七氟烷對心肌缺血再灌注損傷下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中非心肌細(xì)胞的影響

宋思宜，李瑜，臧圓圓

1 青島大學(xué)附屬醫(yī)院，山東青島266000；2 貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院

無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，急性心肌梗死的發(fā)病率和病死率一直居高不下[1-2]。為了減少急性心肌梗死中的心肌不可逆性損傷，臨床上通常會(huì)采取溶栓、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療(PCI)、冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)等重建心臟血液供應(yīng)，維持心臟正常的舒縮功能，延緩心力衰竭進(jìn)展。但部分患者心臟恢復(fù)血液供應(yīng)后，心肌損傷反而進(jìn)一步加重，這種現(xiàn)象被稱為心肌缺血再灌注損傷(MIRI)。七氟烷由于血?dú)夥峙湎禂?shù)低，很少引起心律失常，在臨床上被廣泛用于心臟外科手術(shù)。大量基礎(chǔ)研究表明，七氟烷通過缺血前或缺血后處理能夠抑制MIRI發(fā)生，但在高脂血癥、糖尿病的影響下，七氟烷會(huì)失去對MIRI的抑制作用[3]。以往關(guān)于七氟烷對MIRI抑制作用的研究大多集中在心肌細(xì)胞上，雖然投入大量人力物力，但收效甚微。冠狀動(dòng)脈微循環(huán)作為調(diào)節(jié)組織氧合和營養(yǎng)交換的關(guān)鍵部位，近年來備受關(guān)注。在心肌缺血再灌注中，如果存在微循環(huán)損傷，即使能夠及時(shí)恢復(fù)冠狀動(dòng)脈血流，也無法對心肌提供有效的血液灌注和正常的氧氣供應(yīng)，從而導(dǎo)致患者預(yù)后不良[2]。近年來，隨著對內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等非心肌細(xì)胞在冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中作用的認(rèn)識，這些非心肌細(xì)胞在MIRI中的作用越來越受到關(guān)注[4]?，F(xiàn)結(jié)合文獻(xiàn)就冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中非心肌細(xì)胞對MIRI的作用及七氟烷對MIRI下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中非心肌細(xì)胞的影響作一綜述。

1 冠狀動(dòng)脈微循環(huán)對MIRI的影響

急性心肌梗死多數(shù)是由冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂后血栓形成并堵塞冠狀動(dòng)脈造成的。開通血管是挽救即將梗死心肌的唯一方法。缺血和再灌注這兩個(gè)步驟不僅會(huì)對心肌細(xì)胞產(chǎn)生損傷，還會(huì)對冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中的非心肌細(xì)胞產(chǎn)生損傷。在心肌缺血再灌注后，冠狀動(dòng)脈微循環(huán)與心肌組織一起受到破壞，并且冠狀動(dòng)脈微循環(huán)障礙可能是引起MIRI的主要原因。過去由于檢驗(yàn)技術(shù)有限，在仍存活的心肌中無法觀察冠狀動(dòng)脈微循環(huán)改變，常將缺血與再灌注后心肌梗死區(qū)域中的微血管栓塞當(dāng)作結(jié)果，而非起因，忽略了冠狀動(dòng)脈微循環(huán)障礙對MIRI的作用[5]。隨著對冠狀動(dòng)脈微循環(huán)障礙在MIRI中的作用認(rèn)識不斷深入，發(fā)現(xiàn)在對缺血心肌恢復(fù)血液再灌注后，冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中的非心肌細(xì)胞可出現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞水腫，內(nèi)皮細(xì)胞完整性破壞，導(dǎo)致血管通透性增加；血小板、白細(xì)胞過度激活，釋放促炎癥細(xì)胞因子和縮血管物質(zhì)增多的同時(shí)，還可與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，阻塞微血管正常血流，破壞微血管的結(jié)構(gòu)和功能，使缺血心肌無法恢復(fù)有效的血液灌注和氧氣供應(yīng)，從而加劇MIRI。

