这个跨膜电位梯度在细胞呼吸作用和产生ATP的过程中发挥着重要的作用。

线粒体膜电位的调节受到多种调节机制的控制。

例如，细胞内钙离子、ATP和其他代谢产物都可以影响线粒体膜电位的大小。

在细胞内，线粒体膜电位的大小往往是与ATP/ADP比例息息相关。

当细胞需要更多的能量时，ATP/ADP比例降低，导致线粒体膜电位增加；当细胞产生足够多的ATP时，ATP/ADP比例增加，线粒体膜电位下降。

二、线粒体膜电位与细胞能量代谢的关系线粒体膜电位是细胞代谢过程的关键信号之一。

一方面，它代表了细胞的能量状态；另一方面，线粒体膜电位调节能够影响或调节多种代谢途径，例如脂质代谢、离子通道调节等。

1.线粒体膜电位与脂质代谢的关系脂质代谢是细胞能量代谢的重要组成部分，线粒体膜电位调节对脂质的代谢机制有着重要的影响。

研究表明，线粒体膜电位越高，脂质的氧化水平越高，而脂肪酸合成则较低。

因此，线粒体膜电位的改变可以影响脂质代谢，并通过影响肥胖和其他相关代谢性疾病而引起一系列疾病。

2.线粒体膜电位与离子通道调节的关系线粒体内膜具有多种离子通道，其中最为重要的是钾离子通道（mitoKATP）。

线粒体是细胞内物质能量代谢的主要场所，其生成的ATP 是细胞生命活动的主要能量来源。

线粒体受损能够导致活性氧（reactive oxygen speeies ，ROS ）或者细胞凋亡因子的释放，可以造成细胞的损伤或者促使细胞凋亡［1-3］。

因此，及时清除这些受损伤的线粒体，维持线粒体的正常功能与数量对细胞生命活动是至关重要的。

近年来，人们逐渐认识到自噬溶酶体途径在调控细胞内受损线粒体的降解、维持线粒体的代谢稳定方面发挥了重要作用［4］。

自噬（autophagy ）是一种依赖溶酶体（lysosome ，在酵母细胞中也称为液泡Vacuole ）的胞内物质降解过程，目前发现其降解对象囊括了从可溶蛋白到完整细胞器在内的所有胞内物质，其中也包括线粒体。

传统线粒体自噬可以分为大自噬（macroautophagy ）、小自噬（microautophagy ）和Cvt （cytosol -to -vacuole transport ）途径3种方式。

大自噬通过形成具有双层膜结构的自噬体（autophagosome ）包裹线粒体，再与溶酶体融合生成自噬溶酶体使线粒体降解；小自噬通过溶酶体或液泡对线粒体的直接吞噬作用使线粒体降解；Cvt 途径只存在于酵母中，在哺乳动物细胞内还未发现这一自噬方式。

最近的研究表明，不同的线粒体自噬途径，参与了不同种系、不同组织细胞内的线粒体降解过程，并且在神经退行性疾病、心脏病、糖尿病和肿瘤等许多重大疾病的发生发展过程中具有重要的调控作用［5-7］。

本文就近年来关于线粒体自噬的分子机制研究进展作一综述。

1酵母细胞内的线粒体自噬酵母是最早应用于自噬研究的模式细胞，人们以酵母的自噬系统为标准命名了一系列自噬相关基因蛋白（autophagy -related genes ，Atg ）。

酵母也是目前自噬研究最为深入的模式细胞之一，目前已经基本阐明了酵母细胞中过氧化物酶体、细胞核、内质网等重要细胞器自噬的分子机制。

线粒体自噬机制、相关疾病及中药对其调节作用的研究进展目的：了解线粒体自噬机制、相关疾病及中药（包括活性部位/成分）对其调节作用的研究进展，为促进中药药效物质挖掘、药理作用和机制研究以及创新中药研发等提供参考。

方法：以“线粒体自噬”“机制”“疾病”“中药”“部位”“成分”“Mitophagy”“Mechanism”“Diseases”“Traditional Chinese medicines”“Herbal medicines”“Site”“Component”等为关键词，组合查询中国知网、万方、维普、PubMed、ScienceDirect、SpringerLink、Web of Science等数据库收录的相关文献，检索时限均为各数据库建库起至2018年5月，就线粒体自噬的分子机制、相关疾病及中药（包括活性部位/成分）对其调节作用的研究进展进行汇总与分析。

结果与结论：共检索到相关文献1 925篇，其中有效文献54篇。

线粒体自噬的调控主要由PTEN诱导激酶1（Pink1）/E3泛素连接酶Parkin、Nix/BNIP3、Mieap、FUN14结构域包含蛋白1（FUNDC1）、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、UNC-51样激酶1（ULK1）、高迁移率族蛋白B1（HMGB1）等蛋白介导，其功能异常可能会导致神经退行性疾病（阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性侧索硬化等）、肿瘤、心脏疾病（心肌缺血、心肌梗死等）、肝脏疾病（非酒精性脂肪肝、酒精性脂肪肝、肝损伤等）、代谢性疾病（胰岛素抵抗、尼曼匹克氏病等）的发生。

