缺血后處理與糖尿病心肌的研究進(jìn)展

祝紅麗，王海英

(1.遵義醫(yī)學(xué)院麻醉醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 563000； 2.遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院麻醉科，貴州 遵義 563000)

糖尿病是一種全球流行病，近年來(lái)糖尿病患者的數(shù)量急劇上升，其中2型糖尿病約占90%[1]。糖尿病是以高血糖和內(nèi)源性胰島素分泌不足或抵抗為特點(diǎn)的代謝性疾病。糖尿病是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，常伴隨冠狀動(dòng)脈微血管病變，可導(dǎo)致心肌供血不足，使心肌更容易發(fā)生缺血損傷，其誘發(fā)的糖尿病心肌病是患者死亡的主要原因。對(duì)心臟起保護(hù)作用的刺激反應(yīng)會(huì)在高血糖的長(zhǎng)期刺激下受到抑制或消除。與非糖尿病患者相比，糖尿病患者發(fā)生心肌缺血再灌注損傷的風(fēng)險(xiǎn)更高[2]。Zhao等[3]首次提出缺血后處理(ischemic postconditioning，IPO)的概念并發(fā)現(xiàn)IPO可明顯減輕炎癥反應(yīng)和縮小心肌梗死面積，產(chǎn)生心肌保護(hù)效應(yīng)。IPO是心肌缺血后采取的保護(hù)策略，可控性強(qiáng)、臨床實(shí)用價(jià)值高，故成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前，大多數(shù)研究是圍繞IPO對(duì)健康心肌的心肌缺血再灌注損傷的對(duì)抗作用，而對(duì)病理性心肌的研究甚少，且糖尿病可弱化IPO對(duì)心肌的保護(hù)作用。現(xiàn)對(duì)IPO與糖尿病心肌缺血再灌注損傷的相關(guān)研究予以綜述。

1 糖尿病對(duì)心肌缺血再灌注損傷的影響

1.1糖尿病對(duì)心肌缺血期的影響 糖尿病存在不同程度的胰島素缺乏或胰島素抵抗，使葡萄糖氧化受到抑制，脂肪酸成為心肌細(xì)胞的主要能量來(lái)源，導(dǎo)致血糖、血脂和胰島素升高，損傷機(jī)體正常蛋白，增加心肌氧化應(yīng)激，導(dǎo)致能量代謝障礙和炎癥反應(yīng)的發(fā)生，使心肌更易受到缺血損傷[4]。研究表明，高血糖會(huì)抑制依賴線粒體復(fù)合物Ⅱ的呼吸作用，使琥珀酸為作用底物呼吸率降低40%左右，引起線粒體能量?jī)?chǔ)備能力下降[5]。Montaigne等[6]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者心肌細(xì)胞中線粒體融合蛋白1表達(dá)下降，顯著破壞心肌細(xì)胞的內(nèi)部收縮，增加心肌氧化應(yīng)激，降低線粒體容量，導(dǎo)致能量代謝紊亂。此外，高血糖還可增加鈣酶蛋白1的表達(dá)，通過(guò)下調(diào)ATP合酶α和抑制ATP合成酶的活性，引起能量供應(yīng)不足和氧化應(yīng)激損傷，最終引起心肌細(xì)胞凋亡[7]。糖尿病引起的脂代謝紊亂還會(huì)升高低密度脂蛋白水平，進(jìn)而引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，從而加重冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞的損傷，最終導(dǎo)致心肌缺血加重[8]?？梢?jiàn)，高血糖狀態(tài)會(huì)增加心肌對(duì)缺血損傷的敏感性。

