心肌后處理保護(hù)機(jī)制的研究進(jìn)展

王秀紅 陳世彪

.綜述.

心肌后處理保護(hù)機(jī)制的研究進(jìn)展

王秀紅 陳世彪

缺血-再灌注損傷； 心肌保護(hù)； 缺血后處理；藥物后處理； 延遲后處理

心肌梗死屬冠心病的嚴(yán)重類型，是因冠狀動(dòng)脈血供急性減少或中斷，使相應(yīng)的心肌嚴(yán)重而持久地急性缺血導(dǎo)致的心肌壞死。早期再灌注是挽救缺血心肌的唯一方法，恢復(fù)血流灌注可防止梗死面積擴(kuò)大，保護(hù)心臟功能。目前心肌梗死的再灌注治療主要有溶栓和冠狀動(dòng)脈介入治療，但再灌注開始的幾分鐘內(nèi)，由于細(xì)胞內(nèi)鈣超載、三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)合成不足、氧自由基爆發(fā)及膜磷脂的缺失而產(chǎn)生不可逆的細(xì)胞損害，包括心肌細(xì)胞壞死、凋亡，心肌收縮功能失常，心律失常，微血管損傷或“無復(fù)流”現(xiàn)象和炎癥反應(yīng)，這些損害即為再灌注損傷［1-2］。

1 缺血后處理的提出

繼心肌缺血預(yù)處理后，2003年Zhao等［3］將狗冠狀動(dòng)脈結(jié)扎60 min后給予灌注30 s，缺血30 s，實(shí)施3個(gè)循環(huán)，發(fā)現(xiàn)具有心肌保護(hù)作用，能減少再灌注損傷，這種保護(hù)現(xiàn)象被稱為后處理。缺血后處理能縮小梗死面積，減少細(xì)胞凋亡，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞功能，防止中性粒細(xì)胞聚集及減少心律失常的發(fā)生［4］。后處理與預(yù)處理均具有心肌保護(hù)作用，但心血管事件因其突發(fā)及不可預(yù)見性使后處理具有更大的研究意義及臨床應(yīng)用價(jià)值。

2 后處理的心肌保護(hù)機(jī)制

經(jīng)過科學(xué)家多年研究，后處理心肌保護(hù)機(jī)制已較成熟，概括為“觸發(fā)劑-調(diào)節(jié)介質(zhì)-終末效應(yīng)器”，即由各類內(nèi)源性觸發(fā)因子及其受體、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及終末效應(yīng)器來達(dá)到抑制細(xì)胞凋亡及壞死的作用。目前主要爭論為哪類受體或哪類信號(hào)通路對(duì)心肌保護(hù)作用更強(qiáng)。

2.1 觸發(fā)劑

在缺血時(shí)期心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞及白細(xì)胞形成和釋放腺苷、緩激肽和阿片類物質(zhì)等，它們作用于肌纖維膜上的相應(yīng)受體，受體激活后產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)的一系列酶聯(lián)反應(yīng)如蛋白激酶激活，蛋白激酶激活最終作用于亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)如線粒體或細(xì)胞骨架來達(dá)到穩(wěn)定心肌細(xì)胞，減少細(xì)胞死亡的作用［5］。

2.1.1 腺苷及其受體 后處理可使腺苷濃度增加，進(jìn)一步激活G蛋白耦聯(lián)受體及促進(jìn)一氧化氮釋放，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路［如磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)］被活化，最終開放ATP敏感性鉀通道，從而觸發(fā)后處理的心肌保護(hù)作用［6］。腺苷同時(shí)也參與抑制中性粒細(xì)胞活化以及炎癥反應(yīng)，從而抑制活化的血管內(nèi)皮細(xì)胞及心肌中氧化物和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。腺苷受體家族由A1、A2a、A2b和A3組成，而哪一類受體心肌保護(hù)作用更強(qiáng)仍存在爭議［7］。

