[摘要] 鳶尾素是一種由肌肉組織分泌的激素樣多肽,由含Ⅲ型纖連蛋白域蛋白5經(jīng)過(guò)蛋白水解酶水解后生成,并釋放進(jìn)入外周循環(huán)。鳶尾素在急性心肌梗死中具有潛在的保護(hù)作用。本文將從減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)、改善線(xiàn)粒體功能、抑制心肌細(xì)胞凋亡、抑制炎癥反應(yīng)、改善微循環(huán)等方面,總結(jié)近年來(lái)鳶尾素在急性心肌梗死中保護(hù)作用的相關(guān)研究進(jìn)展,以期為急性心肌梗死的診療提供有價(jià)值的參考。
[關(guān)鍵詞] 鳶尾素;急性心肌梗死;氧化應(yīng)激;線(xiàn)粒體損傷;細(xì)胞凋亡
[中圖分類(lèi)號(hào)] R542.22
[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A
[文章編號(hào)] 2095-9354(2024)03-0316-04
DOI: 10.13308/j.issn.2095-9354.2024.03.019
[引用格式] 王洋洋,谷云飛,李松森,等. 鳶尾素在急性心肌梗死中的保護(hù)作用研究進(jìn)展[J]. 實(shí)用心電學(xué)雜志, 2024, 33(3): 316-319.
Research progress of protective effect of irisin in acute myocardial infarction WANG Yangyang, GU Yunfei, LI Songsen, WANG Hao(Department of Cardiology, Luoyang Central Hospital Affiliated to Zhengzhou University, Luoyang Henan 471009, China)
[Abstract] Irisin is a hormone-like polypeptide secreted by the muscle tissue, which is generated after hydrolysis of fibronectin type Ⅲ domain-containing protein 5 by proteolytic enzymes, and released into the peripheral circulation. Irisin plays a potentially protective role in acute myocardial infarction (AMI). This article summarizes the present research progress of the protective effects of irisin in AMI mainly from the following aspects: reducing oxidative stress response, improving mitochondrial function, inhibiting myocardial apoptosis, inhibiting inflammatory response, improving microcirculation, in order to provide valuable references for the diagnosis and treatment of AMI.
[Key words] irisin; acute myocardial infarction; oxidative stress; mitochondrial damage; apoptosis
隨著人口老齡化日趨嚴(yán)重,急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)患病率逐年上升[1],現(xiàn)代生活方式的變化也導(dǎo)致患病人群的平均年齡不斷前移[2],AMI受累人群數(shù)量越來(lái)越龐大。雖然目前經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入技術(shù)已廣泛開(kāi)展,但AMI的死亡率仍高達(dá)0.21%[3]。BRAUNWALD等[4]1985年提出了AMI后缺血再灌注損傷的存在。此后,更多的研究顯示,AMI患者血運(yùn)重建后隨之而來(lái)的缺血再灌注損傷可能是其死亡率居高不下的主要原因[5]。鳶尾素在2012年被首次發(fā)現(xiàn),早期研究表明鳶尾素來(lái)源于骨骼肌,主要參與脂肪代謝,而近年來(lái)大量研究發(fā)現(xiàn)鳶尾素通過(guò)減輕氧化應(yīng)激、促進(jìn)細(xì)胞自噬、改善線(xiàn)粒體功能、抑制凋亡等途徑,在心肌梗死中發(fā)揮保護(hù)作用。鳶尾素有望作為調(diào)節(jié)心肌梗死后心臟代謝水平、預(yù)防心肌梗死的新型藥物。本文對(duì)此進(jìn)行綜述,旨在為今后研發(fā)治療心肌梗死、改善心肌缺血的相關(guān)藥物提供理論依據(jù)和研究思路。
