線粒體乙醛脫氫酶與心肌缺血再灌注損傷保護的研究進展

姚優(yōu)修綜述，鄭哲審校

線粒體乙醛脫氫酶與心肌缺血再灌注損傷保護的研究進展

姚優(yōu)修綜述，鄭哲審校

線粒體乙醛脫氫酶(ALDH2)被認為是可以保護心臟缺血性損傷的一種重要的酶，ALDH2對抗心肌缺血再灌注損傷的心肌保護作用是通過對毒性醛的解毒來實現(xiàn)的。已明確ALDH2有G504A的多態(tài)性變異，突變型此酶的活性嚴重降低或消失。針對不同ALDH2基因型的病例可能需要個體化的治療措施。

線粒體乙醛脫氫酶;缺血再灌注;心肌保護

心肌缺血再灌注損傷是多年來心血管疾病研究領(lǐng)域的重點與熱點問題。心肌缺血再灌注損傷是指在阻斷冠狀動脈(冠脈)一定時間后，缺血心肌在恢復(fù)血流再灌注后，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和代謝功能的損傷，導(dǎo)致梗死范圍擴大，心功能進一步損害。臨床對于急性心肌梗死的干預(yù)，如溶栓術(shù)或血運重建術(shù)，都寄希望于解除梗阻和恢復(fù)血流灌注。但是，這些治療并不能阻止缺血再灌注損傷。因此，發(fā)現(xiàn)新的心肌保護措施依然是臨床上的重要課題。近年來ALDH2與心肌缺血再灌注損傷保護之間的關(guān)系引起了極大關(guān)注。ALDH2是人類乙醛脫氫酶(ALDH)基因家族的19個成員中醛類代謝活性最強的同工酶，可清除心肌代謝中產(chǎn)生的毒性醛類，被認為是可以保護心臟的一種重要的酶，本文將對ALDH2對抗心肌缺血再灌注損傷的研究進展作一綜述。

1 缺血再灌注損傷和心肌保護

缺血再灌注損傷的病理生理機制還沒有被完全闡明。再灌注啟動的最初數(shù)分鐘內(nèi)即可出現(xiàn)鈣超載、線粒體能量合成障礙、氧自由基生成、中性粒細胞聚集等現(xiàn)象［1］。氧自由基和鈣超載是導(dǎo)致再灌注損傷的重要原因，但并不是唯一因素［2］，其它因素還包括有血小板介導(dǎo)的損傷，腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活、自身抗體和補體的激活等。目前針對心肌缺血再灌注損傷的保護措施主要有缺血預(yù)處理和缺血后處理以及藥物激活再灌注損傷補救激酶途徑、阻止線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放、應(yīng)用自由基清除劑以及抗凋亡和抗炎物質(zhì)等，這些措施可以減輕心肌缺血再灌注損傷，但其確切效果還有待于更多的臨床試驗研究證實。

近來對缺血再灌注中代謝適應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，激活線粒體乙醛脫氫酶有很強的心肌保護作用，這對于大約40%的有ALDH2基因變異的亞洲人群具有重要的臨床意義。

2 線粒體乙醛脫氫酶的結(jié)構(gòu)和功能

ALDH有兩種重要的亞型，胞質(zhì)型和線粒體型，可以電泳遷移率、亞細胞定位等區(qū)分。其中線粒體ALDH，即ALDH2是一種由染色體12q24編碼的四聯(lián)體蛋白。其在核中編碼，然后由一17-氨基酸N-末端線粒體定位序列共翻譯轉(zhuǎn)運至線粒體基質(zhì)［3］;其Km值較低，醛類代謝活性較強，廣泛分布于人體肝、腎、心、肺、腦等組織。

