活性氧介导氧化应激在心血管应激及_省略_中对心肌线粒体和自噬作用的新进展_原阳

文章编号：１０００－６７７Ｘ（２０１５）０５－００７１－０７ＤＯＩ：１０．１６４６９／ｊ．ｃｓｓ．２０１５０５０１０　　体育科学２０１５年（第３５卷）第５期ＣＨＩＮＡ　ＳＰＯＲＴ　ＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ．３５，Ｎｏ．５，７１－７７，２０１５．活性氧介导氧化应激在心血管应激及运动中对心肌线粒体和自噬作用的新进展Ｌａｔｅｓｔ　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｓｐｅｃｉｅｓ－Ｍｅｄｉａｔｅｄ　ＯｘｉｄａｔｉｖｅＳｔｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ　Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ　ａｎｄＡｕｔｏｐｈａｇｙ　ｉｎ　Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ　Ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　Ｅｘｅｒｃｉｓｅ原　阳，潘珊珊ＹＵＡＮ　Ｙａｎｇ，ＰＡＮ　Ｓｈａｎ－ｓｈａｎ摘　要：采用文献综述法，在活性氧介导氧化应激的基础上，对氧化应激与心血管应激以及氧化应激与运动的研究现状进行了总结，对活性氧介导的心脏氧化应激损伤和保护机制的热点研究进行了梳理和分析，探讨了活性氧介导氧化应激在心脏损伤和保护之间的关系，以及应激中影响活性氧平衡的因素，表明线粒体自噬为运动与心脏保护机制的研究提供了新思路。

关键词：活性氧；氧化应激；心血管应激；运动；线粒体；自噬；心脏保护Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｖｉｅｗ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ　ａｎｄ　ｅｘｅｒｃｉｓｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ－ｍｅｄｉａｔｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｓｔｒｅｓｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｓｐｅｃｉｅｓ－ｍｅｄｉａ－ｔｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄａｍａｇｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｉｎ　ｃａｒｄｉａｃ，ａｎｄ　ｐｒｏｂｅｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ－ｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃａｒｄｉａｃ　ｄａｍａｇｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｓｐｅｃｉｅｓ－ｍｅｄｉａｔｅｄ　ｏｘｉｄａ－ｔｉｖｅ　ｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｆｆｅｃｔ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｓｐｅｃｉｅｓ’ｂａｌａｎｃｅ　ｉｎ　ｓｔｒｅｓｓ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔ　ｍｉｔｏｐｈａｇｙ　ｓｈｅｄｓ　ａ　ｎｅｗ　ｌｉｇｈｔ　ｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｆ　ｃａｒｄｉｏｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｎ　ｅｘｅｒｃｉｓｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｓｐｅｃｉｅｓ；ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｓｔｒｅｓｓ；ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ　ｓｔｒｅｓｓ；ｅｘｅｒｃｉｓｅ；ｍｉｔｏｃｈｏｎ－ｄｒｉａ；ａｕｔｏｐｈａｇｙ；ｃａｒｄｉｏｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ中图分类号：Ｇ８０４．７ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１４－１０－２１；　修订日期：２０１５－０４－０４基金项目：国家自然科学基金资助项目（３１４７１１３６）。

作者简介：原阳（１９８９－），男，山东青州人，在读博士研究生，主要研究方向为运动与心血管形态和机能，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕａｎｙａｎｇｏ－ｆｆｉｃｉａｌ＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ；潘珊珊（１９５７－），女，江苏常州人，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动与心血管形态和机能，Ｔｅｌ：（０２１）５１２５３２５２，Ｅ－ｍａｉｌ：ｐａｎｓｈａｎｓ－ｈａｎ２０１３＠１６３．ｃｏｍ。

作者单位：上海体育学院运动科学学院，上海２００４３８Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｐｏｒｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００４３８，Ｃｈｉｎａ． 氧化应激反映了机体过氧化和抗氧化的失衡状态，一方面，是活性氧主导的机体系统性表现，另一方面，涉及生物体对过氧化反应中间产物的解毒和氧化应激损伤的修复。

近年研究发现，在心血管应激（心肌缺血、缺血再灌注损伤、缺血预适应）运动中，心脏氧化应激现象普遍存在，绝对和相对缺血缺氧引起心脏供氧、供能下降，是造成氧化应激的最初因素。

心肌缺血、缺血再灌注与过量运动引起的氧化应激造成心脏炎性反应、梗死面积增加和心功能下降，但缺血预适应与适度运动引起的氧化应激可以促进心脏适应性［４６，５１］，为心脏保护机制研究提供了新思路。

