藥物后適應(yīng)對心肌缺血再灌注損傷的研究進展

吳 韋(綜述),姜醒華(審校)

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院心內(nèi)科,南昌 330006)

盡管最佳的治療,冠心病(coronary heart disease,CHD)的發(fā)病率和死亡率仍然很高,特別是伴有糖尿病或代謝綜合征患者。因此改善冠心病臨床結(jié)果需要新的心肌保護策略[1]。心肌缺血再灌注時期,缺血預(yù)適應(yīng)(ischemic preconditioning,IPC)誘導(dǎo)的保護部分是通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)的,并使對心臟進行干預(yù)治療成為可能。在這方面,缺血后適應(yīng)(ischaemic postconditioning,Ipost)近來所描述的現(xiàn)象引起人們極大的興趣。IPost提供了另一干預(yù)措施,在缺血發(fā)生后或再灌注的同時對再灌注損傷進行干預(yù),這一措施可以應(yīng)用于臨床接受經(jīng)皮冠狀動脈介入(percutaneous coronary intervention,PCI)治療的急性心肌梗死(AMI)患者[2]。本文從人類對心肌損傷和心肌保護的認識過程即“缺血缺氧-缺血再灌注-心肌頓抑-心肌冬眠-缺血預(yù)適應(yīng)保護-缺血后適應(yīng)保護”對有關(guān)藥物后適應(yīng)的研究背景和研究進展進行綜述。

1 心肌損傷與保護

1.1 缺血/再灌注

心臟外科手術(shù),如瓣膜置換術(shù)和冠狀動脈搭橋術(shù)的操作中,為了阻止血液流經(jīng)冠狀動脈,心臟總的血流量會減少即缺血。如果缺血時間較長,缺血組織將壞死。因此為了避免心臟缺血壞死就必須盡快恢復(fù)血流。然而,再灌注會加劇缺血期心臟的損傷,使功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷進一步加重,這種現(xiàn)象叫做“再灌注損傷”[3]并且以細胞死亡為特征,即梗死,梗死的大小又可反映被阻斷冠狀動脈的供血區(qū)域大小和缺血時間長短。為了使冠脈成形術(shù)或心臟外科術(shù)后心臟恢復(fù)較好,最重要的是把再灌注損傷的程度降到最低。AMI患者的死亡率可以通過再灌注過程減半,如PCI和溶栓治療。Murry C.E.等[4]提出了再灌注對心肌缺血的保護是必要的,之后不久廣泛使用溶栓治療。通過修飾再灌注條件和限制致死性再灌注損傷的心臟保護策略對AMI的研究有重要的臨床潛能。

1.2 心肌頓抑與心肌冬眠

心肌頓抑是指伴隨亞致死性心肌缺血后發(fā)生的并可以減少心臟收縮損失的一種狀態(tài)[5]。由于短時間的心肌缺血,心肌細胞尚未發(fā)生壞死前,恢復(fù)冠脈血流,可挽救缺血心肌,但可能造成再灌注損傷和可逆性左室功能異常。和梗死的心臟不同,頓抑的心肌完全恢復(fù)需要1～2 d。在大多數(shù)物種,心臟缺血少于或等于15 min會出現(xiàn)頓抑而不會導(dǎo)致梗死。若慢性持續(xù)性心肌缺血,心肌細胞通過降低其耗氧量和代謝功能等代償性調(diào)節(jié),使心肌細胞仍保持存活狀態(tài),但區(qū)域性心肌收縮功能部分喪失,這時若使冠脈再通改善心肌缺血,心肌功能可部分或全部恢復(fù),這種現(xiàn)象叫做心肌冬眠[5]。心肌頓抑和心肌冬眠與心肌缺血關(guān)系密切,心肌缺血尤其是無癥狀性心肌缺血與心肌頓抑及心肌冬眠可分別存在,也可同時存在于同一冠心病患者。

1.3 缺血預(yù)適應(yīng)