2 七氟烷對MIRI下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中非心肌細(xì)胞的影響

七氟烷作為臨床常用的揮發(fā)性麻醉藥，在缺血前或缺血后處理能夠抑制MIRI發(fā)生。以往研究對其抑制MIRI的機(jī)制通常定位于心肌細(xì)胞，但收效甚微。近年越來越多研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷可能通過作用于冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中的非心肌細(xì)胞，發(fā)揮抑制MIRI的作用。

2.1 七氟烷對MIRI下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中內(nèi)皮細(xì)胞的影響 在MIRI中，小微動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞通過增加與血小板、白細(xì)胞的黏附作用，升高胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度，增加血管通透性，使冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中內(nèi)皮細(xì)胞的屏障功能受損，從而減少冠狀動(dòng)脈血流的有效灌注。七氟烷不僅可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定，還能增加對維持內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能完整性具有重要作用的物質(zhì)在MIRI中的表達(dá)和平衡，如血管內(nèi)皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)、一氧化氮合酶(NOS)、糖萼等。

2.1.1 七氟烷對內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)的影響 當(dāng)心肌缺血后，骨髓源性EPCs被大量定向招募至血管損傷處，促進(jìn)微血管形成和相應(yīng)內(nèi)皮細(xì)胞再生。目前，EPCs移植已被證實(shí)可改善心臟功能和急性心肌梗死患者預(yù)后。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2%七氟烷預(yù)處理可提高EPCs活性并促進(jìn)其增殖[6]。其中，EPCs在缺血組織中發(fā)揮血管生成作用可能是由CLC-3/CXCR4/JAK-2信號通路介導(dǎo)的[7]。因此，七氟烷可能通過作用于EPCs維持微血管的結(jié)構(gòu)和功能，從而對MIRI發(fā)揮抑制作用。

2.1.2 七氟烷對VE-cadherin的影響 VE-cadherin能夠維持血管內(nèi)皮細(xì)胞完整性，心肌缺血再灌注后刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，通過VEGF受體激活酪氨酸激酶Scr，破壞VE-cadherin介導(dǎo)的正常細(xì)胞連接，損傷微血管內(nèi)皮細(xì)胞屏障[8]，而內(nèi)皮型NO(eNOS)參與合成的NO可抑制VEGF介導(dǎo)的血管通透性增加。HUANG等[9]研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷可通過抑制RhoA/ROCK信號通路，減少VE-cadherin生成，從而阻止肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷。DONG等[10]研究報(bào)道，七氟烷預(yù)處理可通過激活A(yù)kt/HIF-1α/VEGF信號通路，抑制氧化應(yīng)激，減少大鼠心肌缺血再灌注后的梗死面積。因此，七氟烷可通過不同信號通路，抑制VE-cadherin生成，從而抑制MIRI。

2.1.3 七氟烷對NOS的影響 NOS對維持內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定至關(guān)重要。NOS有3種不同亞型：神經(jīng)元型NOS、eNOS和誘導(dǎo)型NOS(iNOS)。不管是七氟烷預(yù)處理還是后處理均被證實(shí)可通過下調(diào)iNOS表達(dá)，提高eNOS磷酸化水平，改善eNOS活性，增加NO生成，抑制微循環(huán)中內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞、血小板黏附，減輕炎癥反應(yīng)，從而抑制MIRI[11]。因此，調(diào)節(jié)MIRI中eNOS與iNOS的表達(dá)平衡，減少內(nèi)皮細(xì)胞損傷，可能是七氟烷在MIRI中保護(hù)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)的重要途徑。

