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本文是一篇关于自噬在缺血再灌注（I/R）损伤中作用的综述。自噬是细胞内重要的分解代谢机制，在 I/R 损伤中具有双面性。文中阐述了自噬的基本机制，探讨其在不同器官 I/R 损伤中的保护和有害作用，并分析相关调控机制，为临床治疗提供了新思路。
自噬在缺血再灌注损伤中的双重作用研究
在生命科学领域，缺血再灌注（I/R）损伤是一个备受关注的研究热点。当组织器官因血液供应不足（缺血）而受损后，恢复血流（再灌注）时，却可能导致更严重的损伤，这就是 I/R 损伤。它常见于心脏手术、中风等情况，严重影响患者的预后。自噬作为细胞内一种重要的代谢机制，在 I/R 损伤中扮演着复杂的角色，如同双刃剑，既可能保护细胞，也可能加剧损伤。
自噬的基本机制
自噬是细胞内高度复杂且精细调控的自我降解机制，对于维持细胞内环境稳定至关重要。它主要包括巨自噬、伴侣介导的自噬（CMA）和微自噬三种形式。巨自噬最为常见，其过程包括多个关键阶段。首先，在一些关键蛋白的调控下形成吞噬泡，吞噬泡逐渐扩展形成自噬体，自噬体再与溶酶体融合，最终降解其中包裹的物质。
这一过程涉及众多关键蛋白和信号通路。例如，腺苷单磷酸（AMP）激活的蛋白激酶（AMPK）作为细胞能量传感器，当细胞内能量水平下降，AMP / 腺苷三磷酸（ATP）比值升高时，AMPK 被激活。激活的 AMPK 抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 1（mTORC1），mTORC1 是细胞生长和增殖的主要调节因子，其被抑制后，解除了对 Unc-51 样自噬激活激酶 1（ULK1）复合物的抑制，从而促进自噬泡的形成。
ULK1 复合物随后转移到内质网，在内质网中，磷脂酰肌醇 3 - 激酶 III（PI3K III，也称为液泡蛋白分选 34，Vps34）发挥关键作用。Vps34 通过产生磷脂酰肌醇 3 - 磷酸（PI3P），招募自噬相关蛋白，如 Beclin - 1、WIPI2 和 DFCP1ULK1 等，促进自噬体的形成。Beclin - 1 与 Vps34 形成的复合物可促使自噬泡扩张，这一过程还涉及 B 细胞淋巴瘤 2（BCL - 2）和 BCL - 2 相互作用的细胞死亡介质（BIM）的磷酸化等一系列分子事件。
自噬相关基因（ATGs）编码的蛋白在自噬过程中也发挥着不可或缺的作用。例如，ATG5 - ATG12 通过类似泛素的共价结合机制促进自噬，增强 ATG8 / 微管相关蛋白 1 轻链 3（LC3）的结合，推动自噬体的扩张和闭合。LC3 从胞质形式（LC3 - I）转变为膜结合形式（LC3 - II），是自噬体形成和成熟的关键步骤。
线粒体自噬是自噬的一种特殊形式，专门负责清除受损的线粒体。线粒体作为细胞的能量工厂，在细胞生理活动中具有重要地位，但它对缺氧等细胞应激因素非常敏感。当线粒体受损时，细胞会启动一系列机制来维持线粒体的质量控制，线粒体自噬就是其中关键的一环。目前已知线粒体自噬主要有 PINK1 - Parkin 介导和 PINK1 - Parkin 非依赖两条途径。在 PINK1 - Parkin 介导的途径中，PINK1 作为线粒体损伤的传感器，Parkin 作为信号放大器，泛素化链则作为信号传递的关键效应器，标记受损线粒体，使其被自噬体识别并降解。此外，还有一些自噬受体，如 sequestosome 1（P62/SQSTM1）、neighbor of BRCA1 gene 1（NBR1）等，它们通过识别线粒体表面的泛素链，并与 LC3B 结合，在线粒体自噬中发挥重要作用。