缺血預(yù)適應(yīng)現(xiàn)象是反復(fù)的短暫的缺血和再灌注誘導(dǎo)了內(nèi)源性心肌保護物質(zhì)生成,從而對抗隨之而來的強大損傷。1986年Murry C.E.等[4]發(fā)現(xiàn)了細胞生存機制-缺血預(yù)適應(yīng)-內(nèi)在的深遠保護機制,研究表明:每5分鐘缺血并間歇再灌注共循環(huán)4次減少了75%的梗死面積。心肌預(yù)適應(yīng)和心肌頓抑是心臟短暫的可逆性缺血和隨后的動脈再灌注主要的適應(yīng)性改變。在狗的心臟,至少20 min的再灌注后兩者共同存在,但是120 min后,預(yù)適應(yīng)大量下降而心肌頓抑表現(xiàn)突出。現(xiàn)在又令人信服的證據(jù)表明預(yù)適應(yīng)在人類也存在。其證據(jù)來自體外實驗,如人動脈小梁、心室小梁和培養(yǎng)的心肌細胞[6]。

1.4 藥物預(yù)適應(yīng)

藥物預(yù)適應(yīng)(pharmacological preconditioning,PPC)是建立在IPC機制信號通路研究的基礎(chǔ)上,通過藥物激發(fā)或模擬機體內(nèi)源性物質(zhì)而減弱缺血再灌注損傷[7]。已有一些藥物可通過激發(fā)內(nèi)源性活性物質(zhì)釋放或直接激發(fā)體內(nèi)內(nèi)源性抗損傷機制而產(chǎn)生心肌缺血預(yù)適應(yīng)保護作用。

1.5 缺血后適應(yīng)

2003年,Zhao Z.Q.等[8]進行犬實驗提出了缺血后適應(yīng),在冠狀動脈再灌注開始時行短暫重復(fù)的開放閉塞,接著恢復(fù)冠脈血流,可以減少大約40%的心肌梗死面積,并減少心肌水腫、嗜中性粒細胞的聚集、細胞凋亡、心律失常并改善內(nèi)皮功能。Vinten Johansen J.[9]報道了犬心臟再灌注期的后適應(yīng)應(yīng)用于冠狀動脈再閉塞期(每30秒的閉塞接著30 s的再通連續(xù)3次),60 min后會大大減少左冠狀動脈前降支閉塞的面積;并報道了短暫地控制再灌注時期的后適應(yīng)可以防止再灌注損傷。

1.6 藥物后適應(yīng)

藥物后適應(yīng)(pharmacological postconditioning,PPost)是指心肌再灌注時,某些藥物通路模擬機體自身內(nèi)源性保護物質(zhì)對心肌缺血再灌注損傷產(chǎn)生了保護作用[10]。這對缺血后適應(yīng)的臨床研究有一定的價值,已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。藥物后適應(yīng)是對再灌注的干預(yù),由于再灌注比心肌缺血更易預(yù)測,也可在臨床上被控制,因此更易實施對心臟的保護策略。

2 藥物后適應(yīng)靶點

2.1 腺苷和腺苷受體

1987年,Olafsson B.等[11]報道了將腺苷直接注入犬再灌注期的左前降支冠狀動脈可以減少梗死面積。腺苷受體有A1、A2、A3三種亞型,是許多跨膜信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白。Donato M.等[12]使用兔子心臟,發(fā)現(xiàn)用A1受體拮抗劑DPCPX可以取消后適應(yīng)。Philipp S.等[13-14]研究表明非選擇性腺苷受體拮抗劑取消了后適應(yīng)的保護,并且是非選擇性A2B拮抗劑而不是A1和A2A拮抗劑。再者,NECA-混合性A1和A2B激動劑模擬了再灌注的后適應(yīng)效應(yīng)。在大鼠心臟,Morrison R.R.等[15]觀察到選擇性A2A受體拮抗劑ZM-241385在功能恢復(fù)中取消了后適應(yīng)誘導(dǎo)。這些都提示內(nèi)源性腺苷和腺苷受體激動劑是心肌缺血后適應(yīng)保護必須的。

