鈣超載在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展

徐森　韓學超　田煒

【摘要】 心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生與多種機制有關，其中包括鈣超載、炎癥反應、氧化應激反應、線粒體功能障礙、自噬、凋亡等，其中鈣超載不但是主要的誘發(fā)因素，而且還與炎癥、氧化反應等其他誘發(fā)機制相互作用，在心肌缺血再灌注損傷保護機制的研究中極為重要。因此本文就鈣超載在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展中的作用的研究進展作一綜述，旨在能夠為心肌缺血再灌注損傷保護機制的相關研究提供一些助力。

【關鍵詞】 心肌缺血再灌注； 鈣超載

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.03.040

心肌缺血一定的時間之后能夠損傷心肌組織和細胞，為了防止這種損傷的發(fā)生，應當盡早恢復缺血區(qū)的血流灌注以挽救部分瀕臨死亡的細胞。以往大量的臨床研究以及科研實踐表明了以下觀點：再灌注不一定能恢復心肌缺血組織的損傷，在一定的條件下反而會造成甚至加重組織和細胞的損傷，這就是心肌缺血再灌注損傷（MI-RI）[1]。近年來，探究心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生機制以及如何減輕心肌缺血再灌注損傷已經(jīng)成為心血管領域的主要研究方向。目前主要認為心肌缺血再灌注損傷與細胞內(nèi)鈣超載、細胞的炎癥反應、氧化應激反應、線粒體功能障礙、自噬等諸多因素有關[2-3]，但關于心肌缺血再灌注損傷的具體發(fā)生機制仍尚不明確。1972年Shen等[4]發(fā)現(xiàn)犬的心臟冠狀動脈短暫閉塞后，再灌注可導致細胞內(nèi)Ca2+快速聚集，并首次提出了“鈣超載”之說，使人們更加重視Ca2+對于心肌缺血再灌注損傷的意義。越來越多的研究顯示，鈣超載不但是心肌缺血再灌注損傷的主要誘發(fā)因素，而且還與炎癥、氧化反應等其他誘發(fā)機制相互作用，在心肌缺血再灌注損傷保護機制的研究中極為重要。因此本文就鈣超載在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展中的作用的研究進展作一綜述，旨在能夠為心肌缺血再灌注損傷保護機制的相關研究提供一些助力。

1 鈣超載在心肌細胞中的產(chǎn)生機制

1.1 Na+/Ca2+與H+/Na+交換機制 心肌細胞經(jīng)過一定時間的缺氧后，會造成細胞內(nèi)的代謝異常，使細胞內(nèi)H+聚集而引起胞內(nèi)pH降低，進而通過H+/Na+交換使細胞內(nèi)Na+增多。心肌細胞內(nèi)Na+的聚集會使Na+/Ca2+交換蛋白（NCX）的活動增強，這一過程雖然可以減少胞內(nèi)Na+的聚集，但同時也會將胞外的Ca2+轉(zhuǎn)運至胞內(nèi)，從而使胞質(zhì)內(nèi)的Ca2+濃度不斷增高，進而引起鈣超載[5-6]。此時迅速復氧可使細胞外液pH升高，進而加大細胞膜內(nèi)外的H+梯度，使得H+/Na+、Na+/Ca2+交換得到加強，進一步造成細胞內(nèi)鈣超載。除此之外，文獻[7]研究表明，除H+/Na+、Na+/Ca2+交換機制外，H+/Ca2+直接交換的機制也是一種能夠引起細胞內(nèi)鈣超載的重要原因。

1.2 電壓門控型Ca2+通道 電壓門控型Ca2+通道有多種類型。根據(jù)Ca2+通道的敏感性、門控類型的特點及其在組織分布中的特點等，可以將這些通道分為L型Ca2+通道、R型Ca2+通道、P/Q型Ca2+通道、T型Ca2+通道和N型Ca2+通道五種類型。與心肌組織相關的電壓門控型Ca2+通道共有3種，分別為L型Ca2+通道、P/Q型Ca2+通道以及T型Ca2+通道[8]。

1.2.1 L型Ca2+通道 此類型的Ca2+通道在心肌組織中廣泛存在。其特點為持續(xù)開放（lasting，L），細胞外的Ca2+經(jīng)L型Ca2+通道進入胞內(nèi)后，能夠進一步促進細胞內(nèi)的肌漿網(wǎng)釋放Ca2+，即通常所說的鈣觸發(fā)鈣釋放（CICR）[9-11]。