1 鳶尾素簡(jiǎn)介
鳶尾素是一種由運(yùn)動(dòng)促進(jìn)生成的激素樣多肽。BOSTRM等[6]2012年首次發(fā)現(xiàn),運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉收縮能夠使肌組織過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α,PGC-1α)的表達(dá)水平上升,進(jìn)而促進(jìn)肌組織中的鳶尾素前體——含Ⅲ型纖連蛋白域蛋白5(fibronectin type Ⅲ domain-containing protein 5,F(xiàn)NDC5)的表達(dá)。FNDC5是一種膜蛋白,其經(jīng)水解形成的多肽片段釋放進(jìn)入外周血,而這種肌源性激素即鳶尾素。既往大量研究顯示,鳶尾素能夠顯著上調(diào)白色脂肪細(xì)胞中解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1,UCP-1)的水平,促使儲(chǔ)能的白色脂肪向產(chǎn)能的棕色脂肪轉(zhuǎn)化,加快新陳代謝,參與能量代謝穩(wěn)態(tài)的維持。
2 鳶尾素與心肌梗死之間的關(guān)系
AMI主要是指冠狀動(dòng)脈血供突然急劇減少或中斷,使相應(yīng)部位心肌發(fā)生嚴(yán)重且持續(xù)缺血而引起的心肌細(xì)胞壞死。ABD EL-MOTTALEB等[7]研究顯示,AMI患者血清鳶尾素與心肌壞死生物標(biāo)志物(肌鈣蛋白I等)水平密切相關(guān),可作為AMI的有效生物標(biāo)志物。李寧等[8]的研究顯示,急性冠脈綜合征患者血清鳶尾素水平明顯低于健康人群,而且其與冠狀動(dòng)脈病變嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)。AYDIN等[9]通過(guò)AMI患者自身前后對(duì)比進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),AMI患者血清鳶尾素水平于心肌梗死后48 h開(kāi)始逐漸降低,至72 h后轉(zhuǎn)而回升。這些研究提示,鳶尾素可能與AMI的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。
3 鳶尾素對(duì)AMI患者的保護(hù)作用
3.1 減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)
目前研究認(rèn)為,氧化應(yīng)激在心肌缺血再灌注損傷中發(fā)揮重要作用,并參與了心肌梗死的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。WANG等[10]通過(guò)使離體小鼠心臟缺血30 min再灌注30 min,模擬AMI后心肌缺血再灌注過(guò)程,發(fā)現(xiàn)鳶尾素能夠明顯縮小心肌梗死面積,改善缺血再灌注損傷后的心室收縮功能障礙。鳶尾素一方面通過(guò)提高心肌超氧化物歧化酶1的表達(dá)水平,加速氧自由基清除,從而減小心肌梗死面積;另一方面,它還能夠上調(diào)超氧化物歧化酶2的表達(dá)水平,促進(jìn)損傷后的線(xiàn)粒體功能恢復(fù),減輕心肌缺血再灌注損傷時(shí)的氧化應(yīng)激反應(yīng),對(duì)心臟起到保護(hù)作用,此過(guò)程中可能有促進(jìn)組蛋白去乙酰化酶4(histone deacetylase-4,HDAC-4)類(lèi)泛素化降解等相關(guān)通路的參與。ZHANG等[11]在阿霉素心肌病小鼠模型中發(fā)現(xiàn),鳶尾素幾乎完全抑制了小鼠體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生;為了進(jìn)一步驗(yàn)證鳶尾素對(duì)心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激及凋亡的抑制作用,在體外存在或不存在阿霉素的情況下,用鳶尾素的裂解片段虹膜素處理H9C2細(xì)胞,結(jié)果與在體數(shù)據(jù)結(jié)果一致,即虹膜素在阿霉素?fù)p傷細(xì)胞模型中也能夠?qū)寡趸瘧?yīng)激和細(xì)胞凋亡。由此推測(cè),鳶尾素對(duì)心肌缺血再灌注的保護(hù)作用可能與減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)。
3.2 改善線(xiàn)粒體功能