2.1.2 阿片及阿片受體 缺血后處理時(shí)內(nèi)源性阿片肽與阿片受體結(jié)合，阿片受體為G蛋白耦聯(lián)受體家族成員之一，經(jīng)典阿片受體有3種μ、δ和κ。動(dòng)物心肌組織中主要存在δ和κ型阿片受體，其中以δ受體基因?yàn)橹?，心臟組織中μ受體分布存在物種差異且不十分明確，曹袁媛等［8］提出3類受體均參與了舒芬太尼后處理對(duì)大鼠的心肌保護(hù)作用。

2.2 調(diào)節(jié)介質(zhì)

主要為一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括細(xì)胞內(nèi)pH、早期氧化還原敏感機(jī)制、再灌注損傷補(bǔ)救激酶、生存活化因子增強(qiáng)途徑(survivor activating factor enhancement pathways，SAFE)、鞘氨醇激酶(sphingosine kinase，SpK)/鞘氨醇-1-磷酸酯(sphingosine 1-phosphate，S1P)信號(hào)通路。

2.2.1 細(xì)胞內(nèi)pH 再灌注早期細(xì)胞內(nèi)維持酸性環(huán)境對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)很重要，細(xì)胞內(nèi)低pH值使線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔道(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)開放受到抑制，而抑制mPTP開放對(duì)減少再灌注早期心肌細(xì)胞死亡起到了關(guān)鍵作用［4］，所以在心肌缺血再灌注開始的20～30 min，冠狀動(dòng)脈血流和灌注壓力緩慢恢復(fù)使pH也緩慢恢復(fù)，從而減少心肌梗死面積［9］。

2.2.2 氧自由基信號(hào)通路 氧自由基在心肌保護(hù)中起到雙刃劍的作用，過多的氧自由基引起細(xì)胞損害和再灌注損傷，主要為:(1)引起細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化；(2)刺激中性粒細(xì)胞趨化聚集；(3)造成蛋白質(zhì)包括離子通道變性；(4)開放mPTP［10］。而低濃度的氧自由基能作為信號(hào)通路達(dá)到心肌保護(hù)作用(線粒體敏感性鉀通道-氧自由基依賴機(jī)制)［11］。后處理時(shí)短暫的缺血及再灌注使一定量的氧重新進(jìn)入缺血區(qū)域，線粒體敏感性鉀通道開放，線粒體產(chǎn)生足夠的氧自由基后激活蛋白激酶C達(dá)到心肌保護(hù)［12］。

2.2.3 再灌注損傷補(bǔ)救激酶 此通路為研究再灌注損傷的經(jīng)典通路，由磷酸肌醇3激酶、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)、蛋白激酶B/絲氨酸和蘇氨酸激酶共同組成［13］。后處理激活的Akt通過磷酸化其下游靶點(diǎn)，最后在線粒體水平特別是mPTP發(fā)揮抑制凋亡或促進(jìn)增殖等效應(yīng)而保護(hù)心?。?，7］。

2.2.4 SAFE途徑 腫瘤壞死因子-α和細(xì)胞因子與細(xì)胞膜上相應(yīng)受體結(jié)合后激活酪氨酸激酶及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活子3，進(jìn)而參與調(diào)控心肌保護(hù)作用基因的轉(zhuǎn)錄如B細(xì)胞淋巴瘤-XL，這一通路即被稱為SAFE通路［7，14］。

2.2.5 鞘氨醇激酶SpK/鞘氨醇-1-磷酸酯S1P信號(hào)通路鞘氨醇在鞘氨醇激酶催化下磷酸化產(chǎn)生鞘氨醇-1-磷酸酯(S1P)，鞘氨醇在低濃度(接近生理水平)時(shí)具有心肌保護(hù)作用，但高濃度時(shí)具有心臟毒性。其心肌保護(hù)機(jī)制主要為環(huán)核苷酸(蛋白激酶A和G)依賴途徑［15］。細(xì)胞膜上的S1P受體屬于G蛋白耦聯(lián)受體家族，其與不同的G蛋白耦聯(lián)并使其激活，引發(fā)一系列下游信號(hào):PI3K/AKT/GSK-3β、Ras/Raf/ ERK等產(chǎn)生心肌保護(hù)作用［16］。此外S1P通過:(1)調(diào)控腫瘤壞死因子-α和核轉(zhuǎn)錄因子-κB信號(hào)通路，進(jìn)而參與一系列炎癥、抗凋亡和免疫反應(yīng)［17］；(2)與線粒體抑制素-2相結(jié)合，調(diào)節(jié)線粒體的呼吸鏈［18］；(3)誘導(dǎo)環(huán)氧化酶-2的表達(dá)，抑制炎癥反應(yīng)，主要通過抑制黏附分子的表達(dá)及中性粒細(xì)胞向梗死區(qū)域的聚集來實(shí)現(xiàn)。

