線粒體損傷及其在心肌細(xì)胞損傷中的作用

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線粒體損傷及其在心肌細(xì)胞損傷中的作用

薛大忠趙自剛牛春雨

(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北張家口075000)

關(guān)鍵詞〔〕線粒體；心肌細(xì)胞；細(xì)胞凋亡

牛春雨(1967-)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事創(chuàng)傷休克病研究。

第一作者：薛大忠(1982-)，男，碩士，講師，主要從事創(chuàng)傷休克研究。

重度失血、嚴(yán)重缺氧或酸中毒及膿毒血癥均可引起心臟能量代謝障礙，使循環(huán)功能急劇減退，組織器官微循環(huán)灌流嚴(yán)重不足，導(dǎo)致重要生命器官功能、代謝嚴(yán)重障礙，嚴(yán)重影響治療及預(yù)后，成為危重患者死亡的重要原因之一〔1〕。線粒體損傷已成為心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷與功能障礙的基本環(huán)節(jié)〔2〕。關(guān)于線粒體在多種致病因素導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷與功能障礙中的作用，目前認(rèn)為與呼吸鏈酶類變化、一氧化氮(NO)釋放、鈣超載、線粒體跨膜電位(△φm)下降、促細(xì)胞凋亡蛋白過表達(dá)、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)開放等因素有關(guān)〔3〕。本文重點(diǎn)綜述引起線粒體損傷的一些因素及其在心肌損傷中的作用。

1呼吸鏈酶類的變化

糖、脂及氨基酸在線粒體被氧化后釋放能量，轉(zhuǎn)變?yōu)槿姿嵯佘?ATP)分子末端高能鍵，為機(jī)體提供能量。因此，線粒體是細(xì)胞內(nèi)呼吸和產(chǎn)生ATP的主要場所。與內(nèi)呼吸作用相關(guān)的過程包括檸檬酸循環(huán)、三羧酸循環(huán)、電子傳遞、質(zhì)子泵和二磷酸腺苷(ADP)磷酸化(即ATP合成)；直接影響內(nèi)呼吸的酶包括呼吸鏈各種酶復(fù)合物、琥珀酸脫氫酶(SDH)，此外，細(xì)胞色素(Cyt)-c在線粒體呼吸鏈中也起著重要作用。呼吸鏈?zhǔn)蔷€粒體氧化磷酸化的電子傳遞鏈，它位于線粒體內(nèi)膜。呼吸鏈的電子傳遞由5個(gè)酶復(fù)合物構(gòu)成(復(fù)合物Ⅰ～Ⅴ)，其中，復(fù)合物Ⅰ～Ⅳ是主要組成部分，其活性能直接或間接地反映線粒體的呼吸功能。在呼吸鏈的電子傳遞過程中，電子由復(fù)合物Ⅰ或Ⅱ通過泛醌依次傳遞給復(fù)合物Ⅲ、Cyt-c、復(fù)合物Ⅳ，2e最終傳遞給氧生成O2-，后者與基質(zhì)中的2H+結(jié)合生成水。

1.1復(fù)合物Ⅰ即還原型輔酶(NAD)I-Q還原酶，又稱為NADH脫氫酶，相對分子質(zhì)量為88 kD，包含34條以上的肽鏈，分別由細(xì)胞核和線粒體兩個(gè)不同的基因組編碼構(gòu)成，是電子傳遞鏈中3個(gè)質(zhì)子泵中的第一個(gè)質(zhì)子泵。它的作用是先與NADH結(jié)合并將NADH上的兩個(gè)高勢能電子轉(zhuǎn)移到其核黃素-5-磷酸(FMN)輔基上，使NADH氧化，并使FMN還原，反應(yīng)如下：NADH+H+FMN →FMNH2+NAD。接著輔基FMNH2上的電子又轉(zhuǎn)移到鐵-硫聚簇Fe-S上，最后，電子被傳遞給輔酶(Co)Q，由CoQ將電子轉(zhuǎn)移到細(xì)胞色素還原酶(復(fù)合物Ⅲ)。

