阿片類物質(zhì)預(yù)處理對缺血再灌注心肌保護(hù)作用的研究進(jìn)展

王 磊 曹德權(quán)

心肌缺血再灌注損傷(ischemia/reperfusion,I/R)是指心肌在較長時間缺血后恢復(fù)血流灌注不僅不能使心肌功能恢復(fù),反而加重缺血所導(dǎo)致的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷的現(xiàn)象。I/R與體外循環(huán)心臟手術(shù)密切相關(guān),心肌保護(hù)已經(jīng)成為其手術(shù)成功的關(guān)鍵所在。因此人們一直致力于探索理想的抗缺血再灌注損傷的措施,以達(dá)到更佳的心肌保護(hù)效果。1986年,Murry首次提出缺血預(yù)處理(ischemic preconditioning,IPC),它是指反復(fù)短暫的缺血和再灌注,能夠提高心肌對隨后一個較長時間缺血缺氧的耐受性。IPC有兩個時相組成:早期保護(hù)作用于IPC后立即出現(xiàn),1 h～3 h后消失(第一時相);延遲性保護(hù)作用出現(xiàn)于IPC后24 h,可持續(xù)72 h(第二時相)。許多藥物均可以模擬缺血刺激產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。1995年,Schultz[1]首次報道了阿片類物質(zhì)參與IPC,隨后更多的研究證實阿片類物質(zhì)能夠模擬IPC產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。本文將就心肌組織中的阿片受體及阿片類物質(zhì)參與IPC作用的最新研究概況作一綜述。

1 阿片類物質(zhì)預(yù)處理的生理基礎(chǔ)

1976年Martin首次提出并證實存在3種阿片受體,分別命名為μ受體、κ受體、δ受體,隨后又發(fā)現(xiàn)每種阿片受體又分為2種～3種亞型。阿片受體廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi),參與心血管、呼吸、免疫等系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。新近研究發(fā)現(xiàn),阿片受體還存在于心臟、腎上腺髓質(zhì)、血管、消化道、肺等外周組織。納洛酮對中樞及外周阿片受體均有阻斷作用,不能鑒別其作用部位。Schultz等[2]研究發(fā)現(xiàn),不能通過血腦屏障的納洛酮衍生物Naloxone Methiodide可以阻斷IPC的心肌保護(hù)作用,可見外周阿片受體的激動可能在IPC的保護(hù)機(jī)制中起重要作用。放射免疫受體分析法及生理學(xué)實驗證明:成年大鼠的心臟及血管上的阿片受體主要為κ型、δ型,μ受體雖然在新生大鼠心臟中存在,但是在成年動物心臟未予證實。目前對于人類心肌細(xì)胞中阿片受體的分布尚存在爭議。Bell等[3]實驗證實人體心房肌細(xì)胞中3種阿片受體均有分布,以κ、δ受體居多。但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為心肌細(xì)胞中只有κ、δ受體,無μ受體。研究發(fā)現(xiàn)外源性阿片類物質(zhì)主要通過κ及δ受體產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。

2 阿片類物質(zhì)預(yù)處理的心肌保護(hù)機(jī)制

阿片類物質(zhì)心肌保護(hù)機(jī)制尚未完全明確,可能是通過以下途徑:

2.1 誘導(dǎo)ATP敏感性鉀通道的開放

阿片類物質(zhì)的抗損傷作用與KATP通道的激活有關(guān)。KATP通道是心肌細(xì)胞普遍存在的離子通道,δ及κ受體可與KATP通道耦聯(lián)。Schultz等[4]應(yīng)用KATP通道阻滯劑格列本脲預(yù)處理30 min能完全阻斷選擇性δ1阿片受體激動劑TAN-67的心肌保護(hù)作用。Kevelaitis等[5]也同樣發(fā)現(xiàn)δ受體激動劑DADLE的心肌保護(hù)作用可被KATP通道阻滯劑所阻斷。以上實驗結(jié)果提示阿片類物質(zhì)通過誘導(dǎo)KATP通道的開放參與心肌IPC過程。