自噬在 I/R 损伤中的保护作用
在 I/R 损伤过程中，自噬在缺血阶段和再灌注阶段都发挥着一定的保护作用。在缺血阶段，自噬如同细胞内的 “清洁卫士”，通过清除功能失调的细胞器和错误折叠的蛋白质，防止这些物质积累对细胞造成损害，维持细胞的正常功能。例如，在肿瘤发生的早期阶段，自噬通过调节氧化应激和清除异常细胞，有助于维持基因组的稳定性，抑制组织损伤和炎症，发挥抗肿瘤的作用。
在再灌注阶段，自噬同样至关重要。随着氧气和营养物质的重新供应，细胞需要重新调整代谢状态。自噬通过将细胞内的成分回收利用，为细胞提供能量和物质，支持 ATP 的产生，促进细胞的恢复。临床研究发现，在急性缺血性中风（AIS）患者中，在特定时间窗内进行血管内再灌注治疗，如静脉溶栓或机械取栓，是相对安全且有效的治疗方法。在这个过程中，自噬的激活有助于清除受损的线粒体和有毒蛋白质，减轻神经元的损伤，保护神经元的功能。
线粒体损伤与血流恢复之间的关系是 I/R 损伤的关键病理生理机制之一。受损的线粒体及其产生的活性氧（ROS）会触发细胞内的自噬过程。线粒体自噬通过清除受损线粒体，防止线粒体 DNA 突变的积累，调节细胞代谢，对维持细胞的内环境稳定起着关键作用。研究表明，在缺血性中风患者中，靶向线粒体自噬相关途径的治疗可能具有潜在的治疗益处，一些线粒体自噬的调节因子在临床应用中显示出了改善患者预后的潜力。
自噬在 I/R 损伤中的有害作用
尽管自噬通常被认为是一种细胞的自我保护机制，但在某些情况下，它也可能对细胞造成损害。自噬的激活过程受到多种环境因素的复杂调控，当细胞内环境稳态失衡超过一定限度时，自噬可能会过度激活，导致细胞死亡。
在缺血性中风的治疗中，虽然再灌注策略对于恢复血流、改善患者预后至关重要，但也可能引发再灌注损伤。再灌注损伤会导致线粒体 DNA 损伤、细胞质和线粒体中的钙稳态失衡等问题。此时，过度激活的自噬可能会加剧细胞损伤。例如，当自噬过度激活，而溶酶体的降解能力不足时，会导致自噬体的积累，破坏细胞内环境，损伤细胞器，最终导致细胞死亡。这种现象被称为自噬依赖性细胞死亡（ADCD）或自噬介导的细胞死亡（AMCD）。
自噬还与其他细胞死亡过程密切相关。不同形式的细胞死亡，如自噬、坏死、焦亡、凋亡和铁死亡等，它们之间存在复杂的相互作用。在某些情况下，自噬可能会促进其他细胞死亡过程的发生。例如，在心脏组织中，Mammalian sterile 20 - like kinase 1（Mst1）通过激活 Kelch - like ECH - associated protein 1（Keap1）/ 核因子红细胞 2 相关因子（Nrf2）轴，抑制 ROS 的产生，对心脏 I/R 损伤起到保护作用。然而，吸烟等因素会通过多种机制加剧自噬，导致细胞老化和组织损伤，因为吸烟产生的自由基和 ROS 会损害细胞的脂质、蛋白质和 DNA，诱导线粒体损伤和炎症，进而影响自噬的正常功能。
自噬的双重作用机制
自噬在 I/R 损伤中的双重作用受到多种分子机制的调控。自噬相关基因（ATGs）的表达和功能受到遗传和表观遗传机制的调控，这些调控机制影响自噬反应的强度和持续时间，从而决定自噬是发挥保护作用还是有害作用。
自噬的激活程度与空间和时间动态密切相关。例如，硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）/ 发育和 DNA 损伤响应调节蛋白 1（Redd1）复合物在心肌 I/R 过程中可促进自噬体的形成，增强自噬的激活。然而，TXNIP 通过升高 ROS 水平抑制自噬体的清除，但它诱导的自噬体形成并不依赖于 ROS。最终，TXNIP 与 Redd1 直接相互作用并稳定 Redd1，抑制 mTOR，激活自噬，这表明 TXNIP/Redd1 表达的增加可能是一种新的信号通路，在再灌注期间通过促进过度自噬加剧 I/R 损伤。