2.3 終末效應(yīng)器

由于缺血時(shí)心肌內(nèi)代謝和離子水平的改變，使再灌注時(shí)線粒體的功能異常，線粒體在調(diào)節(jié)心臟功能正常與否中起到關(guān)鍵作用，同時(shí)也是多種心肌保護(hù)信號(hào)通路的終末效應(yīng)器。

2.3.1 線粒體ATP敏感性K通道 上述信號(hào)通路作用于線粒體使線粒體ATP敏感性K通道開放，一方面使細(xì)胞超極化，減少鈣內(nèi)流；另一方面降低細(xì)胞收縮強(qiáng)度，減少耗氧，從而對(duì)抗心肌再灌注損傷。

2.3.2 mPTP 再灌注時(shí)，心肌存在3種細(xì)胞:(1)因持續(xù)缺血而死亡的細(xì)胞；(2)經(jīng)歷再灌注損傷，處于亞致死狀態(tài)并最終將存活的細(xì)胞；(3)再灌注開始后仍存活的細(xì)胞，但由于mPTP的開放而最終死亡的細(xì)胞。后處理主要挽救的是處于第3種狀態(tài)的細(xì)胞。再灌注時(shí)線粒體膜電位的缺失使內(nèi)膜上非特異孔道m(xù)PTP開放。mPTP開放使氧化磷酸化解耦聯(lián)，細(xì)胞腫脹，釋放前凋亡因子如細(xì)胞色素C，進(jìn)一步激活細(xì)胞凋亡蛋白酶-9和-3［7］。

3 延遲后處理

據(jù)研究報(bào)道，因?yàn)檠踝杂苫拇罅慨a(chǎn)生、鈣超載、mPTP的開放等均發(fā)生在缺血后再灌注的初期，因而該時(shí)期對(duì)缺血后處理發(fā)揮保護(hù)作用非常關(guān)鍵。再灌注1～3 min后再實(shí)施后處理將失去心肌保護(hù)的效果［1，19］。2011年Roubille等［20］首次報(bào)道了延遲后處理，對(duì)缺血40 min再灌注60 min的小鼠在灌注開始后不同時(shí)間實(shí)施后處理(缺血1 min，再灌注1 min，實(shí)施3個(gè)循環(huán))，發(fā)現(xiàn)梗死面積與后處理實(shí)施時(shí)間上有線性關(guān)系，當(dāng)實(shí)施后處理的間隔時(shí)間越長其心肌保護(hù)作用越弱，實(shí)驗(yàn)提出再灌注30 min后行后處理仍具有心肌保護(hù)作用，延長了后處理心肌保護(hù)作用的時(shí)間窗。此后作者將后處理實(shí)施方案改為缺血10 s，再灌注10 s，3個(gè)循環(huán)仍得出與上述相同的結(jié)論。延遲后處理的可能解釋為:細(xì)胞死亡并不完全由mPTP開放來介導(dǎo)或在灌注開始一段時(shí)間后仍有心肌細(xì)胞死亡［14］。