乙醇通過乙醇脫氫酶代謝為乙醛，乙醛再在ALDH2作用下在線粒體中代謝為乙酸。ALDH2不僅是乙醛代謝中重要的代謝酶，它在其他活性醛的氧化和解毒中也起重要作用。心肌細胞的活性氧在線粒體產(chǎn)生，并使線粒體膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生4-羥基壬烯醛，其很容易在線粒體內(nèi)堆積，并導(dǎo)致細胞死亡，因此需要線粒體產(chǎn)生一些有益的保護因子清除這些毒性醛類有害物質(zhì)，以減少或?qū)鼓ぶ|(zhì)過氧化及活性氧的升高，而高活力的ALDH2是重要的因子之一，可通過減少毒性醛蛋白加合物的形成，促進細胞存活［4］。

除了其脫氫酶活性，ALDH2還具有還原酶的活性，可以催化介導(dǎo)硝酸甘油的生物轉(zhuǎn)化［5］，ALDH2使硝酸甘油轉(zhuǎn)化為一氧化氮，發(fā)揮舒張血管的作用，而持續(xù)使用硝酸甘油可導(dǎo)致ALDH2活性下降，一氧化氮不能持續(xù)產(chǎn)生，從而產(chǎn)生硝酸甘油耐受現(xiàn)象。

3 線粒體乙醛脫氫酶的心肌保護作用及機制

Chen等［6］研究表明乙醇預(yù)處理可使ALDH2活性升高21%而減少27%的心肌梗死面積，選擇性蛋白激酶C(PKC)ε激動劑處理可使ALDH2活性升高33%而減少49%的心肌梗死面積，這與Churchill等［7］在研究乙醇預(yù)處理的心肌保護中發(fā)現(xiàn)PKCε到線粒體的易位，繼而與ALDH2結(jié)合，增強ALDH2的活性的研究相一致。上述證據(jù)表明PKCε對心臟缺血再灌注損傷的保護作用部分是通過增強ALDH2的活性來實現(xiàn)的，Budas等［8］進一步研究證實熱休克蛋白90作為一個有細胞保護作用的分子伴侶可介導(dǎo)PKCε易位到線粒體內(nèi)，最終亦引起ALDH2的活性升高。這些研究表明乙醇預(yù)處理的心肌保護作用是由PKCε介導(dǎo)的，ALDH2是PKCε的底物，它的活性升高產(chǎn)生心肌保護作用。Budas等［9］又在PKCε基因敲除小鼠模型上實驗發(fā)現(xiàn)用Alda44激活A(yù)LDH2后同樣可以減少心肌梗死面積，因此ALDH2作為PKCε的下游基因，直接激活之即可以產(chǎn)生心肌保護作用。

目前認為缺血預(yù)處理(IPC)是一種對抗缺血再灌注損傷最為有效的內(nèi)源性保護機制之一，腺苷的釋放和PKC的激活被認為是IPC心肌保護作用的重要機制，ALDH2是PKCε的下游基因，缺血預(yù)處理的心肌保護作用也可能是通過PKC介導(dǎo)的ALDH2的激活來實現(xiàn)的;再灌注可誘發(fā)各種形式的心律失常，以室性心律失常最常見，而IPC可以明顯降低再灌注心律失常，近來有研究又闡明了缺血預(yù)處理的一種新的心肌保護機制與ALDH2有關(guān):即缺血預(yù)處理的抗腎素-血管緊張素效應(yīng)，其可減少缺血再灌注導(dǎo)致的心臟肥大細胞腎素的釋放，繼而消除血管緊張素Ⅱ和去甲腎上腺素誘導(dǎo)的心律失常，其內(nèi)在機制發(fā)現(xiàn)有腺苷A2b和A3受體繼而PKCε的激活，而同時也伴有PKCε介導(dǎo)的心臟肥大細胞ALDH2的激活［10］。

ALDH2激活對心肌損傷有何影響?國外有學(xué)者進行了一些動物實驗，使這些問題得到了部分闡明。一項對在體大鼠心肌缺血再灌注模型的研究中，缺血前5分鐘將8.5 mg/kg的小分子物質(zhì)Alda1注射入左心室以激活A(yù)LDH2，的確可以減少心肌梗死面積達60%［6］。以上研究說明ALDH2可以減輕心肌損傷，那么ALDH2心肌保護的具體機制是什么?