2.2 一氧化氮

一氧化氮(NO)通過激活KA TP通道和調(diào)節(jié)呼吸鏈對線粒體的保護作用兩個機制觸發(fā)具有保護作用的活性氧信號釋放[16]。其活性氧分子對內(nèi)皮細胞具有保護作用,并且在某些條件下NO有抗氧化作用。NO是通過激活鳥苷酸環(huán)化酶形成鳥嘌呤核苷酸循環(huán)對后適應(yīng)起保護作用的。有研究證明,在再灌注期給予NO合酶(NOS)抑制劑會減弱后適應(yīng)的保護效應(yīng)。

2.3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)目標:再灌注損傷營救激酶

2.3.1 ERK1/2和PI3K/Akt的激活

抗凋亡刺激性生長因子存活信號(主要是PI3K/Akt和MEK/ERK通路)的激活被看成是后適應(yīng)減少再灌注損傷的一種方式。Hausenloy D.J.等[17]首次提出了后處理的心臟在再灌注早期,PI3K抑制劑的激活取消了后適應(yīng),而增強的Akt磷酸化作用增強了后適應(yīng)。許多內(nèi)分泌物、激素類和藥物制劑被特定用于再灌注期并激活了ERK1/2或PI3K/Akt。這些包括促紅細胞生成素、他汀類藥、A1/A2受腺苷體激動劑'NECA、腎上腺髓質(zhì)素、吸入性麻醉劑、脂肪素和瘦素、二甲雙胍、PAR-2激肽。再者,再灌注早期再灌注損傷營救激酶(reoerfusion injury salvage kinase,RISK)通路的激活是心肌保護狀態(tài)的特征。因此,在再灌注早期,通過抑制RISK通路消除了缺血性、內(nèi)分泌物誘導(dǎo)的或藥理性等各種形式的預(yù)適應(yīng)。有報道認為再灌注時RISK通路在預(yù)適應(yīng)和后適應(yīng)具有相同的保護機制[18]。

2.3.2 RISK通路的末梢信號因子

1) NO/cGMP/PKG:有大量的 ERK1/2和PI3K/Akt潛在下游酶作用物。Akt磷酸化內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)(絲磷酸1177)催化NO產(chǎn)生。在缺血后適應(yīng),NO的產(chǎn)生起了重要作用,NOS抑制劑如LNAME和再灌注心肌中后適應(yīng)相關(guān)的絲磷酸1177增強的磷酸化作用消除了其保護效應(yīng)[1]。許多內(nèi)分泌素和藥理后適應(yīng)機制是NO依賴性的。通過可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)的激活,NO導(dǎo)致細胞內(nèi)cGMP的積累和PKG的激活。藥理抑制劑sGC或PKG消除了缺血后適應(yīng)和藥理后適應(yīng)的保護機制。盡管細節(jié)不是很清楚,但是活化的 PKG可以通過磷蛋白的磷酸化作用產(chǎn)生保護作用,也影響了心肌SRCa2+的攝入。通過PKC3、PKG可以調(diào)節(jié) m KATP的功能[19]。NO也可能有單獨的cGMP作用。目前,這些機制還不清楚,但是有證據(jù)表明NO被亞硝基化作用后可以抑制線粒體功能,包括 mPTP的開放,對缺血后適應(yīng)起保護作用[20-21]。

2) 糖原合成激酶-3β(GSK-3β):GSK-3β是抑制mPTP的調(diào)節(jié)因子,激酶(未被磷酸化形式)的激活促使mPT P的開放;AKt和ERKs的絲氨酸9磷酸化作用使其失活。在各種心肌保護策略機制中,對后適應(yīng)GSK-3β失活的研究廣泛。其過程依賴于GSK-3β化合物抑制劑的作用[22]。然而最近,Marber實驗室對GSK-3β抑制劑的功能做了進一步研究。敲擊小鼠缺少絲氨酸9磷酸化位點(絲氨酸-丙氨酸突變),導(dǎo)致Akt磷酸化失活的GSK-3β的缺失,最終抑制了預(yù)適應(yīng)和后適應(yīng)效應(yīng)[23]。

