遠程缺血預處理-減輕心肌再灌注損傷的機制

陳玲 胡陽 王煜 鄧潔

昆明醫(yī)科大學附屬延安醫(yī)院老年病科（昆明650000）

再灌注技術能及時挽救缺血心肌，使冠心?。ㄌ貏e是急性心肌梗死）的病死率顯著下降。但是缺血心肌在恢復灌注后，其組織損傷反而呈進行性加重，缺血期引起的心肌超微結構、能量代謝、心功能和電生理等一系列損傷性變化，在血管再通后表現(xiàn)的更為突出，甚至會發(fā)生嚴重的心律失常而導致猝死，這便是心肌缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）。研究表明IRI可能占最終心肌梗死面積大小的50%。目前有關減少IRI 的經典方法是缺血預處理（ischemic preconditioning，IPC），即通過對心臟進行反復多次短暫的缺血刺激，來提高心肌本身對隨后較長時間的缺血再灌注損傷的耐受力。IPC 已經應用于如冠狀動脈球囊血管成形術、冠狀動脈旁路移植手術等一些臨床情況中，通過多個簡短的球囊起伏或冠狀動脈結扎來實現(xiàn)缺血預處理，可是這些IPC操作創(chuàng)傷大、風險高，因此其臨床應用受到了限制。1993年PRZYKLENK 等提出遠程缺血預處理（remote ischemic preconditioning，RIPC）的概念，即對某一器官進行短暫非致死性缺血預處理后，可對隨后發(fā)生缺血事件的遠隔器官產生保護作用的現(xiàn)象。RIPC 較之IPC 具有方便安全、臨床操作簡便易行、經濟成本較低、對靶器官損傷小等優(yōu)點，在臨床上具有廣泛的應用前景。本文將重點對RIPC 減輕心肌IRI 的相關機制進行探討。

1 遠程缺血預處理概念的提出

1986年，MURRY 等人在動物實驗發(fā)現(xiàn)，在心肌缺血前預先將冠狀動脈閉塞4 ～5 min，然后再灌注5 min，如此重復多次，可提高心肌對隨后較長時間缺血的耐受性，并由此提出了IPC 的概念，即短暫、可逆的心肌缺血發(fā)作可增強心肌對后續(xù)缺血性損傷的抵抗力，并在隨后更長時間的缺血期間限制梗塞面積。然而間斷夾閉和松開主動脈夾閉鉗可能造成由動脈粥樣硬化斑塊碎片脫落引起的外周血管栓塞。另外，許多混雜因素如吸煙、糖尿病、高膽固醇血癥、左心室重構、藥物等會影響IPC 的療效，甚至消除IPC 的保護作用，這使得IPC在臨床的運用受到了限制。

隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)不僅可以通過對冠脈實施缺血再灌注（ischemia reperfusion，I/R）來誘導心肌產生自我保護，對遠端器官或組織實行反復的I/R 處理，也能誘導心臟產生保護作用。這便是后來所說的RIPC。RIPC 最初的提出源于對犬的冠狀動脈左回旋支進行短暫的局部缺血和再灌注處理后，可以減小因左前降支閉塞而引起的心肌梗塞面積。隨后大量研究證實，在一個非心臟的組織或器官中進行短暫、可逆的缺血再灌注預處理后，可減輕心肌IRI。柴青等發(fā)現(xiàn)阻斷大鼠雙側股動脈來建立遠端缺血預適應模型，能夠有效緩解隨后心肌缺血導致的心肌損傷及心肌細胞凋亡。JIN 等［1］在對患者進行心臟瓣膜置換術前，先用袖帶加壓阻斷上臂及大腿血供、再恢復其血供（同時充氣至200 mmHg 5 min，再放氣至0 mmHg 5 min，循環(huán)2 次），對手術患者進行術前RIPC，術后患者肌鈣蛋白T 釋放水平較對照組有所下降、急性肺損傷發(fā)生率下降且ICU住院時間縮短。

2 RIPC 保護作用的相關機制

目前認為RIPC 的心臟保護效應是通過神經［2］和（或）體液因子［3］將遠處的心臟保護信號傳遞到心臟的結果。一旦這些保護信號進入心臟后，將作用于心肌細胞膜表面受體，產生如蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）、蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）、酪氨酸激酶（tyrosine kinase，TK）等蛋白激酶，進一步啟動細胞內信號級聯(lián)反應，通過多種信號傳導通路（如PIK3-Akt 信號通路、ERK1/2 信號通路等［4］），最終作用于線粒體上，抑制線粒體通透性轉化孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）的開放、促進線粒體ATP 敏感性鉀通道（mitochondrial ATP-Sensitive potassium channel，MitoKATP）的開放，從而減輕IRI［5］

