吸入麻醉藥對心肌缺血再灌注損傷保護(hù)作用的研究進(jìn)展

楊 英 楊 俊 楊 簡 劉曉雯 王輝波

(三峽大學(xué)心血管病研究所 三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

吸入麻醉藥對心肌缺血再灌注損傷保護(hù)作用的研究進(jìn)展

楊 英 楊 俊 楊 簡 劉曉雯 王輝波

(三峽大學(xué)心血管病研究所 三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

吸入麻醉藥；心肌缺血再灌注損傷；自噬；蛋白激酶C

缺血性心臟病(IHD)是當(dāng)前最常見的慢性非傳染性疾病之一。近年來，隨著藥物溶栓、冠脈介入、冠脈搭橋等再灌注治療技術(shù)的開展，缺血心肌能及時(shí)恢復(fù)血流，明顯降低了IHD的致殘致死率。但缺血心肌在恢復(fù)血流后可出現(xiàn)組織損傷加重、甚至發(fā)生不可逆性損傷，即心肌缺血再灌注損傷(MIRI)，是增加圍術(shù)期并發(fā)癥和死亡率的主要原因之一，因此，減少M(fèi)IRI具有重要的臨床意義。

缺血預(yù)處理的概念最早于1986年由Murry等〔1〕提出，即在急性缺血前，短暫、多次的缺血/再灌注可激活心、腦、腎等多種器官的內(nèi)在防御機(jī)制，提高其對隨后的急性缺血的耐受性。1997年Kersten等〔2〕首次發(fā)現(xiàn)缺血前給予短暫的吸入麻醉藥也能產(chǎn)生缺血預(yù)處理相似的心肌保護(hù)作用。缺血前/后給予吸入麻醉藥有明顯降低心肌梗死面積、減少肌鈣蛋白的釋放和改善血流動(dòng)力學(xué)等作用。吸入麻醉藥預(yù)處理是指在缺血前給予短暫的、一次或數(shù)次小劑量吸入麻醉藥，適用于擇期手術(shù)前誘導(dǎo)機(jī)體預(yù)適應(yīng)；吸入麻醉藥后處理是指在再灌注早期給予短暫的、小劑量吸入麻醉藥，可作為不可預(yù)見事件(如急性心肌梗死)后的挽救措施。吸入麻醉藥七氟醚、異氟醚因其具有快速誘導(dǎo)、停藥后快速復(fù)蘇和對呼吸影響小等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于臨床麻醉領(lǐng)域。大量離體與在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明吸入麻醉藥可以通過多條途徑發(fā)揮心肌保護(hù)作用。因此，本文就吸入麻醉藥對MIRI的保護(hù)作用機(jī)制進(jìn)行相關(guān)綜述，為吸入麻醉藥在IHD中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 吸入麻醉藥對MIRI的保護(hù)作用機(jī)制

缺血心肌在恢復(fù)血流供應(yīng)后，激活一系列信號途徑出現(xiàn)損傷加重甚至出現(xiàn)心肌細(xì)胞壞死、凋亡，而在缺血前/后給予吸入麻醉藥，發(fā)現(xiàn)吸入麻醉藥可通過減少自噬小體的堆積、蛋白激酶(PK)C系統(tǒng)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2信號通路減少M(fèi)IRI，此外，吸入麻醉藥還可通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、NO的生成、活性氧(ROS)的生成等多種途徑參與心肌保護(hù)作用。

1.1 減少自噬小體的堆積 研究證實(shí)，過度自噬在心肌缺血再灌注階段是有害的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)表明用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤、下調(diào)或敲除Beclin-1抑制自噬可降低缺血再灌注后心肌細(xì)胞的死亡率〔3，4〕。目前研究證實(shí)七氟烷后處理(SPC)可通過抑制自噬的過度激活和恢復(fù)自噬流兩條途徑減少自噬小體堆積。

