ATP敏感性鉀通道在心肌缺血/再灌注損傷中的作用

李 清(綜述)，王國(guó)林(審校)

(天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院麻醉科，天津 300052)

隨著冠狀動(dòng)脈內(nèi)溶栓、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療、心臟搭橋手術(shù)等方法的廣泛應(yīng)用，再灌注治療成為急性冠狀動(dòng)脈綜合征的重要治療方法。而隨之帶來的再灌注損傷愈來愈引起臨床醫(yī)師的重視。尋找有效的心肌保護(hù)措施減輕心肌缺血/再灌注損傷具有重要意義。心臟停跳液是有效的心肌保護(hù)策略，它除了提供一個(gè)良好的無血手術(shù)視野外，還可以通過改變細(xì)胞膜的離子流動(dòng)降低細(xì)胞內(nèi)鈣超載和ATP的耗竭。雖然機(jī)制不太清楚，但存在于心肌細(xì)胞中的ATP敏感性鉀通道在停跳液的心肌保護(hù)中起重要作用［1-4］。自 Murry等［5］和 Zhao 等［6］首次提出缺血預(yù)處理和缺血后處理的概念以來，大量研究表明缺血預(yù)處理和后處理對(duì)缺血/再灌注心肌具有保護(hù)作用［7-9］。其作用機(jī)制比較復(fù)雜，但ATP敏感性鉀通道與缺血預(yù)處理和后處理的心肌保護(hù)作用密切相關(guān)［10-11］。現(xiàn)就ATP敏感性鉀通道在心肌缺血/再灌注損傷中的作用予以綜述。

1 ATP敏感性鉀通道的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)

ATP敏感鉀離子通道(ATP-sensitive potassium channel，KATP通道)是可被細(xì)胞內(nèi)ATP和其他腺嘌呤核苷酸抑制的內(nèi)向整流K+通道，因此稱為ATP敏感的選擇性 K+通道［12］。1991 年，Inoue 等［13］在大鼠肝細(xì)胞線粒體中發(fā)現(xiàn)了存在于線粒體內(nèi)膜的KATP通道，由此將KATP通道分為質(zhì)膜KATP通道(sarcolemmaATP-sensitive potassium channel，SarcKATP)和線粒體KATP通道(mitochondriaATP-sensitive potassium channel，MitoKATP)。

1.1 結(jié)構(gòu) KATP通道是異四聚體復(fù)合物，由受細(xì)胞內(nèi)ATP濃度調(diào)節(jié)的一種內(nèi)向整流鉀通道(Kir亞基)和ATP結(jié)合蛋白超家族成員磺酰脲類受體兩個(gè)亞基組成。SUR亞基在C端包含兩個(gè)核苷酸結(jié)合位點(diǎn)(NBD-1和 NBD-2)，每一個(gè)位點(diǎn)包含 Walker A和Walker B兩個(gè)基序，是與ATP和Mg2+-ADP結(jié)合的敏感位點(diǎn)［1］。ATP敏感性鉀通道的功能性結(jié)構(gòu)模式包括通道閘門、轉(zhuǎn)換亞單位、ATP結(jié)合抑制亞單位、兩個(gè)磷酸化位點(diǎn)和二磷酸核苷結(jié)合位點(diǎn)。調(diào)節(jié)KATP通道功能的因素包括ATP、二磷酸核苷、Mg2+、Na+及位于細(xì)胞膜上的與腺苷受體相耦聯(lián)的G蛋白等［14］。

1.2 調(diào)節(jié) 在生理狀態(tài)下，ATP與Kir亞基結(jié)合使KATP通道處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP濃度明顯降低時(shí)才逐漸開放。這種關(guān)閉狀態(tài)在［ATP］i和［Mg2+-ATP］i＞1 mmol/L時(shí)即可以維持，由于外源性的ATP輸入而導(dǎo)致的［ATP］增加則對(duì)KATP通道的開放狀態(tài)無作用。正常內(nèi)環(huán)境中ATP濃度較高，激活肌酸激酶使KATP通道受抑制，處于關(guān)閉狀態(tài)，限制了K+的跨膜流動(dòng)。而當(dāng)外界發(fā)生刺激時(shí)(如缺血、代謝變化等)糖酵解增加，使［ATP］濃度降低，ADP濃度升高，ATP與Kir亞基分離，肌酸激酶活性降低或受抑制，導(dǎo)致 KATP通道的開放［1］。

