氫對(duì)心肌缺血再灌注損傷保護(hù)作用相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

劉宣辰 劉福林

【摘要】心肌缺血再灌注損傷是建立體外循環(huán)手術(shù)后的常見(jiàn)并發(fā)癥，關(guān)于治療這種并發(fā)癥的方法是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。氛醫(yī)學(xué)研究作為近些年剛興起的研究，其在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的對(duì)于心肌缺血在關(guān)注損傷的保護(hù)作用也受到廣泛關(guān)注。本文就氫對(duì)心肌缺血再灌注損傷保護(hù)作用相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述。

【關(guān)鍵詞】氫；MIRI；保護(hù)作用；綜述

1 前言

心肌缺血再灌注損傷（myocardialischemia reperfusion injury，MIRI）是圍手術(shù)期最常見(jiàn)、最嚴(yán)重的病理生理現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著病人的預(yù)后。如何治療心肌缺血再灌注損傷已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)上研究的重點(diǎn)。MIRI的產(chǎn)生主要?dú)w因于ROD的產(chǎn)生。有研究表明，抑制線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物（mitochondrial respiratory complex Ⅰ and Ⅲ）可以減少ROS產(chǎn)生。但臨床上沒(méi)有效方法可以通過(guò)減少ROS的產(chǎn)生來(lái)控制MIRI。有研究顯示。氫可以有效地抑制腸道、肝臟、心臟缺血再灌注引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)[1]。但是其具體作用尚不清楚，本文就近些年來(lái)對(duì)于氫作用的研究進(jìn)展作一綜述。

2 氫的抗氧化應(yīng)激的功能

氧化應(yīng)激反應(yīng)是機(jī)體內(nèi)部抗氧化和氧化兩個(gè)過(guò)程失衡的一種表現(xiàn)，而且更加傾向于氧化。這會(huì)造成受損組織各種炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，蛋白酶滲出增多。目前認(rèn)為，氧化應(yīng)激反應(yīng)是由自由基ROS增多引起來(lái)的。大量增多的ROS引起組織損傷，這也是業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可的引起生物體衰老死亡的主要原因。氧化應(yīng)激反應(yīng)是ROS活性過(guò)高的病態(tài)表現(xiàn)，很多心血管疾病與氧化應(yīng)激有關(guān)。最近研究顯示，抑制MIT呼吸鏈抑制ROS的產(chǎn)生可以有效減輕再灌注損傷，提高細(xì)胞活力。

在MIRI中的缺血期和再灌注期均可有ROS產(chǎn)生，尤其是再灌注期生成量最大。ROS可以直接損傷細(xì)胞膜和胞內(nèi)各種細(xì)胞器，這可以導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死。ROS也可以激活凋亡信號(hào)通路引起心肌細(xì)胞凋亡。減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)是保護(hù)心臟功能的重要方法。

發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)時(shí)會(huì)有大量的超氧化物自由基（O2-），超氧化物自由基（O2-），過(guò)氧化氫（H2O2），高毒性的羥自由基（·OH）、硝基自由基（·ONOO-），高毒性的羥自由基（·OH）、硝基自由基（·ONOO-）產(chǎn)生。超氧化物自由基和過(guò)氧化氫毒性較低，參與了機(jī)體很多重要的生物進(jìn)程，羥自由基和硝基自由基毒性高，它們主要導(dǎo)致了氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。

在人體內(nèi)，活性簇不斷發(fā)生著生成和清除兩個(gè)過(guò)程，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，但體內(nèi)含量不會(huì)很多。只有某些病理情況出現(xiàn)時(shí)，比如再灌注損傷、炎癥反應(yīng)，過(guò)量的活性簇會(huì)大量釋放，加重組織損傷?；钚源氐漠a(chǎn)生也是缺血再灌注損傷的重要條件之一。除此之外，活性氧自由基會(huì)加強(qiáng)一些趨化因子表達(dá)，會(huì)使免疫細(xì)胞在病灶富集，加劇炎癥反應(yīng)[2]。