1.2復(fù)合物Ⅱ即琥珀酸-Q還原酶，嵌于線粒體內(nèi)膜。完整的酶還包括檸檬酸循環(huán)中是琥珀酸氧化為延胡索酸的琥珀酸脫氫酶。還原型黃素二核苷酸(FADH2)作為該酶的輔基在傳遞電子時(shí)并不與酶分離，只是將電子傳遞給琥珀酸脫氫酶分子的鐵-硫聚簇(含有2Fe-2S、3Fe-3S和4Fe-4S)。電子經(jīng)過鐵-硫聚簇又傳遞給CoQ，而進(jìn)入電子傳遞鏈。琥珀酸-Q還原酶的CoQ輔基和NADH還原酶輔基具有完全相同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

1.3復(fù)合物Ⅲ即Cyt-c還原酶，由包含3個(gè)細(xì)胞色素和硫鐵蛋白的兩個(gè)單體以二聚體的形式存在。其作用是將電子傳遞給Cyt-c，傳遞過程通過CoQ被氧化還原的過程是釋放質(zhì)子來實(shí)現(xiàn)的，在線粒體內(nèi)膜還原型CoQ被氧化為半醌，被復(fù)合物Ⅰ或細(xì)胞色素b還原為氫醌。一對電子傳遞到復(fù)合物Ⅲ中將有4個(gè)質(zhì)子釋放到膜間隙中，其中2個(gè)質(zhì)子是CoQ轉(zhuǎn)移的。

1.4復(fù)合物Ⅳ即Cyt-c氧化酶，是呼吸鏈的標(biāo)志酶，也具有質(zhì)子泵的作用，可將H+由基質(zhì)抽提到膜間隙，通過血紅素中鐵原子的氧化還原變化，把Cyt-c的4個(gè)電子傳遞給還原的氧形成水，同時(shí)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)4個(gè)質(zhì)子，是呼吸電子傳遞鏈的第4個(gè)中心酶復(fù)合物。質(zhì)子的轉(zhuǎn)運(yùn)能夠形成電化學(xué)勢能差，從而被ATP合酶用于合成ATP。Cyt-c的4個(gè)電子在復(fù)合物Ⅳ催化過程中，都是通過Cyt-c氧化酶CuA和Cyta傳遞到Cyt a3-CuB雙核中心，經(jīng)過在中心發(fā)生的氧化、還原反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)將一個(gè)氧氣分子還原為2個(gè)水分子。在缺血缺氧情況下，心肌細(xì)胞復(fù)合物Ⅳ活性下降，直接影響線粒體的氧化磷酸化過程，可導(dǎo)致線粒體呼吸鏈電子傳遞中斷，減少ATP生成〔4〕。實(shí)驗(yàn)研究表明，急性低氧狀態(tài)下，心肌細(xì)胞線粒體呼吸鏈的酶復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的活性顯著降低；經(jīng)過慢性間斷低氧暴露后，三者活性顯著提高〔5〕；提示急性低氧可使線粒體呼吸功能受損，從而引起心肌能量代謝障礙，這是急性低氧后心肌舒縮功能障礙的主要原因之一。

1.5Cyt-c表面帶正電荷，存在于線粒體嵴上，與其他氧化酶排列成呼吸鏈，不能自由通過線粒體外膜，是生物氧化過程中的電子傳遞體。在酶存在的情況下，Cyt-c對組織的氧化、還原有迅速的酶促作用。生理?xiàng)l件下，Cyt-c不能進(jìn)入細(xì)胞；缺氧引起細(xì)胞膜通透性增高后，Cyt-c便有可能進(jìn)入細(xì)胞及線粒體內(nèi)，增強(qiáng)細(xì)胞氧化，能提高氧的利用。在此同時(shí)，對細(xì)胞也發(fā)揮一定的損傷作用。研究表明，從線粒體中泄露出的Cyt-c能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；實(shí)驗(yàn)顯示，多種細(xì)胞凋亡伴隨著胞質(zhì)中Cyt-c釋放，而敲除了Cyt-c基因的細(xì)胞對凋亡具有明顯的耐受性，可見，Cyt-c是線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡途徑中不可缺少的重要因子〔5～7〕。病理狀態(tài)下，Cyt-c通過內(nèi)膜釋放到胞質(zhì)，為復(fù)合物Ⅳ傳遞電子數(shù)量減少，導(dǎo)致電子載體超載，尤其是復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ〔8〕。電子被迫從呼吸鏈中釋放出來與O2產(chǎn)生超氧陰離子，進(jìn)一步積累后可形成過氧化氫(H2O2)和其他活性氧(ROS)。ROS過量可氧化脂質(zhì)、DNA和蛋白質(zhì)，促使各種酶失活，這些損害最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死〔9，10〕。ROS的脂質(zhì)氧化作用能進(jìn)一步破壞線粒體內(nèi)膜，促進(jìn)Cyt-c釋放到胞質(zhì)；ROS又能通過與線粒體外膜上的電壓依賴性陰離子通道、Bcl-2蛋白家族的相互作用，促進(jìn)Cyt-c向胞質(zhì)釋放。這樣，Cyt-c與ROS形成了正反饋〔11〕。