線(xiàn)粒體是細(xì)胞代謝的中心,在細(xì)胞能量代謝和細(xì)胞生長(zhǎng)中起著關(guān)鍵作用。在心肌缺血再灌注損傷過(guò)程中,線(xiàn)粒體的功能紊亂使細(xì)胞處于應(yīng)激狀態(tài),因此,改善線(xiàn)粒體功能是減輕心肌缺血再灌注損傷的重要手段之一。WANG等[10]研究發(fā)現(xiàn),鳶尾素對(duì)AMI的保護(hù)作用可能是通過(guò)促進(jìn)p38的磷酸化激活實(shí)現(xiàn)的:p38活化后能夠加速下游HDAC4類(lèi)泛素化降解,抑制線(xiàn)粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開(kāi)放,保護(hù)線(xiàn)粒體-胞質(zhì)屏障免遭破壞,減輕線(xiàn)粒體腫脹及凋亡,保護(hù)線(xiàn)粒體功能,最終減輕心肌缺血再灌注損傷。通過(guò)提取心臟梗死區(qū)和非梗死區(qū)的線(xiàn)粒體進(jìn)行線(xiàn)粒體功能測(cè)定,發(fā)現(xiàn)鳶尾素能夠明顯改善梗死區(qū)域心肌細(xì)胞線(xiàn)粒體呼吸鏈Ⅰ—Ⅳ復(fù)合物的功能,提高心肌細(xì)胞對(duì)氧的利用效率,從而減輕缺血帶來(lái)的損傷[12]。JIANG等[13]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了更進(jìn)一步的探索,在脂多糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷模型中發(fā)現(xiàn),鳶尾素能夠顯著增加心肌細(xì)胞中三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)的生成,增強(qiáng)線(xiàn)粒體復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ的活性,促進(jìn)線(xiàn)粒體自噬過(guò)程,進(jìn)而減輕線(xiàn)粒體功能障礙。根據(jù)已有研究不難看出,鳶尾素能夠通過(guò)促進(jìn)心肌細(xì)胞ATP生成、抑制損傷誘導(dǎo)的線(xiàn)粒體膜電位喪失,增強(qiáng)呼吸鏈復(fù)合物活性,進(jìn)而發(fā)揮改善線(xiàn)粒體功能的作用。
3.3 抑制心肌細(xì)胞凋亡
心肌細(xì)胞凋亡是導(dǎo)致AMI患者心肌細(xì)胞壞死的重要原因之一,因此,抑制心肌細(xì)胞凋亡是治療心肌梗死的重要策略。李如利等[14]研究發(fā)現(xiàn),鳶尾素預(yù)處理能明顯抑制缺血再灌注損傷造成的細(xì)胞凋亡,改善心肌細(xì)胞活力,同時(shí)降低活性氧表達(dá)水平,維持線(xiàn)粒體膜電位,上調(diào)凋亡抑制因子Sirt1、UCP2、bcl-2等的表達(dá)水平,下調(diào)促凋亡因子bax、cleaved caspase-3等的表達(dá)水平。MOSCOSO等[15]研究發(fā)現(xiàn),在缺氧條件下,補(bǔ)充鳶尾素可提高細(xì)胞活力并抵消脂毒性棕櫚酸酯誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。此外,ZHAO等[16]也指出,鳶尾素通過(guò)促進(jìn)HDAC4降解,減輕HDAC4誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡,WANG等[10]的研究也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的現(xiàn)象。由此可以推斷,鳶尾素在AMI中的保護(hù)作用可能與其抗心肌細(xì)胞凋亡作用有關(guān)。
3.4 抑制炎癥反應(yīng)
在心肌缺血再灌注損傷中,炎癥反應(yīng)被認(rèn)為是必不可少的一環(huán)。巨噬細(xì)胞作為一種重要的炎癥細(xì)胞,可通過(guò)多種途徑產(chǎn)生大量炎癥因子。ZHANG等[17]發(fā)現(xiàn),鳶尾素可通過(guò)抑制ROS/p38 MAPK/NF-κB途徑來(lái)抑制ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮炎癥,并降低巨噬細(xì)胞中白細(xì)胞介素-1β和腫瘤壞死因子-α的水平,其機(jī)制可能與抑制巨噬細(xì)胞向M2型極化有關(guān)。另一項(xiàng)研究表明,鳶尾素調(diào)節(jié)免疫活性細(xì)胞的活化,通過(guò)減少活性氧的過(guò)度產(chǎn)生來(lái)增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的活性和增殖,從而提高其吞噬能力,這表明鳶尾素可能具有潛在的抗炎特性[18]。FU等[19]也觀察到鳶尾素可抑制T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的募集。此外,鳶尾素還能抑制肥胖個(gè)體中促炎細(xì)胞因子的表達(dá)和釋放,從而減輕全身炎癥[18]。在新型冠狀病毒感染者中,鳶尾素被證實(shí)能夠緩解細(xì)胞因子釋放風(fēng)暴產(chǎn)生的全身炎癥反應(yīng),在一定程度上減輕了新型冠狀病毒感染引起的嚴(yán)重后果[20]。