氫是一種很好地清除ROS。07年，有日本學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，讓實(shí)驗(yàn)動(dòng)物呼吸一定濃度的氫氣可以明顯改善腦缺血再灌注損傷，其機(jī)制可能和其選擇性清除活性氧自由基ROS有關(guān)。經(jīng)過(guò)更為細(xì)致的研究，人們發(fā)現(xiàn)溶解在生理鹽水中的氫可以中和·OH和·ONOO-，這兩種物質(zhì)是導(dǎo)致缺血I/R損傷最主要的物質(zhì)。如果不能及時(shí)清除這兩個(gè)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致很多疾病的發(fā)生。隨后這組研究員使用肝缺血再灌注模型和心肌缺血再灌注在體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥C實(shí)了呼吸混合有一定濃度氫的氣體可以有效減輕缺血再灌注損傷。

跟氧相比，分子氫可以輕松穿越細(xì)胞膜，這比其他抗氧化劑更具優(yōu)越性，因?yàn)槠渌寡趸瘎┐蠖紵o(wú)法穿越細(xì)胞膜。除此之外，氫氣可以和ROS發(fā)生反應(yīng)，清除其選擇性和有效性。一些研究人員發(fā)現(xiàn)，氫對(duì)于·OH等物質(zhì)選擇性降低，對(duì)于大多數(shù)有細(xì)胞毒性的ROS均具有清除作用，可以有效防止器官損傷，比如心肌缺血再灌注損傷。這說(shuō)明氫可以用于預(yù)防性治療MIRI。

劉雪聰?shù)妊芯堪l(fā)現(xiàn)氫氣飽和生理鹽水可以降低心肌中丙二醛的含量，提高超氧化物歧化酶的活性，抑制ROS產(chǎn)生。在之前的研究報(bào)道中提到在再灌注期開(kāi)始時(shí)，氫抑制活性氧自由基ROS的產(chǎn)生，保護(hù)了膜電位，維持ATP生成量，保護(hù)了染色體免受破壞，減小了脂質(zhì)過(guò)度氧化。這些作用保護(hù)了心臟免受損傷。

目前的實(shí)驗(yàn)研究大多為離體實(shí)驗(yàn)研究，大量的數(shù)據(jù)顯示氫具有一定的選擇性抗氧化作用，但是在體證據(jù)極少[3]。氫在體內(nèi)是否還有很強(qiáng)的抗氧化作用還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3 抑制細(xì)胞凋亡

細(xì)胞為了維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，在生長(zhǎng)過(guò)程中，由凋亡基因與編碼的蛋白所控制的程序性死亡的過(guò)程稱為細(xì)胞凋亡，這是自然界普遍存在的現(xiàn)象。細(xì)胞凋亡不同于細(xì)胞壞死，凋亡是一種主動(dòng)地死亡過(guò)程，而壞死是一種非自然死亡過(guò)程，是被動(dòng)的。凋亡是在生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的過(guò)程中細(xì)胞出現(xiàn)的程序性死亡過(guò)程。

在MIRI過(guò)程中，心肌細(xì)胞凋亡是存在的，這兩者是一種相互關(guān)聯(lián)、相互滲透的過(guò)程，密不可分。M]RI中有心肌細(xì)胞凋亡的參與，同時(shí)MIRI也會(huì)加速心機(jī)細(xì)胞凋亡。

3.1 Caspase蛋白

氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥均可以激活Caspase蛋白，它是觸發(fā)細(xì)胞凋亡信號(hào)通路的關(guān)鍵蛋白。Caspase蛋白與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。其中caspase3蛋白在目前被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡過(guò)程中的關(guān)鍵酶，通過(guò)檢測(cè)這種蛋白可以了解凋亡是否發(fā)生，所以這種蛋白也是凋亡發(fā)生的標(biāo)志蛋白。它既可以執(zhí)行凋亡過(guò)程也是凋亡的效應(yīng)分子。Caspase蛋白可以激活核酸內(nèi)切酶、抑制DNA修復(fù)、瓦解骨架蛋白進(jìn)而引起細(xì)胞死亡。有學(xué)者在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在MIRI發(fā)生5min前腹腔注射富含氫氣的水溶液可以抑制Caspase蛋白的激活，從而降低了心肌細(xì)胞的凋亡。近些年來(lái)，很多研究都表明分子氫可以下調(diào)Caspase 3蛋白的水平，減輕MIRI損傷。這說(shuō)明抑制Caspase-3的表達(dá)和激活可以降低心肌細(xì)胞的凋亡，減輕MIRI損傷。

