激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)對(duì)心梗后心肌細(xì)胞灌注的影響

黃長(zhǎng)根，姚玉宇，馬根山

(1.東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院 心血管病研究所，江蘇南京 210009;2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院心血管內(nèi)科，江蘇南京 210009)

當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)不僅可以通過(guò)降低血管緊張素Ⅱ的水平，而且可以通過(guò)抑制緩激肽的分解，來(lái)改善心肌梗死(心梗)后心肌擴(kuò)張和心力衰竭后，人們開(kāi)始關(guān)注激肽釋放酶－激肽系統(tǒng)(kallikrein－kininsystem，KKS)在心梗后對(duì)心臟的影響。大量研究結(jié)果［1－3］顯示，激肽釋放酶－激肽系統(tǒng)廣泛地存在于心血管系統(tǒng)中，但目前關(guān)于心梗后KKS的作用仍不十分清楚，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為激肽釋放酶激肽系統(tǒng)在心梗后有改善心室重構(gòu)、縮小心肌梗死面積、減少心肌細(xì)胞凋亡、抑制心肌纖維化等作用。作者對(duì)關(guān)于KKS在心梗后增加心肌細(xì)胞灌注、減輕缺血－再灌注損傷的研究作一綜述。

1 KKS的組成及生理作用

KKS主要包括前激肽釋放酶/激肽釋放酶原、激肽釋放酶、激肽原、激肽和激肽受體。

激肽是KKS中具有多種藥理學(xué)活性多肽的總稱，主要有緩激肽(bradykinin，BK)、賴氨酰緩激肽和甲硫氨酰賴氨酰緩激肽。在血液或者尿液中，賴氨酰緩激肽和甲硫氨酰賴氨酰緩激肽可以在氨肽酶的作用下轉(zhuǎn)化為緩激肽［4］，BK可被循環(huán)中的激肽酶迅速(小于15 s)降解而失活［5］，其中血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)就是激肽酶中最重要的一種。激肽的前體——激肽原來(lái)源于α2球蛋白，分為高分子量激肽原(high－molecularweight kininogen HMWK)和低分子量激肽原(lowmolecular－weight kininogen LMWK)。激肽釋放酶分為血漿激肽釋放酶(plasma kallikrein，PK)和組織激肽釋放酶(tissue kallikrein，TK)兩種，分別由前激肽釋放酶和激肽釋放酶原轉(zhuǎn)換而來(lái)。PK存在于血液循環(huán)中，平時(shí)表現(xiàn)為非激活形式，即前激肽釋放酶，前激肽釋放酶可被Ⅻa因子激活而轉(zhuǎn)換為具有活性的PK，PK可作用于HMWK，產(chǎn)生BK和賴氨酰緩激肽;TK以非活性的激肽釋放酶原的形式在組織中合成，可被胰蛋白酶激活而形成具有活性的TK。TK可作用于LMWK，產(chǎn)生賴氨酰緩激肽，再經(jīng)氨基肽酶水解生成BK。KKS發(fā)揮作用大多通過(guò)激肽激動(dòng)激肽受體，激肽受體分為B1受體和B2受體。B1受體對(duì)羧基端缺如的激肽代謝產(chǎn)物具有很強(qiáng)的選擇性和親和力，一般認(rèn)為，B1受體在正常的情況下不表達(dá)，而在應(yīng)激和炎癥時(shí)反應(yīng)性地高表達(dá)，主要介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和血管新生;B2受體存在于正常機(jī)體內(nèi)，對(duì)BK、賴氨酰緩激肽敏感，介導(dǎo)大多數(shù)心血管效應(yīng)、電解質(zhì)代謝和器官保護(hù)功能［6］。