1.6琥珀酸脫氫酶屬黃素酶類，是線粒體內(nèi)膜的結(jié)合酶，由含有黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和2個(gè)鐵硫簇的α和含有一個(gè)鐵硫簇β兩個(gè)亞基組成，是連接氧化磷酸化與電子傳遞的樞紐之一，與Cyt-c氧化酶同為線粒體氧化的標(biāo)志酶，可作為評價(jià)三羧酸循環(huán)運(yùn)行程度的指標(biāo)。該酶以FAD作為其脫下電子的受體，而不是NAD+。琥珀酸脫氫酶與FAD以共價(jià)鍵連接，因此，它們是酶和輔基的關(guān)系。它使琥珀酸氧化為延胡索酸過程中所產(chǎn)生的FADH2與酶結(jié)合，將來自FADH2的兩個(gè)電子直接傳遞給酶的Fe3+。盡管琥珀酸脫氫酶的作用是專一的，但丙二酸(與底物結(jié)構(gòu)上很相似)可以與該酶結(jié)合，使其不能發(fā)揮催化作用脫氫，因此，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的強(qiáng)抑制劑。琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸的脫氫具有嚴(yán)格的立體專一性。琥珀酸脫氫酶與檸檬酸循環(huán)中的其他酶不同，是唯一嵌入到線粒體內(nèi)膜的酶，是線粒體內(nèi)膜的一個(gè)重要部分，其他酶大多存在于線粒體的基質(zhì)〔12，13〕。

2NO

NO可與氧自由基、血紅蛋白、超氧自由基反應(yīng)，在不同位置發(fā)揮不同作用。低濃度時(shí)，NO可形成亞硝?；t素復(fù)合物，促進(jìn)環(huán)磷酸鳥苷形成，進(jìn)而激活相關(guān)蛋白激酶抑制Ca2+內(nèi)流，促進(jìn)血管擴(kuò)張，改善微循環(huán)；可通過亞硝酸化減輕鈣超載所致的毒性，減少細(xì)胞毒性物質(zhì)的生成，起到保護(hù)作用。然而，高濃度的NO及其衍生物又可抑制DNA的修復(fù)與合成，引起核酸的亞硝?；磻?yīng)，導(dǎo)致DNA斷裂；可抑制線粒體呼吸鏈產(chǎn)生ATP，造成上皮細(xì)胞通透性增加；在心肌細(xì)胞中，NO可抑制線粒體呼吸甚至可引起心肌壞死〔14〕。

研究表明，在心肌線粒體中也有較低含量的神經(jīng)型NO合酶(NOS)(nNOS)存在〔15〕，能夠與Cyt氧化鎂耦聯(lián)從而促進(jìn)NO對心肌線粒體的抑制，位于心肌線粒體內(nèi)的精氨酸酶可清除NOS底物，其特異性抑制作用可增加nNOS的活性，從而抑制心肌收縮?；罨髇NOS在肌漿網(wǎng)通過ryanodine受體刺激鈣內(nèi)流而增加心肌收縮力。內(nèi)皮型NOS(eNOS)則可在細(xì)胞穴樣凹陷上與β3腎上腺素能受體耦聯(lián)，通過L-型鈣通道而抑制β-AR引起的心肌收縮。由此可見，nNOS和eNOS合成NO是在特定部位，與局部產(chǎn)物相關(guān)的，在心臟中具有不同的功能。由于肌漿網(wǎng)比細(xì)胞膜穴樣凹陷更加靠近線粒體，因此，nNOS介導(dǎo)產(chǎn)生的NOS更容易進(jìn)入線粒體，影響內(nèi)皮組織的線粒體。誘導(dǎo)型NOS(iNOS)在正常情況下心肌細(xì)胞不表達(dá)，但在炎癥、缺氧、再灌注等高損傷時(shí)有高表達(dá)，高表達(dá)的iNOS持續(xù)介導(dǎo)高水平NO，從而抑制心肌細(xì)胞線粒體呼吸功能來減弱肌肉收縮和氧耗速度。

