高膽固醇血癥對缺血后處理心臟保護作用的影響及機制研究進展

段戀，吳楠，梁長彬，楊慧敏，賈大林

中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，沈陽110001

介入治療和冠狀動脈旁路移植手術(shù)的廣泛開展，使心血管疾病患者得到了及時有效的救治［1-2］。然而，這些再灌注治療方法可能不能減輕甚至加重缺血心肌的損傷［3］，即心肌缺血— 再灌注損傷（MIRI）。MIRI發(fā)生發(fā)展的機制非常復雜，活性氧的產(chǎn)生、線粒體功能異常、鈣超載等可能參與其中。有研究表明，如果再灌注之前進行缺血后處理（IPoC）能夠有效減輕MIRI的程度，但一些復雜因素可能影響IPoC 的心臟保護作用，如合并高膽固醇血癥等。在高膽固醇血癥條件下如何更有效地發(fā)揮IPoC 的心臟保護作用、減輕MIRI 具有重要意義［4］。現(xiàn)就高膽固醇血癥對IPoC 心肌保護作用的影響及機制相關(guān)研究進行綜述。

1 高膽固醇血癥對缺血后處理心肌保護作用的影響

許多研究表明，高膽固醇血癥可以減弱IPoC 對MIRI的心肌的保護作用。有學者表明，在患有高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化的實驗兔體內(nèi)，IPoC 對MIRI 的預(yù)防作用被減弱。而血脂水平恢復到與基線相似的水平時，即使在已存在動脈粥樣硬化的情況下，IPoC 的保護作用也得以恢復。這表明，高膽固醇血癥會干擾心臟保護措施對心臟所賦予的保護作用，而這種干擾獨立于動脈粥樣硬化的發(fā)展而存在。有實驗結(jié)果顯示，8周內(nèi)喂食1.5%膽固醇的大鼠模型中，幾種IPoC 方案（每個周期4 個周期，每個15 s）均未能體現(xiàn)心肌保護作用；臨床相關(guān)研究也證實心臟保護作用受到影響，且心臟保護作用下降與患者的低密度脂蛋白膽固醇血漿水平有關(guān)。

盡管有足夠的實驗證據(jù)表明高膽固醇血癥可減弱IPoC 的心臟保護作用，但仍有多項研究得出相反的結(jié)論。有研究表明，在高膽固醇血癥兔模型中，定期的短暫性肢體缺血可能會通過減少斑塊面積百分比來阻止動脈粥樣硬化的發(fā)展［5］。學者給予2%濃縮膽固醇和6%玉米油喂養(yǎng)2 周建立高膽固醇血癥兔模型，結(jié)果顯示，IPoC 有助于減小梗死面積，ILIO?DROMITIS等也得出了類似結(jié)論。

很明顯，評估IPoC 作用的研究結(jié)果存在爭議。筆者認為，結(jié)果的差異可能是由于使用了涉及不同動物種類的不同實驗?zāi)Ｐ退?。飲食類型各異，比如膽固醇或脂肪濃度、組成（有無脂肪酸）以及持續(xù)喂養(yǎng)時間不同。特別是在IPoC 過程中，所使用的處理周期的數(shù)量和每次持續(xù)的時間不同。

2 高膽固醇血癥影響缺血后處理心肌保護作用的可能機制

2.1 線粒體功能障礙 有研究發(fā)現(xiàn)，MIRI 與線粒體功能障礙有關(guān)，膽固醇在線粒體的蓄積增加，伴隨著活性氧對膽固醇的氧化作用產(chǎn)生的氧化膽固醇生成增加。氧化膽固醇可參與動脈粥樣硬化的發(fā)展，并通過增加氧化應(yīng)激而導致各種細胞系中的細胞死亡［6］。因此，高膽固醇血癥除了在動脈粥樣硬化的發(fā)展中發(fā)揮作用外，還可能通過影響線粒體功能直接損傷心肌細胞，但所涉及的機制仍不明確，目前已知的主要有再灌注損傷挽救激酶途徑和線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔（MPTP）不可逆開放等。