2.2 激活Gi/o蛋白

G蛋白是細(xì)胞信息傳遞的基本中間物質(zhì),阿片受體屬于G蛋白耦聯(lián)受體家族,其信號傳導(dǎo)主要是Gi/o蛋白。Schultz等[4]研究發(fā)現(xiàn),G蛋白和KATP介導(dǎo)δ受體激活產(chǎn)生的心臟保護(hù)作用,用百日咳毒素(PTX)預(yù)處理48 h能完全阻斷δ阿片受體激動劑TAN-67的作用,證實δ阿片受體對大鼠心臟的保護(hù)作用是由PTX敏感的Gi蛋白介導(dǎo)。阿片受體與Gi/o蛋白結(jié)合后,抑制β-腎上腺受體與Gs蛋白結(jié)合,減少細(xì)胞內(nèi)cAMP生成,抑制細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流,減少Ca2+超載的發(fā)生,達(dá)到IPC效應(yīng)。

2.3 激活蛋白激酶C(PKC)

PKC是介導(dǎo)阿片受體參與IPC作用重要信使成分。研究發(fā)現(xiàn)離體大鼠心臟經(jīng)PKC激動劑處理后可模擬IPC保護(hù)心臟,其抑制劑可通過抑制PKC活性阻斷IPC效應(yīng)。Miki等[6]應(yīng)用嗎啡預(yù)處理離體兔心可顯著縮小心臟梗死范圍,一定濃度的PKC阻斷劑chelerythine則可以取消該效應(yīng)。Tetsuji Miura等[7]也同樣發(fā)現(xiàn),PKC抑制劑可降低δ受體激動劑的縮小大鼠再灌注心肌梗死面積的作用。以上實驗證實阿片類物質(zhì)通過激活PKC參與心肌IPC過程。

2.4 一氧化氮合酶(NOS)的上調(diào)與一氧化氮(NO)的釋放

NOS催化產(chǎn)生的NO可以直接作用于心肌細(xì)胞,調(diào)節(jié)血管平滑肌張力和保護(hù)血管內(nèi)皮,發(fā)揮心肌保護(hù)作用。Guo Yiru等[8]在大鼠缺血再灌注的模型上發(fā)現(xiàn),δ受體激動劑TAN-67的延遲性保護(hù)作用可被NOS抑制劑所阻斷,且TAN-67對NOS基因敲除大鼠無心臟保護(hù)作用。此實驗表明,δ受體的激活能夠上調(diào)NOS的表達(dá),促進(jìn)NO的釋放,從而發(fā)揮心肌保護(hù)作用。

此外預(yù)處理的心肌保護(hù)機(jī)制還涉及自由基、環(huán)氧化物酶、以及NF-κ B等方面作用。外源性阿片類物質(zhì)通過阿片受體,激活G蛋白,后者激活蛋白激酶C,激活線粒體K-ATP通道以及自由基,產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。延遲保護(hù)作用還需NF-κ B激活相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)翻譯完成。阿片類物質(zhì)預(yù)處理最終保護(hù)機(jī)制尚未完全明確,有待繼續(xù)研究。

3 阿片類物質(zhì)預(yù)處理對于心肌的保護(hù)作用

阿片類物質(zhì)到達(dá)心肌組織后,與心肌細(xì)胞的相應(yīng)阿片受體結(jié)合,參與缺血預(yù)處理,產(chǎn)生縮小心肌梗死范圍、減少心律失常發(fā)生和減輕心肌頓抑、改善心功能的作用。

3.1 縮小心肌梗死范圍

近幾年Mayfield等[9]已證實內(nèi)源性阿片肽在低氧預(yù)處理的保護(hù)作用,還證實外源性阿片受體激動劑DPDPE能增加鼠的低氧耐受力。在1996年Schultz等[10]首次發(fā)現(xiàn)在大鼠LAD阻斷前30 min給予嗎啡(300 μ g/kg),使心肌梗死面積/危險面積從54%減少到12%。Kato等[11]揭示阿片類物質(zhì)預(yù)處理能增加離體鼠心臟的缺血后機(jī)械功能,減少心肌梗死面積。進(jìn)一步研究證實δ受體激動劑TAN-67能夠模擬IPC保護(hù)心臟,縮小麻醉大鼠缺血后心肌壞死面積,δ受體拮抗劑BNTX可對抗TAN-67的保護(hù)作用。TAN-67對δ受體親和力比μ受體高2 070倍,比κ受體高1 600倍。上述實驗有力證實阿片類物質(zhì)能夠減小缺血后心肌梗死面積,并且此作用主要是由δ受體介導(dǎo)的。