2.1 RIPC 作用于線粒體

2.1.1 RIPC 抑制線粒體mPTP 的開放mPTP 是存在于線粒體內膜的一組蛋白復合體，是一種非特異性通道，在一定條件下，它可介導線粒體膜通透性的改變。生理情況下mPTP 是關閉的，心肌I/R后會導致鈣離子過載、大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）形成、炎癥反應、PH 值快速恢復等，這些因素協(xié)同作用促使mPTP 開放，從而破壞線粒體膜電位，使氧化磷酸化解偶聯(lián)，最終導致ATP 耗竭及細胞死亡［6］。更為重要的是，mPTP 開放會導致線粒體內膠體滲透壓迅速上升、線粒體基質腫脹，最終導致外膜破裂并釋放細胞色素c（一種促凋亡因子），從而激活半胱天冬酶級聯(lián)反應，誘導心肌細胞凋亡［7］。

2.1.2 RIPC 促進線粒體MitoKATP 通道的開放MitoKATP 通道在介導RIPC 保護作用中具有重要地位。MOSES等［8］對豬的一項研究中，通過在RIPC前給予實驗動物MitoKATP 阻滯劑或MitoKATP 激活劑，來證實MitoKATP 在RIPC 的心臟保護中發(fā)揮關鍵作用。RIPC 中產生的一氧化氮、腺苷、緩激肽、阿片類物質可能通過激活細胞內PKC 信號傳導通路，最終導致MitoKATP 通道開放，從而促進線粒體及肌漿網內鈣離子的外流，減少細胞及線粒體內鈣積聚。另外，MitoKATP通道的開放還可使ATP合成增加、水解減少，從而增加心肌細胞內ATP 的含量，提高心肌細胞在缺血期間對缺血缺氧的抵抗力。MitoKATP 通道可能是RIPC 的最終效應器，對缺血再灌注心肌細胞的生存和死亡起重要作用［9］。

2.2 RIPC 介導心肌細胞凋亡傳統(tǒng)的觀點認為，IRI 會通過壞死來介導心肌細胞死亡，然而，越來越多的研究表明，再灌注過程還會導致細胞的凋亡，與壞死不同的是，凋亡是一種由基因調控的、能量依賴性的程序性細胞死亡。心肌梗死高峰時凋亡細胞數(shù)比壞死細胞數(shù)高七倍，并且梗死灶周邊區(qū)域的心肌細胞凋亡，擴大了梗死面積、促進了心室重構，對心肌產生不利影響［10］。在冠狀動脈閉塞過程中，壞死是心肌細胞死亡的標志，但缺血的同時也會啟動心肌細胞凋亡相關信號，只是細胞的凋亡直到再灌注發(fā)生時才執(zhí)行［11］。因此心肌缺血后最終梗死面積的大小似乎是由心肌的壞死和凋亡共同決定的。研究證實，RIPC 對心肌的保護作用與抑制心肌細胞凋亡關系密切。RIPC 減少凋亡的潛在機制可能與調控促凋亡及促生存的信號，從而抑制外源性和內在性凋亡途徑有關：RIPC 可以通過抑制TNF-α 的釋放，減少細胞凋亡來保護心肌。此外，RIPC 還會上調抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達，下調促凋亡蛋白Bax、caspase-3 等的表達［12］來減少再灌注誘導的細胞凋亡。

2.3 神經信號從遠端器官傳遞到心臟人們發(fā)現(xiàn)，把動物的雙側頸或膈下迷走神經離斷后，RIPC 減少心肌梗死面積的作用將大幅降低［13］；ABRAHAM等［14］發(fā)現(xiàn)做心臟搭橋手術的患者如果存在自主神經失衡，對患者實施RIPC 將無法起到心臟保護作用；用神經阻滯劑六甲銨預處理大鼠后，RIPC 對心臟的保護作用會被削弱［15］。這些現(xiàn)象均表明RIPC 的心肌保護作用與神經機制有密切的關系。

RIPC 會使預處理器官周圍的神經纖維興奮，被激活的纖維主要通過兩種方式來發(fā)揮心臟保護效應：（1）興奮性纖維傳遞信號至大腦或脊髓［16］，使其發(fā)出指令激活迷走神經，釋放乙酰膽堿并作用于毒蕈堿受體，導致相關體液因子如腺苷、胰高血糖素樣肽-1（Glucagon-like peptide-1，GLP-1）等的釋放［17］，隨后在心臟發(fā)揮其保護作用。（2）RIPC還會削弱交感神經興奮性，改善反應性充血、減輕內皮功能障礙、提高NO 的生物利用度、防止氧化應激形成等［18］。總之，RIPC 通過增強副交感神經系統(tǒng)的興奮性、削弱交感神經系統(tǒng)的興奮性協(xié)同發(fā)揮心臟的保護效應。