2.1抑制線粒體呼吸鏈NO對Cyt氧化酶(復(fù)合物Ⅳ)具有快速的可逆性抑制作用，同時(shí)，所產(chǎn)生的活性氮(RNS)產(chǎn)物可對線粒體呼吸鏈中的多種組分產(chǎn)生緩慢而又不可逆的抑制作用。NO與亞鐵血紅蛋白的高親和力，導(dǎo)致NO與血紅蛋白(Hb)的親和力是一氧化碳(CO)的1 000倍，在血液中能迅速形成亞硝基Hb，納摩爾水平的NO便可快速可逆地抑制復(fù)合物Ⅳ，減弱后者與氧的結(jié)合能力。這種抑制作用是NO通過與血紅素a3的鐵離子和CuB中的銅離子結(jié)合后生成a32+-NO+和CuB-NO+兩種復(fù)合物，水合后形成亞硝酸鹽〔16〕。其中NO與鐵離子的結(jié)合可在光的作用下逆轉(zhuǎn)，而與銅離子的結(jié)合不可逆轉(zhuǎn)。此外，NO還可用過對呼吸鏈中的修飾來持續(xù)抑制線粒體呼吸，通過硝基化或硫基亞硝基化等方式抑制Cyt-c傳遞電子的功能。NO對線粒體復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的抑制作用緩慢而持續(xù)，硝基化或硫基亞硝基化可滅活復(fù)合物Ⅰ，復(fù)合物Ⅱ中的硫鐵鍵可被高水平的RNS所破壞，復(fù)合物Ⅲ的活性可被NO可逆性抑制，但具體機(jī)制尚未闡明。

2.2抑制三羧酸循環(huán)NO通過硫基亞硝基化產(chǎn)生過亞硝酸鹽，抑制線粒體中的順鳥頭酸酶，進(jìn)而影響三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量〔17〕。NO可通過硫基亞硝基化抑制肌酸激酶生物學(xué)功能，從而影響ATP運(yùn)輸和再生，還可通過可溶性鳥苷酸環(huán)化酶-環(huán)磷酸鳥苷信號途徑調(diào)控過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子(PGC)-1α轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)線粒體生物合成，使得Cyt-c和Cyt-c氧化酶的表達(dá)及線粒體數(shù)目都顯著增加，而PGC-Ⅰ、RNF-1和mtTFA的表達(dá)明顯上調(diào)〔18〕。

2.3促進(jìn)mPTP開放過亞硝酸鹽和亞硝基硫醇可作用于mPTP引起線粒體膜通透性增加，NO本身也可通過抑制線粒體呼吸和降低△φm來促進(jìn)孔的開放。然而，NO還可通過活化可溶性鳥苷酸環(huán)化酶使蛋白激酶G活化，后者可使mPTP的部分蛋白質(zhì)磷酸化，使得孔的開放頻率降低。調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣濃度及活化線粒體內(nèi)ROS產(chǎn)物也可間接影響到孔的開放狀態(tài)。mPTP過性開放可引起線粒體內(nèi)膜明顯腫脹，外膜破裂，促凋亡因子如Cyt-c，凋亡誘導(dǎo)因子等釋放并啟動(dòng)細(xì)胞凋亡程序。長時(shí)間開放則可引起線粒體膜電位去極化，氧化磷酸化解耦聯(lián)，ATP合成障礙，最終導(dǎo)致細(xì)胞壞死。

3鈣超載

鈣離子(Ca2+)對于維持細(xì)胞的動(dòng)作電位、神經(jīng)傳導(dǎo)功能、肌肉伸縮與舒張功能及神經(jīng)-肌肉傳導(dǎo)功能，具有重要的作用。Ca2+是調(diào)控心肌細(xì)胞線粒體呼吸功能的重要機(jī)制，其濃度的變化可調(diào)整線粒體氧化磷酸化功能。

