多胺與心肌缺血再灌注損傷研究進展

陳慧穎 張世忠

多胺是廣泛存在于原核和真核細胞中的一類堿性低分子化合物。哺乳動物體內(nèi)主要多胺物質(zhì)組成是腐胺(putrescine，PUT)，精胺(spermine，SP)，精脒(spermidine，SPD)。多胺在生理pH值下呈高密度陽性電荷，可以與帶大量負電荷的DNA，RNA和蛋白質(zhì)等生物高分子結(jié)合并對它們進行調(diào)節(jié)。多胺具有多種生物學功能，對線粒體膜的穩(wěn)定、核酸、蛋白質(zhì)的合成、細胞周期調(diào)節(jié)以及對細胞凋亡的調(diào)控作用等［1］。

1678年，多胺由Anonie van Leeuwenhoek在人體精液中首次發(fā)現(xiàn)［2］。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，多胺不僅在腫瘤發(fā)生發(fā)展和腦缺血損傷中具有重要作用，而且在心肌缺血再灌注損傷方面也取得了一定的研究成果［3，4］。本文就多胺參與心肌代謝和多胺與心肌缺血再灌注損傷的研究進展進行綜述。

一、心肌多胺代謝

在心肌細胞內(nèi)存在一整套多胺生成與代謝的酶系統(tǒng)，其中多胺合成代謝的主要限速酶鳥氨酸脫羧酶(ornithine decarboxylase，ODC)催化鳥氨酸生成腐胺，再由精脒合成酶和精胺合成酶分別生產(chǎn)精脒和精胺，精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶(spermidine/spermine N1－acetyltransferase，SSAT)為多胺分解代謝的限速酶，SSAT催化精胺逆轉(zhuǎn)化為精脒及精脒逆轉(zhuǎn)化為腐胺，而腐胺由氧化酶生成氨基丁酸，最后生成胺離子和二氧化碳排出體外(urdiales，medina，and sanchezjimenez)［5］。研究發(fā)現(xiàn)，心肌多胺代謝紊亂與心肌肥大、心肌重構(gòu)有密切關(guān)系，有研究發(fā)現(xiàn)心肌肥大的過程中多胺含量迅速增加［6］。

二、多胺與心臟離子通道

多胺帶有正電荷，可通過與細胞膜受體或者通道上帶負電荷的基團結(jié)合發(fā)揮生物學效應(yīng)。近年多胺與離子通道的研究主要集中在神經(jīng)以及心肌細胞。對心肌離子通道主要起作用的是精胺和精脒，對腐胺的研究未見詳細報道。對心肌細胞離子通道影響的主要有鉀離子通道，如鈣離子激活的鉀通道、鈣離子通道以及鈣敏感受體(calcium－sensing receptors，CaSR)等。

1.鉀離子通道:對心肌細胞來說，鉀離子通道是很重要但又比較復雜的一類離子通道，而線粒體上的鉀離子通道中主要有藥理學活性的有ATP敏感性鉀通道(mitoKATP)，大電導鈣激活的鉀通(mitoBKCa)，電壓依賴性鉀通道(mitoKv1.3)［7］。其中參與心肌細胞缺血再灌注的有線粒體ATP敏感鉀通道和鈣激活鉀通道［8］，選擇性應(yīng)用線粒體K+通道開放劑，可以明顯改善心肌缺血再灌注條件下線粒體功能的紊亂［9］。內(nèi)源性多胺物質(zhì)作為鉀離子門控通道調(diào)控的重要物質(zhì)之一可對細胞內(nèi)多種鉀離子通道如鈣離子激活鉀通道和線粒體ATP敏感性鉀通道等。

2.鈣離子激活鉀通道:研究［10］發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)Mg2+和多胺(主要為SP)可阻斷鈣離子激活鉀(mito-BKCa)通道，其阻斷作用亦表現(xiàn)為電壓依賴性及濃度依賴性。(1)線粒體ATP敏感性鉀通道(mitoKATP):研究表明，K－ATP由內(nèi)向整流鉀通道(inwardlyrectifying potassium channel，Kir)和 ATP結(jié)合蛋白(ATP－binding cassette protein，ABP)兩部分組成，前者形成離子通道，后者決定著K－ATP的功能。KATP通道有多胺結(jié)合位點，對其具有門控作用。但是多胺對其調(diào)控作用與三磷酸腺苷(ATP)是否存在以及ATP與通道本身的作用狀態(tài)直接相關(guān)［11］。

