第五节 自噬与缺血-再灌注损伤
缺血为由于败血症、急性冠状动脉综合征、器官移植和肢体损伤等导致组织灌注不足引起的组织低灌注。动脉粥样硬化和急性心肌梗死等促进组织缺血并导致缺氧和低灌注。缺血-再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）是指器官或组织的血液供应中断（缺血），然后恢复灌注或再氧合（再灌注）。最近的研究证明，再灌注有可能诱导缺血组织的损伤及细胞的死亡，这种现象称为I/R损伤。I/R损伤包括缺血性损伤和再灌注损伤。缺血性损伤最初可能导致缺氧和营养不良；在长时间缺血后，细胞的代谢产物堆积并引起代谢性酸中毒，当重新供血时，局部炎症和活性氧增加，导致继发性损伤。严重的I/R损伤将导致心肌冬眠、急性心力衰竭、脑功能障碍、胃肠功能障碍、全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征。
I/R损伤是心肌梗死、缺血性卒中、肾损伤和肠缺血发病和死亡的主要原因。研究表明，I/R期间心脏巨自噬上调。研究表明，短暂暴露于缺氧（20min）并未激活巨自噬；然而，复氧30min自噬泡数量增加；将缺氧时间延长至40min则自噬体的数量增加，再灌注30min后自噬泡数量进一步增加，敲除心肌细胞Beclin 1抑制I/R诱导的自噬。对新生儿心肌细胞I/R的证实，I/R期间再灌注导致Beclin 1水平增加和溶酶体相关膜蛋白2减少，伴随着ROS产生增加，表明再灌注导致自噬流受损，伴随着氧化应激和细胞死亡增加。进一步的研究发现，氧化应激在小鼠心脏I/R期间诱导巨自噬。H2O2处理的心肌细胞自噬体-溶酶体融合增加，表明氧化应激诱导心肌细胞中自噬体降解。抗氧化剂N-2-巯基丙酰甘氨酸（MPG）完全逆转了H2O2诱导的变化，减少因I/R损伤导致的梗死。
在心肌梗死后左心室重塑期间，免疫荧光标记显示巨自噬标志物LC3-Ⅱ和P62水平升高，电子显微镜显示存活心肌中自噬体数量高于梗死区域，提示在心肌梗死后心脏重塑过程中，巨自噬上调，拮抗缺血的不利作用。慢性缺血性心肌细胞由于血流减少而收缩功能受损，可通过再灌注部分或完全恢复。在长期缺血区域，溶酶体蛋白水平、组织蛋白酶B和D的活性及LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ值增加。心脏特异性缺失Atg7的小鼠I/R治疗后心肌细胞LC3-Ⅱ降低和P62累积增加，同时伴有心肌肥厚、收缩功能障碍、严重的心脏纤维化及负性细胞骨架组织调节因子CLP36的增加，提示自噬障碍与心功能不全密切相关。研究证实，纳米粒子包裹的天然化合物visnagin通过诱导自噬抑制I/R损伤后的细胞凋亡，减少急性心肌梗死的面积，改善心功能不全。
灌注过程中心肌细胞线粒体通透性发生转变，导致不可逆的氧化磷酸化去偶联，ATP形成不足，能量衰竭，线粒体钙超载和过量的ROS超过了自噬清除能力，最终导致心肌细胞死亡。线粒体自噬通过维持线粒体稳态，以满足代谢或发育需求，对于心脏稳态至关重要。线粒体自噬与BNIP3、FUNDC1、Parkin、PINK 1及mitofusin 2（MFN2）等分子密切相关。有研究表明miRNA对心肌细胞线粒体自噬也有重要的调节作用。miR-410通过与高迁移率族蛋白1的3′非翻译区直接相互作用调节热休克蛋白B1活性，从而抑制心肌I/R损伤的过度线粒体自噬。
有研究表明，与野生型糖尿病小鼠相比，Beclin 1加重糖尿病性心脏损伤，表明减少巨自噬可改善糖尿病引起的心脏功能障碍。另一项研究显示，心脏Beclin 1缺失可减少心脏中血流动力学应激诱导的巨自噬，降低病理性重塑。相反，过表达Beclin 1小鼠受压力超负荷应激的心脏自噬增加。在I/R之后，与野生型小鼠相比，Beclin 1+/-小鼠及Beclin 1-/-小鼠自噬减少，心脏损伤明显减少。
近年来的研究发现，miRNA对I/R过程中的心肌细胞自噬起着重要的调节作用。miR-34a可通过调节TNF-α抑制I/R心脏中的自噬性细胞死亡，从而减少心肌损伤。miR-145模拟物靶向成纤维细胞生长因子受体底物2（FRS2）mRNA，促进心肌细胞自噬，减轻I/R兔子的心肌梗死面积、改善心脏功能。miR-223在冠状动脉结扎的大鼠心脏中上调，通过靶向多聚（ADP-核糖）聚合酶1（PARP-1）/Akt/mTOR途径保护心肌细胞免于过度自噬。
总体而言，目前对于I/R期间的自噬激活是心脏的保护性应答还是促心脏损伤仍存在争议。如催化醛氧化的线粒体醛脱氢酶2（aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2）可以通过激活AMPK和下调mTOR来促进局部缺血期间的自噬过程，从而产生心脏保护作用。但在再灌注过程中，ALDH2可通过激活Akt和mTOR来抑制自噬过程，抑制缺氧和复氧中的心肌细胞死亡。但比较公认的是维持基础水平自噬，减少I/R损伤过程中的过度巨自噬在临床上可能有益于治疗I/R引起的心力衰竭。深入了解自噬的分子机制及其在I/R中的作用可为I/R的有效防治提供新的思路和策略。