3.1Ca2+在心肌細(xì)胞內(nèi)的調(diào)節(jié)線粒體攝取Ca2+是通過內(nèi)膜電位差和Ca2+濃度差實(shí)現(xiàn)的，三羧酸循環(huán)產(chǎn)生NADH等建立H+濃度差，從而形成膜兩側(cè)電位差用于電子鏈傳遞以合成ATP。Ca2+內(nèi)流減少電位差，從而調(diào)節(jié)膜兩側(cè)電位差，進(jìn)而調(diào)節(jié)ATP的合成。Ca2+的外流是通過與Na+交換完成的，這種方式被稱為依賴性外流，在心臟和腦中是主要的外流方式。攝取與外流使Ca2+在心肌細(xì)胞線粒體中處于循環(huán)狀態(tài)，生理狀態(tài)下，心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)是胞內(nèi)參與Ca2+調(diào)節(jié)最主要的細(xì)胞器。當(dāng)心肌缺血后，細(xì)胞游離Ca2+水平的升高一是通過ATP降解造成腺苷釋放而激活蛋白激酶C，導(dǎo)致ATP敏感性鉀通道開放延長，在電壓調(diào)節(jié)下，Ca2+通道開放延長造成的；二是Na+濃度的升高伴隨著上述反應(yīng)，Ca2+/Na+交換蛋白的活性受跨膜Na+濃度梯度的調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，休克復(fù)蘇后Ca2+明顯升高是再灌注損傷使細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)，同時(shí)也伴隨著Ca2+/Na+交換增強(qiáng)，使心肌合成ATP功能受到影響。大量活性氧產(chǎn)生，細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高，使再灌注階段的細(xì)胞凋亡比單純?nèi)毖A段更為顯著〔19〕。缺氧狀態(tài)下，在氧化磷酸化功能嚴(yán)重受損時(shí)，線粒體可能成為調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量最主要的細(xì)胞器。肌漿網(wǎng)攝取鈣離子的能力遠(yuǎn)不如線粒體，因此當(dāng)胞質(zhì)游離鈣濃度增加時(shí)，線粒體攝鈣速度遠(yuǎn)大于釋鈣速度，導(dǎo)致線粒體內(nèi)鈣積聚，但是線粒體鈣積聚的能力并不是無限的，過多的鈣沉積會導(dǎo)致線粒體功能紊亂。

3.2鈣超載損傷心肌細(xì)胞的機(jī)制鈣超載與氧自由基損傷是引起心肌缺血缺氧損傷的重要發(fā)病環(huán)節(jié)，尤其是在缺血再灌注損傷中，二者的聯(lián)系較為密切。大量氧自由基的產(chǎn)生可直接損傷細(xì)胞膜從而加速Ca2+內(nèi)流，又能通過抑制鈣泵活性來抑制胞質(zhì)鈣濃度降低。Bolli等〔20〕認(rèn)為再灌注初期，大量氧自由基對組織損傷起主要作用，在隨著損傷的進(jìn)展及Na+-Ca2+交換，Na+通過缺氧時(shí)H+-Na+交換泵出胞內(nèi)H+，使胞內(nèi)Na+升高來促進(jìn)Ca2+交換，導(dǎo)致鈣超載，鈣超載對心肌細(xì)胞的功能障礙和壞死發(fā)揮主要作用。

到目前為止，人們發(fā)現(xiàn)只有在缺氧等病理?xiàng)l件下，線粒體才與Ca2+發(fā)生關(guān)系，當(dāng)Ca2+在缺氧心肌內(nèi)過量涌入并危及心臟功能時(shí)，線粒體“開啟”其鈣庫功能；就心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體的數(shù)量和總體而言，它無疑是心肌細(xì)胞內(nèi)最大的“Ca2+庫”。但Ca2+在線粒體內(nèi)的儲積，使線粒體消耗大量ATP；同時(shí)，線粒體內(nèi)Ca2+與含磷酸根的化合物形成磷酸鈣，干擾線粒體的氧化磷酸化，使ATP生成減少，引起能量代謝障礙。細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載可激活多種磷脂酶，促進(jìn)膜磷脂分解，損傷生物膜；膜磷脂的降解產(chǎn)物花生四烯酸、溶血磷脂等增多，增加了膜通透性，加重膜的功能紊亂。同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)鈣超載使Ca2+依賴性蛋白水解酶活性增高，促進(jìn)黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶，使自由基生成增多，損害心肌細(xì)胞。

