去鐵敏對心肌的保護作用

胡許平 綜述，歐冊華 審校

去鐵敏（Desferrioxamine mesylate，DFO）是從鏈球菌中提取的一種鐵載體，為高選擇性的鐵螯合劑。它對Fe2+親和力較低，對Fe3+的親和力極高（Kd=1031），是銅親和常數(shù)的107倍，而對鈣的親和力可忽略不計（Kd=102）,還可與鎵、鋁等金屬離子結(jié)合。去鐵敏主要與Fe3+以l：l 比例結(jié)合形成鐵胺復(fù)合物，理論上100 mg去鐵敏能結(jié)合8.5mg Fe3+，尤其選擇性攝取以鐵蛋白和含鐵血紅素形式儲存的鐵。目前臨床上該藥主要用于治療急性鐵中毒、血色素沉積病及地中海貧血等。

隨著心臟手術(shù)日益普遍，關(guān)于心肌保護的研究層出不窮，部分成果已應(yīng)用于臨床，但效果并不十分理想，怎樣提高心肌保護作用一直備受臨床關(guān)注。研究表明心肌缺血再灌注損傷及冷損傷與細胞內(nèi)可螯合鐵增加密切相關(guān)。去鐵敏作為一種高選擇性的鐵螯合劑，具有心肌保護作用。本文就近年來去鐵敏心肌保護作用的研究進展作一綜述。

1 鐵與心肌損傷的關(guān)系

鐵是生物體代謝必需的微量金屬。正常情況下，胞內(nèi)鐵由鐵載體和結(jié)合鐵蛋白調(diào)節(jié)，儲存于各種復(fù)合物（如金屬蛋白、血紅素復(fù)合物及氧載體蛋白）中［1］，僅有一小部分（0.2%～3%）屬于可螯合鐵［2］。病理狀態(tài)下，如氧化還原反應(yīng)，O2-增加、蛋白質(zhì)水解使鐵蛋白釋放鐵，可螯合鐵增加。心肌損傷時，胞內(nèi)可螯合鐵增加。

1.1 鐵與心肌缺血再灌注損傷 體外循環(huán)及心臟移植術(shù)往往伴隨有再灌注損傷。再灌注損傷由心肌缺血復(fù)氧時細胞內(nèi)氧自由基異常積聚引起，這些氧自由基包括超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫及過氧亞硝基陰離子。氧自由基來源主要有以下兩條途徑：（1）Haber-Weiss反應(yīng)O2-+H2O2→O2+OH-+.OH。（2）Fenton 反應(yīng)：①O2-+Fe3+→Fe2++O2；②Fe2++H2O2→Fe3++OH+.OH-。正常生理pH 值條件下Haber-Weiss 反應(yīng)的速率常數(shù)遠遠低于由鐵催化的Fenton 反應(yīng)的速率常數(shù)，過渡金屬尤其是鐵存在時，機體通過Fenton 反應(yīng)快速生成氧自由基。由此可見，鐵對心肌再灌注損傷起關(guān)鍵作用。

1.2 鐵與心肌冷損傷 2000年，Rauen在低溫不缺氧條件下培養(yǎng)肝細胞、肝內(nèi)皮細胞的研究中，發(fā)現(xiàn)低溫時胞內(nèi)可螯合鐵可引起自由基介導(dǎo)的低溫損傷凋亡，首次提出氧自由基損傷低溫時已經(jīng)存在，而非單純由再灌注期間產(chǎn)生［2］。隨后發(fā)現(xiàn)低溫可導(dǎo)致多種哺乳動物細胞（包括大鼠冠狀動脈內(nèi)皮細胞、豬主動脈內(nèi)皮細胞）的冷損傷?？沈涎趸€原性鐵在冷損傷中起主要作用。低溫可引起胞內(nèi)可螯合鐵增加，促進氧自由基（ROS）形成，鐵/氧自由基依賴性機制導(dǎo)致線粒體滲透性轉(zhuǎn)變（MPT）［3］，引起心肌細胞凋亡、壞死。低溫作為心臟手術(shù)心肌保護的基本措施，盡管可減少心肌氧耗，但隨之而來的冷缺血損傷依然是困擾心臟保護的臨床難題。研究顯示，用含去鐵敏的HTK 液低溫保存豬主動脈段可減輕內(nèi)皮損傷［4］。由于去鐵敏分子量較大，透膜能力差，近年來很多研究將親水性的去鐵敏與親脂性鐵螯合劑LK 614結(jié)合起來共同應(yīng)用于器官保護［4-6］。Wu K［6］發(fā)現(xiàn)在大鼠心臟移植模型中用含有去鐵敏及LK 614（一種親脂性鐵螯合劑）的HTK液低溫保存心臟24小時，可顯著縮短心臟復(fù)跳時間，延長心臟存活時間。由此可見，去鐵敏可能為心臟冷損傷保護的重要藥物之一。