2.鈣離子通道:(1)鈣離子釋放通道(RSR):RSR是一個被Ca2+激活的電導通道，可被心肌內(nèi)ATP、Mg2+、咖啡因、蘭鈮堿等調(diào)控。它的強電導性與其可以在短時間內(nèi)調(diào)節(jié)鈣離子大量流動的生理功能是相符合的［12］。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性的多胺可以阻斷鈣離子釋放通道［13］。另外在血管細胞中還發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性的多胺可以影響肌質(zhì)網(wǎng)狀鈣離子的釋放過程。(2)線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運體(mitochondrial calcium uniporter，MCU):MCU位于線粒體內(nèi)膜，在生理情況下能將胞質(zhì)鈣轉(zhuǎn)運至線粒體基質(zhì)，在細胞內(nèi)Ca2+信號轉(zhuǎn)導中有著重要的作用［14］。研究表明精胺和精脒通過使其與較低活性部位結(jié)合，從而增加心肌細胞線粒體基質(zhì)內(nèi)鈣離子聚集［15］。

三、鈣敏感受體

CaSR是G蛋白偶聯(lián)受體C家族成員。鈣敏感受體可以引起細胞內(nèi)鈣的聚集和調(diào)整細胞活動。研究發(fā)現(xiàn)鈣敏感受體既在可興奮的細胞表達也可在非可興奮細胞表達，包括神經(jīng)元細胞和平滑肌細胞。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)鈣敏感受體能夠在心肌細胞上表達，并受到心肌細胞外鈣和精胺調(diào)控，精胺為鈣敏感受體的激動劑。在離體心肌細胞上，發(fā)現(xiàn)增加外源性的多胺能夠刺激心肌細胞膜上的 CaSR，促使心肌肥大［16］。Zhang等［17］研究發(fā)現(xiàn)血管腎上腺素上調(diào)鈣離子受體表達誘導心肌肥大，同時刺激鈣敏感受體活動增加，心肌內(nèi)鈣離子聚集。Zhang［18］在缺血再灌注誘導的大鼠心肌細胞凋亡的實驗中證明了鈣敏感受體參與了鈣離子超載誘導的心肌凋亡。

四、多胺與心肌細胞凋亡

細胞凋亡又稱細胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)，是一種主動的由基因決定的細胞自我破壞的過程。它可發(fā)生于胚胎發(fā)育、組織重建、免疫調(diào)節(jié)及腫瘤退化等各個時期［19］。心肌細胞凋亡能夠?qū)σ恍┘毎麚p傷發(fā)生反應(yīng)和清除一些衰老心肌細胞引起的心臟疾病。近來對于多胺參與了心肌細胞凋亡的研究報道很少。目前的研究中對模擬缺血的大鼠心肌研究發(fā)現(xiàn)多胺誘導H9c2細胞凋亡。通過二氟甲基鳥氨酸阻斷鳥氨酸脫羧酶減少心肌衍生的H9c2細胞的多胺含量，可保護心肌細胞以對抗缺血誘導的細胞凋亡［16］。也有文獻報道，多胺直接誘導心肌線粒體釋放細胞色素C，說明持續(xù)性的高濃度多胺和心臟肥大等病理性特征參與了細胞凋亡的發(fā)生［20］。

五、多胺與心肌缺血再灌注損傷

1.心肌缺血再灌注損傷:1960年，Jennings首先提出心肌缺血再灌注損傷的概念(ischemic reperfusion injury)，即心肌組織缺血一段時間后，當血流重新恢復后心肌損傷反而加重的現(xiàn)象。在心臟手術(shù)過程中心肌缺血再灌注損傷成為心臟外科、搭橋手術(shù)后心肌損傷的主要因素。目前盡管世界范圍對心肌缺血再灌注損傷機制一直在研究，但是詳細的機制尚不是很明確。近年普遍研究認為其機制可能與氧自由基和鈣超載等有關(guān)。正常生理條件下機體能夠清除自由基，但是當心肌組織細胞缺血缺氧時，氧自由基清除系統(tǒng)能力降低或喪失，生成系統(tǒng)功能活性增加。組織缺血復灌時，大量氧自由基生成并急劇堆積，對心肌細胞產(chǎn)生急性或慢性損傷，嚴重時造成死亡。心肌缺血再灌注時，胞質(zhì)鈣顯著增高，引起鈣超載。另外，缺血再灌注時誘導型一氧化氮合酶表達增加，NO合成增多，與超氧陰離子反應(yīng)生成過氧亞硝酸鹽，也可導致心肌損傷［21］。

2.心肌缺血和復灌前后多胺變化:心肌缺血和缺血復灌導致多胺代謝發(fā)生改變，代謝失衡，心肌缺血復灌可能誘導多胺代謝過程產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，鳥氨酸脫羧酶和精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶活性增加，腐胺生成增多而精胺、精脒減少，總多胺池多胺含量減少［22］。