3.2 減少心律失常發(fā)生

Szekeres等[12]對狗進(jìn)行缺血預(yù)處理后使其心臟缺血再灌注導(dǎo)致的室性心動過速和室顫的發(fā)生率明顯降低。姚青等[13]對麻醉大鼠心臟預(yù)先給予κ受體激動劑U50488H,可產(chǎn)生類似IPC的現(xiàn)象,主要表現(xiàn)為室性心動過速和室顫持續(xù)時間和發(fā)生率降低,且該作用可被κ受體拮抗劑Nor-binaltorphimine所阻斷。Xia等發(fā)現(xiàn)離體大鼠心肌缺血再灌注損傷時,強(qiáng)啡肽的解離常數(shù)Kd變小,親和力增加;在經(jīng)過IPC后,Kd變大,親和力減弱,致心率失常作用減輕。這可能是阿片類物質(zhì)模擬IPC保護(hù)心臟的機(jī)制之一,尤其是減少缺血再灌注心律失常的發(fā)生。

3.3 減輕心肌頓抑、改善心功能

心肌頓抑是指心肌缺血再灌注損傷后,雖然冠狀動脈血流恢復(fù)或接近正常,但仍有部分心肌細(xì)胞機(jī)械功能障礙,這種功能障礙是可逆的,只要給予足夠的時間,這部分心肌功能是能夠完全恢復(fù)的。1996年,Schultz[1]研究證實在離體心臟和離體心肌細(xì)胞采用嗎啡預(yù)處理可改善缺血后心肌收縮力,證實嗎啡對心臟缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用。Benedict[14]報道鎮(zhèn)痛新和丁丙諾菲同樣能夠改善缺血后離體兔的心肌收縮力。通過阿片類物質(zhì)預(yù)處理,可調(diào)動機(jī)體心臟內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制,再通過一系列信息傳遞至心肌細(xì)胞內(nèi),經(jīng)蛋白磷酸化或產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)等,以降低ATP的消耗,儲存能量物質(zhì),從而使心臟復(fù)跳后有比較充足的能量用以加強(qiáng)心肌收縮功能。

4 臨床常用阿片類物質(zhì)的預(yù)處理作用

阿片類物質(zhì)具有強(qiáng)大的中樞鎮(zhèn)痛作用,在臨床麻醉中應(yīng)用非常廣泛,可作為術(shù)前用藥、麻醉輔助用藥、以及用于術(shù)后鎮(zhèn)痛和其他疼痛治療。目前臨床應(yīng)用最廣的是嗎啡、芬太尼及芬太尼衍生物。

4.1 嗎啡

Peart等[15]在離體大鼠的心肌梗死模型研究中發(fā)現(xiàn),經(jīng)過嗎啡預(yù)處理的心肌有明顯的抗缺血再灌注損傷的作用,表現(xiàn)為心肌收縮功能改善以及梗死面積的縮小。其作用是通過δ阿片受體體現(xiàn)的,δ阿片受體阻滯劑能拮抗其心肌保護(hù)作用。除靜脈注射外,鞘內(nèi)注射也同樣具有減少梗死范圍,減輕缺血再灌注損傷的作用[16]。同時嗎啡還具有延遲的保護(hù)作用[17]。其心臟保護(hù)機(jī)制涉及線粒體K-ATP通道、自由基、G蛋白、NOS以及NF-κ B等。

4.2 芬太尼

芬太尼對于μ受體具有很強(qiáng)的親和力,同時也作用于κ、δ受體。Kato等[18]發(fā)現(xiàn)芬太尼預(yù)處理對于大鼠心臟產(chǎn)生保護(hù)作用,芬太尼能增強(qiáng)缺血再灌注心肌的功能,并且可被阿片受體阻斷藥納洛酮、腺苷A1受體阻滯劑DPCPX拮抗。張運淳等[19]發(fā)現(xiàn)體外循環(huán)心內(nèi)直視手術(shù)中芬太尼用量30 μ g/kg為較為理想的具有心肌保護(hù)作用的臨床用藥劑量。其心肌保護(hù)機(jī)制可能為:(1)激動δ受體與G蛋白耦聯(lián)激活PKC,使線粒體膜KATP通道開放;(2)芬太尼與阿片受體相互作用增加腺苷釋放,后者作用于腺苷A1受體激活PKC;(3)可提高超氧化物活化酶的活性,減少脂質(zhì)過氧化物自由基對心肌細(xì)胞的損傷。