1.2糖尿病對(duì)心肌再灌注期的影響 臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注損傷更容易危及糖尿病患者[9]。但在糖尿病動(dòng)物模型中卻沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論。首先，糖尿病心肌對(duì)缺血再灌注損傷的敏感性與糖尿病類(lèi)型有關(guān)。研究顯示，在大鼠缺血再灌注模型中，1型糖尿病模型的心肌對(duì)缺血再灌注損傷的耐受性增加，而2型糖尿病模型則表現(xiàn)為損傷加重，這可能與2型糖尿病的病程長(zhǎng)且伴有胰島素抵抗或高血壓，從而造成心肌損傷加重有關(guān)，但具體機(jī)制尚不清楚[10]。其次，糖尿病心肌對(duì)缺血再灌注損傷所表現(xiàn)出來(lái)的差異性還與糖尿病病程的長(zhǎng)短有關(guān)。研究表明，糖尿病初期對(duì)心肌缺血再灌注損傷的抵抗性增加可能與糖尿病早期階段可激發(fā)心臟對(duì)抗心肌缺血再灌注損傷的代償性機(jī)制有關(guān)，如促進(jìn)抗氧化作用、上調(diào)生成通路、下調(diào)凋亡基因和促進(jìn)炎性因子等[11]。Li等[12]的研究卻得到相矛盾的結(jié)果，糖尿病早期缺血再灌注表現(xiàn)為心肌的氧化應(yīng)激增加、抗氧化能量下降、糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase，GSK)3β、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3的激活受損，使缺血再灌注損傷更易危及糖尿病心肌，并且在糖尿病心肌缺血時(shí)間達(dá)到45 min時(shí)才表現(xiàn)為心肌梗死面積增大，這種矛盾結(jié)果可能與模型的差異有關(guān)。但在糖尿病晚期的心肌更易受到缺血再灌注介導(dǎo)的損傷，可能與高血糖長(zhǎng)期刺激下心肌的炎癥反應(yīng)加劇有關(guān)[13]?？梢?jiàn)，糖尿病心肌對(duì)缺血再灌注損傷的耐受性不同，并與糖尿病類(lèi)型以及所處的階段有一定關(guān)系。

由此可見(jiàn)，糖尿病與健康心肌相比更易加重心肌損傷，嚴(yán)重影響患者預(yù)后。因此，尋找減輕糖尿病心肌缺血再灌注損傷的方法對(duì)提高患者生存率和改善預(yù)后具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)價(jià)值。IPO與缺血預(yù)處理具有相同的心肌保護(hù)效應(yīng)，具有可控性和可操作性，一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，并已成功應(yīng)用于臨床。有研究表明，臨床急性心肌梗死經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)中實(shí)施IPO策略能明顯減輕心肌的炎癥反應(yīng)并縮小心肌梗死面積，加快患者術(shù)后恢復(fù)[14]?？梢?jiàn)，IPO是健康心肌對(duì)抗心肌缺血再灌注損傷的有效干預(yù)策略。

2 IPO對(duì)健康心肌的保護(hù)作用

IPO作為健康心肌對(duì)抗心肌缺血再灌注損傷的經(jīng)典手段，減輕心肌缺血再灌注損傷可能的相關(guān)機(jī)制可抑制中性粒細(xì)胞活化和介導(dǎo)的損傷、抑制心肌細(xì)胞的凋亡、激活抗氧化通路來(lái)抑制再灌注時(shí)氧自由基介導(dǎo)的損傷、抑制細(xì)胞內(nèi)鈣超載、增強(qiáng)內(nèi)源性腺苷的心肌保護(hù)作用、激活線粒體ATP敏感性鉀通道的開(kāi)放，從而減輕心肌缺血再灌注損傷[15-21]。IPO還可誘導(dǎo)腺苷、阿片類(lèi)等內(nèi)源性觸發(fā)因子的釋放，觸發(fā)細(xì)胞表面受體，然后激活再灌注損傷補(bǔ)救激酶途徑和生存活化因子增強(qiáng)途徑等信號(hào)通路，激活線粒體ATP敏感性鉀通道的開(kāi)放，減輕氧化應(yīng)激和抑制鈣超載，從而抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)的開(kāi)放，減少心肌細(xì)胞壞死[22]。研究發(fā)現(xiàn)，IPO可抑制琥珀酸脫氫酶-黃蛋白亞基的表達(dá)量，調(diào)節(jié)能量代謝，增強(qiáng)心肌功能，減小心肌梗死面積，發(fā)揮抗心肌缺血再灌注損傷的作用[23]。由此可見(jiàn)，IPO對(duì)健康心肌有保護(hù)作用，但對(duì)糖尿病心肌的保護(hù)作用較弱。