2.4 體液信號從遠端器官傳遞到心臟除神經因素以外，體液因素在RIPC 的保護效應上也起著不可或缺的作用。早期的研究表明，短暫的I/R 會產生腺苷、去甲腎上腺素等體液因子，并釋放到冠狀動脈流出物中，將這種冠脈流出物注入到受體的心臟內，可誘導受體心臟產生保護作用［19］；IGOR 等［20］對受體豬的肢體施行RIPC 后，可減輕隨后移植的去神經供體心臟的IRI，這項研究首次證實了除神經因素外，RIPC 還存在循環(huán)因子（如降鈣素基因肽等）來發(fā)揮心臟保護作用。隨后大量研究在接受RIPC 患者的血中提取到如腺苷、緩激肽、缺氧誘導因子1α（Hypoxia-inducing factor-1α，HIF-1α）、GLP-1）、前列腺素、微小RNA 等具有心臟保護作用的體液因子［21］，并可以通過輸血將其轉移至受體身上［22］

目前認為RIPC 誘導體液因子釋放的潛在位點主要有四個：（1）來自遠端預處理器官本身；（2）來自中樞神經系統(tǒng)；（3）來自心臟內節(jié)前或節(jié)后副交感神經末梢；（4）來自接受副交感神經支配的未行處理的遠端器官或組織［23］。這些體液因子從遠端的預處理器官傳遞到心臟后，便會啟動細胞內信號級聯(lián)反應，通過多種信號傳導通路來發(fā)揮心臟的保護作用。目前有關RIPC 減輕心肌IRI 的相關信號通路還不完全清楚，研究較多的有PI3KAKt 信號通路、JAK-STAT 信號通路、ERK1/2 信號通路、NF-κB 信號通路［24］等。通過這些途徑的信號級聯(lián)，可以從增強抗凋亡基因的表達、抑制促凋亡基因的表達、抑制線粒體mPTP 的開放、促進MitoKATP 通道的開放等［25］多個方面來減輕IRI。

2.5 RIPC的其他保護效應RIPC除了通過上述神經體液相關機制來減輕心肌損傷以外，近年來的研究還發(fā)現(xiàn)RIPC 可能對全身各個系統(tǒng)均有利。RIPC 可以增加狹窄遠端冠狀動脈的灌注壓力（the coronary arterial blood pressure distal to stenosis，Pnoccl），XU 等［26］的研究證明RIPC 可以降低冠脈阻力并增加冠脈血流量，從而增加狹窄遠端冠狀動脈的血壓。更為重要的是，在存在一兩只血管嚴重狹窄的冠心病患者身上，RIPC 可增加冠脈側支循環(huán)的血流，而冠脈側支的生長被認為是一種有效的自然防御機制，開放側支這種涓涓細流的灌注方式，可以在第一時間恢復缺血區(qū)域的血供，挽救瀕死心肌、改善微循環(huán)，并可使干預藥物快速抵達缺血區(qū)，提高治療效果。除此之外，對于那些失去PCI 機會和沒有手術指征的患者（尤其是老年患者）而言，冠狀動脈側支循環(huán)的地位不言而喻，有研究發(fā)現(xiàn)，與年輕的志愿者相比，老年高血壓受試者從RIPC 中受益更多；在PCI 實施期間RIPC 可以減輕PCI 相關的炎癥反應、內皮功能障礙、微循環(huán)障礙及心肌損傷，心肌壞死標志物如CK-MB，cTnl的釋放也明顯減少。而在其他系統(tǒng)，RIPC 已被證明可減輕缺血性中風后的腦損傷［27］；RIPC 在各種急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）中也發(fā)揮了重要價值，在具有高AKI 風險的重大心血管手術中，RIPC 能發(fā)揮具有腎功能恢復的延遲保護效應，還能降低造影劑腎病的發(fā)病風險。RIPC 是神經機制和體液機制共同作用還是分別單獨作用、RIPC 和經典缺血預適應是否有共同的機制等其過程很復雜，涉及很多因素參與，包括多種分子甚至基因表達，且每個因素并非孤立存在，它們之間存在著錯綜復雜的聯(lián)系。

3 結語

RIPC 利用遠端器官缺血預處理的方式，使心臟產生內源性的保護效應，從而減輕IRI，與傳統(tǒng)的IPC 相比，可操作性強、費用低廉、安全無創(chuàng)、接受度高。對它機制的進一步研究不僅有很高的理論價值，而且還有很高的臨床應用價值。

但目前RIPC 對心臟保護的具體作用機制尚未完全闡明，有關預處理器官的最優(yōu)選擇也需要進一步的研究。另外，急性心血管事件的發(fā)生具有不可預知性，而RIPC 需要在I/R 發(fā)生前行遠端組織器官的IPC，故其在急性心肌梗死等疾病中的應用也受到限制。實際上，當前臨床已在嘗試將RIPC 作為一項新的心臟保護技術，在配合藥物等其他治療的同時，RIPC 可應用于心肺轉流心臟瓣膜置換術、小兒心臟手術、冠脈搭橋術等圍手術期間的治療。此外，RIPC 不僅是在心肌保護中，在器官移植、腦保護、肺保護等方面都有廣泛的應用前景，將來可以為圍手術期臟器保護提供新的思路。隨著對RIPC 機制的進一步研究，我們對RIPC機制的認識將會越來越全面，相信RIPC 定會為心臟缺血性的治療提供新的思路和更大幫助。