第二节 自噬与动脉粥样硬化
动脉粥样硬化（atherosclerosis，As）为慢性炎症性病理过程，是心血管疾病的病理生理学基础。易损斑块的破裂以及血栓/栓塞闭塞和动脉狭窄可能是致死性缺血性疾病的原因，全球每年死于心血管疾病的人数占总死亡人数的31%。最近的研究表明，自噬在调节As进程中起重要作用，并可能是有效防治As病变新的切入点。
一、血管内皮细胞自噬
血管内皮细胞（endothelial cell，EC）功能障碍是As发生、发展的重要环节。内皮细胞功能障碍导致内膜屏障功能削弱或丧失，低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）跨内膜迁移，并在内膜下积蓄、氧化修饰为氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）。ox-LDL进一步激活EC，增强细胞黏附分子如细胞黏附分子1和细胞间黏附分子1的表达，从而介导炎症细胞如单核细胞和淋巴细胞的跨内皮迁移。近年来的研究表明自噬障碍促进EC中炎症细胞的凋亡和衰老，加速As病变的发生和发展。
研究表明EC自噬诱导内皮型一氧化氮合酶（eNOS）表达，NO降低氧化应激并抑制炎症细胞因子的产生。自噬障碍EC的NO水平降低，ROS和炎症细胞因子产生增加。
最近的研究表明，一些微量营养素通过增强EC中的自噬活性而起到心血管保护作用。白藜芦醇和维生素D可上调自噬，增加脂质分解代谢，减少棕榈酸诱导的脂滴聚集。白藜芦醇通过促进自噬来减轻EC的炎症。姜黄素也可上调EC的自噬，降低氧化应激反应而发挥细胞保护作用。
二、平滑肌细胞自噬
As斑块的纤维帽主要由血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）产生的细胞外基质（包括胶原、弹力蛋白以及蛋白多糖）组成。在晚期As斑块中，自噬主要发生在纤维帽以及靠近坏死核心的区域。研究表明，相对于正常的VSMC，来自As斑块中的VSMC线粒体自噬（mitophagy）水平明显增加，PINK1表达水平明显上调。ox-LDL促进PINK1以及Parkin在受损线粒体外膜上的聚集，诱发VSMC线粒体自噬。脂质过氧化产物4-羟基壬烯酸（4-hydroxynonenal，4-HNE）通过内质网应激途径激活VSMC自噬，从而促进4-HNE修饰蛋白的清除，抑制4-HNE诱导的VSMC死亡。
近来的研究发现，VSMC自噬具有抗As的作用，同时也具有抗衰老效应。但在As晚期，粥样斑块中VSMC的过度自噬引起自噬性细胞死亡，纤维帽中VSMC死亡会造成斑块不稳定及破裂，从而引起一系列临床心血管事件。此外，As晚期VSMC蜡样质形成，蜡样质是As病变中晚期的特征性产物，由变性的蛋白质和氧化脂质混合形成。蜡样质的聚集阻碍了溶酶体与自噬小体融合，导致自噬溶酶体形成障碍，降解下游有害物质、加速物质循环的保护效应被完全阻断，加重细胞功能障碍，导致细胞凋亡或其他非程序性细胞死亡。这说明VSMC自噬在As不同时期起着不同的作用。
肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）通过Akt/PKB/c-Jun信号通路，诱导过度自噬，导致VSMC自噬性死亡。7-酮胆固醇（一种主要存在于As斑块中的氧固醇）培养VSMC不仅触发氧化损伤也引起广泛空泡化、强烈的蛋白质泛素化及细胞自噬。
VSMC的迁移和增殖是As病变形成和发展的重要环节，表型转变是VSMC迁移和增殖的基础。VSMC表型转变即在促As危险因素的作用下，血管中膜平滑肌细胞去分化，收缩能力下降，而具有高增殖、高迁移、高细胞外基质合成的特性，即由收缩型向合成型转变。PDGF-BB促进VSMC的增殖和迁移，而自噬抑制剂3-MA（选择性PI3K抑制剂，作用于Vps34和PI3Kγ）及Spautin-1（抑制USP10和USP13的去泛素化活性）则明显抑制PDGF-BB诱导的VSMC增殖和迁移。近来的研究表明，炎症因子TNF-α通过依赖NF-κB机制上调大鼠胸大动脉平滑肌细胞A7r5自噬，自噬抑制剂氯喹二磷酸盐（chloroquine diphosphate salt，CQ）明显抑制TNF-α诱导的VSMC增殖、迁移，表明自噬途径调节TNF-α诱导的VSMC表型转变。对大鼠的研究表明，自噬抑制剂CQ也能明显改善大鼠肺动脉高压。这些结果均表明，自噬途径参与并调节VSMC的表型转变过程，干预自噬途径可能是抑制VSMC表型转变的新策略。