許多學(xué)者報(bào)道KATP通道的開放對(duì)缺血的器官和細(xì)胞都有保護(hù)作用。KATP通道的開放使膜電位固定在鉀的可逆電位，細(xì)胞處于非激活及停搏狀態(tài)，非常接近膜靜息電位，跨膜離子平衡，離子流最少，各種ATP泵轉(zhuǎn)運(yùn)活性最小，使心肌處于最佳代謝狀態(tài)，則可產(chǎn)生心肌保護(hù)作用［15-16］。MitoKATP的開放，引起K+的內(nèi)流，使線粒體膜發(fā)生除極，降低了線粒體外Ca2+內(nèi)流的驅(qū)動(dòng)力，從而減少了Ca2+超載所引起的損傷。SarcKATP開放，可以加速細(xì)胞膜動(dòng)作電位第三期的除極過程，縮短動(dòng)作電位時(shí)間，抑制Ca2+內(nèi)流，起到了保護(hù)作用［16］。

2 ATP敏感性鉀通道在缺血預(yù)處理心肌保護(hù)中的作用

Murry等［5］于1986年首次提出了心肌缺血預(yù)處理的概念，發(fā)現(xiàn)心肌經(jīng)反復(fù)短暫的缺血/再灌注后，能在隨后的長(zhǎng)時(shí)間缺血中延長(zhǎng)并縮小心肌梗死面積、保護(hù)心肌的收縮和舒張功能。缺血預(yù)處理對(duì)于缺血/再灌注心肌保護(hù)作用的機(jī)制涉及很多方面，ATP敏感性鉀通道是其中之一［17-18］。關(guān)于SarcKATP通道和MitoKATP通道在缺血預(yù)處理心肌保護(hù)中的作用目前尚存在爭(zhēng)議。Kong等［19］學(xué)者觀察到單純的MitoKATP通道抑制劑5-羥基葵酸鹽(5-hydroxydecanoate，5-HD)和SarcKATP通道抑制劑HMR1908都無法完全消除缺血預(yù)處理的心肌保護(hù)作用，而只有兩者聯(lián)合應(yīng)用才能全部消除其保護(hù)作用。Sanada等［20］在犬心肌缺血/再灌注模型中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，說明SarcKATP通道和MitoKATP通道在缺血預(yù)處理心肌保護(hù)中共同發(fā)揮作用。但是，Suzuki等［21］在野生大鼠和KiR6.2 knockout大鼠心肌缺血/再灌注模型中發(fā)現(xiàn)，缺血預(yù)處理可以縮短動(dòng)作電位時(shí)間起到心肌保護(hù)作用，SarcKATP通道抑制劑HMR1908可消除這種心肌保護(hù)作用，而MitoKATP通道抑制劑5-HD則無影響，由此說明，SarcKATP通道在缺血預(yù)處理心肌保護(hù)中發(fā)揮主要作用，而不是 MitoKATP通道。然而，Sasaki等［22］學(xué)者在大鼠離體心臟模型和兔心肌細(xì)胞模型中發(fā)現(xiàn)，MCC-134，一種 SarcKATP通道開放劑和MitoKATP通道抑制劑，可以明顯消除缺血預(yù)處理的心肌保護(hù)作用，說明MitoKATP通道在缺血預(yù)處理心肌保護(hù)中發(fā)揮主導(dǎo)作用。SarcKATP通道和MitoKATP通道在缺血預(yù)處理心肌保護(hù)中的作用尚需繼續(xù)研究。