2.1.4 七氟烷對糖萼的影響 糖萼是覆蓋在內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞上的一種多糖蛋白復(fù)合物，可保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞的屏障功能，減少內(nèi)皮細(xì)胞與血小板、白細(xì)胞的相互作用，并調(diào)節(jié)微循環(huán)中血管的舒縮功能。YU等[12]認(rèn)為，糖萼從血管壁脫落是MIRI最早發(fā)生的結(jié)構(gòu)損傷形式。七氟烷不僅可通過抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少豚鼠離體心臟缺血再灌注后內(nèi)皮細(xì)胞表面糖萼的脫落[13]；七氟烷還可通過上調(diào)唾液酸轉(zhuǎn)移酶ST6Gal-1表達(dá)，促進(jìn)大鼠動(dòng)脈內(nèi)糖萼再生，從而改善內(nèi)皮細(xì)胞依賴性血管舒縮功能[14]。在炎癥反應(yīng)中，活化的中性粒細(xì)胞可增加活性氮產(chǎn)生與髓過氧化物酶釋放，從而破壞糖萼自身的穩(wěn)定性。七氟烷通過抑制中性粒細(xì)胞活化，減輕炎癥反應(yīng)，降低對內(nèi)皮細(xì)胞表面糖萼的破壞，維持內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定，從而發(fā)揮心臟保護(hù)作用[13]。但目前臨床鮮見七氟烷對心臟手術(shù)中血管內(nèi)糖萼脫落與降解影響的報(bào)道。七氟烷能夠減少糖萼脫落、保護(hù)糖萼免受破壞，從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞的正常屏障功能，這可能亦是七氟烷在MIRI中保護(hù)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)的重要途徑。

2.2 七氟烷對MIRI下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中炎癥反應(yīng)相關(guān)細(xì)胞的影響

白細(xì)胞激活在炎癥反應(yīng)發(fā)生過程中起主導(dǎo)作用。白細(xì)胞引起冠狀動(dòng)脈微循環(huán)損傷的原因一方面與白細(xì)胞過度激活有關(guān)，另一方面與白細(xì)胞激活后釋放過多的炎癥介質(zhì)、促炎癥細(xì)胞因子、黏附分子等有關(guān)。在缺血再灌注早期，由于白細(xì)胞合成的黏附分子水平增加，使白細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞上，阻塞冠狀動(dòng)脈微循環(huán)；同時(shí)，激活的白細(xì)胞還可釋放大量促炎癥細(xì)胞因子和縮血管物質(zhì)，破壞微血管通透性，進(jìn)一步加劇冠狀動(dòng)脈微循環(huán)損傷。

有研究指出，不管患者有無冠狀動(dòng)脈疾病史，隨著全身炎癥反應(yīng)程度升高，冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能破壞程度亦逐漸升高，此時(shí)即使心肌有血液再灌注，冠狀動(dòng)脈對心臟的有效灌注也會(huì)降低[15]?？梢?，抑制異常激活的炎癥反應(yīng)對保護(hù)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要。七氟烷后處理可通過抑制TLR4/MyD88/NF-κB信號通路相關(guān)因子表達(dá)，減少炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生，從而抑制炎癥反應(yīng)，減輕MIRI。當(dāng)七氟烷后處理與遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理聯(lián)合時(shí)，其減少心肌炎癥細(xì)胞因子和心肌酶產(chǎn)生的作用更加顯著[16]。在心肌缺血再灌注后，七氟烷不僅可抑制白細(xì)胞過度激活，還可抑制炎癥細(xì)胞因子釋放[17]。

2.2.1 七氟烷對中性粒細(xì)胞的影響 缺血心肌恢復(fù)再灌注后，在心肌中累積的中性粒細(xì)胞可介導(dǎo)組織損傷。在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，濃度為2.3%或4.6%的七氟烷可抑制脂多糖和TNF-α聯(lián)合激活的中性粒細(xì)胞脫顆粒反應(yīng)，減少中性粒細(xì)胞釋放髓過氧化物酶和彈性蛋白酶[18]；在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，七氟烷可減輕脂多糖在TLR-4/NF-κB/TNF-α信號通路上激活中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的器官功能障礙[19]。除了七氟烷對中性粒細(xì)胞調(diào)節(jié)的確切作用外，對其機(jī)制的研究亦引起廣泛關(guān)注。MULLER-EDENBORN等[20]研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷通過作用于CXCR2下游位點(diǎn)或CXCR2誘導(dǎo)PKC表達(dá)的上游位點(diǎn)，下調(diào)β2整合素CD11b表達(dá)，減少中性粒細(xì)胞的跨內(nèi)皮細(xì)胞移動(dòng)和在損傷組織中累積所致的MIRI。以上研究表明，七氟烷通過調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞向受損組織募集，抑制活性酶從中性粒細(xì)胞上脫顆粒，表現(xiàn)出一定的免疫調(diào)節(jié)能力，從而發(fā)揮對MIRI的抑制作用，但其具體機(jī)制尚不清楚。

