MitoKATP通道對(duì)重癥急性胰腺炎心肌的保護(hù)機(jī)制

田 影，尤勝義

綜述

MitoKATP通道對(duì)重癥急性胰腺炎心肌的保護(hù)機(jī)制

田 影，尤勝義

重癥急性胰腺炎；MitoKATP通道；心肌保護(hù)

重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis，SAP)是一種病情兇險(xiǎn)、并發(fā)癥多的急腹癥，常并發(fā)胰外臟器損害，包括心血管失代償、急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)、消化道出血、急性腎功能衰竭、胰性腦病，甚至多臟器功能障礙綜合癥(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)。SAP時(shí)的心肌損傷、心功能失代償，是導(dǎo)致死亡率最高的并發(fā)癥。近年的研究表明，線粒體是心肌細(xì)胞內(nèi)完成心肌保護(hù)的重要細(xì)胞器[1-2]。因此，從某種程度上說(shuō)，保護(hù)好心肌缺血中細(xì)胞線粒體的功能，就保存了心肌細(xì)胞的功能。而線粒體上的ATP敏感性鉀通道(mitochondrial KATPchannel,MitoKATP通道)在心肌保護(hù)中起著重要作用。

1 概述

線粒體ATP敏感性鉀通道最初由Inoue等在大鼠肝細(xì)胞線粒體內(nèi)膜發(fā)現(xiàn)，以后研究證實(shí)，該通道也存在于骨骼肌、平滑肌、胰腺β細(xì)胞和細(xì)胞器(線粒體),已被證實(shí)與缺血預(yù)適應(yīng)(IPC)、凋亡和線粒體基質(zhì)腫脹等過(guò)程相關(guān)。各種藥理學(xué)相關(guān)研究都指出，心肌細(xì)胞保護(hù)與MitoKATP密切相關(guān)。MitoKATP通道具有雙重生理作用：一是維持線粒體內(nèi)K+平衡，從而控制線粒體基質(zhì)容積的改變[3]；二是在線粒體氧化磷酸化產(chǎn)生能量的過(guò)程中，通過(guò)K+的再攝取，可以部分補(bǔ)償質(zhì)子泵產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移，從而維持跨膜電位差和pH梯度的穩(wěn)態(tài)。MitoKATP通道開(kāi)放，K+內(nèi)流，膜去極化，減輕線粒體內(nèi)Ca2+超載，基質(zhì)容積增加，后者可增加ATP合成、促進(jìn)線粒體呼吸[4-5]。生理?xiàng)l件下，該通道基本處于關(guān)閉狀態(tài)．當(dāng)心肌細(xì)胞發(fā)生缺血、缺氧時(shí)，通道開(kāi)放。KATP通道的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，它是由內(nèi)向整流鉀通道(Kir)和磺酰脲受體(SUR)兩個(gè)亞基組成，SUR為KATP通道的調(diào)節(jié)體，調(diào)節(jié)通道對(duì)ATP、其他腺苷及激動(dòng)劑、拮抗劑的敏感性。Kir亞基有Kit 6.1和Kit 6.2，形成通道的離子孔道。SUR又分為SUR1、SUR2。心肌細(xì)胞為SUR2A和Kir 6.2、血管平滑肌為SUR2B和Kir 6.1。

MitoKATP通道開(kāi)放具有心臟保護(hù)作用，MitoKATP是心臟保護(hù)的重要靶點(diǎn)。二氮嗪(diazoxide，DZ)是一種苯并噻二嗪類衍生物，近來(lái)研究表明，DZ是一種高選擇性作用于心肌MitoKATP開(kāi)放劑，具有抗缺血缺氧損傷的心臟保護(hù)作用[6]，為MitoKATP開(kāi)放劑作為抗心肌缺血藥的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2 心肌保護(hù)機(jī)制

