鎂離子與疾病

趙洪俠 李發(fā)恩 王利沙

鎂離子是細(xì)胞含量排名第二的陽(yáng)離子，在人體的許多功能中起著重要的生理作用，是人體健康不可缺少的元素[1]。總鎂離子和游離鎂離子(Mg2+)參與多種細(xì)胞功能和酶合成，包括離子通道、代謝周期和信號(hào)通路[2]。低鎂可導(dǎo)致多種疾病，如心律失常、室顫等。臨床上很多疾病也可導(dǎo)致體內(nèi)鎂離子含量降低而產(chǎn)生低鎂血癥。鎂離子大部分在腸道(回腸和結(jié)腸)被吸收，吸收后隨著血液循環(huán)被運(yùn)送到全身各處，最后由腎臟代謝，在細(xì)胞內(nèi)鎂離子主要積聚在胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體。近年來發(fā)現(xiàn)鎂離子與人類多種疾病都有密切關(guān)系，但其在這些病理生理?xiàng)l件中的確切作用仍不清楚。

1.鎂離子的作用

鎂離子參與體內(nèi)眾多生理生化過程，具有抗炎癥和抗鈣離子拮抗等作用。研究表明，一定量的鎂離子對(duì)許多疾病具有保護(hù)作用，像皮瓣缺血再灌注損傷、急性心肌梗死、肺動(dòng)脈高壓、腦缺血再灌注損傷等[3～5]。鎂對(duì)于核酸和蛋白質(zhì)的合成、中間代謝和不同器官(如神經(jīng)肌肉和心血管系統(tǒng))的特定活動(dòng)是必不可少的，超過300種酶依賴于鎂。這些酶中鎂的量接近細(xì)胞內(nèi)游離鎂的濃度[6]。鎂有助于維持低水平的細(xì)胞內(nèi)自由鈣離子濃度，這在許多細(xì)胞功能中是很重要的。細(xì)胞膜的電學(xué)性能和滲透特性也受到鎂的影響。在鎂缺乏和低鎂血癥可由多種原因引起，包括胃腸道和腎臟的損失。缺鎂會(huì)導(dǎo)致多種癥狀，包括低鈣血癥、低鉀血癥以及心臟和神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。慢性低鎂狀態(tài)與糖尿病、高血壓、冠心病、骨質(zhì)疏松癥等多種慢性疾病相關(guān)[6]。鎂離子還抑制血管氧化應(yīng)激及炎癥[7]。

2.鎂離子與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，鎂在維持鈣(Ca)穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用，因此參與了神經(jīng)遞質(zhì)釋放、節(jié)點(diǎn)組織的動(dòng)作電位傳導(dǎo)和跨膜電解質(zhì)通量[6,8]。研究表明，鎂離子可參與腦缺血損傷后的興奮性氨基酸的細(xì)胞毒作用、過度的級(jí)聯(lián)炎性反應(yīng)、鈣離子超載、細(xì)胞凋亡和脂質(zhì)過氧化和氧自由基等神經(jīng)損傷的多條途徑，從而來改善缺血后的腦神經(jīng)元損傷。在局灶性和全腦缺血的動(dòng)物模型中，鎂離子顯示出神經(jīng)保護(hù)的作用，但是它對(duì)神經(jīng)保護(hù)的確切機(jī)制目前還不清楚[9～11]。鎂離子可以通過調(diào)節(jié)腦血流量、抑制細(xì)胞中Caspase-3的表達(dá)和減輕線粒體功能障礙等來影響神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[12]。

此外，有人提出離子(Mg2+和Ca2+)穩(wěn)態(tài)的改變也參與了帕金森病的發(fā)病機(jī)制[13～15]。帕金森病患者腦脊液中Mg2+濃度隨著疾病的持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度而下降[13]。缺鎂小鼠多巴胺神經(jīng)元對(duì)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔介導(dǎo)的神經(jīng)毒性的敏感性增強(qiáng)[16]。6-羥基多巴胺處理的老鼠，細(xì)胞內(nèi)鎂離子水平低于對(duì)照組。補(bǔ)充鎂離子可防止多巴胺神經(jīng)元的減少[17]，給予大腦高鎂離子可增強(qiáng)突觸可塑性，同時(shí)提高不同年齡階段大鼠的學(xué)習(xí)以及記憶能力[18]。

3.鎂離子與心血管疾病

近年來，鎂離子與心血管疾病也越來越多的受到關(guān)注。臨床上用鎂離子對(duì)心血管疾病的治療也取得了一定療效。鎂缺乏會(huì)引起一系列問題，比如心律失常，從而進(jìn)一步使心力衰竭加重。據(jù)報(bào)道，鎂離子具有抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用，對(duì)血小板的活化有抑制作用，因此其也起到一定的抗血栓作用；鎂離子參與新生血管的形成，因此對(duì)冠心病患者冠脈血管的重建具有重大意義[19]。鎂離子與高血壓也具有非常密切的關(guān)系，研究顯示，高血壓與鎂離子存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，在食物中補(bǔ)充鎂離子具有降血壓作用，若是食物中鎂離子缺乏可引起血壓升高[20]。鎂離子還可以改善心肌微循環(huán)從而降低心絞痛的發(fā)生率。

4.鎂離子與離子通道

鎂離子對(duì)人體有非常重要的作用，其出胞入胞的機(jī)制也成為科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。作為鎂離子轉(zhuǎn)運(yùn)通道，TRPM7和MagT1都是目前的研究熱點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，鎂離子可以調(diào)節(jié)血管功能，胞外鎂離子主要通過TRPM7通道和MagT1轉(zhuǎn)運(yùn)體進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞，但其調(diào)節(jié)血管的具體機(jī)制尚不清楚[7]。鎂離子缺乏造成的疾病很可能是由于鎂缺乏對(duì)鎂通道產(chǎn)生了影響從而產(chǎn)生了相應(yīng)疾?。篢RPM7參與調(diào)節(jié)多巴胺能細(xì)胞中鎂離子的穩(wěn)態(tài)[17]。最新結(jié)果表明，鎂離子的外排是通過與Mg2+-ATP結(jié)合到CNNM CBS-pair結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化來調(diào)節(jié)的[21]。此外，Magt1的糖基化對(duì)鎂離子水平很敏感，而鎂離子的減少可通過特異性糖蛋白的丟失損害免疫細(xì)胞功能，而蛋白糖基化和基因表達(dá)缺陷是由Magt1缺陷引起的遺傳病免疫缺陷的基礎(chǔ)[22]。

5.討論

鎂離子在人體生理中起著重要作用，是許多細(xì)胞和器官正常工作所必需的。它也是骨骼結(jié)構(gòu)所必需的，作為>300酶、DNA和RNA以及ATP的輔助因子，并影響細(xì)胞膜的通透性和神經(jīng)肌肉的傳輸。盡管鎂離子具有不可替代的作用，但關(guān)于其生理和穩(wěn)態(tài)的研究卻很少，確切的病理影響機(jī)制也不明確，還有較多低鎂血癥的影響未被發(fā)現(xiàn)，對(duì)鎂離子攝入量的簡(jiǎn)單、廣泛的評(píng)估仍無法用于人類。鎂離子缺乏癥可能是多種病理狀態(tài)的致病因素，本文的探討可為后期相關(guān)疾病的治療提供些許思路。