4Δφm降低

線粒體內(nèi)膜通透性較低，保證了線粒體基質(zhì)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。當(dāng)電子經(jīng)過呼吸鏈傳遞過程中，伴隨H+由線粒體基質(zhì)內(nèi)通過質(zhì)子泵泵出到膜間隙，H+在膜間隙積聚，從而建立△φm?！鳓誱是反映細(xì)胞線粒體功能狀態(tài)的重要參數(shù)之一，既能驅(qū)動(dòng)線粒體合成ATP，又能在細(xì)胞耗能增加時(shí)，促進(jìn)信號鈣進(jìn)入線粒體，加速線粒體合成ATP；同時(shí)，△φm也是監(jiān)測線粒體內(nèi)膜通透性的指標(biāo)之一。

4.1線粒體△φm降低的機(jī)制質(zhì)子泵學(xué)說認(rèn)為，線粒體內(nèi)膜外質(zhì)子通過F0亞基上的質(zhì)子通道回流產(chǎn)生的勢能為ADP磷酸化提供能量，如果這個(gè)機(jī)制發(fā)生障礙必將使△φm降低。

4.2△φm降低與細(xì)胞凋亡的關(guān)系△φm消失標(biāo)志著一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的凋亡過程。有研究表明，△φm消失可引起Cyt-C從線粒體釋放出來，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；同時(shí)，△φm下降早于DNA斷裂和磷脂酰絲氨酸(PS)外翻〔21〕，提示△φm下降為凋亡早期階段，通過抑制△φm下降抑制細(xì)胞凋亡，說明△φm下降為凋亡的特異性改變。也有研究表明，凋亡細(xì)胞PS外翻早于△φm降低及Cyt-C釋放，提示PS外翻可能獨(dú)立于線粒體，引起細(xì)胞凋亡，尚待進(jìn)一步研究〔22〕。

5mPTP

mPTP是存在于線粒體內(nèi)外膜之間的一組蛋白復(fù)合體，是一種非特異性通道，其分子組成尚未完全清楚。目前，多數(shù)學(xué)者〔23〕認(rèn)為mPTP由外膜的電壓依賴的陰離子通道(VDAC)、內(nèi)膜的腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)位酶(ANT)及親環(huán)素(Cyp)D等組成。生理狀態(tài)下，mPTP呈周期性開放，對維持線粒體功能有著重要的意義；缺血、缺氧等條件下，mPTP在細(xì)胞凋亡的發(fā)生過程中扮演著重要角色。

5.1誘導(dǎo)mPTP開放的因素缺血/再灌注后，多種因素可導(dǎo)致mPTP開放，但影響最大的是鈣超載和氧自由基大量生成。Ca2+誘導(dǎo)mPTP開放是通過與其金屬位點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)的，另外線粒體內(nèi)的鈣超載可致使ANT構(gòu)型改變，導(dǎo)致mPTP高水平開放；過氧化物則是通過氧化mPTP上的硫醇，引起mPTP開放。mPTP開放在不同階段由不同因素起主導(dǎo)作用。缺血期，細(xì)胞內(nèi)鈣超載起主導(dǎo)作用；再灌注早期，產(chǎn)生的大量自由基起關(guān)鍵作用；再灌注晚期，Bcl-2/Bcl-xL和Bax的比例決定了mPTP開放。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在缺血期間，標(biāo)記的脫氧葡萄糖(DOG)無法進(jìn)入線粒體基質(zhì)，再灌注期DOG明顯增多，而推測缺血早期mPTP是關(guān)閉的；但可以確定，mPTP開放發(fā)生在再灌注期，而且在決定細(xì)胞壞死中起關(guān)鍵作用〔24〕。