2.1 MitoKATP和心肌的Ca2+超載 近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體ATP敏感鉀通道的開(kāi)放可能參與了預(yù)適應(yīng)的全過(guò)程，即觸發(fā)、介導(dǎo)及效應(yīng)階段[7]。在預(yù)適應(yīng)組，利用mitoKATP特異性阻斷劑5-羥基葵酸鹽(5-HD)預(yù)先阻斷鉀通道的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)中[8]，預(yù)適應(yīng)的保護(hù)作用明顯減弱，提示mitoKATP的確參與了缺血預(yù)適應(yīng)的保護(hù)作用。而mitoKATP參與心肌保護(hù)作用的機(jī)制，目前研究多認(rèn)為，mitoKATP的開(kāi)放使K+內(nèi)流進(jìn)入線粒體，降低了跨線粒體膜電位差，膜去極化后減小Ca2+內(nèi)流動(dòng)力，抑制了Ca2+內(nèi)流,從而有效防止線粒體內(nèi)的鈣超載。

SAP早期，低血容量、缺氧、疼痛和應(yīng)激等，可使心肌β-腎上腺素能神經(jīng)興奮性增加；SAP大量滲液進(jìn)入腹腔后，刺激腹腔神經(jīng)叢反射性引起包括冠狀動(dòng)脈在內(nèi)的廣泛血管痙攣。這些都導(dǎo)致心肌缺血缺氧。缺血心肌能量代謝發(fā)生變化，ATP減少，pH值降低，細(xì)胞Na+-H+交換增多，細(xì)胞內(nèi)Na+增加，從而激活細(xì)胞膜上Na+-Ca2+交換，細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高。另外，由于ATP減少，肌漿網(wǎng)、胞膜鈣泵功能障礙，也導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣增加，細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高可以激活磷脂酶，從而水解膜磷脂導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損。MitoKATP的開(kāi)放可促進(jìn)K+內(nèi)流，使膜超極化(-195 mv)，降低膜電位，減少線粒體膜Ca2+通道對(duì)Ca2+內(nèi)流的驅(qū)動(dòng)力，抑制Ca2+內(nèi)流，減輕鈣超載。在大鼠心肌細(xì)胞，Holmuhamedov等[9]發(fā)現(xiàn)，MitoKATP開(kāi)放劑二氮嗪和吡那地爾可抑制膜對(duì)Ca2+的攝入，同時(shí)伴有滲透性轉(zhuǎn)移孔的打開(kāi)，激活線粒體內(nèi)的Ca2+釋放，減輕線粒體內(nèi)Ca2+負(fù)荷，從而達(dá)到心肌保護(hù)的作用，且這些作用可被5-羥葵酸（5-hydroxydecanoate，5-HD）阻斷[10]。

在觀察二氮嗪對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞的瞬間鈣轉(zhuǎn)運(yùn)(Ca2+transients，CaTs)和線粒體內(nèi)膜電位影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，DZ可以增加CaTs的振幅，5-HD可以取消這一作用，DZ對(duì)線粒體膜內(nèi)電位幾乎沒(méi)有影響。當(dāng)用藥物抑制肌漿網(wǎng)功能后，可以觀察到線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔道的開(kāi)放。故認(rèn)為DZ通過(guò)開(kāi)放線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔道，從而使CaTs增加，這種作用不依賴于線粒體內(nèi)膜電位的改變而實(shí)現(xiàn)[11]。

2.2 MitoKATP和自由基損傷 SAP時(shí)產(chǎn)生大量氧自由基，引起瀑布式的自由基連鎖反應(yīng)，并引起細(xì)胞損傷。自由基使膜脂質(zhì)流動(dòng)性降低，膜通透性增高。線粒體膜通透性增高引起線粒體腫脹，細(xì)胞能量代謝障礙，加重細(xì)胞損傷，溶酶體膜受損，可以使大量溶酶外漏，加重細(xì)胞損傷。Cevher等發(fā)現(xiàn)，DZ預(yù)處理可以明顯減少線粒體活性氧族(ROS)的產(chǎn)生，保持線粒體膜的完整性。MitoKATP通道開(kāi)放劑可以保護(hù)線粒體呼吸鏈，保持ATP產(chǎn)量穩(wěn)定，防止細(xì)胞色素C從線粒體釋放。這些作用可被5-HD阻斷。該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，自由基清除系統(tǒng)SOD、過(guò)氧化氫酶可以模擬DZ的保護(hù)作用，減少細(xì)胞色素C的釋放，該作用也可被5-HD拮抗。實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，MitoKATP通道在抗自由基方面可能有一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)傳導(dǎo)途徑[12],推測(cè)由DZ誘導(dǎo)的ROS低水平增多可能是MitoKATP通道參與細(xì)胞保護(hù)的一個(gè)途徑。