4 藥物后處理

由于藥物后處理相對(duì)于缺血后處理而言為無創(chuàng)操作，減少了因缺血后處理帶來的微血栓等并發(fā)癥，所以藥物后處理在臨床上有更大的應(yīng)用優(yōu)勢。目前常用的藥物有腺苷及其受體激動(dòng)劑、胰島素、緩激肽、他汀類、阿片類藥物、吸入麻醉藥、環(huán)孢素A等。Kim等［21］在離體大鼠心臟中運(yùn)用特異性δ1受體阻斷劑7-苯亞甲基納曲酮，發(fā)現(xiàn)嗎啡后處理未使心肌梗死面積縮小，表明了δ1受體參與了嗎啡后處理的心肌保護(hù)［22］。瑞芬太尼后處理心肌保護(hù)作用與缺血后處理程度相當(dāng)，主要激活了δ和κ阿片受體和ERK1/2信號(hào)通路。環(huán)孢素A能抑制mPTP，減小梗死面積［23］。

5 影響后處理效果的因素

隨著年齡的增加心肌后處理保護(hù)程度減弱，這可能與重要信號(hào)蛋白的表達(dá)減少有關(guān)［24］。女性較男性而言抗缺血再灌注打擊能力更強(qiáng)，這可能與女性體內(nèi)雌激素水平有關(guān)［25］。高血壓、左心室肥厚、高血脂及糖尿病均會(huì)損害心肌保護(hù)及信號(hào)分子。

6 小結(jié)與展望

相對(duì)于預(yù)處理而言，后處理以其更好的可行性而有更大的臨床應(yīng)用前景及價(jià)值。在以后工作中我們可綜合運(yùn)用缺血后處理、遠(yuǎn)隔后處理及藥物后處理來達(dá)到臟器保護(hù)作用，為臨床治療缺血性疾病以及實(shí)施可能產(chǎn)生缺血再灌注損傷的溶栓術(shù)、血管成形術(shù)、冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)和器官移植等開辟新的途徑。雖如此，但后處理的影響因素頗多，如何找到最佳的阻斷/再灌注時(shí)間、循環(huán)次數(shù)，信號(hào)通路之間的關(guān)系及最佳的藥物靶點(diǎn)等問題仍需進(jìn)一步探索。

［1］Pagliaro P，Moro F，Tullio F，et al.Cardioprotective pathways during reperfusion:focus on redox signaling and other modalities of cell signaling［J］.Antioxid Redox Signal，2011，14:833-850.

［2］Vinten-Johansen J，Granfeldt A，Mykytenko J，et al.The multidimensional physiological responses to postconditioning［J］. Antioxid Redox Signal，2011，14:791-810.

［3］Zhao ZQ，Corvera JS，Halkos ME，et al.Inhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion: comparison with ischemic preconditioning［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2003，285:H579-588.

［4］Pagliaro P，Penna C.Cardiac postconditioning［J］.Antioxid Redox Signal，2011，14:777-779.

［5］Heusch G.Cardioprotection:chances and challenges of its translation to the clinic［J］.Lancet，2013，381:166-175.

［6］Li NN，Lian ZX，Ge YP，et al.Effects of A2a adenosine receptors agonist postconditioning on acute myocardial ischemic reperfusion injury［J］.Chin J Cardiovasc Med，2010，15:50-53.(in chinese)李妮妮，廉哲勛，葛毅萍，等.腺苷A2a受體激動(dòng)劑后處理對(duì)兔缺血再灌注心肌的保護(hù)作用［J］.中國心血管雜志，2010，15:50-53.

［7］Penna C，Perrelli MG，Pagliaro P.Mitochondrial pathways，permeability transition pore，and redox signaling in cardioprotection:therapeutic implications［J］.Antioxid Redox Signal，2013，18:556-599.

［8］Cao YY，Gu EW，F(xiàn)ang WP，et al.Role of different opioid receptors in sufentanil postconditioning-induced attenuation of myocardial ischemia-reperfusion injury in rats［J］.Chin J Anesthesiol，2013，33:742-745.(in chinese)曹袁媛，顧爾偉，方衛(wèi)平，等.不同阿片受體在舒芬太尼后處理減輕大鼠心肌缺血再灌注損傷中的作用［J］.中華麻醉學(xué)雜志，2013，33:742-745.

［9］Heusch G.Postconditioning:old wine in a new bottle［J］？J Am Coll Cardiol，2004，44:1111-1112.