2.1.1 再灌注損傷挽救激酶（RISK）途徑抑制RISK 途徑是指一個復雜的信號級聯(lián)反應(yīng)，它結(jié)合了兩種主要的途徑：一種是磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）和蛋白激酶B（AKT）途徑，另一種是促分裂原激活的蛋白激酶激酶和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）途徑。RISK 途徑被認為是MIRI 后心臟保護中的主要信號轉(zhuǎn)導途徑。最近的研究探索了PI3K-AKT 和ERK1/2 下游的分子機制，以及再灌注時介導心臟保護作用中兩種途徑之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)糖原合酶激酶3β（GSK3β）是重要的調(diào)節(jié)蛋白。NIKOLAOU 等［7］使用GSK3β 抑制劑觀察了GSK3β在MIRI 中的作用，證明抑制GSK3β 表達可縮小梗死 面 積。AKBARI［8］觀察 到鋅可 以增加PI3K/AKT和GSK-3β 磷酸化，并保留蛋白激酶C 同工酶，因此建議在擇期手術(shù)前服用鋅制劑，以減輕MIRI。TIAN等［9］亦證明，在應(yīng)用白藜蘆醇進行預(yù)處理后，可增加AKT 及其下游GSK3β 的磷酸化而發(fā)揮對心臟的保護作用。

有研究發(fā)現(xiàn)，IPoC 無法減少高膽固醇血癥大鼠心肌壞死和細胞凋亡，也不能增加AKT 和GSK3β磷酸化［10］。抑制GSK3β 可以減少健康和高膽固醇血癥心臟的心肌梗死面積，但與IPoC 結(jié)合使用時，并沒有獲得額外的心臟保護作用。研究者認為，急性GSK3β 抑制可能成為急性心肌梗死期間的高膽固醇血癥患者的一種治療策略，而IPoC 可能因為對GSK3β 產(chǎn)生不利影響而效果較差。另有動物實驗表明，在高膽固醇飲食12 周的小鼠模型中，IPoC 對心肌梗死和GSK3β 磷酸化的心臟保護作用被受到影響［11］。有學者發(fā)現(xiàn)，法舒地爾對Rho 激酶的抑制作用能夠恢復IPoC 對高膽固醇血癥大鼠的心臟保護作用，這種作用可能是由PI3K/AKT/內(nèi)皮型一氧化氮合酶信號通路激活和心肌NO 含量增加介導的。VELEZ 等［12］觀察到在心肌缺血前使用瑞舒伐他汀可保護MIRI 狀態(tài)下的心臟功能，激活A(yù)KT、負性調(diào)節(jié)GSK-3β 并減弱MPTP 的開放性。 HONG等［13］觀察到高膽固醇血癥可通過改變PTEN/AKT/GSK3β 信號通路功能來減弱IPoC 對MIRI 心臟的保護作用，而抑制PTEN 可以恢復IPoC 的心臟保護作用。

2.1.2 MPTP 不可逆開放 MPTP 是一種非特異性的存在于線粒體膜上的孔道。該孔的不可逆開放可引起分子量大于1.5 kD 分子的被動擴散、線粒體膜電位破壞、氧化磷酸化解偶聯(lián)以及F1F0-ATP合酶的逆轉(zhuǎn)，導致糖酵解過程中產(chǎn)生的ATP 水解。上述所有事件最終導致線粒體功能障礙和細胞凋亡，此為發(fā)生MIRI 的重要機制之一。盡管有多項研究進行中，但MPTP的確切組成成分尚未闡明［14-15］。目前認為親環(huán)蛋白D、腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)位酶、磷酸鹽載體、電壓依賴性陰離子通道和F1F0ATP 合成酶可能參與了MPTP 的形成。鈣離子是MPTP 開放的最主要誘因。