3) 細胞凋亡調(diào)節(jié)蛋白:心肌缺血和再灌注均可引起缺血區(qū)域的細胞凋亡,但缺血預(yù)適應(yīng)可減輕細胞凋亡。bc-l 2家族成員既有促凋亡又有抗凋亡效應(yīng)。bc-l 2家族促凋亡成員(bax、bid、bad、bik 和bak)活化,移到線粒體上并與線粒體膜抗凋亡成員(bc-l 2和bc-l XL)相互作用,使電壓依賴性線粒體通道去極化并釋放線粒體凋亡介質(zhì),如細胞色素C和Smac/DIABLO,兩者均能促進細胞凋亡。Akt磷酸化一些Blc-2家族蛋白成員。其中包括前凋亡蛋白Bax和Bad,它們被Akt磷酸化滅活,發(fā)揮了抗凋亡作用[24]。

2.4 線粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔

線粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)是一個跨線粒體膜的非特異性通道,線粒體通透性的增加會導(dǎo)致細胞死亡。mPT P是由外膜上電壓依賴性陰離子通道(VDAC),內(nèi)膜上腺嘌呤核甘酸(ANT)和基質(zhì)中環(huán)孢素D(CypD)共同組成的[25]。胞漿溶質(zhì)通過滲透載體進入線粒體基質(zhì),導(dǎo)致了細胞器膨脹,伴隨著呼吸偶聯(lián),最終不能持續(xù)產(chǎn)生ATP。m PT P的持續(xù)開放將導(dǎo)致ATP大量消耗,離子穩(wěn)態(tài)失衡和細胞死亡。有足夠的證據(jù)表明mPTP的形成發(fā)生在再灌注期,但是m PT P形成的概率是由先前缺血的嚴重程度決定的[26-29]。mPTP形成的觸發(fā)因子有ROS和(或)Ca2+超載。抑制mPT P的開放可減輕再灌注損傷,Zhao Z.Q.等[8]發(fā)現(xiàn),mPTP抑制劑環(huán)孢素A對減小心肌梗死范圍有重要作用。

2.5 線粒體ATP敏感性鉀通道

大量研究表明在心肌缺血初,若給予線粒體ATP敏感性鉀通道(mito chondrial KAT P channel,mitoKATP)通道開放的激活物(如吡那地爾,克羅卡林,二氮嗪,尼克地爾)可減少梗死范圍[30]。Yang X.M.等[31]發(fā)現(xiàn),在兔的完整心臟中,非選擇性mKAT P通道抑制劑格列本脲和選擇性 mKAT P通道抑制劑5-hydroxydecanoate都可以消除后適應(yīng)的保護效應(yīng),這說明m KATP通道開放在缺血后適應(yīng)和藥理性后適中都有重要的作用。再灌注期間mKAT P的開放是通過降低線粒體膜電位,減輕Ca2+超載,抑制m PT P的開放,對心肌細胞起保護作用的[32]。

3 相關(guān)藥物

許多研究表明,再灌注時期,用一些藥物如腺苷,脂肪細胞因子,促紅細胞生成素,緩激肽,鴉片肽,胰島素,鈉尿肽,他汀類和揮發(fā)性麻醉劑可以通過RISK通路的激活減少心肌梗死的面積[33]。最終這些不同的傳導(dǎo)通路都抑制了mPT P(線粒體膜上一個非特異性孔,如果在心肌缺血再灌注最初幾分鐘開放會促進細胞死亡)的開放。實際上,mPTP阻斷劑環(huán)孢素A同樣可以作為后適應(yīng)的藥理模仿用于心肌再灌注期。

4 展望

目前,對藥物后適應(yīng)的研究主要見于動物實驗,臨床研究尚少。但因藥物后適應(yīng)能在心肌缺血后、再灌注前施行,可操作性大,適合于在心臟介入治療術(shù)中使用。在確定藥物后適應(yīng)在臨床上的實用價值之前,藥物后適應(yīng)的機制、有效的時間窗以及對心肌保護的近期和遠期效果等都還有待于有進一步地了解和確認。然而,對于臨床上那些不能進行溶栓和介入治療的心肌缺血患者,能否采用有效的藥物后適應(yīng)來保護其心臟,是關(guān)乎其生死的問題,因此,藥物后適應(yīng)的研究有可能成為國內(nèi)、外醫(yī)藥研究領(lǐng)域的一個重要課題,在新藥開發(fā)或老藥新用方面都極具價值。

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