3 糖尿病狀態(tài)下心肌保護(hù)作用弱化的機(jī)制

高血糖狀態(tài)下，IPO對(duì)心肌的保護(hù)作用減弱或消失，但具體機(jī)制尚不清楚。IPO保護(hù)手段在糖尿病心肌的臨床應(yīng)用較局限，其抗糖尿病心肌缺血再灌注損傷弱化的可能機(jī)制主要有自噬作用、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3 kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)與酪氨酸激酶2(janus kinase 2，JAK2)/STAT3信號(hào)通路、GSK3β、MPTP和能量代謝等。

3.1自噬作用 自噬是細(xì)胞內(nèi)一種保守而重要的自我消化過(guò)程，主要介導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)成分和不需要的大分子物質(zhì)等蛋白質(zhì)的降解以及細(xì)胞器的更新，也為細(xì)胞器的構(gòu)建和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的再循環(huán)提供原料[24]。對(duì)于維持正常細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和不利條件下細(xì)胞的保護(hù)反應(yīng)必不可少，而過(guò)度或不充分的自噬作用都不利于細(xì)胞的新陳代謝和生存，故維持適當(dāng)水平的自噬作用有助于減少目標(biāo)器官的損害。有充分證據(jù)表明，適當(dāng)?shù)淖允伤綄?duì)維持心血管穩(wěn)態(tài)和功能至關(guān)重要，過(guò)量或不足的自噬均可能是導(dǎo)致心臟疾病的發(fā)病機(jī)制[25]。但糖尿病心肌細(xì)胞的自噬作用卻受到抑制。Zhou等[26]研究發(fā)現(xiàn)，腺苷酸活化蛋白激酶的激活劑可恢復(fù)IPO對(duì)糖尿病心肌的保護(hù)作用，而這種保護(hù)作用可被自我吞噬抑制劑逆轉(zhuǎn)，可能與高血糖抑制腺苷酸活化蛋白激酶的磷酸化和消除心肌細(xì)胞的自我吞噬作用有關(guān)；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，高血糖會(huì)減少心肌自噬調(diào)節(jié)劑的表達(dá)，使下游AMP活化的蛋白激酶/哺乳動(dòng)物雷帕毒素靶蛋白信號(hào)通路的激活受損，從而消除心肌的自噬作用，導(dǎo)致糖尿病心肌損傷加重[27]?？梢?jiàn)，糖尿病使心肌的自噬作用消除或抑制，打破細(xì)胞新陳代謝平衡，導(dǎo)致細(xì)胞異常甚至死亡，這可能是糖尿病心肌對(duì)IPO反應(yīng)遲鈍的原因之一。

3.2PI3K/Akt和JAK2/STAT3信號(hào)通路 PI3K/Akt和JAK2/STAT3信號(hào)通路是心臟的內(nèi)源性保護(hù)途徑，參與缺血后處理的心肌保護(hù)作用機(jī)制，而高血糖會(huì)引起心肌一些調(diào)節(jié)因子水平的改變，最終導(dǎo)致保護(hù)信號(hào)通路受損。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病心肌的第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源物的表達(dá)量增加，而這種蛋白同源物作為PI3K/Akt的主要負(fù)調(diào)節(jié)因子，其表達(dá)異?？梢餚I3K/Akt和JAK2/STAT3信號(hào)通路受損，最終引起細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致糖尿病心肌對(duì)IPO不敏感[28]。對(duì)糖尿病大鼠心肌的研究發(fā)現(xiàn)，患糖尿病4周的大鼠心肌脂聯(lián)素表達(dá)受到抑制，導(dǎo)致脂聯(lián)素受體1/小窩蛋白3通路受損，引起線粒體STAT3的失活，使線粒體功能受損，激活或恢復(fù)脂聯(lián)素信號(hào)通路可恢復(fù)糖尿病大鼠的心臟保護(hù)作用；而患糖尿病8周的大鼠心臟，由于脂聯(lián)素受體1/小窩蛋白3信號(hào)通路嚴(yán)重受損，喪失的保護(hù)作用已不能逆轉(zhuǎn)，可見(jiàn)，通過(guò)恢復(fù)脂聯(lián)素信號(hào)激活STAT3可能是治療早期糖尿病心肌缺血再灌注損傷的有效途徑[29]。糖尿病大鼠心肌中PI3K/Akt信號(hào)蛋白的改變會(huì)增加心肌梗死面積和過(guò)度的氧化應(yīng)激，從而加重心肌缺血再灌注損傷[30]。因此，長(zhǎng)期糖尿病刺激下，內(nèi)源性保護(hù)通路受損可能是導(dǎo)致IPO對(duì)糖尿病心肌弱化的原因。