1.2.2 P/Q型Ca2+通道 此類型的Ca2+通道僅存在于心臟組織內(nèi)的特殊傳導系統(tǒng)。其能參與這些特殊傳導系統(tǒng)內(nèi)細胞的興奮傳遞過程以及介質(zhì)的釋放過程。與其他Ca2+通道不同的是對于一價的陽離子也具有一定的通透性。

1.2.3 T型Ca2+通道 此類型的Ca2+通道存在于心房細胞、浦肯野細胞、竇房結細胞以及潛在的起搏點細胞之中[12]。特點為短暫開放（transient，T）。其主要功能是參與心臟起搏細胞的自律性搏動、肌漿網(wǎng)Ca2+的釋放以及心臟的發(fā)育等過程[13]。

1.3 Ca2+依賴性蛋白激酶 Ca2+依賴性蛋白激酶是一種重要的中介物質(zhì)，其能夠介導細胞毒性物質(zhì)（例如活性氧）的產(chǎn)生進而造成細胞損傷。Ca2+依賴性蛋白激酶在需能階段激活后可以調(diào)控電壓門控型鈣通道，增加心肌細胞Ca2+內(nèi)流，進而引起鈣超載，此過程稱為鈣電流易化作用[14]。

1.4 一氧化氮（NO）的介導 心肌組織產(chǎn)生缺血再灌注損傷時，將會使細胞內(nèi)一氧化氮的含量發(fā)生失衡，使其不能有效的抑制Ca2+的內(nèi)流[15]，從而會造成細胞外的Ca2+大量內(nèi)流進入細胞內(nèi)，進而引起心肌細胞內(nèi)發(fā)生鈣超載。

1.5 生物膜結構的破壞 心肌組織發(fā)生缺血再灌注損傷時將會導致細胞內(nèi)能量生成減少、同時將會生成一些毒性物質(zhì)，如氧自由基（OFR）等，這些毒性物質(zhì)能夠分解細胞膜上的膜磷脂，從而導致細胞膜的基本結構遭到破壞、膜的通透性增加，進而使細胞外的Ca2+內(nèi)流增加；同時，這些毒性物質(zhì)也會引起肌漿網(wǎng)膜的損傷、鈣泵的失靈，使細胞攝取Ca2+增多[16]，進而會導致胞漿內(nèi)Ca2+增加，引起細胞內(nèi)的鈣超載。

2 鈣超載對心肌缺血再灌注的損傷作用

2.1 引起線粒體功能障礙 心肌缺血再灌注的過程中會使心肌細胞內(nèi)Ca2+大量聚集，為了維持胞漿內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)，線粒體將會從胞漿內(nèi)攝取過量的Ca2+進入線粒體內(nèi)，造成線粒體內(nèi)的Ca2+超載[17]，從而引起線粒體膜通透性改變，導致線粒體腫脹。而在線粒體內(nèi)大量聚集的Ca2+最終會以磷酸鈣沉淀的形式存在，磷酸鈣沉淀的生成將會抑制線粒體中ATP的合成，使細胞內(nèi)能量生成受阻，其引起的線粒體功能障礙是導致心肌細胞死亡的重要原因[18]。線粒體膜上的磷脂酶能夠被Ca2+激活，磷脂酶的激活能夠使線粒體膜的基本結構發(fā)生破壞，而這種結構和功能的破壞則是細胞由可逆性損傷變?yōu)椴豢赡嫘該p傷的重要標志[19]。

2.2 激活相關酶類 膜磷脂的分解主要是由Ca2+依賴性磷脂酶（主要是蛋白激酶C和磷脂酶A）的激活所引起的。一些游離的脂肪酸、白三烯、前列腺素、溶血磷脂等活性物質(zhì)將會在膜磷脂的分解過程中產(chǎn)生，這些活性物質(zhì)均能對細胞產(chǎn)生一定的毒害作用，例如溶血磷脂能夠進入線粒體內(nèi)進而抑制ATP的合成[20]；而Ca2+依賴性的多種降解酶的激活能夠破壞細胞膜的骨架，引起細胞結構的損害[21]，其降解后的一些物質(zhì)還能夠促進活性氧生成；此外，鈣依賴性核酸內(nèi)切酶的激活，能夠?qū)毎麅?nèi)的核酸產(chǎn)生損害，進而損傷心肌細胞。