既往外科手術(shù)過程中對心肌損傷的認識主要側(cè)重于缺血再灌注損傷，但低溫作為心肌保護的基本措施，冷損傷在所難免。而傳統(tǒng)的心肌保護也主要集中于心肌缺血再灌注損傷，即使有關(guān)于冷損傷的研究，通常將冷保存與缺血再灌注結(jié)合起來，難以區(qū)分去鐵敏對兩者的保護作用。單純探討冷損傷的研究更是少之又少，而減輕或者抑制冷保存損傷同樣是改善心臟手術(shù)病人術(shù)后心功、預(yù)后的重要方式之一?；阼F在冷損傷凋亡中的關(guān)鍵作用，去鐵敏可能成為心臟冷損傷保護研究的重要方向，為臨床心臟保護開辟新的途徑。

2 去鐵敏的心肌保護作用及機制

2.1 去鐵敏的心肌保護作用 王耀晟等［7］將去鐵敏加入心肌細胞原代培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)心肌細胞乳酸脫氫酶釋放量及凋亡指數(shù)明顯降低；J.Siegelova［8］用含去鐵敏的St.Thomas 液4°C 保存大鼠離體心臟4 小時，可明顯減低心律失常發(fā)生率；黃文新等［9］研究發(fā)現(xiàn)術(shù)前24小時給予去鐵敏可促進急性心肌梗死大鼠缺血心肌新生血管形成；Paraskevaidis 等［10］對行冠脈搭橋的病人麻醉后持續(xù)輸注去鐵敏，發(fā)現(xiàn)可明顯降低活性氧的產(chǎn)生，提高術(shù)后即時及術(shù)后12個月左室射血分數(shù)。

2.2 心肌保護機制 去鐵敏的心肌保護機制還未能完全闡明，現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)主要有以下機制：

2.2.1 抑制羥自由基產(chǎn)生 氧化還原性鐵與過氧化氫作用，啟動自由基反應(yīng)，進而損傷細胞的生物大分子物質(zhì)，如DNA、蛋白質(zhì)及膜脂質(zhì)。鐵缺乏時內(nèi)源性清除酶可使機體產(chǎn)生的弱氧化劑H2O2和O2-失活，鐵存在時則通過Fenton 反應(yīng)催化H2O2和.O2-轉(zhuǎn)變?yōu)?OH。機體缺乏清除過多.OH 的生理抵御機制，.OH 氧化性強，組織毒性最高［11］，可引起心肌細胞膜脂質(zhì)過氧化，蛋白質(zhì)巰基氧化，膜通透性及細胞器內(nèi)酶活性改變，溶酶體脆性增加，水解酶漏出導(dǎo)致心肌細胞損傷。去鐵敏的保護作用主要歸結(jié)于其鐵螯合特性，它對Fe3+的高親和力是去鐵敏作用的關(guān)鍵。去鐵敏與Fe3+結(jié)合，形成中性含鐵絡(luò)合物，抑制Fenton反應(yīng)進程，減少羥自由基產(chǎn)生，進而減輕心肌損傷。

2.2.2 上調(diào)低氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）HIF-1 是細胞缺氧時產(chǎn)生的核蛋白，由α和β亞基組成，α亞基缺氧時上調(diào)，β亞基為結(jié)構(gòu)性表達，二者結(jié)合形成異二聚體。HIF-1自身活性調(diào)節(jié)是低氧應(yīng)答基因表達調(diào)控的中心環(huán)節(jié)。常氧下，HIF-1α持續(xù)轉(zhuǎn)錄、翻譯，在HIF-1α的氧依賴降解區(qū)（ODD）的脯氨酸殘基Pro402 和Pro564端的脯氨酰羥化酶（PHD）羥化，導(dǎo)致HIF-1α被林希病腫瘤因子（pVRL）識別和繼后通過蛋白酶途徑降解［12］。另外，天冬酰胺酰羥化酶（asparaginal hydroxylase，F(xiàn)IH）又稱為低氧誘導(dǎo)抑制因子，能干擾HIF-1α的羥基端反式激活結(jié)構(gòu)域（C-TAD）與轉(zhuǎn)錄共激活因子P300/CREB 結(jié)合，使HIF-1α失去轉(zhuǎn)錄活性［13］。這兩種酶均為2-氧化戊二酸加雙氧酶，且需Fe2+、2-氧化戊二酸、抗壞血酸參與［14］。雖然去鐵敏對Fe2+親和力遠遠低于Fe3+，但去鐵敏對HIF 的作用卻是通過螯合Fe2+實現(xiàn)的。去鐵敏螯合Fe2+，抑制共底物結(jié)合位點與游離的Fe2+結(jié)合，抑制羥化作用［14］。一方面脯氨酰羥化酶受抑，HIF-1α水解障礙，HIF-1α增多；另一方面，天冬酰胺酰羥化酶受抑，HIF-1α保持轉(zhuǎn)錄活性，產(chǎn)生增多，誘導(dǎo)靶基因表達，產(chǎn)生類似缺氧的適應(yīng)性反應(yīng)。Hirsila M［14］發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中去鐵敏濃度為25 μM可完全抑制FIH 活性，但對PHD 作用較弱，去鐵敏主要通過抑制天冬酰胺酰羥化酶發(fā)揮作用。最新研究顯示，去鐵敏可通過HIF-1調(diào)節(jié)極低密度脂蛋白受體（VLDLR）表達，促進低密度脂蛋白（LDL）和極低密度脂蛋白（VLDL）攝?。?5-16］，說明去鐵敏通過HIF-1調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。