2.3 MitoKATP與心肌凋亡 目前關(guān)于SAP時(shí)心肌細(xì)胞凋亡的研究不多，陳維等[13]報(bào)道，SAP時(shí)出現(xiàn)明顯心肌損害，心肌細(xì)胞凋亡明顯增加，且隨時(shí)間延長(zhǎng)，凋亡逐漸加重，凋亡程度與心肌損害程度有明顯相關(guān)性。近幾年，細(xì)胞凋亡被證明是缺血心肌損傷的一種重要形式。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體損傷在缺血引起的心肌細(xì)胞凋亡中起著重要作用，線粒體膜功能的破壞是細(xì)胞凋亡的共同通路，線粒體膜電位下降和通透性轉(zhuǎn)換孔的開(kāi)放是心肌細(xì)胞凋亡的早期重要特征。ROS過(guò)量生成及線粒體內(nèi)凋亡因子和CytoC釋放等一系列細(xì)胞學(xué)效應(yīng)激活凋亡基因，啟動(dòng)凋亡偶聯(lián)反應(yīng)，發(fā)生細(xì)胞凋亡。缺血再灌注時(shí)線粒體膜電位差(△ψm)丟失是導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的重要原因[14]。Xu等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，導(dǎo)致線粒體跨膜電位(△ψm)下降?！鳓譵下降是細(xì)胞凋亡的早期表現(xiàn)，一旦線粒體△ψm耗損，細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入不可逆凋亡過(guò)程。同時(shí)線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C外溢，釋放到細(xì)胞漿的細(xì)胞色素C能與凋亡相關(guān)因子1(Apaf-1)結(jié)合，使其形成多聚體，并促使caspase-9與其形成凋亡小體，caspase-9被激活，再激活其他的caspase如caspase-3等，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。MitoKATP通道開(kāi)放劑還可以抑制caspase-3的活化，從而達(dá)到抗凋亡的目的。應(yīng)用MitoKATP開(kāi)放劑DZ，可以穩(wěn)定△ψm和減少細(xì)胞色素C外溢，明顯抑制凋亡。McCully等[16]在對(duì)豬體外循環(huán)時(shí)給予含DZ的停跳液，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于普通停跳液，DZ組可以明顯降低心肌的凋亡指數(shù)，降低caspase-3及bax蛋白水平。而bax為一種促凋亡蛋白，DZ通過(guò)降低bax來(lái)達(dá)到抗凋亡的目的，表明MitoKATP通道的開(kāi)放可以抗凋亡。范瑩等[17]在心臟保存液中添加DZ，可明顯抑制促凋亡蛋白Fas／FasL的表達(dá)和心肌細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

3 展望

心肌保護(hù)一直是心血管領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，用DZ選擇性激活MitoKATP通道，可以達(dá)到保護(hù)心肌細(xì)胞的作用，可以減少心肌凋亡，MitoKATP逐漸成為藥物治療和預(yù)防心肌缺血損傷的重要靶點(diǎn)。但其相關(guān)的信號(hào)通道及調(diào)控機(jī)制仍未明，而在抗凋亡方面則剛剛開(kāi)始。MitoKATP通道在缺血再灌注心肌保護(hù)中的研究較多，而作為SAP心肌保護(hù)靶點(diǎn)的研究甚少報(bào)道，探索SAP是否可以通過(guò)藥物的手段激活該內(nèi)源性保護(hù)信號(hào)而達(dá)到心肌保護(hù)的目的，給SAP心肌保護(hù)的研究帶來(lái)了新的希望。

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（收稿：2009-10-08）

（責(zé)任編輯 瞿 全 崔乃強(qiáng)）

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天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合外科（天津300052）