3.多胺與缺血再灌注損傷的關(guān)系:目前關(guān)于多胺與心肌缺血再灌注損傷的研究資料呈現(xiàn)兩種不同的結(jié)果，一種是多胺對心肌細胞有損傷作用。李宏霞等［23］研究發(fā)現(xiàn)正常的乳鼠細胞加入外源性精胺(100μmol/L)作用2.5h后可造成培養(yǎng)乳鼠原代心肌細胞損傷，但在加入維拉帕米后，心肌細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)損傷減輕，且有實驗發(fā)現(xiàn)［24］，外源性精胺可呈劑量依賴性引起大鼠心肌細胞內(nèi)鈣增加，其研究結(jié)果提示精胺作為鈣敏感受體激動劑可以引起細胞內(nèi)鈣離子內(nèi)流，線粒體基質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度增高，10mol/L時發(fā)生“鈣爆炸”。多胺的損傷作用與加入細胞的多胺濃度有關(guān)。其對心肌細胞損傷的機制可能與細胞內(nèi)鈣超載等有關(guān)。與上述多胺對心肌損傷報道不同的是有研究發(fā)現(xiàn)，腐胺對心肌缺血再灌注損傷具有保護作用，在心臟停博液中加入腐胺10mg/ml可減輕心肌細胞缺血再灌損傷［25］。心肌梗死的大鼠模型中，經(jīng)高效液相色譜法測定多胺在非梗死區(qū)含量減少［26］，Zhao等［27］亦發(fā)現(xiàn)缺血再灌可導致心肌內(nèi)總多胺池減少，NO含量增加，NO含量增加可以清除自由基、減輕鈣超載對缺血再灌心肌產(chǎn)生保護作用。并在分離的單個心肌細胞的研究中于細胞缺氧前給予外源性精胺(1mmol/L)拮抗了復氧灌注引起的心肌細胞內(nèi)鈣升高，并對心肌細胞產(chǎn)生了保護作用。多胺對心肌缺血復灌的保護機制可能有:多胺有超氧化物清除作用，能夠清除自由基，阻斷磷脂酶A和C，能夠調(diào)控心肌內(nèi)Ca2+濃度，減輕鈣超載。亦有文獻報道精胺能抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放，保護缺血再灌心肌損傷。

目前僅限于精胺給予正常生長的心肌細胞的研究，發(fā)現(xiàn)外源性的精胺對心肌細胞有損傷，損傷機制可能是精胺引起鈣超載。詳細的機制尚不清楚。但多胺對心肌缺血復灌心肌細胞有損傷的研究尚未見報道。多胺對缺血再灌損傷保護的研究也只是對腐胺和精胺的研究，國內(nèi)外尚未見對精脒的研究報道。另外不同的實驗小組對多胺與缺血再灌損傷的保護作用的研究方法也不同。加入的外源性精胺濃度不同，所得到實驗結(jié)果也不同?？梢钥隙ǖ氖嵌喟放c心肌缺血再灌心肌細胞的損傷或者保護作用與給予的多胺濃度有關(guān)。適當給予外源性多胺可以增加心肌細胞內(nèi)多胺池，使其在正常細胞水平下發(fā)揮心肌保護作用。多胺對心肌缺血再灌保護可能機制之一是多胺對鈣離子內(nèi)流的調(diào)控作用，減輕了鈣超載。這與精胺引起鈣超載造成細胞損傷是矛盾的，詳細原因待于更進一步的研究。以后的研究中外源性多胺物質(zhì)濃度的具體量化，腐胺、精胺、精脒3種物質(zhì)統(tǒng)一研究的道路可能為研究的新方向。

六、前景及展望

總之，至今為止，關(guān)于多胺與心肌缺血再灌注損傷的研究雖有很多，但在心肌缺血復灌損傷中是保護作用還是損傷作用由于目前有限的研究資料尚不能確定。但是可以肯定的是多胺物質(zhì)是心肌細胞正常生存不可缺少的，多胺對鈣離子運輸?shù)恼{(diào)節(jié)作用是與心肌缺血再灌損傷分不開的。因此，研究多胺在心肌缺血再灌注損傷中的作用及其機制為臨床上尋求治療心肌缺血損傷的有效途徑無疑具有重要的意義。

1 王易.多胺代謝與白血病關(guān)系的研究［J］.國外醫(yī)學兒科學分冊，1992，1(4):197－200

2 劉晶華，王巖，劉俊亭.多胺合成和代謝中抗癌藥作用新靶點的研究進展［J］.中南藥學，2005，3(2):113－115

3 王紀防，蘇瑞斌，李錦.多胺與腫瘤發(fā)生發(fā)展及其在臨床上的應(yīng)用［J］.國外醫(yī)學·藥學分冊，2004，31(5):263－267

