现代生物学基础之线粒体功能

线粒体ROS、能量代谢与AS研究表明，促进AS疾病的条件因素如高血糖、吸烟，会增加线粒体活性氧（mitoROS）生成从而促进mtDNA氧化损伤。由于mtDNA靠近线粒体ROS的来源，又缺乏保护性的组蛋白，它容易积累氧化损伤。随着mtDNA损伤的增加，足够的mtDNA损伤可导致线粒体和细胞功能障碍。已证实mitoROS的生成增加、mtDNA损伤积累与线粒体（呼吸链）进行性功能障碍之间的关联性，及其在AS动物模型中的作用。增多的mitoROS使线粒体膜通透性转换孔开放，破坏线粒体膜电位，解偶联呼吸链，引发线粒体能量生成障碍。mtDNA损伤和线粒体能量代谢障碍，被认为在衰老和维持斑块完整性所必需的VSMCs能量下降中发挥着重要作用。VSMCs是血管壁和斑块的主要合成和结构成分。为了应对AS形成过程中的损伤，VSMCs将从收缩型向合成表型转化，并在斑块中缓慢增殖、完成更多的细胞分裂，这也引发了mtDNA损伤反应。VSMCs的增殖和修复需要线粒体提供更多的ATP，同时线粒体产生过量ROS和氧自由基，从而进一步导致mtDNA损伤、基因组不稳定和线粒体能量生成障碍。这些都会加速AS斑块的形成，并限制VSMCs的再生。杨关林教授团队之前的研究也证实在AS的模型中，mitoROS生成增多，线粒体能量代谢异常。

线粒体氧化应激、炎症反应与AS线粒体不仅产生ATP和ROS，而且在免疫反应中起着关键作用。线粒体被认为是促AS炎症信号的调节因子。在AS形成过程中，脂肪酸和甾醇晶体等代谢应激因子可聚集在线粒体上，并与mtDNA损伤结合刺激炎症反应。而氧化应激和细胞氧化还原失衡也会导致内皮功能障碍。由于一氧化氮的减少导致一氧化氮介导的细胞信号通路的缺失，从而在内皮依赖性血管扩张剂和内皮源性血管收缩剂（如血管紧张素Ⅱ）之间造成失衡。在这种情况下，内源性一氧化氮合酶有利于产生ROS，从而激活内皮细胞。内皮细胞的活化存在可逆性，活化的内皮细胞在炎症刺激停止后可能会回到静止状态。而未受抑制的内皮细胞活化可能导致内皮细胞凋亡。斑块巨噬细胞表现出介于M1和M2两个极端之间的表型范围，可发生功能表型的转换。经典的M1巨噬细胞是由炎症细胞因子包括TNF-α诱导的。M1巨噬细胞特点是表达广谱促炎细胞因子和趋化因子，这些巨噬细胞还释放高水平的ROS和一氧化氮（NO），进而诱导循环中的单核细胞和免疫炎症细胞在动脉病变部位聚集，从而促进炎症的发展，加速AS斑块形成。M2巨噬细胞由Th2细胞因子诱导，分泌大量抗炎IL-10，通过抑制炎症反应，产生抗AS作用。在AS斑块病变中，M2巨噬细胞明显减少，而M1巨噬细胞明显增加。

线粒体自噬、细胞凋亡与AS线粒体自噬对维持线粒体健康非常重要。通过线粒体自噬途径可及时清除受损线粒体，维持ROS在一个较低水平。线粒体自噬是一种特殊形式的自噬，溶酶体在自噬过程中隔离并降解功能失调的线粒体，并回收其成分以再次利用。通常线粒体自噬能降解受损的线粒体，但mtDNA可逃避降解并激发炎症反应；mtDNA也可被释放到循环中，导致全身炎症反应。线粒体自噬过程紊乱，功能失调的线粒体增多，产生大量ROS。ROS是自噬的上游调节器，ROS生成增多使mPTP开放，线粒体膜通透性下降，释放细胞色素C，激活胞浆内的Caspase-9，触发包括细胞凋亡在内的细胞死亡。因线粒体调控细胞凋亡/死亡，故破坏其结构或功能可促进细胞凋亡。内皮细胞凋亡，导致不可逆的内皮损伤、内皮细胞破碎并与内膜分离或内皮细胞功能障碍，造成AS发生及血管内皮细胞通透性增加，容易引发脂质沉积，促使AS的发生和发展。而线粒体呼吸链功能障碍与血小板来源的VSMCs样本中线粒体自噬增多有关。平滑肌细胞的过度死亡导致胶原合成减少，纤维帽变薄，斑块不稳定，病变血栓形成和急性临床事件。巨噬细胞凋亡和氧化应激增加会导致斑块面积增加和坏死，加速AS进展。氧化应激加上有缺陷的自噬可能在调节AS斑块发展中发挥根本作用。

有研究发现cAMP/PKA-Gp通路是细胞能量代谢的主要通路，并从正常大鼠、脾气虚大鼠、鱼藤酮损伤大鼠的下丘脑组织中发现脾虚大鼠和鱼藤酮损伤大鼠的cAMP的活性降低，蛋白激酶A（PKA）、糖原磷酸化酶（Gp）、磷酸化酶激酶（PHK）、mRNA以及蛋白表达均降低。在给予健脾药物之后，脾气虚大鼠和鱼藤酮损伤大鼠的cAMP活性增加，PAK、Gp、PHK、mRNA以及蛋白质的表达均较之前增多。鱼藤酮是抑制线粒体发生氧化还原反应的物质之一，因此，脾气虚大鼠与线粒体功能障碍可能都与cAMP/PKA-Gp通路有关，影响能量的代谢，进而发展成为AS。