3.5 改善微循環(huán)
有前驅(qū)心絞痛的AMI患者預(yù)后相對(duì)較好,可能與其冠狀動(dòng)脈側(cè)支循環(huán)豐富有關(guān)。鳶尾素被認(rèn)為是血管生成的潛在載體。YANG等[21]將鳶尾素處理過(guò)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞注射至AMI小鼠模型的局部梗死心肌,結(jié)果發(fā)現(xiàn)鳶尾素可通過(guò)激活PI3k/Akt通路促進(jìn)局部血管生成。LIAO等[22]通過(guò)結(jié)扎小鼠的冠狀動(dòng)脈左前降支制作心肌梗死模型,鳶尾素給藥后通過(guò)ERK信號(hào)通路增加了梗死邊界區(qū)血管生成,減少心肌細(xì)胞凋亡,從而顯著減小了心肌梗死面積。此外,有相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明,鳶尾素通過(guò)ERK信號(hào)通路促進(jìn)人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞的生成,在維持內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[23]。因此,鳶尾素也許可用于改善微循環(huán)、減小心肌梗死面積。
3.6 其他保護(hù)作用機(jī)制
鳶尾素在心肌缺血再灌注中的保護(hù)作用機(jī)制還包括促進(jìn)自噬、鐵死亡等。自噬的主要穩(wěn)態(tài)功能為選擇性去除功能失調(diào)的線(xiàn)粒體(線(xiàn)粒體自噬)[24]。細(xì)胞氧化還原狀態(tài)也和自噬之間存在多種聯(lián)系,活性氧會(huì)發(fā)出信號(hào)以增加自噬[25]。LI等[26]對(duì)8周齡的FNDC5敲除小鼠、FNDC5轉(zhuǎn)基因小鼠和野生型小鼠進(jìn)行主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù),4周后通過(guò)電子顯微鏡和熒光顯微鏡成像評(píng)估自噬水平,發(fā)現(xiàn)鳶尾素通過(guò)激活A(yù)MPK-ULK1信號(hào)通路,誘導(dǎo)保護(hù)性自噬和改善慢性壓力過(guò)載受損的自噬通量。此外,JIANG等[13]研究表明,鳶尾素是通過(guò)調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體自噬水平來(lái)改善心肌細(xì)胞的功能和存活狀態(tài)的;同樣X(jué)IN等[27]也發(fā)現(xiàn)鳶尾素可以激活Opa1誘導(dǎo)的線(xiàn)粒體自噬。上述兩項(xiàng)研究均表明,線(xiàn)粒體自噬使氧化應(yīng)激水平降低,發(fā)揮多通路的保護(hù)作用,從而在一定程度上預(yù)防心肌梗死后的心肌細(xì)胞損傷。綜上,鳶尾素可能通過(guò)AMPK-ULK1信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)自噬,從而減輕心肌梗死所致的心肌損傷,因此深入探討自噬在心肌梗死中的作用機(jī)制具有重要意義。
除此之外,鐵死亡可能也參與鳶尾素對(duì)心肌梗死后心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。李麗等[28]發(fā)現(xiàn)鳶尾素通過(guò)整合素受體αV/β5調(diào)控GPX4,實(shí)現(xiàn)抗缺血再灌注心肌鐵死亡,但是目前關(guān)于上述機(jī)制的研究還比較少,有待進(jìn)一步的探索。
4 小結(jié)
作為一種肌源性激素,鳶尾素在AMI病理過(guò)程中,主要是通過(guò)減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)、改善線(xiàn)粒體功能、抑制心肌細(xì)胞凋亡、促進(jìn)自噬等機(jī)制發(fā)揮著極為重要的保護(hù)作用。這些作用與它通過(guò)對(duì)心肌細(xì)胞內(nèi)能量代謝、細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白表達(dá)和線(xiàn)粒體自噬相關(guān)蛋白表達(dá)的調(diào)節(jié)作用密切相關(guān)。如果進(jìn)一步研究證實(shí)鳶尾素在心肌梗死中能夠發(fā)揮有效保護(hù)作用,則它將有望像腦鈉肽一樣成為一種不良反應(yīng)較少的心肌梗死治療藥物。在未來(lái)研究新藥的過(guò)程中,鳶尾素有望成為一種潛在的選擇。
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(收稿日期: 2023-12-23)
(本文編輯: 陳海林)