2.2.2 七氟烷對單核—巨噬細(xì)胞的影響 先天性和獲得性免疫反應(yīng)在缺血心肌恢復(fù)再灌注后被激活，中性粒細(xì)胞在心肌再灌注部位累積并活化后很快凋亡、壞死，此后單核細(xì)胞開始發(fā)揮作用。當(dāng)外周血單個(gè)核細(xì)胞遷移到組織成為巨噬細(xì)胞時(shí)，可在先天性免疫反應(yīng)中發(fā)揮噬菌作用，并招募其他效應(yīng)細(xì)胞。在豬通氣模型中，1 MAC七氟烷能夠顯著降低支氣管肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞數(shù)量。WATANABE等[21]研究認(rèn)為，七氟烷可通過抑制肺泡上皮細(xì)胞產(chǎn)生單核細(xì)胞趨化蛋白，保護(hù)肺缺血再灌注損傷。然而，在進(jìn)行機(jī)械通氣的大鼠肺泡巨噬細(xì)胞中，1.5 MAC七氟烷作用2 h卻使促炎癥細(xì)胞因子水平顯著增加，如MIP-2、IL-1β、TNF-α等。在一項(xiàng)前瞻性臨床研究中，選擇疝修補(bǔ)術(shù)或靜脈曲張切除術(shù)患者，術(shù)中接受七氟烷麻醉，手術(shù)結(jié)束時(shí)單核細(xì)胞凋亡數(shù)量明顯增加，術(shù)后6 h逐漸恢復(fù)至正常水平[22]。盡管七氟烷表現(xiàn)出免疫調(diào)節(jié)潛力，但在不同應(yīng)激條件下，對中性粒細(xì)胞與單核—巨噬細(xì)胞存在不同的調(diào)節(jié)作用，最終引導(dǎo)機(jī)體朝向有益的方向傾斜。

2.2.3 七氟烷對淋巴細(xì)胞的影響 炎癥反應(yīng)必定伴隨免疫反應(yīng)。中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞比值(NLR)是心血管疾病患者預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測因子。臨床研究發(fā)現(xiàn)，PCI后NLR較高的急性心肌梗死患者微循環(huán)障礙更重，心臟梗死面積更大，主要不良心血管事件的發(fā)生率更高[23]。在非體外循環(huán)冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)中，與中性粒細(xì)胞或單核細(xì)胞過度活化不同，圍術(shù)期淋巴細(xì)胞總數(shù)降低，患者預(yù)后不良更常見。但一項(xiàng)前瞻性臨床研究發(fā)現(xiàn)，與七氟烷維持麻醉相比，在非體外循環(huán)冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)中丙泊酚維持麻醉，循環(huán)中淋巴細(xì)胞數(shù)量減少較少[24]。結(jié)果表明，在MIRI中淋巴細(xì)胞激活可發(fā)揮心臟保護(hù)作用。盡管七氟烷可調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞中Th1、Th2型細(xì)胞的動(dòng)態(tài)平衡，增加單個(gè)核細(xì)胞對腫瘤的殺傷作用[25]，但在心肌缺血再灌注中，七氟烷對T、B淋巴細(xì)胞除了在數(shù)量上影響外，對不同淋巴細(xì)胞間、NLR的影響還有待于進(jìn)一步研究。