2.3 促進氧自由基生成 心肌缺血再灌注的過程中，組織中ATP的生成將會減少，細胞內(nèi)鈣離子將會增多，從而激活了鈣依賴性蛋白酶，使黃嘌呤脫氫酶（xanthine dehydrogenase，XD）向有害的黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）轉(zhuǎn)變增多[22]，同時在ATP分解過程中會產(chǎn)生次黃嘌呤。在黃嘌呤氧化酶兩次催化過程中均會產(chǎn)生大量氧自由基[23]；此外鈣超載能夠激活磷脂酶A2，進而發(fā)生過氧化反應降解細胞膜磷脂，也會產(chǎn)生大量的氧自由基。氧自由基能夠氧化細胞內(nèi)的多種有機物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)、酶和核酸等，從而引起線粒體功能障礙，增加細胞膜的通透性，進而使細胞內(nèi)的信號傳導發(fā)生障礙，促使心肌細胞大量凋亡[24]。

2.4 促進炎癥反應的發(fā)生 心肌缺血再灌注過程中，細胞內(nèi)高水平的Ca2+很容易激活細胞內(nèi)的一些酶類，而這些酶類（如磷脂酶A和蛋白激酶C）的活化可引起脂肪酸的形成，其中最主要的為花生四烯酸[25]。花生四烯酸可通過細胞色素P450（CYP 450）通路經(jīng)細胞色素P450家族的環(huán)氧化酶催化生成環(huán)氧二十碳三烯酸（EETs）。其能夠進一步引起Ca2+內(nèi)流[26]，造成更加嚴重的鈣超載。而心肌細胞中的鈣超載會導致冠脈大血管和微血管內(nèi)皮細胞的結構和功能發(fā)生變化，進而改變血管的通透性，具體表現(xiàn)為血管的儲血能力降低、冠狀動脈的阻力增高以及毛細血管中堵塞增多，進而引起中性粒細胞的黏附、積聚以及浸潤，釋放出一系列的炎癥介質(zhì)，誘導細胞間黏附分子和血管細胞黏附分子的廣泛表達，進一步對心臟血管組織產(chǎn)生損害[27]。

2.5 誘發(fā)缺血再灌注性心律失常 在缺血再灌注性心律失常的發(fā)生過程中細胞內(nèi)的鈣超載起著重要作用。在心肌缺血再灌注之后，心肌細胞內(nèi)Ca2+濃度將會顯著升高，從而影響了細胞內(nèi)線粒體生成ATP的能力，引起心肌痙攣等狀況的時常發(fā)生，進而造成了心律失常的產(chǎn)生[28]。

3 展望

綜上所述，鈣超載在心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。防止鈣超載的發(fā)生將會成為減輕心肌缺血再灌注損傷的重要舉措。盡管鈣拮抗劑在臨床上已經(jīng)被應用于諸如心絞痛（包括變異性心絞痛、勞力性心絞痛、痙攣性心絞痛及不穩(wěn)定心絞痛）、心律失常以及心力衰竭等心血管疾病的治療，但是由于鈣超載機制的復雜性，與炎癥、氧化反應等機制的相互作用關系，以及鈣拮抗劑的藥理和藥物互作關系等因素，使得鈣拮抗劑的臨床應用局限且有爭議。因此，對鈣超載在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展過程中作用機制的進一步闡明，對于有效防治心肌缺血再灌注損傷以及指導臨床用藥將極為重要。

參考文獻

[1] Jennings R B，Sommers H M，Smyth G A，et al.Myocardial necrosis induced by temporary occlusion of a coronary artery in the dog[J].Archives of Pathology，1960，70（1）：68-78.

[2]國科，劉達興，容松.心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生機制及其防治策略[J].中國醫(yī)藥導報，2016，13（29）：37-40.

[3] Piper H M，Meuter K，Sehafer C.Cellular mechanisms of ischemia reperfusion injury[J].Ann Thorac Surg，2003，75（2）：S644-648.

[4] Shen A C，Jennings R B.Kinetics of calcium accumulation in acute myocardial ischemic injury[J].Am J Pathol，1972，67（3）：441-452.

[5]董泉彬，顏素娟，李菊香.心肌細胞能量代謝與心源性猝死[J].中國心臟起搏與心電生理雜志，2017，31（2）：157-159.