1.1.1 抑制自噬的過度激活 在適宜條件下，I型PI3K-AKT-mTOR信號通路處于激活狀態(tài)，而活化的mTOR能抑制誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的關(guān)鍵信號分子自噬相關(guān)基因(Atg)1的表達(dá)，從而起到抑制細(xì)胞自噬的作用。當(dāng)缺血缺氧時(shí)，I型PI3K-AKT-mTOR信號通路不能被激活，解除Atg1的抑制，自噬被激活。Yu等〔5〕在建立在體大鼠MIRI模型中證明，SPC能使p-AKT、p-mTOR的水平明顯升高，說明SPC是通過激活缺血再灌注心肌的Ⅰ型PI3K-AKT-mTOR信號通路抑制自噬發(fā)揮其心肌保護(hù)作用。此外，在哺乳動(dòng)物中，Ⅲ型PI3K Vps34的激活及Beclin1/Vps34復(fù)合物的形成在自噬的激活中起重要作用，而Bcl2可通過干擾Beclin1/Vps34復(fù)合物的形成抑制自噬〔6〕，Yu等〔5〕的研究證實(shí)七氟烷后處理可通過上調(diào)Bcl2的表達(dá)，同時(shí)使Ⅲ型PI3K Vps34失活，減少Beclin1/Vps34復(fù)合物的形成抑制自噬發(fā)揮心肌保護(hù)作用。

1.1.2 恢復(fù)自噬流 自噬流，即自噬小體的形成到與溶酶體融合降解細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)成分過程，自噬流受損將引起自噬小體在心肌細(xì)胞內(nèi)聚集。Yu等〔5〕在建立在體大鼠MIRI模型中，通過檢測自噬流標(biāo)記物p62、Lamp2發(fā)現(xiàn)缺血再灌注心肌自噬流受損，但給予SPC后，缺血再灌注細(xì)胞自噬流有所恢復(fù)；Zhang等〔7〕在體大鼠MIRI模型中證明，SPC能通過改善溶酶體功能恢復(fù)自噬流的完整性，但給予溶酶體功能抑制劑氯喹(CQ)后，SPC的抗MIRI作用消失。因此，SPC對缺血再灌注心肌細(xì)胞的保護(hù)作用可能與恢復(fù)自噬流完整性，減少自噬小體的堆積有關(guān)，為研究SPC的心肌保護(hù)作用提供了新思路。

然而，目前關(guān)于SPC是如何恢復(fù)缺血再灌心肌細(xì)胞的自噬流以及過多的自噬小體的堆積是通過何種機(jī)制損傷心肌細(xì)胞的研究甚少，尚需進(jìn)一步研究。

1.2 激活PKC系統(tǒng) PKC為Ca2+依賴性的絲氨酸、蘇氨酸蛋白激酶，是細(xì)胞磷脂酰肌醇信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的重要組成部分。正常情況下，當(dāng)心肌細(xì)胞受到外界信號刺激后，位于細(xì)胞膜上的磷脂酶水解膜磷脂產(chǎn)生的二脂酰甘油(DAG)與胞質(zhì)中Ca2+協(xié)同活化PKC。PKC通過磷酸化位于胞膜和胞質(zhì)內(nèi)的底物蛋白而發(fā)揮廣泛的生理作用，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的代謝和生理功能。迄今，在哺乳動(dòng)物組織內(nèi)已確定有11種PKC亞類，目前研究表明PKC-δ、PKC-ε亞型的激活與抗MIRI有關(guān)〔8〕。

1.2.1 促進(jìn)PKC-δ磷酸化 Inamura等〔8〕在建立的離體豚鼠實(shí)驗(yàn)中證明，SPC能使PKC-δ磷酸化水平升高，但給予接受SPC的缺血再灌注心肌細(xì)胞抑肽酶后，PKC-δ磷酸化水平降低，且SPC的抗心肌(IR)損傷作用消失；同時(shí)，在離體大鼠MIRI模型中證明異氟烷預(yù)處理(IPC)也能促進(jìn)PKC-δ磷酸化，主要與643位絲氨酸殘基磷酸化有關(guān)，磷酸化的PKC-δ易位至線粒體ATP敏感性鉀通道(mitoKATP)，給予PKC-δ特異性抑制劑楸毒素(rottlerin)或mitoKATP通道特異性抑制劑5-羥基癸酸(5-hydroxydecanoate)后，IPC的抗心肌IR損傷作用消失，說明IPC對缺血再灌注心肌細(xì)胞的保護(hù)作用可能與促進(jìn)PKC-δ磷酸化和激活下游的mitoKATP有關(guān)；此外，還證實(shí)IPC可促進(jìn)PKC易位至細(xì)胞核，可能參與基因的表達(dá)調(diào)控。