3 ATP敏感性鉀通道在缺血后處理心肌保護(hù)中的作用

Zhao等［6］于2003年首先提出缺血后處理概念，再灌注后立即給予一次或多次短暫重復(fù)心肌缺血/再灌注，能提高心肌對(duì)以前發(fā)生的較長(zhǎng)時(shí)間缺血的耐受性;在犬的在體急性缺血/再灌注模型中證實(shí)了缺血后處理能改善缺血/再灌注后心臟的功能，縮小梗死面積。研究發(fā)現(xiàn)，缺血后處理的心肌保護(hù)作用與 KATP活化機(jī)制存在密切相關(guān)性［23］，KATP通道的開放可能是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)成分之一，也可能是終末效應(yīng)機(jī)制之一［8］。有學(xué)者在兔的體心肌缺血/再灌注模型研究中發(fā)現(xiàn)，缺血后處理可以明顯減少心肌梗死面積，給缺血后處理組分別加入非選擇性KATP通道抑制劑格列苯脲和選擇性線粒體KATP通道抑制劑5-HD，發(fā)現(xiàn)均能抵消缺血后處理的心肌保護(hù)作用，證實(shí)缺血后處理與KATP通道的開放有關(guān)［24］。Mykytenko等［25］在犬體冠狀動(dòng)脈阻塞60 min和再灌注24 h的模型中，發(fā)現(xiàn)5-HD可以消除缺血后處理的心肌保護(hù)作用，而SarcKATP抑制劑HMR1908則無此作用，說明缺血后處理的心肌保護(hù)作用通過特定的KATP通道，即線粒體 KATP通道發(fā)揮作用。Penna等［26］在離體鼠心臟缺血/再灌注模型中研究也發(fā)現(xiàn)用線粒體KATP抑制劑5-HD可以使缺血后處理的心肌保護(hù)作用消失，說明缺血后處理的心肌保護(hù)作用與線粒體KATP通道密切相關(guān)。

4 ATP敏感性鉀通道在鉀鎂停跳液心肌保護(hù)中的作用

術(shù)中應(yīng)用心臟停跳液心肌保護(hù)策略是傳統(tǒng)的心肌保護(hù)方法，與傳統(tǒng)的高鉀停跳液相比，鉀鎂心臟停跳液具有更強(qiáng)的心肌保護(hù)作用。有研究表明，ATP敏感性鉀通道在鉀鎂心臟停跳液心肌保護(hù)作用中發(fā)揮重要作用［3，27］，其中線粒體 KATP的作用尤為突出。Toyoda等［3］在心肌缺血前、缺血即刻或再灌注即刻應(yīng)用 SarcKATP抑制劑 HMR1883和 MitoKATP抑制劑5-HD，發(fā)現(xiàn)無論是缺血前、即刻還是再灌注即刻應(yīng)用HMR1883對(duì)鉀鎂停跳液的心肌保護(hù)作用無任何影響，術(shù)后心肌梗死面積和術(shù)后心臟功能的恢復(fù)無明顯變化，而缺血前和即刻應(yīng)用5-HD可以明顯消除鉀鎂停跳液的心肌保護(hù)作用，再灌注即刻應(yīng)用5-HD卻無此作用，由此說明，鉀鎂停跳液的心肌保護(hù)作用通過線粒體KATP實(shí)現(xiàn)，發(fā)揮作用的時(shí)機(jī)為心肌缺血前或缺血時(shí)，而不是再灌注時(shí)。Wakiyama等［4］應(yīng)用豬急性心肌梗死體外循環(huán)模型，模仿人急性心肌梗死后冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)的過程，發(fā)現(xiàn)MitoKATP開放劑二氮嗪與鉀鎂停跳液聯(lián)合應(yīng)用比單純應(yīng)用鉀鎂停跳液，可明顯減少心肌梗死面積，具有心肌保護(hù)作用。

5 小結(jié)

缺血/再灌注損傷是缺血性心臟病以及心臟手術(shù)后心功能不全的主要病理基礎(chǔ)，尋找有效的心肌保護(hù)措施減輕心肌缺血/再灌注損傷具有重要意義。ATP敏感性鉀通道在缺血/再灌注心肌損傷的心肌保護(hù)中發(fā)揮重要作用，它可能是誘發(fā)啟動(dòng)因子，也可能是終末作用機(jī)制。缺血預(yù)處理、缺血后處理及鉀鎂停跳液等對(duì)缺血/再灌注心肌的保護(hù)作用機(jī)制中都涉及此通道，尤其是線粒體ATP敏感性鉀通道更是缺血/再灌注心肌保護(hù)的重要作用機(jī)制。

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