5.2mPTP開放產(chǎn)生的效應(yīng)當(dāng)mPTP開放后，一方面引起線粒體內(nèi)膜通透性增加，使胞質(zhì)中的大量正離子進(jìn)入線粒體，進(jìn)而引起△φm降低，導(dǎo)致部分ATP被用來恢復(fù)質(zhì)子梯度，加重細(xì)胞耗能；另一方面降低ATP合成的驅(qū)動(dòng)力，減少ATP合成，引起能量代謝障礙。同時(shí)，由于Ca2+在線粒體內(nèi)不斷積聚，加重鈣超載，從而引起線粒體損傷甚至細(xì)胞壞死或凋亡；另外，mPTP開放可導(dǎo)致線粒體基質(zhì)膨脹引發(fā)外膜破裂，促使大量凋亡蛋白和細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)釋放，促使細(xì)胞壞死。在輕度缺血或僅限部分線粒體mPTP開放時(shí)，再灌注后隨著線粒體功能的恢復(fù)，細(xì)胞死亡是可能避免的。但是，如果線粒體損傷達(dá)到一定程度，會使細(xì)胞出現(xiàn)不可逆性損傷。因此，mPTP是決定細(xì)胞死亡機(jī)制的閥門。

6凋亡蛋白

在線粒體膜及膜間隙中存在半胱氨酸基天冬氨酸特異性蛋白酶(Caspase)、Bcl-2蛋白家族、ANT、凋亡蛋白酶激活因子(Apaf-1)等可調(diào)控和促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)生的相關(guān)蛋白。線粒體介導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡的機(jī)制與這些蛋白的表達(dá)與釋放密切相關(guān)。

6.1Caspase的激活與效應(yīng)Caspase是一類蛋白酶家族，目前有10種不同的Caspase，各種Caspase都富含半胱氨酸。生理?xiàng)l件下，每一種caspase都是以非活性狀態(tài)存在的，其肽鏈比有活性時(shí)長一些；致病因素作用于細(xì)胞，可將多出的部分切除，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘腃aspase，可切割靶蛋白的特異天冬氨酸殘基，引起凋亡。同時(shí)，Cyt-c釋放到胞質(zhì)后，發(fā)生亞硝基化或不發(fā)生亞硝基化，與dATP、Apaf-1、procaspase-9聚合成為凋亡體，激活procaspase-9與Caspase-3，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡〔25，26〕。

6.2ANT對線粒體功能的調(diào)控ANT位于線粒體內(nèi)膜，是線粒體基質(zhì)與胞液轉(zhuǎn)換ATP與ADP的載體，其活性與線粒體內(nèi)ATP含量呈協(xié)調(diào)變化。急性缺氧狀態(tài)下，ANT轉(zhuǎn)運(yùn)活性下降，表明ATP轉(zhuǎn)運(yùn)效率下降；隨著缺氧時(shí)間延長，雖然線粒體氧化磷酸化仍處于低水平，但ATP含量部分恢復(fù)，可能與ATP消耗和轉(zhuǎn)化減少有關(guān)；進(jìn)一步延長缺氧時(shí)間，線粒體ATP含量和ANT轉(zhuǎn)運(yùn)活性進(jìn)一步下降。

6.3Bax與Bcl-2表達(dá)Bax與Bcl-2是同一家族但功能相反的兩組基因，在細(xì)胞周期的調(diào)控中是通過二者結(jié)合后形成的二聚體來發(fā)揮作用的，在二聚體中，兩者的比例決定促凋亡特性。當(dāng)Bcl-2蛋白表達(dá)減少或Bax蛋白表達(dá)增加時(shí)，促使細(xì)胞凋亡；當(dāng)Bcl-2蛋白表達(dá)增加或Bax蛋白表達(dá)減少時(shí)，則抑制細(xì)胞凋亡。目前認(rèn)為Bax與Bcl-2的表達(dá)是通過Cyt-c進(jìn)入線粒體后激活Caspase-3而引起的。

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〔2014-10-19修回〕

(編輯杜娟)

通訊作者：趙自剛(1974-)，男，碩士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事創(chuàng)傷休克病研究。

基金項(xiàng)目：河北省高校百名創(chuàng)新人才支持計(jì)劃(Ⅱ)；河北省人才培養(yǎng)工程資助計(jì)劃；河北北方學(xué)院創(chuàng)新人才培育基金(CXRC1314)

中圖分類號〔〕R363.2〔

文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A〔

文章編號〕1005-9202(2016)01-0223-05；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.01.103