2.2.3 去鐵敏對超氧自由基的作用 去鐵敏可作為超氧自由基清除劑發(fā)揮心臟保護作用。George Drossos等［17］對行瓣膜置換手術(shù)的病人使用含去鐵敏的停跳液，發(fā)現(xiàn)超氧自由基明顯降低，提示去鐵敏可直接與O2-反應(yīng)發(fā)揮保護作用。去鐵敏僅在高劑量使用時，才能發(fā)揮促氧化功能，抑制超氧化物還原。但它存在雙相劑量反應(yīng)效應(yīng)，大劑量使用時其毒性可抵消其治療作用。Achim Koch［5］將去鐵敏及親脂性鐵螯合劑LK-614加入HTK液中用于心臟保存，并未獲得理想的保護效應(yīng)，研究者推測與去鐵敏高劑量毒性有關(guān)。去鐵敏作為超氧自由基清除劑被廣泛接受，但近年來研究發(fā)現(xiàn)于早期給予去鐵敏可促進氧自由基的產(chǎn)生，對心肌起類似預(yù)處理作用。Dendorfer A［18］認為去鐵敏阻斷羥自由基產(chǎn)生的同時，引起過氧化氫及超氧化物堆積，觸發(fā)預(yù)處理效應(yīng)。最新研究認為去鐵敏產(chǎn)生預(yù)處理效應(yīng)可能通過以下途徑：激活NOS-鳥苷酸環(huán)化酶-PKG通路，開放線粒體ATP敏感的鉀通道，鉀通道開放直接導(dǎo)致基質(zhì)堿化，線粒體氧自由基形成［19］；激活多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶（PARP-1）,抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合酶Ⅱ及復(fù)合酶Ⅳ，線粒體氧自由基增多。

去鐵敏的超氧自由基清除效應(yīng)與預(yù)處理效應(yīng)并不矛盾。它的預(yù)處理效應(yīng)強調(diào)心肌缺血前應(yīng)用去鐵敏，由過氧化氫及超氧化物堆積觸發(fā)預(yù)處理效應(yīng)。當(dāng)心肌缺血已經(jīng)發(fā)生，應(yīng)用去鐵敏可清除超氧自由基。這兩種不同作用可能主要與去鐵敏給藥時程差異有關(guān)，有待進一步探討。

3 臨床應(yīng)用

去鐵敏在國外已初步應(yīng)用于臨床。Paraskevaidis等［10］對行冠脈搭橋的病人自麻醉后輸注去鐵敏8 小時，總量4g,可顯著改善左室功能恢復(fù)，與對照組相比，室上性心律失常發(fā)生率由60%降至8%，持續(xù)性室性心動過速發(fā)生率由25%降至4%，顯著縮短病人ICU 停留時間及病房住院時間。William 等［20］對ST段抬高欲行經(jīng)皮冠狀動脈介入治療的病人術(shù)前單次注射500mg去鐵敏，隨后維持輸注12小時（50mg/kg），可迅速降低血清氧化應(yīng)激指標F2-異前列腺素含量，但對心肌梗死面積并無顯著影響。

綜上所述，去鐵敏可減輕心肌缺血再灌注損傷和冷損傷。盡管去鐵敏國外已初步應(yīng)用于臨床，但其在心臟保護的應(yīng)用仍主要集中于實驗研究，有許多問題需要進一步探討，特別是劑量、時機和復(fù)合藥物與方法等。

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