蛋白质的翻译后修饰（PTMs）在自噬调节中起着关键作用。泛素化作为一种常见且可逆的 PTM，通过两种主要机制影响生物分子的组装。一方面，它修饰蛋白质成分的分子结构，改变生物分子组装的物理化学性质；另一方面，它通过与含有泛素结合域（UBDs）或泛素相关域（UBAs）的分子网络中的结合伙伴相互作用，促进价态的形成。在神经退行性疾病中，如肌萎缩侧索硬化症（ALS），泛素的积累可能与自噬活性的破坏和应激颗粒的稳态失衡有关。因此，靶向泛素化的生物分子聚集体可能为治疗这些疾病提供新的策略。
Beclin - 1 是自噬过程中的关键蛋白，它参与多种生物学过程，与 PI3KC3/Vps34 脂质激酶相互作用，调节自噬的启动和细胞内膜的运输。Beclin - 1 与其他蛋白的相互作用可以增强或抑制自噬，这取决于细胞的具体环境和激活的信号通路。在肠道疾病中，Beclin - 1 的表达水平常常下调，导致自噬活性降低。而在心肌 I/R 损伤中，缺血阶段自噬通过 AMPK 依赖的途径激活，而缺血 / 再灌注本身则通过依赖 Beclin - 1 但不依赖 AMPK 的机制诱导自噬。
自噬在 I/R 损伤中的调节
鉴于自噬在 I/R 损伤中的重要作用，调节自噬成为治疗 I/R 损伤的一种有前景的策略。自噬的调节机制非常复杂，涉及多种分子和信号通路。主要的分子调节因子包括 mTORC1、AMPK、p53 和内质网应激（ERS）等。
在心肌缺血 - 再灌注损伤（MIRI）中，mTOR 和 Beclin - 1 在不同阶段发挥关键作用。缺血阶段，mTOR 通过 AMPK/mTOR 和 PI3K/AKT/mTOR 信号通路进行调节；再灌注阶段，Beclin - 1 的表达上调。调节自噬可以通过多种策略实现，包括药物干预、基因修饰和环境因素的改变。
在药物干预方面，一些药物已被证明可以调节自噬并在临床治疗中取得积极效果。例如，丝氨酸 / 苏氨酸激酶抑制剂、钙通道抑制剂和高选择性钠 - 葡萄糖协同转运蛋白 2（SGLT2）抑制剂等与自噬的自我调节有关。雷帕霉素是 mTOR 通路的强效特异性抑制剂，在 I/R 损伤的临床前模型中显示出增强自噬和治疗的潜力。Empagliflozin 通过激活 AMPKα1/ULK1/FUNDC1 / 线粒体自噬通路，减轻心脏微血管 I/R 损伤。
基因修饰虽然可以精确控制自噬过程，但在临床应用中仍存在限制。例如，通过环状 RNA（circ - FoxO3）抑制 mTORC1 以增强自噬，或敲除或过表达 ATG 基因等方法，目前还难以广泛应用于临床。在分子水平上，非编码 RNA（ncRNAs），如 microRNAs（miRNAs）与自噬之间存在密切的相互作用。在神经退行性疾病中，miRNAs 调节自噬相关基因和信号通路，异常的 miRNA 表达会导致自噬功能障碍，加剧疾病的进展。因此，靶向特定的 miRNAs 可能为调节自噬水平、缓解神经退行性疾病症状提供新的治疗方法。
环境因素也在自噬活性的调节中起着重要作用。例如，低剂量的硫化氢（H2S）可以减轻脑缺血 - 再灌注损伤（CIRI）中的神经元损伤。此外，细胞内的泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）和自噬是两种主要的细胞降解途径，它们之间存在相互补偿和调节的关系。在不同的细胞环境和应激条件下，细胞会精确调节自噬的诱导，以维持细胞的正常功能。