线粒体是进行氧化磷酸化的场所，在心肌细胞中数量多且发达，合成心脏活动所需大部分ＡＴＰ。

线粒体功能完整对于心脏维持正常生理功能至关重要。

线粒体损伤一部分源于线粒体膜的改变，缺血缺氧诱导的细胞氧化应激和钙超载机制造成线粒体膜过氧化和渗透性增强。

线粒体损伤后，ＡＴＰ合成受到影响，破坏ＡＴＰ依赖的钙稳态调节，进一步加剧细胞损伤。

而线粒体自噬可对受损线粒体及时清除，抑制氧化应激加剧［５６］。

在心脏氧化应激机制研究中发现，线粒体既是氧化应激的重要来源，又是氧化应激的靶向细胞器。

线粒体氧化应激涉及活性氧生成数量和清除能力的变化，以及受损线粒体清除能力的变化。

最近研究表明，氧化应激不仅直接造成线粒体本身出现结构、功能变化的氧化应激反应，也通过线粒体的改变影响细胞自噬、线粒体自噬，从而共同作用于细胞和线粒体的损伤或保护。

本研究就近些年有关活性氧介导的心脏氧化应激损伤和保护机制的热点研究进行梳理和分析，通过总结氧化应激与心血管应激、氧化应激与运动的研究进展，探讨１７活性氧介导氧化应激在心脏损伤和保护之间的关系，为心脏保护的研究提供新的理论依据和参考。

１　心脏活性氧介导氧化应激概述１．１　氧化应激与活性氧平衡内源性活性氧族（ＲＯＳ）以羟自由基（·ＯＨ）、超氧阴离子（Ｏ－２·）和过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）等形式存在，是造成氧化应激的直接引物，约９０％来源于线粒体内膜呼吸链。

研究表明，１％～３％的氧在正常状态线粒体氧化磷酸化过程中生成了ＲＯＳ［４９］。

内源性ＲＯＳ过高与超量运动或缺血中氧化应激造成呼吸链电子漏升高，以及ＡＴＰ消耗引起的黄嘌呤机制和半醌机制等有关。

其过量堆积会造成膜脂质过氧化反应，引起细胞膜、线粒体膜、内质网膜等结构破坏。

应激状态下，异常胞内离子浓度改变线粒体膜电位（ΔΨｍ），诱导线粒体渗透性转换孔道（ｍＰＴＰ）开放，内、外膜渗透性增强，引起线粒体内、外膜间细胞色素Ｃ（Ｃｙｔ－ｃ）释放入胞浆造成电子漏，加剧ＲＯＳ生成。

ＲＯＳ作为触发物时，细胞内可激活下游Ａｋｔ、ＭＡＰＫ、ＡＭＰＫ、ＰＫＣ等蛋白激酶，在线粒体上也能激活ＰＫＣε、ｐ３８ＭＡＰＫ、ＪＡＫ／ＳＴＡＴ等蛋白表达，因此，ＲＯＳ对诱导心脏信号传导有积极意义。

较小的ＲＯＳ增多可能会增加氧化应激的缓冲能力，促进基因表达和蛋白质合成，从而扮演中介物角色，使心脏具有适应性以促进心肌保护［５５］。

抗氧化酶在氧化应激的缓冲中扮演关键角色，ＲＯＳ清除的“第一条防线”是超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）。

线粒体ＲＯＳ清除主要依靠线粒体基质中的ＭｎＳＯＤ。

抗氧化酶除了抑制氧化应激，还能促进ＤＮＡ修复和阻滞心肌肥大［１３］。

１．２　氧化应激与线粒体渗透性线粒体膜以双层膜构成，正常状态内、外层膜对分子的渗透性不同。

外膜存在Ｂｃｌ－２家族形成的孔道，直径小于２２Ａ的分子可自由进出。

但内膜ｍＰＴＰ仅对不带电荷的小分子有渗透作用。

ｍＰＴＰ是由多个亚基构成跨越线粒体内、外膜的电压门控离子通道，调节线粒体内膜渗透性。

急性损伤中，大量产生的ＲＯＳ以及胞内Ｃａ２＋浓度升高，造成线粒体膜内、外离子浓度差平衡被破坏，引起ΔΨｍ升高，是ｍＰＴＰ打开并延长开放的主要原因［４６］。

ｍＰＴＰ异常开放造成线粒体膜通透性增强，大量物质顺应浓度差、电位差涌入或涌出，使线粒体膜去极化，线粒体肿胀或裂解，造成线粒体损伤，心脏对于应激耐受性下降［５２］。