[6]趙廷存，時安云.Na+/H+交換及其在心肌缺血再灌注損傷中的意義[J].生理科學進展，1993，24（3）：234-237.

[7]張北奇，馬寧，董力，等.培養(yǎng)大鼠心肌細胞缺氧與復氧時H+-Ca2+交換的研究[J].生理學報，1995，47（1）：54-58.

[8]陸彤，蔣彬.心肌細胞鈣離子通道[J].中國心臟起搏與心電生理雜志，2008，22（6）：477-482.

[9] Arreola J，Dirksen R T，Shieh R C，et al.Ca2+ current and Ca2+ transients under action potential clamp in guinea pigventricular myocytes[J].Am J Physiol，1991，261（2 Pt 1）：C393-397.

[10]李利華，任雷鳴.Na+/Ca2+交換在心肌細胞Ca2+平衡和CICR過程中的作用[J].中國藥理學通報，1998，14（S1）：41-44.

[11] Grantham C J，Cannell M B.Ca2+ influx during the cardiac action potential in guinea pig ventricular myocytes[J].Circ Res，1996，79（2）：194-200.

[12]楊慧娣，劉燕強.T型Ca2+通道在心臟中的表達[J].生理科學進展，2008，39（1）：79-81.

[13] Vassort G，Talavera K，Alvarez J L.Role of T-type Ca2+ channels in the heart[J].Cell Calcium，2006，40（2）：205-220.

[14]劉樂樂，李景東.Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ在心臟重構中作用的研究進展[J].心血管病學進展，2015，36（4）：433-437.

[15] Sears C E，Bryant S M，Ashley E A，et al.Cardiac neuronal nitric oxide synthase isoform regulates myocardial contraction and calcium handling[J].Circ Res，2003，92（5）：e52-59.

[16]周珊珊.Wnt-5a/Frizzled-2途徑對心肌缺血再灌注損傷后心肌Ca2+變化的影響的研究[D].廣州：南方醫(yī)科大學，2011.

[17] Kagan V E，Bayir H A，Belikova N A，et al.Cytochrome c/cardiolipin relations in mitochondria：a kiss of death[J].Free Radical Biology & Medicine，2009，46（11）：1439-1453.

[18]李雪麗.中藥復方雙參寧心抗心肌缺血/再灌注損傷作用及線粒體保護機制研究[D].北京：北京中醫(yī)藥大學，2014.

[19]陳景瑞，魏靜，施洋，等.心肌缺血再灌注與線粒體功能障礙研究進展[J].中國臨床藥理學雜志，2015，31（18）：1886-1888.

[20]李寅超，何永俠，郜鳳香，等.中藥有效組分防治心肌缺血再灌注損傷機制研究進展[J].浙江中醫(yī)藥大學學報，2014，38（4）：501-506.

[21]韓穎.七氟醚預處理對心肌缺血再灌注損傷心肌保護作用的研究進展[D].濟南：山東大學，2013.

[22]劉花.銀杏葉提取物對肝缺血再灌注NF-κB p65表達的影響[D].咸寧：湖北科技學院，2015.

[23]黃欣瑋，趙桂峰，毛靜遠.中藥復方防治心肌缺血再灌注損傷機制的研究進展[J].中西醫(yī)結合心腦血管病雜志，2016，14（23）：2773-2776.

[24]梁麗梅，黃照河.心肌缺血再灌注損傷發(fā)生機制及防治的研究進展[J].右江醫(yī)學，2017，45（3）：365-368.

[25]方平.心肌缺血-再灌注損傷的機制及防治的進展[J].河南醫(yī)學研究，2009，18（3）：271-275.

[26]孟秋宏，王劍波.心肌缺血/再灌注損傷中炎癥反應作用機制的研究進展[J].臨床內(nèi)科雜志，2014，31（3）：214-216.

[27]占海思，潘濤.紅景天在心肌缺血再灌注損傷中保護機制的研究進展[J].中國實驗方劑學雜志，2016，22（8）：231-234.

[28]汪洋.益氣溫陽方藥對心肌缺血-再灌注心律失常大鼠模型心肌組織鈣超載的影響[D].哈爾濱：黑龍江中醫(yī)藥大學，2009.

（收稿日期：2017-10-18） （本文編輯：張爽）