1.2.2 促進(jìn)PKC-ε易位 離體大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)IPC雖然不能明顯促進(jìn)PKC-ε的磷酸化，但可以促進(jìn)其向肌膜和閏盤易位，Garcia-Dorado等〔9〕發(fā)現(xiàn)易位到閏盤和縫隙鏈接(主要是間隙連接蛋白43)的PKC-ε參與抑制心肌細(xì)胞間的相互作用和調(diào)節(jié)缺血誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。然而，目前關(guān)于PKC-ε與肌膜和閏盤間相互作用的確定機(jī)制尚不明確。

1.3 激活ERK1/2信號通路 ERK1/2是絲裂原活化蛋白激酶超家族成員，在介導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄、分化、增殖和凋亡中起重要作用。核糖體蛋白S6激酶(p70S6K)是ERK下游靶蛋白，其激活依賴于ERL1/2的磷酸化。ERK1/2 /p-p70S6K通路可以通過調(diào)控凋亡蛋白的表達(dá)和線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)開放參與MIRI過程。Xie等〔10〕在離體大鼠模型中證實(shí)SPC能使缺血再灌注心肌ERK1/2和p70S6K磷酸化水平升高，但給予ERK抑制劑PD98059后ERK1/2和p70S6K磷酸化水平降低，同時(shí)抵消了SPC對缺血再灌注心肌的保護(hù)作用，說明SPC可通過激活ERK1/2/p-p70S6K通路發(fā)揮心肌保護(hù)作用。但目前Li等〔11〕研究表明ERK1/2活化參與鈣誘導(dǎo)的上皮細(xì)胞凋亡，而當(dāng)MIRI時(shí)，心肌細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)鈣超載，而SPC又能促進(jìn)ERK1/2激活，此時(shí)能否誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡未見報(bào)道。

2 結(jié) 語

綜上所述，吸入麻醉藥預(yù)/后處理可通過減少自噬小體的堆積、激活PKC系統(tǒng)、激活ERK1/2信號等多條途徑發(fā)揮抗MIRI作用。實(shí)驗(yàn)所用模型為健康雄性成年動(dòng)物，心肌缺血30 min、再灌注2～3 h。然而，臨床病人心肌缺血時(shí)間往往超過30 min，再灌注時(shí)間為數(shù)小時(shí)不等，而吸入麻醉藥預(yù)/后處理對于這類缺血時(shí)間和再灌注時(shí)間不固定的心肌是否有抗MIRI作用尚不明確。此外，有研究表明吸入麻醉藥預(yù)/后處理對雌性模型、老齡模型、糖尿病模型、高膽固醇模型的抗MIRI作減弱甚至消失〔12～15〕。然而，老齡、糖尿病、高膽固醇又是IHD的高危因素，往往合并存在，這使得吸入麻醉藥預(yù)/后處理的抗MIRI作用機(jī)制更加復(fù)雜化。因此，后期應(yīng)加強(qiáng)吸入麻醉藥對復(fù)雜動(dòng)物模型的作用機(jī)制研究，即動(dòng)物模型應(yīng)包含高血壓、高血糖、高血脂、老齡、吸煙等一個(gè)或多個(gè)IHD危險(xiǎn)因素，為吸入麻醉藥在IHD中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 Murry CE，Jennings RB，Reimer KA.Preconditioning with ischemia：a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium〔J〕.Circulation，1986；74(5)：1124-36.