3.2 Bcl-2

原癌基因Bcl-2具備抑制細(xì)胞凋亡的功能[4]。已知的Bel蛋白家族中，有些可以抑制細(xì)胞凋亡比如X系列蛋白，有些相反能夠加速凋亡，比如Bax蛋白、Bad蛋白等。這些控制凋亡的很多是相互制約、相互平衡的蛋白。其中Bel-2與Bax蛋白可以相互制約、相互平衡，兩者一起控制細(xì)胞凋亡。Bax蛋白的激活表達(dá)可以抑制Bcl-2蛋白對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)效應(yīng)。caspase-3蛋白和Bcl-2蛋白也是相互制約的關(guān)系。這種相互牽制的關(guān)系維持了新陳代謝的正常進(jìn)行，這些蛋白在其中發(fā)揮的效應(yīng)是不可替代的。很多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究數(shù)據(jù)表明，富含氫氣的水溶液可以通過(guò)調(diào)節(jié)Bcl系列蛋白、Bad蛋白、Bax蛋白的表達(dá)來(lái)抑制MIRI中心肌細(xì)胞的凋亡。

總的來(lái)說(shuō)，各種實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果都顯示：氫具有抗心肌凋亡的作用，尤其是將氫氣溶解于水中，雖然溶解度很低，但是微量高效，可以明顯抑制MIRI損傷的發(fā)生。氫制劑可以通過(guò)上調(diào)Bcl系列蛋白家族的表達(dá)，下調(diào)Bax、Caspase系列蛋白的表達(dá)來(lái)降低細(xì)胞凋亡率。

在MIRI發(fā)生時(shí)應(yīng)該制定出有效的方法來(lái)抑制凋亡蛋白的激活表達(dá)，增強(qiáng)抗凋亡蛋白的表達(dá)，這樣才能有效抑制細(xì)胞凋亡，保護(hù)心臟免受MIRI損傷危害。當(dāng)然，MIRI發(fā)生過(guò)程中細(xì)胞凋亡發(fā)生的原因仍然是個(gè)謎，我們需要進(jìn)一步研究，明確凋亡的發(fā)生機(jī)制，為氫制劑應(yīng)用于臨床提供理論依據(jù)。

4 總結(jié)與展望

MIRI損傷嚴(yán)重威脅著人類的健康，但是其具體機(jī)制仍然不清楚。隨著經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入手術(shù)的不斷發(fā)展以及一些抗血栓藥物不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，MIRI的治療水平也在不斷提高。然而，現(xiàn)在臨床上還沒(méi)有有效治療MIRI的方法，這制約著冠心病手術(shù)的發(fā)展。

氫作為人體重要的物質(zhì)，也是宇宙中最簡(jiǎn)單的元素，來(lái)源于生物體內(nèi)部氣化的過(guò)程和從大氣中吸入。人體的氫大多是由消化道內(nèi)一些產(chǎn)氫細(xì)菌微生物產(chǎn)生。氫也可以像糖類、脂肪、蛋白質(zhì)一樣產(chǎn)生能量，只不過(guò)產(chǎn)生量很少。多余的部分氫氣可以轉(zhuǎn)化為脂肪等物質(zhì)。

目前醫(yī)學(xué)界普遍認(rèn)為自由基ROS的產(chǎn)生是導(dǎo)致MIRI損傷的主要原因。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明氫可以有效中和ROS，對(duì)于氧化應(yīng)激疾病和一些其他再灌注損傷疾病具有良好的治療和預(yù)防作用。氫作為非極性物質(zhì)，不能直接被人體吸收，目前實(shí)驗(yàn)中大多使用富氫水將氫導(dǎo)入體內(nèi)，即富含氫氣的水溶，從而對(duì)ROS起到還原的效果。

富氫水是一種簡(jiǎn)單、有效、安全、新穎的保護(hù)心臟免受MIRI損傷的方法。但是目前這種新型藥物仍處在實(shí)驗(yàn)室階段，處在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的階段，距離推向臨床還有很長(zhǎng)一段路要走。不過(guò)在不久的將來(lái)，通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的不斷研究，氫注定會(huì)走向臨床。

（通訊作者：劉福林）

參考文獻(xiàn)

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