缺血再灌注可以激活細胞死亡程序，包括壞死、凋亡和自噬誘導(dǎo)的細胞死亡［11］。Ren等從自噬的角度研究了ALDH2對抗心肌缺血再灌注損傷的具體機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ALDH2過表達可減少心肌梗死面積，減輕缺氧復(fù)氧所致的心肌細胞收縮失調(diào)，并促進缺血后左心室功能的恢復(fù);而敲除ALDH2則與之相反。這些研究進一步加深了對ALDH2心肌保護作用機制的理解:缺血時ALDH2激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)從而抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，促進自噬;再灌注時，AMPK活性下降，ALDH2促進蛋白激酶B(Akt)的磷酸化從而激活mTOR，抑制自噬。這種對自噬的雙向調(diào)節(jié)作用闡釋了ALDH2誘導(dǎo)的對抗心肌缺血再灌注損傷的心肌保護作用［12］。

缺血預(yù)處理的抗腎素-血管緊張素效應(yīng)可明顯降低再灌注心律失常，并伴有心臟肥大細胞ALDH2的激活，那么ALDH2跟減少再灌注心律失常有無直接聯(lián)系呢?Koda等［10］的研究中用各種不同方式激活A(yù)LDH2，發(fā)現(xiàn)心臟肥大細胞脫顆粒和局部腎素釋放受到抑制，從而減少了再灌注心律失常的發(fā)生，此文進一步從減少心律失常的角度闡明了ALDH2心肌保護作用的機制。大多數(shù)基礎(chǔ)研究使用ALDH2抑制劑、激活劑以及線粒體蛋白組學(xué)的方法證實了心肌保護與ALDH2之間的關(guān)系，但對ALDH2心肌保護作用的具體機制研究還不夠，還需要從更多的角度，對其發(fā)揮保護作用的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等進一步的闡明。

4 線粒體乙醛脫氫酶基因變異和心肌保護

ALDH2基因包含13個外顯子，共發(fā)現(xiàn)了84個單核苷酸多態(tài)性位點，但國內(nèi)外研究主要集中在rs671位點上，即第12個外顯子處含有一個G到A的錯義突變，使504位的谷氨酸由賴氨酸代替(Glu504Lys);因此存在ALDH2等位基因(ALDH2*1和ALDH2*2)，并擁有三種基因型，即ALDH*1/1(野生純合型)、*1/2(突變雜合型)和*2/2(突變純合型)。rs671呈常染色體顯性遺傳，ALDH2*2等位基因在亞洲人群中很常見，而在歐洲和非洲基本缺失。經(jīng)研究幾乎所有白人都是ALDH2的野生純合子型，而有接近40%的亞洲人是雜合子型［13］。ALDH2酶是一個四聚體，四個亞單位中任何一個包含Glu504Lys突變，酶的活性就會嚴重下降。因此，相對于野生純合子來說，突變雜合子(ALDH2*1/2)僅有30% ～40%的酶活性，而突變純合子(ALDH2*2/2)沒有酶活性［6］。由于對乙醛氧化功能受損，ALDH2*2攜帶者可有飲酒后臉紅，并因?qū)ο跛岣视偷纳镛D(zhuǎn)化功能受損，所以應(yīng)用硝酸甘油后血管舒張反應(yīng)降低。

ALDH2基因多態(tài)性與心肌保護的基礎(chǔ)研究還較少，有學(xué)者利用轉(zhuǎn)基因模型對其心肌保護效應(yīng)的差異進行研究，Endo等［14］塑造了一個攜帶ALDH2*2等位基因的轉(zhuǎn)基因小鼠缺血再灌注模型，此小鼠ALDH2活性降低，從而導(dǎo)致了醛類的蓄積，但ALDH2*2轉(zhuǎn)基因鼠的心功能正常，而且由于代謝重塑，形成了對氧化應(yīng)激的耐受。線粒體醛應(yīng)激可以刺激真核翻譯起始因子2α的磷酸化，進一步促進激活轉(zhuǎn)錄因子4的轉(zhuǎn)錄和翻譯，促進了谷胱甘肽合成，其細胞內(nèi)谷胱甘肽水平是野生型的1.37倍。另外，在ALDH2*2轉(zhuǎn)基因鼠心臟中磷酸戊糖途徑被激活，糖酵解和還原型輔酶Ⅱ(NADPH)產(chǎn)生增多，促進了谷胱甘肽氧化還原循環(huán)，從而能更有效地對抗缺血再灌注引起的急性氧化應(yīng)激。