2.3 七氟烷對MIRI下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中血小板的影響 在心肌缺血再灌注后，冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中被激活的血小板不僅可通過增加黏附分子的表達(dá)形成血小板—內(nèi)皮細(xì)胞聚集體，還可通過釋放微粒和外泌體，促進(jìn)血小板自身的聚集和凝固[26-27]，從而堵塞微循環(huán)。此外，血小板還可釋放多種核苷酸、神經(jīng)介質(zhì)、蛋白質(zhì)等調(diào)節(jié)血管收縮，減少微循環(huán)灌注，加重心肌梗死。從健康大鼠體內(nèi)提取血小板，對急性心肌缺血大鼠心臟灌注，可減輕MIRI，增強(qiáng)冠狀動(dòng)脈微血管屏障功能，這可能與血小板可釋放生長因子有關(guān)。OZAWA等[28]研究證實(shí)，小鼠經(jīng)歷缺血心肌血流再灌注后，黏附分子vWF表達(dá)增加，血小板—內(nèi)皮細(xì)胞聚集，通過損傷冠狀動(dòng)脈微循環(huán)使心肌梗死面積明顯增加。以上研究表明，抑制心肌缺血再灌注中過度激活的血小板，對維持冠狀動(dòng)脈微循環(huán)穩(wěn)定至關(guān)重要。七氟烷除了能夠抑制血小板自身形成血栓外，還能抑制血小板與內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的相互作用，減少血流受阻和炎癥反應(yīng)發(fā)生。

2.3.1 七氟烷對血小板自身相互作用的影響 血小板自身活化和聚集是介導(dǎo)微血管栓塞和炎癥反應(yīng)損傷的關(guān)鍵。七氟烷通過保護(hù)糖萼，抑制血小板中α顆粒釋放P-選擇素以及表面GPⅡb/Ⅲa受體表達(dá)等，影響血小板黏附、聚集、釋放和止血栓形成。最近有研究報(bào)道，具有促凝血潛力的血小板活化脫落顆粒，即PMPs，在STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病中表達(dá)增加，且可通過mTORC1信號通路介導(dǎo)早期血管損傷，而mTORC1抑制劑雷帕霉素可阻止PMPs誘導(dǎo)的LDLr上調(diào)和內(nèi)皮細(xì)胞炎癥損傷，從而發(fā)揮對心血管疾病的抑制作用[29]。盡管七氟烷能夠抑制血小板參與止血栓形成，但其具體作用機(jī)制尚不清楚。

2.3.2 七氟烷對血小板與循環(huán)血液細(xì)胞相互作用的影響 心肌缺血再灌注后，血小板通過與內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞結(jié)合，不僅能阻礙正常血流通過，還能通過激活炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的血管損傷，破壞微血管的屏障功能。一項(xiàng)前瞻性臨床研究報(bào)道，七氟烷預(yù)處理可降低血小板—內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1表達(dá)，并能降低行冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)患者術(shù)后6、12個(gè)月心臟事件的發(fā)生率。在小鼠心肌缺血再灌注模型中，血小板—中性粒細(xì)胞復(fù)合物(PNCs)表達(dá)增加，可促進(jìn)炎癥反應(yīng)的起始與進(jìn)展，破壞正常微循環(huán)功能，加劇心肌損傷；血管舒張劑刺激磷蛋白磷酸化可通過抑制PNCs生成，減輕MIRI。七氟烷不僅可發(fā)揮延遲性抑制血小板—中性粒細(xì)胞聚集的作用，還可通過增加腺苷A2b受體的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，減少PNCs生成[30]。以上研究表明，七氟烷通過抑制血小板與內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的相互作用，維持血管正常的屏障功能和血流穩(wěn)定，從而減輕MIRI。

綜上所述，冠狀動(dòng)脈微循環(huán)作為影響缺血心肌再灌注臨床預(yù)后的重要因素，不僅能決定心肌缺血再灌注后的有效血液灌注，還能決定MIRI后最終的梗死面積。七氟烷能夠通過調(diào)節(jié)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)中的非心肌細(xì)胞，保護(hù)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)的正常結(jié)構(gòu)和功能。目前，關(guān)于七氟烷對MIRI下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)損傷中的具體作用機(jī)制尚不完全清楚，還有待于今后進(jìn)一步研究。