部分中药活性部位/成分（三七总皂苷、槲皮素、白藜芦醇、姜黄素、褐藻素等）可通过激活AMPK、抑制Pink1/Parkin途径、增强Beclin1的表达等方式来调节线粒体自噬。

深入研究中药对线粒体自噬的调节作用，有助于为揭示中药发挥药效作用的物质基础及本质、提高新药研发与临床治疗水平提供参考。

关键词线粒体自噬；自噬机制；疾病；中药；活性部位；活性成分；调节作用线粒体自噬（Mitophagy）是指细胞通过自噬的机制选择性地清除受损或功能不完整的线粒体的过程。

综述线粒体动力学和线粒体自噬与心血管疾病的研究进展张妍刘昉基金项目：国家自然科学基金(81660046)；广西自然科学基金(2018GXNSFAA050096)；广西高等学校千名中青年骨干教师培育计划作者单位：541004广西壮族自治区桂林市,桂林医学院基础医学院人体解剖学教研室(张妍、刘昉)，广西糖尿病系统医学重点实验室(刘昉)I通信作者:刘昉,E-mail:fang,l**********【摘要】线粒体是一种动态的细胞器，通过响应各种代谢和环境的信号.分裂和融合改变其形态和结构，从而维持细胞的正常功能：它们短暂而快速的形态变化对于细胞周期、免疫'凋亡和线粒体质量控制等许多复杂的细胞过程至关重要・线粒体自噬与线粒体质量控制密切相关.通过将受损的功能障碍的线粒体转运到溶酶体进行降解.促进心肌细胞受损线粒体的更新，并有效地抑制功能障碍线粒体的积累「由于心脏作为一个复杂而高耗能的器官，心肌细胞严重地依赖线粒体氧化代谢过程作为其能量和营养供应的来源许多研究表明.线粒体融合、分裂和线粒体自噬的诸多影响和调控功能的因子都与各种心血管疾病有关，维持线粒体的功能和其完整性对正常心肌细胞的运行是至关重要的「本综述将重点概述线粒体的融合、分裂和线粒体自噬的诸多调控因子与心血管疾病的最新研究进展"【关键词】线粒体融合；线粒体分裂；线粒体自噬；心血管疾病doi：10.3969/j.issn.l672-5301.2021.02.015中图分类号R54文献标识码A文章编号1672-5301(2021)02-0169-06Relation of mitochondrial dynamics and mitochondrial autophagy with cardiovascular diseaseZHANG Yan,LIU Fang.Department of Anatomy(ZHANG Yan,LIU Fang),Center of Diabetic SystemsMedicine,Guangxi Key Laboratory of E xcellence(LIU Fang),Guilin Medical University,Guilin541004,ChinaCorresponding author：LIU Fang,E-mail：****************[Fund program]National Natural Science Foundation of China(81660046)；Natural Science Foundationof Guangxi Province(2018GXNSFAA050096)；Guangxi Scholarship Fund of Guangxi Education Department [Abstract]Mitochondria is a dynamic organelle,which responds to various metabolic and environmentalsignals to divide and merge to change their morphology and structure,thereby maintaining the normal function ofcells.Their transient and rapid morphological adaptation is crucial for many cell processes such as cell cycle,immunity,apoptosis and mitochondrial quality control.Mitochondrial autophagy is closely related tomitochondrial quality control.By transporting damaged mitochondria to lysosomes for degradation,it promotesthe regeneration of damaged mitochondria of myocardial cells and effectively inhibits the accumulation ofdysfunctional mitochondria.Since the heart is a complex and energy-intensive organ.myocardial cell reliesheavily on mitochondrial oxidative metabolism as its source of energy and nutrient supply.Many studies haveshown that many regulatory factors of mitochondrial fusion,division and mitochondrial autophagy are associatedwith various cardiovascular disease.To maintain mitochondrial function and integrity is vital to the operation ofnormal cardiomyocytes.This review focuses on the latest research progress of many regulatory factors ofmitochondrial fusion,division and mitochondrial autophagy and cardiovascular disease.[Key words]Mitochondrial fusion；Mitochondrial division；Mitochondrial autophagy；Cardiovasculardisease心脏作为一个高耗能的人体运动器官，组织学的分析表明，心脏中似乎含有大量的线粒体，心脏细胞中的高容量线粒体系统以一种动态的方式进行调节，产生和消耗大量的ATP,以支持不断快速变化的心脏在高能量需求下的泵功能高容量线粒体系统产生大量ATP,促进了兴奋-收缩之间的耦合，它们也被认为是一种破坏性的活性氧(re­active oxygen species,ROS)的主要来源。