VSMC特异性敲除Atg7的ApoE-/-小鼠As病变较野生型小鼠严重。值得注意的是，基因敲除Atg7的小鼠VSMC并没有出现明显的凋亡，但表现出应激诱导的早衰（一种不可逆的生长抑制状态，细胞依然保持代谢活性，但细胞的形态和功能发生明显的改变）。Atg7-/-VSMC表现出早衰的相关特征，如细胞肥大、P16/RB介导的细胞周期阻滞及衰老相关的β-半乳糖苷酶活化、细胞迁移能力增强、细胞外胶原沉积，细胞因子转化生长因子β（transforming growth factor beta，TGF-β）以及基质细胞衍生因子1（stromal cell-derived factor 1，SDF-1）表达增加。然而，Atg7缺失的VSMC并没有引起未折叠蛋白反应（unfolded protein respone，UPR）活化，表明Atg7缺失并没有引发内质网应激。Atg7缺失的VSMC通过上调P62 mRNA的表达以及抑制P62的降解从而促进P62的积聚。进一步的研究发现，过表达P62诱导P16/RB介导的VSMC衰老。这些结果表明，自噬障碍诱导的VSMC衰老加速As病变。
三、巨噬细胞自噬
巨噬细胞是参与As病变进程的重要细胞类型。循环的单核细胞进入血管壁的内皮下并转化为巨噬细胞，随后摄取ox-LDL形成巨噬细胞源性泡沫细胞，巨噬细胞源性泡沫细胞是早期As病变的主要标志。在As病变早期，巨噬细胞可以通过促进细胞外基质合成和VSMC增殖来增强组织修复，从而增强斑块稳定性。在晚期斑块，巨噬细胞分泌基质降解酶，导致斑块不稳定、斑块破裂和血栓形成。巨噬细胞死亡是晚期斑块的一个突出特征，是坏死核心形成和斑块不稳定的主要原因。
研究表明，巨噬细胞自噬不仅可以防止巨噬细胞凋亡，还可以通过细胞吞噬作用清除凋亡细胞，在延缓As病变进程以及维持斑块的稳定性中起着非常重要的作用。巨噬细胞Atg5特异性敲除的ApoE-/-小鼠As斑块中大量的受损线粒体以及胆固醇结晶蓄积、炎症小体激活、凋亡增加，坏死核心更大，因此提示自噬不足可能会降低As斑块的稳定性、增加其致病性。细胞学实验表明，巨噬细胞自噬促进胆固醇逆向转运并调节脂滴向巨噬细胞源性泡沫细胞的溶酶体转运，通过溶酶体酸性脂肪酶介导脂肪水解以及游离胆固醇的外排。大量研究认为他汀类药物通过自噬依赖性信号通路减弱巨噬细胞的促炎作用和胆固醇积聚。
研究发现，通过增加TFEB的活性可以维持高水平的巨噬细胞自噬。TFEB是自噬活性和溶酶体生物发生的主要调节因子，通过结合于自噬相关基因的启动子区域，从而调节自噬的发生以及自噬体与溶酶体的融合。在巨噬细胞中过表达TFEB，可以恢复功能障碍的自噬溶酶体的生物学功能。此外，核因子E2相关因子2（nuclear factor-E2 related factor2，Nrf2）激活Atg5等自噬相关基因从而激活自噬。动物学实验表明，Nrf2诱导剂叔丁基氢醌（tBHQ）通过抗氧化、抗炎以及增强血管壁中的自噬流，从而起到抗As作用。此外，研究发现miR-33拮抗剂促进LDLR-/-小鼠As斑块中巨噬细胞中溶酶体生物合成，恢复巨噬细胞的自噬能力，并通过自噬依赖性机制引发胞葬作用。
目前，尽管采用了降胆固醇治疗（他汀类药物）、手术干预（球囊扩张及支架植入术），以及改变生活方式（饮食及运动）、预防和治疗As性心脑血管疾病，但As性心脑血管疾病依然是发达国家及我国死亡人数的头号死因。因此，深入探讨As的发病机制，了解As斑块失稳以及破裂的机制，寻找有效防治和干预As的策略，依然是当前医学科学工作者以及生命科学工作者重要的课题和紧迫的任务。
自噬障碍可导致EC功能受损，VSMC表型转化异常，巨噬细胞炎症活化以及吞噬异常，从而加速As病变的发生和发展。因此，改善自噬活性可能是有效防治As病变的新策略。mTOR抑制剂上调自噬，口服mTOR抑制剂西罗莫司明显抑制高胆固醇饮食兔及ApoE-/-、LDLR-/-小鼠的As病变。西罗莫司衍生物（西罗莫司类）如依维莫司的支架选择性诱导斑块内巨噬细胞自噬，导致巨噬细胞显著减少而不改变斑块VSMC含量，提示mTOR抑制剂将有益于治疗心血管疾病。但值得注意的是，长期使用依维莫司可能导致mTOR信号的过度激活及耐受，反而导致自噬障碍。因此，在实际应用时建议使用中等剂量的依维莫司，从而充分发挥其改善自噬的作用。