ＡＴＰ合成减少进一步加剧ＲＯＳ生成增多的氧化应激导致恶性循环［１５］。

线粒体外膜存在Ｂｃｌ－２家族介导的渗透性调节。

Ｂｃｌ－２家族中Ｂａｘ和Ｂａｋ，是线粒体外膜的成孔蛋白，外膜孔道导致Ｃｙｔ－ｃ释放入胞浆造成电子漏和激活凋亡信号。

Ｂａｘ也可与ｍＰＴＰ外膜亚基的电压门控阴离子通道（ＶＤＡＣ）结合扩大外膜孔道，加剧损伤［１］。

Ｂａｘ／Ｂａｋ造孔机制的形成依赖唯ＢＨ－３域（ＢＨ－３ｏｎｌｙ　ｄｏｍａｉｎ）同源蛋白的诱导，包括心脏线粒体外膜表达的Ｂｎｉｐ３和Ｎｉｘ。

ＢＨ－３域蛋白异源的抗凋亡蛋白Ｂｃｌ－２和Ｂｃｌ－ｘ１对ＢＨ－３域同源蛋白存在抑制，阻滞了Ｂａｘ／Ｂａｋ造孔。

１．３　氧化应激与细胞自噬细胞自噬（ａｕｔｏｐｈａｇｙ）是对细胞内物质的循环再利用，修复性适度自噬是细胞生长、发育与稳态中的常规步骤，帮助细胞产物在合成、降解以及接下来的循环中保持平衡状态，而过度自噬参与了细胞凋亡。

在自噬的几种类型中，大自噬（ｍａｃｒｏａｕｔｏｐｈａｇｙ）与氧化应激联系紧密，基本过程如：１）自噬相关物质在ＰＡＳ结合位点的募集；２）自噬双层膜的形成和延伸对需降解物进行包含形成自噬体；３）自噬体向溶酶体移动，并与之融合形成自噬溶酶体，通过溶酶体酶（ｃａｔｈｅｐｓｉｎ）对包含物酶解。

自噬相关蛋白（ａｔｇ）是完成自噬过程主要功能蛋白。

Ｂｅｃｌｉｎ１是ａｔｇ６哺乳动物同系物，可起始自噬。

ａｔｇ１４Ｌ与Ｂｅｃｌｉｎ１＋ｖｐｓ３４复合物结合形成三聚体，调控３－磷脂酰磷酸肌醇（ＰＩ３Ｐ）和ａｔｇ蛋白向ＰＡＳ募集，促进自噬体形成。

Ｂｅｃｌｉｎ１是Ｂｃｌ－２家族的ＢＨ－３域同源体，因此，常被用于衡量自噬的损伤性质。

与Ｂｃｌ－２结合时，阻止了Ｂｅｃｌｉｎ１＋ｖｐｓ３４复合物形成，抑制了自噬性细胞死亡。

ＲＯＳ可激活核转录因子ＮＦ－κＢ［５７］。

ＮＦ－κＢ诱导Ｂｅｃｌｉｎ１和Ｂｎｉｐ３上调，Ｂｎｉｐ３升高抑制了Ｂｅｃｌｉｎ１和Ｂｃｌ－２的结合，促进自噬。

自噬体膜形成依靠ａｔｇ８和ａｔｇ１２在泛素激活Ｅ１样酶ａｔｇ７催化下，诱导泛素结合蛋白与Ｅ２酶结合，在Ｅ３酶催化下对其进行泛素化修饰。

ａｔｇ８哺乳动物同系物微管相关蛋白轻链３（ＬＣ３）泛素化修饰的ＬＣ３Ｉ／ＩＩ参与膜延展。

ＬＣ３蛋白的共价键Ｃ－末端，Ｐ６２修饰后连接ＰＥ形成ＬＣ３ＩＩ，移动并附着于自噬体内、外膜。

ａｔｇ４参与ＬＣ３泛素化修饰暴露Ｃ－末端形成ＬＣ３Ｉ，也可将ＬＣ３从自噬膜解离进入新的自噬过程。

ａｔｇ４可能是氧化应激调控自噬的关键因素。

研究表明，ＲＯＳ可使ａｔｇ４失活引起ＬＣ３ＩＩ堆积，导致自噬体增多［３２］。