2 心肌細(xì)胞的灌注

心臟由冠狀動(dòng)脈供血。從主動(dòng)脈根部發(fā)出左、右冠狀動(dòng)脈，分別開(kāi)口于主動(dòng)脈瓣左后葉和前葉。左冠狀動(dòng)脈自主動(dòng)脈根部發(fā)出后是一段較短的左主干，然后分為左回旋支和左前降支。左回旋支沿房室溝走行，向下轉(zhuǎn)向心尖，主要供應(yīng)左心房和左心室側(cè)壁，并與右冠狀動(dòng)脈共同供血至左心室后壁。左前降支沿室間溝走行，直至心尖，主要供應(yīng)左心室游離壁、室間隔和心室前壁的一小部分。右冠狀動(dòng)脈沿心臟膈面的冠狀溝走行，再向下至心尖部;它主要供應(yīng)右心房、右心室游離壁，有時(shí)還不同程度地供應(yīng)室間隔的后1/3和左心室后壁。各冠狀動(dòng)脈分支穿行于心肌之間，向遠(yuǎn)端分為小動(dòng)脈、微動(dòng)脈和后微動(dòng)脈等一系列分支，最終形成豐富的毛細(xì)血管網(wǎng)。毛細(xì)血管位于膈肌纖維之間，并與之平行地走行。一般情況下一根肌纖維只有一條毛細(xì)血管供血，兩者之間的最大擴(kuò)散距離為8～10 μm。通常情況下只有3/5～4/5的心臟毛細(xì)血管處于開(kāi)放狀態(tài)，如果動(dòng)脈血氧分壓降低或從事運(yùn)動(dòng)，則處于開(kāi)放狀態(tài)的毛細(xì)血管將增加，以保證心肌細(xì)胞的代謝需要。冠狀動(dòng)脈基本上屬于終末動(dòng)脈，每一個(gè)小動(dòng)脈分別灌注其所屬的毛細(xì)血管床。一根冠狀動(dòng)脈如果突然發(fā)生閉塞，則導(dǎo)致區(qū)域性心肌缺血，甚至梗死。各冠狀血管之間雖有吻合支存在，但通常較小，以致直徑大于35～40 μm的微粒難以通過(guò)。因此，從功能上來(lái)看，它們不能成為各血管段之間的側(cè)支血流通路。但是，如果某一冠狀動(dòng)脈的血流是逐步減少的，則上述吻合支隨之?dāng)U大，可將血液自正常血管引入病變血管內(nèi)［7－9］。

冠狀動(dòng)脈斑塊破裂、裂隙或夾層引起冠脈內(nèi)血栓形成，或繼發(fā)于心肌氧供需失衡(如冠脈痙攣、心律失常、貧血、呼吸衰竭、高血壓或低血壓)均可導(dǎo)致心肌缺血以致梗死。心梗時(shí)病變血管相關(guān)的心肌出現(xiàn)血液供需的嚴(yán)重失衡(甚至完全沒(méi)有血供)，從而引起心肌細(xì)胞功能紊亂，最終可導(dǎo)致心肌壞死。心肌壞死是由心內(nèi)膜下擴(kuò)展至心外膜下，壞死范圍的大小取決于冠狀動(dòng)脈供血減少的程度、供血停止的時(shí)間和側(cè)支循環(huán)血流的多少［10］。在體內(nèi)多種因素的影響下，心梗后病變血管可出現(xiàn)擴(kuò)張和再通，病變血管周邊側(cè)支血管開(kāi)放和新生血管生成，相關(guān)缺血區(qū)域毛細(xì)血管密度增加，從而改善病變心肌細(xì)胞的血液灌注。在心梗后心肌細(xì)胞經(jīng)歷一段時(shí)間的缺血后在自身或醫(yī)療幫助下可一定程度地恢復(fù)心肌細(xì)胞的灌注，在這一過(guò)程中常發(fā)生缺血－再灌注損傷。心肌細(xì)胞在缺血－再灌注時(shí)，隨著氧的重新供應(yīng)，驟然產(chǎn)生大量的氧自由基，這些過(guò)多的自由基超出了機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的代償能力，而對(duì)包括細(xì)胞膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等在內(nèi)的膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。膜脂質(zhì)被過(guò)氧化生成脂質(zhì)過(guò)氧化物，溶酶體被破壞解體，鈣離子大量涌入細(xì)胞，缺血心肌細(xì)胞在再灌注的損傷下很快從可逆性損傷過(guò)渡為不可逆性損傷。同時(shí)，在缺血心肌細(xì)胞及缺血心肌細(xì)胞周圍有白細(xì)胞大量聚集;一方面白細(xì)胞可以產(chǎn)生氧自由基，破壞心肌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu);另一方面白細(xì)胞因其直徑大而堵塞微循環(huán)，造成微循環(huán)結(jié)構(gòu)損傷、內(nèi)皮功能障礙，進(jìn)一步加重了缺血－再灌注時(shí)心肌細(xì)胞的損傷。缺血－再灌注損傷發(fā)生時(shí)主要表現(xiàn)為心肌舒縮功能降低、心律失常等，對(duì)心梗的預(yù)后產(chǎn)生不良的影響。