有研究表明，心肌缺血再灌注期間，MPTP 在心肌細胞死亡中起主要作用［16］。壞死和細胞凋亡是受調(diào)節(jié)的細胞死亡的不同形式，然而，它們彼此之間并不完全獨立［17］。線粒體中的氧化應(yīng)激和鈣超載均會引起MPTP開放［18-19］；MPTP開放后，線粒體外膜破裂導致細胞膜內(nèi)蛋白從細胞質(zhì)中釋放出來，從而激活細胞凋亡途徑。ZHANG等［20］也證實，線粒體介導的細胞凋亡在MIRI 中起關(guān)鍵作用；當發(fā)生MIRI 時，MPTP 的連續(xù)打開會引起線粒體損傷，并最終導致細胞凋亡。ZHOU等［21］提出DNA依賴性蛋白激酶催化亞基（DNA-PKcs）可通過抑制MPTP 開放來減輕缺血再灌注誘導的氧化應(yīng)激及細胞凋亡。CHEN等［22］認為多胺（腐胺、亞精胺和亞精胺）作為在哺乳動物細胞多種生理和病理生理過程中起重要作用的聚陽離子，可能通過抑制或激活MPTP 開放而對MIRI 的組織產(chǎn)生保護或破壞作用。HIGGINS 等［23］發(fā)現(xiàn)，抗糖尿病藥物二甲雙胍可能是通過抑制MPTP 的開放而發(fā)揮抗凋亡作用。HUANG 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，天然黃酮芹菜素可通過阻止MPTP 的開放、降低Caspase-3 活性、減少細胞色素C 釋放，從而抑制細胞凋亡。MIAO 等［25］發(fā)現(xiàn)，橄欖油中提取的酚類化合物羥基酪醇可以抑制MPTP 的開放，從而防止MIRI。有研究表明，高膽固醇血癥影響IPoC作用的可能是由于MPTP 的過度開放所致。PAUL 等［26］也發(fā)現(xiàn)，在帕金森病鼠模型中，高膽固醇血癥加重了MPTP 過度開放誘導的中腦黑質(zhì)中紋狀體多巴胺及多巴胺能神經(jīng)元的減少，并伴有運動行為下降。環(huán)孢素A 可以明顯抑制MPTP 的開放，逆轉(zhuǎn)IPoC 心臟保護功能的喪失，是一種在預(yù)防和減輕MIRI方面有應(yīng)用前景的治療藥物［27-28］。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS） 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成、折疊、修飾以及脂質(zhì)合成和鈣存儲的關(guān)鍵細胞器。缺血缺氧、營養(yǎng)物質(zhì)缺乏、脂質(zhì)負荷過大等有害因素使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)受到破壞，蛋白折疊功能受損，蛋白質(zhì)錯誤折疊甚至未折疊，錯誤蛋白質(zhì)聚集過多，鈣離子平衡被打破，即ERS。未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)（UPR）的調(diào)節(jié)劑肌醇反應(yīng)酶1、激活轉(zhuǎn)錄因子6 和RNA 依賴性蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)狀激酶的激活可觸發(fā)UPR，發(fā)生ERS。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中有許多關(guān)鍵的脂肪形成分子，如固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白，是肝內(nèi)調(diào)節(jié)固醇代謝的重要蛋白。最初，ERS 具有保護作用，有助于細胞修復，而長期ERS可能會啟動Caspase信號轉(zhuǎn)導通路，導致細胞凋亡和器官損傷。C/EBP 同源蛋白（CHOP）是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導細胞凋亡的特異性轉(zhuǎn)錄因子，ERS時誘導UPR 的三條通路，CHOP 均參與其中。而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（GRP78）是ERS過程的標志性蛋白。GRP78 和CHOP 的增加，均可以反映ERS的激活。

越來越多的證據(jù)表明，高膽固醇血癥增加心血管疾病的發(fā)病危險，與ERS 存在密切關(guān)系。脂質(zhì)代謝涉及細胞中脂質(zhì)的合成和降解，而ERS 是過量營養(yǎng)物質(zhì)和脂質(zhì)蓄積之間的潛在機制聯(lián)系，是動脈粥樣硬化、心肌梗死和心力衰竭發(fā)生的關(guān)鍵機制。我們之前有相關(guān)研究明確了ERS 在心肌缺血、內(nèi)皮細胞損傷和細胞凋亡中的作用。雖然目前針對高脂血癥狀態(tài)下IPoC 和ERS 關(guān)系的研究較少，但有學者認為，抑制ERS 是IPoC 減輕MIRI 的機制之一。研究表明，IPoC 通過減少CHOP 表達，減弱ERS，減少Caspase-3、Caspase-12 引起的凋亡，預(yù)防大鼠IRI 帶來的腦損傷。

綜上所述，IPoC 是預(yù)防MIRI 的有效手段之一［29］，但是在臨床實踐中的應(yīng)用效果受多種因素影響，其中高膽固醇血癥會抑制IPoC 的心臟保護作用［30］。高膽固醇血癥的抑制作用可能與線粒體功能障礙相關(guān)，如MPTP過度開放、RISK途徑激活被抑制以及ERS 激活等。因此，減輕高膽固醇血癥對心肌的負面影響可能是在高膽固醇血癥條件下維持或恢復IPoC心臟保護作用的新途徑。