本文是一篇综述，作者为Kerstin Boengler、Chantal Eickelmann和Petra Kleinbongard，分别来自德国吉森大学（Justus-Liebig University）生理学研究所和埃森大学医学中心（University of Essen Medical School）西德心脏与血管中心病理生理学研究所。文章发表于International Journal of Molecular Sciences，2024年4月19日，doi为10.3390/ijms25084491。文章题为《Mitochondrial kinase signaling for cardioprotection》，系统梳理了心肌线粒体蛋白激酶在缺血/再灌注（ischemia/reperfusion, I/R）损伤及心肌保护中的作用。

文章首先指出线粒体功能紊乱与多种人类疾病相关，包括心血管疾病。心肌I/R损伤导致心肌细胞和非心肌细胞死亡，涉及坏死、凋亡、坏死性凋亡、焦亡和自噬等多种形式。及时再灌注是挽救缺血心肌的必要手段，但再灌注本身也会造成额外损伤。因此，发展减少心肌I/R损伤的策略具有重要临床意义。缺血调理（ischemic conditioning）是最强且最稳定的心肌保护干预，包括缺血预适应（ischemic preconditioning, IPC）、缺血后适应（ischemic postconditioning, IPostC）、远程缺血调理（remote ischemic conditioning, RIC）等，这些策略均通过激活信号级联最终作用于线粒体，维持线粒体功能，提高细胞存活率。

文章重点讨论了线粒体定位的蛋白激酶。基于Niemi和Pagliarini的研究，91%的线粒体蛋白至少有一个磷酸化位点，但仅约5%的位点有已发表研究。蛋白激酶不仅存在于胞质，也存在于线粒体内，调控线粒体功能。作者提出了选择线粒体激酶进行综述的三个标准：该激酶在心肌线粒体中有明确的定位；该激酶参与I/R损伤及保护相关信号通路；有数据表明该激酶的线粒体部分影响与I/R损伤相关的线粒体功能参数。

在NO/PKG通路相关的激酶中，文章讨论了蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）和蛋白激酶C（protein kinase C, PKC）。PKA通过其调节亚基和A激酶锚定蛋白（AKAP）被招募至线粒体外膜，也可定位于线粒体内膜和基质。PKA通过抑制线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore, mPTP）开放、减轻线粒体钙超载、调节呼吸链复合物I活性、磷酸化Drp1抑制线粒体分裂等机制参与IPC诱导的心肌保护。PKCε在心肌保护中发挥核心作用，其通过HSP90-TOM20/TOM70相互作用转位至线粒体，与JNK、p38 MAPK、ERK等激酶相互作用，抑制mPTP开放，调节呼吸链复合物IV活性，从而减轻I/R损伤。与之相反，PKCδ转位至线粒体后促进细胞色素c释放和凋亡，发挥损伤作用。因此，同时激活PKCε和抑制PKCδ被认为是更有效的心肌保护策略。然而，PKCδ抑制剂在临床试验中未能显示心肌保护效果，提示物种差异和转化困难。

在RISK通路相关的激酶中，文章讨论了糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β, GSK3β）、己糖激酶II（hexokinase II, HKII）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）。GSK3β在基础状态下活性较高，磷酸化Ser9位点使其失活。IPC、IPostC和RIC均可诱导GSK3β Ser9磷酸化，抑制mPTP开放，减少心肌梗死面积。GSK3β通过与VDAC2相互作用转位至线粒体，与腺嘌呤核苷酸转位酶（ANT）相互作用，影响mPTP开放。HKII主要定位于线粒体外膜，与VDAC相互作用。I/R损伤导致HKII从线粒体解离，而IPC可阻止这种解离，维持线粒体HKII水平，从而抑制mPTP开放、减少活性氧（reactive oxygen species, ROS）生成、抑制凋亡。HKII的线粒体结合受Akt和GSK3β的磷酸化调控。AMPK作为细胞能量感受器，在缺血时被激活，促进葡萄糖利用和糖酵解ATP生成。AMPK定位于线粒体外膜，通过磷酸化线粒体分裂因子MFF和AKAP等底物调节线粒体分裂、线粒体自噬和呼吸功能，从而参与心肌保护。然而，目前尚缺乏线粒体AMPK转位与心肌保护因果关系的直接证据。

在不属于经典RISK或NO/PKG通路的激酶中，文章讨论了c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）、Src家族酪氨酸激酶（Src-family protein tyrosine kinases, SFKs）、p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase, p38 MAPK）和PTEN诱导假定激酶1（PTEN-induced putative kinase 1, PINK1）。JNK在I/R中被激活，促进线粒体功能障碍和细胞死亡。JNK定位于线粒体外膜，与支架蛋白SAB结合，引发线粒体内信号级联，导致呼吸受损和ROS生成增加，形成p-JNK/SAB/ROS激活环路，最终诱导细胞死亡。抑制线粒体JNK可减少梗死面积。SFKs成员Src在IPC心肌保护中发挥重要作用，Src定位于线粒体内膜，与呼吸链复合物I相互作用，Src磷酸化可降低复合物I活性和ROS生成。p38 MAPK的α和β亚型在心肌保护中具有不同甚至相反的功能。p38 MAPKβ定位于线粒体，与锰超氧化物歧化酶（MnSOD）相互作用并磷酸化MnSOD，减少ROS生成，参与17β-雌二醇的心肌保护。PINK1是线粒体自噬的关键调控因子。在膜电位降低的线粒体中，PINK1转位至外膜，招募Parkin，启动线粒体自噬。PINK1缺失增加心肌I/R损伤易感性，过表达PINK1减少细胞死亡。然而，目前缺乏PINK1在IPC、RIC或IPostC心肌保护中直接激活的证据。

文章最后总结指出，IPC、RIC和IPostC等心肌保护策略通过激活信号转导通路，最终维持线粒体功能，包括呼吸、ROS生成、mPTP开放、线粒体动力学、离子稳态、凋亡和线粒体自噬等。这些信号通路包含部分定位于线粒体内的蛋白激酶。文章提供了这些线粒体蛋白激酶的定位、转位和蛋白质相互作用总表，并总结了它们对线粒体功能的影响。作者强调，尽管大量研究表明线粒体激酶参与心肌保护，但仍需进一步研究以明确线粒体特异性蛋白在心肌保护中的确切作用机制，并推动向临床应用的转化。

本文的学术价值在于系统梳理了心肌线粒体蛋白激酶在缺血/再灌注损伤及心肌保护中的作用，明确了线粒体作为心肌保护信号级联最终靶点的重要性。文章不仅总结了各激酶的线粒体定位、转位机制和相互作用蛋白，还讨论了它们在调节线粒体呼吸、ROS生成、mPTP开放、线粒体动力学和线粒体自噬等方面的具体功能。这为深入理解心肌保护分子机制提供了框架，也为开发靶向线粒体激酶的新型心肌保护药物提供了理论基础。此外，文章指出了现有研究的不足，如线粒体亚定位数据不一致、物种差异、临床转化困难等问题，为未来研究方向提供了参考。