3 KKS在心梗后心肌細(xì)胞灌注中的作用

心梗后導(dǎo)致病變血管相關(guān)的心肌缺血，此時(shí)激肽可以通過(guò)增加冠狀動(dòng)脈的血流來(lái)改善缺血心肌細(xì)胞的灌注［11］。這種功能可能與激肽激動(dòng)B2受體的效應(yīng)有關(guān)，因?yàn)檫@樣的效應(yīng)可被B2受體拮抗劑HOE140所拮抗，又可被非肽類B2受體激動(dòng)劑5FR190997所增強(qiáng)［12］;此外在轉(zhuǎn)基因大鼠心臟中過(guò)表達(dá)的人激肽釋放酶［13］或者在冠狀動(dòng)脈內(nèi)輸注額外的 BK［14］均可以進(jìn)一步增加心梗后冠狀動(dòng)脈的血流而增加缺血心肌細(xì)胞的灌注。

心梗后如未能充分開(kāi)通病變血管，心肌則會(huì)出現(xiàn)持續(xù)缺血，并會(huì)誘導(dǎo)病變血管周邊側(cè)支血管的開(kāi)放和新生血管的生成，以減小心梗范圍并抑制心臟重塑。體外實(shí)驗(yàn)顯示，BK可以刺激內(nèi)皮細(xì)胞的增殖［15］，在慢性血管閉塞病變中對(duì)血管新生至關(guān)重要［16］，激肽釋放酶轉(zhuǎn)基因療法可以增加心梗后毛細(xì)血管密度［17－18］。

Munk等［19］在成年小鼠心臟的體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的血管新生需依賴于B2受體，表明血管新生受血管緊張素Ⅱ受體影響而不是血管緊張素Ⅰ受體，這個(gè)效應(yīng)也可以被B2受體拮抗劑HOE140所拮抗;而B2受體基因敲除的小鼠不管是用血管緊張素Ⅱ還是血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子來(lái)誘導(dǎo)，均不能誘導(dǎo)血管新生;激肽釋放酶抑制劑也能抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的血管新生，上述結(jié)果提示，B2受體對(duì)心臟血管再生有著重要影響。盡管如此，增強(qiáng)新生血管形成的具體機(jī)制中，關(guān)于 B1受體［20］或 B2受體［21］是否參與其中仍存在爭(zhēng)議。Parenti等［22］通過(guò)在體外的兔角膜環(huán)境中證實(shí)，BK誘導(dǎo)的血管新生是通過(guò)B1受體而不是B2受體，并且他們認(rèn)為B1受體通過(guò)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF2)的產(chǎn)生來(lái)介導(dǎo)血管出芽，因?yàn)镕GF2的抗體可以抑制血管新生。Knox等［23］在人支氣管的環(huán)境中證實(shí)，BK可以通過(guò)B2受體激動(dòng)蛋白激酶C和生成內(nèi)源性前列腺素誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌而刺激血管新生。Thuringer等［24］在體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，BK可以通過(guò)B2受體反式激活VEGF受體(KDR/Flkl)而促進(jìn)冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞形成血管狀結(jié)構(gòu)。