近年有來自東亞人群的橫斷面研究表明［15］:在急性心肌梗死人群中ALDH2突變型的比率更高。Xu等［16］在中國漢族人群研究了ALDH2 Glu504lys基因多態(tài)性與急性冠脈綜合征(ACS)之間的關(guān)系，結(jié)果亦發(fā)現(xiàn)急性冠脈綜合征組ALDH2基因突變型比率更高，原發(fā)性ST段抬高性心梗的亞組分析得出相似的結(jié)果，并得出這與飲酒量、炎癥和循環(huán)內(nèi)皮祖細胞的數(shù)量有關(guān)。以上研究表明ALDH2突變型是急性冠脈綜合征的一個基因危險因素，但可能不與冠心病的嚴重程度相關(guān)。

盡管上述研究表明ALDH2突變型是心梗的危險因素，但在臨床圍術(shù)期心肌缺血再灌注研究中卻有著不同的結(jié)果。Chen等的一項研究用心肌肌鈣蛋白I(cTnI)30 ng/ml和肌酸激酶MB同工酶(CK-MB)80 mg/ml為界值來衡量心肌損傷的大小，同時測定施行介入支架術(shù)的心肌梗死病人的ALDH2基因型，Logistic回歸分析顯示心肌損傷較小的病人當中有更高的ALDH2突變型比率，提示在施行介入支架術(shù)的急性心肌梗死或ST段抬高性心肌梗死病人當中ALDH2突變型是一獨立的保護因素［17］。Zhang等［18］入選了118例法洛四聯(lián)癥根治術(shù)患者，進行了一項ALDH2基因多態(tài)性與心肌保護效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)ALDH2*2攜帶者表達較少的ALDH2但表達更多的激活轉(zhuǎn)錄因子4，同時毒性醛加合物的水平降低，擁有更高的谷胱甘肽水平;與此同時，ALDH2*2攜帶者術(shù)后肌鈣蛋白I水平更低。由此可見，為了對抗氧化應(yīng)激，ALDH2*2攜帶者可能通過谷胱甘肽起了更重要的心肌保護作用。以上研究表明ALDH2基因型可以作為心肌保護的基因預(yù)測因子，似乎需要針對不攜帶ALDH2*2的患者提供更多的心肌保護策略。但是，以上研究僅針對紫紺型先天性心臟病患兒，至于在非紫紺型先天性心臟病患兒以及成人心臟外科手術(shù)中還尚未研究。

5 線粒體乙醛脫氫酶及其基因多態(tài)性的臨床意義

ALDH2可以通過加強活性醛的代謝和作為硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮的重要酶而發(fā)揮心肌保護作用，許多證據(jù)亦表明ALDH2在介導(dǎo)心肌保護的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面有重要作用，因此，如利用ALDH2激動劑Alda-1，可能在心肌梗死或血運重建手術(shù)中減少心肌損傷。在臨床圍術(shù)期心肌保護方面，ALDH2多態(tài)性相關(guān)研究還不多，需要更多進一步研究，了解針對不同ALDH2基因型的病例是否需要個體化的治療措施。

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100037 北京市，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 阜外心血管病醫(yī)院 心血管疾病國家重點實驗室

姚優(yōu)修 博士研究生 主要從事心血管圍術(shù)期醫(yī)學(xué)研究 Email:yaoqing2008．happy@163．com 通訊作者:鄭哲 Email:zhengzhe@fuwai．com

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1000-3614(2012)06-0475-03

10.3969/j．issn．1000-3614.2012.06.022

2012-07-18)

(編輯:常文靜)