4 趙涌琪.多胺與腦缺血性腦血管病研究進展［J］.重慶醫(yī)學，2009，38(2):213－216

5 Urdiales JL，Medina MA，Sanchez JF.Polyamine metabolism revisited［J］.Eur J Gastroenterol Hepatol，2001，13(9):1015 －1019

6 Adam S，Jolanta S，Marta G，et al.Mitochondrial potassium channels:from pharmacology to function［J］.Biochimica et Biophysica Acta，2006，1757(5 ～6):715 －720

7 Flamigni F，Rossoni C，Stefanelli C，et al.Polyamine metabolism and function in the heart［J］.Mol Cell Cardiol，1986，49(18):3 －11

8 Siemen D，Loupatatzis C，Borecky J，et al.Ca2+－activated K+channel of the BK－type in the inner mitochondrial membrane of a human glioma cell line［J］.Biochem Biophys Res Commun，1999，257(2):549－554

9 Xu W，Liu Y，Wang S，et al.Cytoprotective role of Ca2+activated K+channels in the cardiac inner mitochondrial membrane［J］.Science，2002，298(5595):1029－1033

10 Zhang YX，Niu XW，Tinatin I，et al.Ring of negative charge in BK channels facilitates block by intracellular Mg2+and polyamines through electrostatics［J］.J Gen Physiol，2006，128:185 －202

11 Holmuhamedov EL，Wang L，Terzic A.ATP－sensitive K+channel openers prevent Ca2+overload in rat cardiac mitochondria［J］.Physiol，1999，519(2):347 －360

12 Patricio Velez，Sandor Gyorke，et al.Adaptation of single cardiac ryanodine receptor channels［J］.Biophysical，1997，72:691－697

13 Uehara A，F(xiàn)illM，Vélez P，et al.Rectification of rabbit cardiac ryanodine receptor current by endogenous polyamines［J］.Biophys J，1996，71(2):769－777

14 Gunter TE，Gunter KK.Uptake of calcium by mitochondria transport and possible function［J］.IUBMB Life，2001，52(3－5):197 －204

15 Lenzen S，MünsterW，Rustenbeck I.Dual effect of spermine on mitochondrial Ca2+transport［J］.Biochem J，1992，286(2):597 －602

16 Benedetta T.Involvement of polyamines in apoptosis of cardiac myoblasts in a model of simulate dischemia［J］.Mol Cell Cardiol，2006，40(6):775－782

17 Zhang WH，F(xiàn)u SB，Lu FH，et al.Involvement of calcium－sensing receptor in ischemia/reperfusion－induced apoptosis in rat cardiomyocytes［J］.Biochem Biophys Res Commun，2006，347(4):872 －881

18 Zhang W，Xu C.Calcium sensing receptor and heart diseases［J］.Pathophysiology，2009，16:317－323

19 Thompson CB.Apoptosis in the pathogenesis and treatment of disease［J］.Science，1995，267:1456 －1462

20 Stefanelli C.Polyamines directly induce release of cytochrome c from heart mitochondria［J］.Biochem J，2000，347(3):875 －880

21 劉勝中.心肌缺血/再灌注損傷機制研究進展［J］.實用醫(yī)院臨床雜志，2007，4(1):88－ 90

22 Han L，Xu C，Guo Y，et al.Polyamine metabolism in rat myocardial ischemia－reperfusion injury［J］.Int J Cardiol，2009，132(1):142－144

23 李宏霞，徐長慶，張紅雨，等.外源性精胺致大鼠乳鼠心肌細胞損傷機制的初步探討［J］.哈爾濱醫(yī)科大學學報，2006，40(2):85－87

24 徐長慶，王瑞，趙偉民，等.鈣敏感受體的研究進展和大鼠心肌細胞鈣敏感受體的功能檢測［J］.中國病理生理雜志，2002，18(13):1640－1641

25 葉明凡，謝維泉，韓濤，等.腐胺對大鼠心肌缺血再灌注損傷的保護作用［J］.心血管康復醫(yī)學雜志，1999，8(4):22－25

26 Shuuichi H，Masayuki N.Decrease in myocardial polyamine concentration in rats with myocardial infarction［J］.Life Sciences，1997，60(19):1643－1650

27 Zhao YJ，Xu CQ，Zhang WH，et al.Role of polyamines in myocardial ischemia/reperfusion injury and their interactions with nitric oxide［J］.Eur J Pharmacol，2007，562(3):236 －246