Emanueli等［25］在腿部的缺血模型中發(fā)現(xiàn)，局部使用TK后通過(guò)Akt－eNOS信號(hào)通路導(dǎo)致血管新生，與VEGF－A 和 VEGFR－2無(wú)關(guān)。Yao 等［26］通過(guò)將攜帶有TK基因的腺病毒與或不與攜帶有不能激活的Akt突變體的腺病毒(Ad.DN－Akt)及始終處于活化狀態(tài)的GSK－3β 突變體的腺病毒(Ad.GSK3β－S9A)一同注射入心梗后大鼠心肌層中，重組表達(dá)的TK在TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后10 d顯著地提高了大鼠的心功能，減小了梗死面積，在增加了毛細(xì)血管及細(xì)小動(dòng)脈密度的同時(shí)顯著增加了心肌血液灌注;TK在增加了心臟Akt和GSK－3β磷酸化的同時(shí)，降低了GSK－3β的活性并上調(diào)了VEGF和VEGFR－2的表達(dá)。上述所有TK的功能均可被Ad.DN－Akt和 Ad.GSK3β－S9A 所阻止。提示 TK 可通過(guò)Akt－GSK－3β信號(hào)通路促進(jìn)VEGF的表達(dá)繼而促進(jìn)血管新生。

內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPCs)被認(rèn)為對(duì)血管新生非常重要。Agata等［27］在左前降支結(jié)扎后的裸鼠心梗模型中植入了轉(zhuǎn)TK基因的EPCs，與植入空載基因的EPCs相比，前者心肌梗死周邊的毛細(xì)血管和小動(dòng)脈的密度明顯增加。Spillmann等［18］將激肽釋放酶基因轉(zhuǎn)移至心肌細(xì)胞，在心梗后可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞全身性的增加，并導(dǎo)致毛細(xì)血管密度的增加。Kr?nkel等［28］通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，BK 可以通過(guò)PI3K/Akt/eNOS信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)CD133+和 CD34+的血管新生祖細(xì)胞和EPCs強(qiáng)有力的趨化活性。Yao等［29］分別作了體外和小鼠體內(nèi)的研究，在體外從大鼠外周血中分離出了包含EPCs的單核細(xì)胞，并在有或無(wú)TK、激肽B2受體拮抗劑(icatibant)、磷脂酰肌醇－3激酶抑制劑(LY294002)的條件下進(jìn)行了TK對(duì)EPCs分化、凋亡、遷移和血管管狀結(jié)構(gòu)形成能力的研究;在心梗小鼠模型中，研究了TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)外周循環(huán)中CD34+Flk－1+祖細(xì)胞數(shù)量、血管新生的程度和心功能的影響。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TK加快了EPCs的分化、提高了EPCs遷移和形成血管管狀結(jié)構(gòu)的能力、降低了因缺氧所致的EPCs的凋亡，并增加了Akt的磷酸化和caspase－3裂解蛋白的水平，但上述所有TK的功能均可被icatibant或LY294002所阻止。在體實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后小鼠心臟內(nèi)表達(dá)出來(lái)大量TK，并在TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后7 d顯著提高心肌收縮能力，縮小了梗死面積;和空載病毒組相比，可以增加CD34+Flk－1+EPCs的數(shù)量，促進(jìn)梗死心肌周圍毛細(xì)血管及細(xì)小動(dòng)脈的生長(zhǎng)，從而降低死亡率和保護(hù)左室功能。以上結(jié)果提示TK可以通過(guò) B2R－Akt信號(hào)通路來(lái)增加EPCs的數(shù)量和性能，從而促進(jìn)心梗后血管的新生。