3.3GSK3β GSK3β是一種蛋白激酶，在細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和線粒體損傷等病理過(guò)程中起重要作用，并且還與糖尿病、老年癡呆癥、缺血性疾病等的病理過(guò)程有關(guān)。Badalzadeh等[31]發(fā)現(xiàn)，糖尿病組心肌GSK3β(Ser9)的磷酸化程度明顯低于正常對(duì)照組，而IPO對(duì)糖尿病心肌保護(hù)作用的弱化可能與糖尿病狀態(tài)抑制GSK3β磷酸化并增加心肌的氧化應(yīng)激有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)IPO或環(huán)孢素A均不能保護(hù)1型糖尿病心肌免受缺血再灌注損傷，而環(huán)孢素A 處理結(jié)合IPO才可激活GSK3β的磷酸化，從而減少細(xì)胞凋亡和減輕炎癥反應(yīng)，恢復(fù)IPO的保護(hù)作用[32]。由此可見(jiàn)，糖尿病心肌中GSK3β的磷酸化受損可能影響IPO對(duì)糖尿病心肌的保護(hù)效應(yīng)。

3.4MPTP MPTP是線粒體內(nèi)膜的一種非特異性孔。缺血期間細(xì)胞pH降低，MPTP保持閉合狀態(tài)，再灌注一旦開(kāi)始就會(huì)迅速打開(kāi)，而MPTP的開(kāi)放會(huì)導(dǎo)致線粒體去極化、腫脹、細(xì)胞凋亡和壞死。MPTP是心肌缺血再灌注損傷條件下的關(guān)鍵效應(yīng)器[33]。同時(shí)，MPTP也是IPO保護(hù)作用機(jī)制的終末效應(yīng)器，故MPTP被認(rèn)為是IPO減輕心肌缺血再灌注損傷的重要作用靶點(diǎn)。Najafi等[34]研究發(fā)現(xiàn)，慢性1型糖尿病單獨(dú)應(yīng)用IPO不能改善心肌的循環(huán)動(dòng)力學(xué)、減小心肌梗死面積以及心肌酶大量釋放導(dǎo)致的組織損傷，而MPTP抑制劑環(huán)孢素A卻可以恢復(fù)IPO的保護(hù)作用效力。由此推斷，通過(guò)有效抑制MPTP的過(guò)度開(kāi)放，可以克服IPO在糖尿病狀態(tài)下心肌保護(hù)作用的喪失，也為減輕糖尿病心肌缺血再灌注損傷提供了新的治療途徑。

3.5能量代謝 ATP作為生物體內(nèi)最直接的能量來(lái)源，可為細(xì)胞提供能量，大部分生物的ATP主要來(lái)源于線粒體的氧化磷酸化過(guò)程，在線粒體膜上存在4種與能量產(chǎn)生相關(guān)的酶，它們參與線粒體氧化磷酸化合成ATP的過(guò)程，因此這些酶結(jié)構(gòu)或功能的異常都不利于能量代謝的平衡。2型糖尿病伴隨胰島素抵抗，葡萄糖氧化受到抑制，與能量合成相關(guān)的酶功能也受到影響。研究發(fā)現(xiàn)，IPO只能降低糖尿病大鼠心臟熱激蛋白20的表達(dá)量，卻不能下調(diào)線粒體蛋白F1亞基-ATP合成酶復(fù)合物和烯脂酰輔酶A水合酶短鏈1，故2型糖尿病大鼠的心肌缺血再灌注損傷無(wú)法避免[35]。線粒體蛋白可以調(diào)節(jié)細(xì)胞ATP的消耗和產(chǎn)生以及對(duì)缺血應(yīng)激的防御反應(yīng)，表明糖尿病心肌中酶功能紊亂[F(1)-ATP酶、烯脂酰輔酶A水合酶短鏈1、HSP20]可能是IPO保護(hù)作用丟失的潛在靶點(diǎn)。IPO對(duì)糖尿病心肌保護(hù)作用減弱的機(jī)制可能與使ATP產(chǎn)生和消耗的酶功能紊亂有關(guān)。