2 Kersten JR，Schmeling TJ，Pagel PS，etal.Isoflurane mimics ischemic preconditioning via activation of K(ATP) channels：reduction of myocardial infarct size with an acute memory phase〔J〕.Anesthesiology，1997；87(2)：361-70.

3 Wang CW，Klionsky DJ.The molecular mechanism of autophagy〔J〕.Mol Med，2002；9(3-4)：65-76.

4 Cheng BC，Huang HS，Chao CM，etal.Hypothermia may attenuate ischemia/reperfusion-induced cardiomyocyte death by reducing autophagy〔J〕.Int J Cardiol，2013；168(3)：2064-9.

5 Yu P，Zhang J，Yu S，etal.Protective effect of sevoflurane postconditioning against cardiac ischemia/reperfusion injury via ameliorating mitochondrial impairment，oxidative stress and rescuing autophagic clearance〔J〕.PLoS One，2015；10(8)：e0134666.

6 Jaber N，Zong WX.Class Ⅲ PI3K Vps34 plays an essential role in autophagy and in heart and liver function〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2012；109(6)：2003-8.

7 Zhang YL，Yao YT,Fang NX,etal.Restoration of autophagic flux in myocardial tissues is required for cardioprotection of sevofluranepostconditioning in rats〔J〕.Acta Pharmacol Sin，2014；35(6)：758-69.

8 Inamura Y，Miyamae M，Sugioka S,etal.Aprotinin abolishes sevofluranepostconditioning by inhibiting nitric oxide production and phosphorylation of protein kinase C-δ and glycogen synthase kinase 3β〔J〕.Anesthesiology，2009；111(5)：1036-43.

9 Garcia-Dorado D，Ruiz-Meana M，Padilla F，etal.Gap junction-mediated intercellular communication in ischemic preconditioning〔J〕.Cardiovasc Res，2002；55(3)：456-65.

10 Xie H，Zhang J，Zhu J，etal.Sevoflurane post-conditioning protects isolated rat hearts against ischemia-reperfusion injury via activation of the ERK1/2 pathway〔J〕.Acta Pharmacol Sin，2014；35(12)：1504-13.

11 Li DW，Liu JP，Mao YW，etal.Calcium-activated RAF/MEK/ERK signaling pathway mediates p53-dependent apoptosis and is abrogated by alpha B-crystallin through inhibition of RAS activation〔J〕.Mol Biol Cell，2005；16(9)：4437-53.

12 Zheng Z，Yang M，Zhang F，etal.Gender-related differenceof sevofluranepostconditioning in isolated rat hearts：focus on phosphatidylinositol-3-kinase/Akt signalling〔J〕.J Surg Res，2011；170(1)：e3-9.

13 Li H，Zhou C，Chen D，etal.Failure to protect against myocardial ischemia-reperfusion injury with sevoflurane post-conditioning in old rats in vivo.〔J〕.Acta Anaesthesiol Scand，2013；57(8)：1024-31.

14 Tai W，Shi E，Yan L，etal.Diabetesabolishesthe cardioprotection induced by sevoflurane post-conditioning in the rat heart in vivo：roles of glycogen synthase kinase-3β and its upstream pathways〔J〕.J Surg Res，2012；178(1)：96-104.

15 Xu Y，Ma L，Zhou C，etal.Hypercholesterolemic myocardium is vulnerable to ischemia-reperfusion injury and refractory to sevoflurane-induced protection〔J〕.PLoS One，2013；8(10)：e76652.

〔2016-05-04修回〕

(編輯 袁左鳴)

國家自然科學(xué)基金(No.81170133，81200088，81470387);湖北省首屆醫(yī)學(xué)領(lǐng)軍人才基金(鄂衛(wèi)生計(jì)發(fā)〔2013〕4 號)；湖北省科技支撐計(jì)劃(No.2015BKA340)

楊 俊(1962-)，男，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，碩士生導(dǎo)師，主要從事心血管疾病臨床及基礎(chǔ)研究。

楊 英(1992-)，女，在讀碩士，主要從事心血管疾病臨床及基礎(chǔ)研究。

R541.4

A

1005-9202(2017)08-2055-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.08.104