自噬对器官损伤和全身的影响
自噬在 I/R 损伤中对不同器官和全身都有着重要的影响。在心血管疾病方面，心血管疾病是全球公共健康的重大挑战，I/R 损伤在心血管疾病的发生发展中起着关键作用。在心肌梗死等疾病中，缺血导致心肌组织急性损失，引发氧化应激、代谢和离子紊乱，最终导致细胞死亡。尽管再灌注可以恢复血流，但心脏的再生能力有限，难以完全修复受损组织。自噬在心脏功能中的作用较为复杂，在肥胖和高脂饮食诱导的心脏功能障碍中，自噬通过调节心脏代谢，保护心脏免受 I/R 损伤；然而，在心肌 I/R 损伤中，过度激活的自噬可能会导致细胞死亡，加剧心肌损伤。因此，调节自噬在心血管疾病治疗中具有重要意义。
在神经系统疾病中，脑缺血损伤是导致全球发病率和死亡率升高的重要原因之一，可引发多种中枢神经系统疾病，如 AIS 和慢性缺血性阿尔茨海默病（AD）。在脑缺血 / 再灌注过程中，ATP 水平下降激活 AMPK，抑制 mTORC1，从而启动自噬。在再灌注初期，自噬通过降解受损细胞器和错误折叠的蛋白质，发挥细胞保护作用；但在后期，过度激活的自噬可能会导致神经元功能受损，引起神经功能障碍。因此，精确调节自噬活性对于减轻脑 I/R 损伤具有重要意义。
在肝脏疾病中，肝缺血 - 再灌注损伤（HIRI）是肝切除术和肝移植术后的严重并发症，影响患者的预后。自噬在 HIRI 中起着双重作用，适度的自噬有助于维持肝脏细胞的能量代谢平衡，清除受损细胞器和蛋白质，减轻氧化应激和炎症反应，对肝脏起到保护作用；然而，过度的自噬可能会导致正常细胞器和蛋白质的过度降解，损害细胞功能，加重肝脏损伤。目前，关于自噬在 HIRI 中的作用机制仍在研究中，调节自噬可能为治疗 HIRI 提供新的策略。
在肾脏疾病中，自噬对于维持肾脏的正常生理功能至关重要，尤其是对于维持足细胞的形态和功能。在急性肾损伤（AKI）和慢性肾病（CKD）中，自噬的作用也具有两面性。在 AKI 中，自噬可以通过清除受损线粒体，减轻氧化应激，对肾小管细胞起到保护作用；但过度激活的自噬可能会导致细胞凋亡，加重肾脏损伤。在 CKD 中，自噬的激活可以延缓疾病的进展，但当自噬功能失调时，会加剧肾脏损伤。因此，调节自噬在肾脏疾病的治疗中具有重要的潜在价值。
自噬还对免疫系统的炎症反应产生重要影响。自噬可以通过降解促炎细胞因子和调节抗原呈递，减轻炎症反应；但自噬失衡可能会导致炎症反应加剧，引发多器官功能障碍综合征。在炎症性肠病（IBD）、系统性红斑狼疮（SLE）和关节炎等疾病中，自噬的异常与炎症反应的加剧密切相关。因此，研究自噬与巨噬细胞功能之间的相互作用，对于揭示炎症反应的机制和开发新的治疗策略具有重要意义。
结论
自噬在缺血再灌注损伤中具有双重作用，既是保护细胞的重要机制，又可能在某些情况下加剧组织损伤，这为治疗策略的制定带来了挑战和机遇。在缺血阶段，自噬能够清除功能失调的细胞器和错误折叠的蛋白质，维持细胞的完整性，为再灌注后的恢复提供基础；而在再灌注阶段，过度激活的自噬可能会导致细胞死亡和组织损伤加重。因此，深入理解自噬在 I/R 损伤中的保护和有害作用的阈值，对于临床治疗具有重要意义。
在未来的治疗中，精确调节自噬活性是关键。通过靶向特定的分子靶点，如 AMPK/mTOR 通路和 PINK1/Parkin 通路，可以有效地调节自噬，发挥其保护作用，减少有害影响。例如，在器官移植和慢性疾病管理中，调节自噬可能会改善治疗效果。此外，进一步研究自噬与其他细胞死亡途径之间的相互作用，将有助于开发更有效、更个性化的治疗策略。随着对自噬调节机制的深入研究，基于自噬的治疗方法有望为涉及 I/R 损伤的疾病治疗带来新的突破，改善患者的预后。