4 恢復(fù)IPO對(duì)糖尿病心肌保護(hù)作用的策略

4.1藥物干預(yù) IPO可激發(fā)內(nèi)源性物質(zhì)并通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路產(chǎn)生保護(hù)作用。糖尿病可引起保護(hù)通路受損，從而影響IPO的保護(hù)效應(yīng)。使用藥理性方法可恢復(fù)信號(hào)通路的保護(hù)作用，如使用AMP活化的蛋白激酶激活劑A-769662可逆轉(zhuǎn)糖尿病對(duì)心肌細(xì)胞自噬作用的抑制作用；維達(dá)格列汀可以減少氧自由基的產(chǎn)生和恢復(fù)線粒體膜電位，改善線粒體功能，調(diào)節(jié)缺血再灌注心肌的自噬活性，從而恢復(fù)IPO對(duì)抗糖尿病心肌缺血再灌注損傷[26,36]。有研究顯示，MPTP抑制劑環(huán)孢素A可抑制MPTP的過(guò)度開(kāi)放，還可促進(jìn)GSK3β的磷酸化和增加抗炎因子B細(xì)胞淋巴瘤2水平，從而減輕心肌炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，恢復(fù)IPO對(duì)糖尿病心肌的保護(hù)作用[32,34]。使用阿托伐他汀鈣也可增加磷酸化GSK3β和熱激蛋白70的表達(dá)，減輕糖尿病心肌缺血再灌注損傷[37]?？梢?jiàn)，藥物可恢復(fù)糖尿病所阻斷的保護(hù)信號(hào)通路，恢復(fù)IPO的保護(hù)作用，從而降低糖尿病患者心血管疾病的病死率。

4.2基因剔除 高血糖狀態(tài)可引起一些內(nèi)源性物質(zhì)的異常表達(dá)，基因剔除可改變這些物質(zhì)的DNA表達(dá)，從而恢復(fù)IPO的保護(hù)效應(yīng)。Xue等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，PTEN基因剔除可促進(jìn)PI3K/Akt和JAK2/STAT3信號(hào)通路的磷酸化作用，恢復(fù)缺氧后處理的心肌保護(hù)效應(yīng)?；蛱蕹蓽p輕心肌缺血再灌注損傷對(duì)糖尿病心肌的損傷作用。

5 小 結(jié)

心肌缺血再灌注損傷給患者造成不可忽視的危害，減輕其損傷一直是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。IPO對(duì)健康心肌的保護(hù)作用具有重大的臨床使用價(jià)值，但糖尿病心肌會(huì)弱化IPO的保護(hù)作用，目前具體機(jī)制尚不清楚，可能與ATP產(chǎn)生和消耗的酶功能紊亂有關(guān)。琥珀酸脫氫酶作為線粒體氧化磷酸化過(guò)程中最關(guān)鍵的酶，對(duì)電子傳遞、能量代謝調(diào)節(jié)起至關(guān)重要的作用。Cao等[23]研究發(fā)現(xiàn)，IPO能明顯抑制大鼠缺血再灌注心肌細(xì)胞中SDHA琥珀酸脫氫酶-黃蛋白亞基的表達(dá)，發(fā)揮抗心肌缺血再灌注損傷的作用。糖尿病狀態(tài)下，IPO對(duì)心肌的保護(hù)作用減弱與琥珀酸脫氫酶活性改變的關(guān)系有待深入研究，可為恢復(fù)IPO對(duì)糖尿病心肌的保護(hù)作用提供新的作用靶點(diǎn)。