4 KKS在心梗后心肌細(xì)胞缺血-再灌注損傷中的作用

心梗后如心肌細(xì)胞在發(fā)生可逆性損傷階段獲得了血液再灌注，可引起心肌細(xì)胞代謝性的、機(jī)械性的和膜功能的恢復(fù)，但由于缺血時(shí)已經(jīng)存在的電生理學(xué)不同步特性，再加上再灌注加重了其不穩(wěn)定性，更易發(fā)生折返激動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致室性心動(dòng)過(guò)速的發(fā)生，并可進(jìn)行性加重，甚至發(fā)生室顫。在一定時(shí)間缺血后的再灌注，卻不能阻止心肌損傷朝向不可逆性損傷發(fā)展，促進(jìn)了缺血性損傷的繼續(xù)惡化，即心梗后心肌細(xì)胞的缺血－再灌注損傷，這會(huì)減弱再灌注給心臟帶來(lái)的益處，并可加重心臟功能障礙和心肌的損傷［30－31］。在對(duì)KKS的研究中，人們不斷發(fā)現(xiàn)激肽可以通過(guò)多種途徑來(lái)減少缺血－再灌注損傷所致的心肌梗死范圍的擴(kuò)大、不良的心室重構(gòu)、惡性心律失常的發(fā)生及心肌細(xì)胞的凋亡。國(guó)內(nèi)外在關(guān)于降低缺血－再灌注損傷方面的研究均非常多［32－37］，Yoshida 等［38］在大鼠心肌缺血/再灌注前 1 周將TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)至大鼠心臟，發(fā)現(xiàn)與導(dǎo)入空白腺病毒基因載體的大鼠相比，TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后可顯著減少心梗面積與缺血風(fēng)險(xiǎn)心肌面積的比值、降低室顫的發(fā)生率、減弱缺血心肌的凋亡，還發(fā)現(xiàn)在TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后心肌中激肽和cGMP水平顯著升高。提示TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后是通過(guò)激肽－cGMP信號(hào)通路來(lái)降低心梗后心肌因缺血－再灌注所致的梗死面積的擴(kuò)大、室顫的發(fā)生和心肌細(xì)胞的凋亡。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，激肽釋放酶/激肽是通過(guò) Akt－Bad·14－3－3 and Akt－GSK－3β－caspase－3 信號(hào)通路來(lái)抑制心肌缺血－再灌注后心肌細(xì)胞的凋亡的［39］。

Yin等［40］在大鼠心肌缺血－再灌注前4 d將TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)至大鼠心臟，并使用 icatibant或者 L－NAME(NO合酶抑制劑)干預(yù)，結(jié)果顯示，在缺血－再灌1 d后TK基因轉(zhuǎn)導(dǎo)可以提高心肌收縮和舒張能力，減小心肌梗死面積，還可以通過(guò)降低細(xì)胞間的黏附來(lái)減少巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞在梗死心肌處的聚集，激肽釋放酶可以增加心肌內(nèi)皮NO合酶的磷酸化和NO的水平，減少超氧化合物的形成、TGF－β1水平和Smad2的磷酸化。除此以外，激肽釋放酶還可減少缺血－再灌注誘導(dǎo)的 JNK、p38MAPK、IκB－α 的磷酸化和細(xì)胞核內(nèi)NF－κB的激活。在缺血－再灌7 d后，TK可以提高心臟功能、減少心肌梗死面積，預(yù)防心室壁變薄。但以上作用均可被icatibant和L－NAME所阻止。提示TK在心肌缺血－再灌注后是通過(guò)B2受體和NO的合成來(lái)對(duì)氧化應(yīng)激、TGF－β1/Smad2和 JNK/p38MAPK信號(hào)通路以及NF－κB激活產(chǎn)生抑制效果，從而提高心肌功能、抑制炎癥和限制左室重構(gòu)。

5 展 望

近年來(lái)關(guān)于KKS的研究成果頗豐，人們對(duì)KKS的各種生理作用的了解也愈來(lái)愈深入。KKS在心梗中的作用深受人們的重視，其可以增加心肌細(xì)胞的灌注和減輕心肌細(xì)胞缺血－再灌注損傷的作用更是令人振奮，特別是近期關(guān)于KKS對(duì)心梗后血管新生的研究讓人們對(duì)心梗后心肌細(xì)胞灌注的改變有了更進(jìn)一步的了解，希望這可以成為未來(lái)心梗治療策略的一個(gè)新的方向。

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