［10］Granfeldt A.Organ dysfunction following regional and global ischemia/reperfusion.Intervention with postconditioning and adenocaine［J］.Dan Med J，2012，59:B4496.

［11］Wolkart G，Kaber G，Kojda G，et al.Role of endogenous hydrogen peroxide in cardiovascular ischaemia/reperfusion function:studies in mouse hearts with catalase-overexpression in the vascular endothelium［J］.Pharmacol Res，2006，54:50-56.

［12］Penna C，Mancardi D，Rastaldo R，et al.Cardioprotection:a radical view Free radicals in pre and postconditioning［J］. Biochim Biophys Acta，2009，1787:781-793.

［13］Fang J，Wu LM，Chen LL.RISK signaling pathway in myocardial preconditioning and postconditioning［J］.Chin J Pathophysiol，2009，25:2062-2067.(in chinese)方軍，吳黎明，陳良龍.RISK信號(hào)通路在心肌預(yù)處理及后處理中的作用［J］.中國病理生理雜志，2009，25:2062-2067.

［14］Barrère-Lemaire S，Nargeot J，Piot C.Delayed postconditioning: not too late［J］？Trends Cardiovasc Med，2012，22:173-179.

［15］Vessey DA，Li L，Kelley M，et al.Sphingosine can pre-and post-condition heart and utilizes a different mechanism from sphingosine 1-phosphate［J］.J Biochem Mol Toxicol，2008，22:113-118.

［16］Alemany R，van Koppen CJ，Danneberg K，et al.Regulation and functional roles of sphingosine kinases［J］.Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol，2007，374:413-428.

［17］Karliner JS.Sphingosine kinase and sphingosine 1-phosphate in the heart:a decade of progress［J］.Biochim Biophys Acta，2013，1831:203-212.

［18］Strub GM，Paillard M，Liang J，et al.Sphingosine-1-phosphate produced by sphingosine kinase 2 in mitochondria interacts with prohibitin 2 to regulate complexⅣassembly and respiration［J］. FASEB J，2011，25:600-612.

［19］Zhao ZQ，Vinten-Johansen J.Postconditioning:reduction of reperfusion-induced injury［J］.Cardiovasc Res，2006，70: 200-211.

［20］Roubille F，F(xiàn)ranck-Miclo A，Covinhes A，et al.Delayed postconditioning in the mouse heart in vivo［J］.Circulation，2011，124:1330-1336.

［21］Kim HS，Cho JE，Hong SW，et al.Remifentanil protects myocardium through activation of anti-apoptotic pathways of survival in ischemia-reperfused rat heart［J］.Physiol Res，2010，59:347-356.

［22］Kim JH，Chun KJ，Park YH，et al.Morphine-induced postconditioning modulates mitochondrial permeability transition pore opening via delta-1 opioid receptors activation in isolated rat hearts［J］.Korean J Anesthesiol，2011，61:69-74.

［23］Piot C，Croisille P，Staat P，et al.Effect of cyclosporine on reperfusion injury in acute myocardial infarction［J］.N Engl J Med，2008，359:473-481.

［24］Boengler K，Schulz R，Heusch G.Loss of cardioprotection with ageing［J］.Cardiovasc Res，2009，83:247-261.

［25］Murphy E，Steenbergen C.Gender-based differences in mechanisms of protection in myocardial ischemia-reperfusion injury［J］.Cardiovasc Res，2007，75:478-486.

Research progress on the mechanisms of cardiac postconditioning

Wang Xiuhong1，Chen Shibiao2.
1 Nanchang University，Nanchang 330006，China；2 Department of Anesthesiology，the First Affiliated Hospital of Nanchang University

Ischemic-reperfusion injury； Myocardial protection； Ischemic postconditioning； Pharmacological postconditioning； Delayed postconditioning

Chen Shibiao，Email:chenlaoshi1111@ 163.com

2013-12-20)

(本文編輯:譚瀟)

10.3969/j.issn.1007-5410.2014.04.020

330006南昌大學(xué)(王秀紅)；南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院麻醉科(陳世彪)

陳世彪，電子信箱:chenlaoshi1111@163.com