4.3 瑞芬太尼

瑞芬太尼為新型超短效、強(qiáng)效阿片類鎮(zhèn)痛藥,其對δ阿片受體有高選擇性,對κ、δ受體具有較低選擇性。Zhang等[20]研究發(fā)現(xiàn),在大鼠缺血心臟模型中,瑞芬太尼可以模擬IPC對心臟缺血后損傷產(chǎn)生保護(hù)作用,可以降低心肌梗死范圍,并呈劑量依賴性。研究還發(fā)現(xiàn)瑞芬太尼是通過κ、δ受體而不是μ受體產(chǎn)生心臟保護(hù)作用的,并且PKC抑制劑以及KATP通道阻斷劑可以削弱其心肌保護(hù)作用。μ受體阻滯劑對瑞芬太尼的IPC無影響,μ受體可能是通過心臟外的途徑產(chǎn)生心肌保護(hù)作用的。

4.4 舒芬太尼

舒芬太尼為強(qiáng)效阿片類鎮(zhèn)痛藥,其鎮(zhèn)痛效價為芬太尼的5倍～10倍,作用時間為芬太尼的2倍,具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性及抑制應(yīng)激反應(yīng)的作用。舒芬太尼對μ受體具有高度選擇性,其對μ受體的親和力比其對δ受體親和力高100倍[21]。劉鯤鵬等[22]在對于成年大鼠的缺血再灌注損傷研究中發(fā)現(xiàn)舒芬太尼預(yù)處理可通過激活阿片受體對缺血再灌注心肌產(chǎn)生延遲性保護(hù)作用。陳中青等[23]證實舒芬太尼可以提高心肌抗氧化能力,減輕細(xì)胞損傷程度,改善心肌缺血再灌注損傷后心臟功能。其機(jī)制可能主要是:通過減輕過脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及促進(jìn)再灌注期冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞NO的釋放,NO可使冠狀動脈舒張,增加心肌組織灌注,使氧供增加,從而發(fā)揮心肌保護(hù)作用。

5 結(jié)語

阿片類物質(zhì)具有強(qiáng)大的中樞鎮(zhèn)痛作用,是臨床麻醉(尤其是心血管麻醉)不可或缺的組成部分。其在臨床已廣泛應(yīng)用多年,參與預(yù)處理則是近年來的發(fā)現(xiàn),其心血管保護(hù)的研究正逐漸增多。盡管研究取得了一定進(jìn)展,但大多限于動物實驗,阿片類物質(zhì)及阿片受體的激活對于人類心肌保護(hù)作用的研究相對較少。從目前的臨床研究已經(jīng)證實,阿片類物質(zhì)可以介導(dǎo)人類心肌預(yù)適應(yīng),但這還有待于大規(guī)模臨床研究的進(jìn)一步證實。如何將其應(yīng)用于臨床,對于治療缺血性心臟患者、供心保存、體外循環(huán)心血管手術(shù)患者心肌保護(hù)等具有積極的臨床意義。

[1] Schultz JJ,Rose E,Yao Z,et al.Evidence for involvement of opioid receptors in ischemic preconditioning in rat heart[J].Am J Physiol,1995,268(5-2):H2157～2161.

[2] Schultz JJ,Hsu AK,Gross GJ.Ischemic preconditioning and morphine induced cardioprotection invole the delta-opioid receptor in the intact rat heart.J Mol Cell Cardiol,1997,29:2187～2195.

[3] Bell SP,Ssck MN,Patel A,et al.Delta opioid receptors stimulation mimics ischemic preconditioning in human heart muscle[J].Am Coll Cardiol,2000,36(7):2296～2302.

[4] Schultz JJ,Hsu AK,Nagase H.TAN-67,a δ-opioid receptor agonist,reduces infarct size via activation of Gi/o proteins and KATP channels.Am J Physiol Heart Circ Physiol,1998,274:H909～H914.

[5] Kevelaitis E,Peynet J,Mouas C,et al.Opening of potassium channels:the common cardioprotective link between preconditioning and natural hibernation[J].Circulation,1999,99:3079～3085.

[6] Miki T,Cohen M,Downey J.Opioid receptor contributes to ischemic preconditioning through PKC activation in rabbits.Mol Cell-Biochem,1998,186:3～12.

[7] Tetsuji Miura,Toshiyuki Yano,Kazuyuki Naitoh,et al.δ-opioid receptor activation before ischemia reduces gap junction permeability in ischemic myocardium by PKC mediated phosphorylation of connexin 43.Am J Physiol Heart Circ Physiol,2007,293:H1425～H1431.

[8] Guo Yiru,Adam B,Wen Jianwu,et al.Late preconditioning induced by NO donors,adenosine A1 receptor agonists,andδ-opioid receptor agonists is mediated by Inos.Am J Physiol Heart Circ Physiol,2005,289:H2251～H2257.

[9] Mayfield kp,Dalicyl G.Delta opiold agonist acutely increases hypoxic tolerance[J].J phamacol Exp Ther,1994,268:683～688.

[10] Schultz JJ,Hsu AK,Gross GJ.Morphine minics the cardioprotective effect of ischemic preconditioning via a glibenclam idesensitive mechanism in the rat heart[J].Circres,1996,78(6):1100～1104.

[11] Kato R,Foex P.Fentanyl reduced infarction but not stunning via-opioid receptors and protein kinase C in rats[J].Br J Anaesth,2000,84(2):608～614.

[12] Szekeres L,Gy Rappj,Szilvassyz,et al.Moderate stress by cardiac pacing may induce both short and long term cardioprotection[J].Cardiovasc Res,1993,27(4):593～596.

[13] 姚青,王躍民,張鵬等.κ受體介導(dǎo)的抗心律失常作用[J].心臟雜志,2004,16(2):109～112.

[14] Benedict PE,Sutp,et al.Opiate drugs and delta-receptor medicated myocardial protection[J].Circulation,1999,100(19):111357～111360.

[15] Peart JN,Gross GJ.Morphine-tolerant mice exhibit a profound and persistent cardioprotective phenotype[J].Circulation,2004,Mar 16,109(10):1219～1222.

[16] Groban L,Venmon JC,Butterworth J.Intrathecal Morphine reduces infarct size in a rat model of ischemia-reperfusion injury[J].Anesth Analg,2004,98(4):903～909.

[17] Jing X,Shi E,Nakajima Y,et al.Inducible nitric oxide synthase mediates delayed cardiorotection induced by morphine in vivo[J].Anesthesiology,2004,101(1):82～88.

[18] Kato R,Ross S,Foex P.Fentanyl protects the heart against ischaemic injury via opioid receptors,adenosine A1 receptors and KATP channel linked mechanism in rats[J].Br J Anaesth,2000,84(2):204～214.

[19] 張運淳,陳啟旭,陳蘭仁,等.不同劑量芬太尼對心臟手術(shù)心肌保護(hù)作用的影響[J].蚌埠醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2006,31(5):461～464.

[20] Zhang Y,Irwin MG,Wong TM.Remifentanil preconditioning protects against ischemic injury in the intact rat heart.Anesthesiology,2004,101(7):1059～1062.

[21] 劉鯤鵬,廖旭,薛富善.舒芬太尼的藥理學(xué)和臨床應(yīng)用[J].藥物臨床研究與應(yīng)用,2005,41(7):454～457.

[22] 劉鯤鵬,孫海濤,薛富善,等.舒芬太尼預(yù)處理對大鼠的延遲性心肌保護(hù)作用量效關(guān)系研究[J].中華麻醉學(xué)雜志,2009,29(5):405～408.

[23] 陳中青,張冬梅,賈紹斌.舒芬太尼對大鼠心肌缺血再灌注室性心律失常的影響[J].中國心臟與心電生理雜志,2009,23(3):247～249.