心肌后处理保护机制的研究进展

王秀红 陈世彪

.综述.

心肌后处理保护机制的研究进展

王秀红 陈世彪

缺血-再灌注损伤； 心肌保护； 缺血后处理；药物后处理； 延迟后处理

心肌梗死属冠心病的严重类型，是因冠状动脉血供急性减少或中断，使相应的心肌严重而持久地急性缺血导致的心肌坏死。早期再灌注是挽救缺血心肌的唯一方法，恢复血流灌注可防止梗死面积扩大，保护心脏功能。目前心肌梗死的再灌注治疗主要有溶栓和冠状动脉介入治疗，但再灌注开始的几分钟内，由于细胞内钙超载、三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)合成不足、氧自由基爆发及膜磷脂的缺失而产生不可逆的细胞损害，包括心肌细胞坏死、凋亡，心肌收缩功能失常，心律失常，微血管损伤或“无复流”现象和炎症反应，这些损害即为再灌注损伤［1-2］。

1 缺血后处理的提出

继心肌缺血预处理后，2003年Zhao等［3］将狗冠状动脉结扎60 min后给予灌注30 s，缺血30 s，实施3个循环，发现具有心肌保护作用，能减少再灌注损伤，这种保护现象被称为后处理。缺血后处理能缩小梗死面积，减少细胞凋亡，保护内皮细胞功能，防止中性粒细胞聚集及减少心律失常的发生［4］。后处理与预处理均具有心肌保护作用，但心血管事件因其突发及不可预见性使后处理具有更大的研究意义及临床应用价值。

2 后处理的心肌保护机制

经过科学家多年研究，后处理心肌保护机制已较成熟，概括为“触发剂-调节介质-终末效应器”，即由各类内源性触发因子及其受体、细胞内信号转导通路及终末效应器来达到抑制细胞凋亡及坏死的作用。目前主要争论为哪类受体或哪类信号通路对心肌保护作用更强。

2.1 触发剂

在缺血时期心肌细胞、内皮细胞、神经细胞及白细胞形成和释放腺苷、缓激肽和阿片类物质等，它们作用于肌纤维膜上的相应受体，受体激活后产生细胞内的一系列酶联反应如蛋白激酶激活，蛋白激酶激活最终作用于亚细胞结构如线粒体或细胞骨架来达到稳定心肌细胞，减少细胞死亡的作用［5］。

2.1.1 腺苷及其受体 后处理可使腺苷浓度增加，进一步激活G蛋白耦联受体及促进一氧化氮释放，信号转导通路［如磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)］被活化，最终开放ATP敏感性钾通道，从而触发后处理的心肌保护作用［6］。腺苷同时也参与抑制中性粒细胞活化以及炎症反应，从而抑制活化的血管内皮细胞及心肌中氧化物和细胞因子的产生。腺苷受体家族由A1、A2a、A2b和A3组成，而哪一类受体心肌保护作用更强仍存在争议［7］。

2.1.2 阿片及阿片受体 缺血后处理时内源性阿片肽与阿片受体结合，阿片受体为G蛋白耦联受体家族成员之一，经典阿片受体有3种μ、δ和κ。动物心肌组织中主要存在δ和κ型阿片受体，其中以δ受体基因为主，心脏组织中μ受体分布存在物种差异且不十分明确，曹袁媛等［8］提出3类受体均参与了舒芬太尼后处理对大鼠的心肌保护作用。

2.2 调节介质

主要为一系列信号转导通路，包括细胞内pH、早期氧化还原敏感机制、再灌注损伤补救激酶、生存活化因子增强途径(survivor activating factor enhancement pathways，SAFE)、鞘氨醇激酶(sphingosine kinase，SpK)/鞘氨醇-1-磷酸酯(sphingosine 1-phosphate，S1P)信号通路。

2.2.1 细胞内pH 再灌注早期细胞内维持酸性环境对心肌细胞的保护很重要，细胞内低pH值使线粒体膜通透性转运孔道(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)开放受到抑制，而抑制mPTP开放对减少再灌注早期心肌细胞死亡起到了关键作用［4］，所以在心肌缺血再灌注开始的20～30 min，冠状动脉血流和灌注压力缓慢恢复使pH也缓慢恢复，从而减少心肌梗死面积［9］。

2.2.2 氧自由基信号通路 氧自由基在心肌保护中起到双刃剑的作用，过多的氧自由基引起细胞损害和再灌注损伤，主要为:(1)引起细胞膜的脂质过氧化；(2)刺激中性粒细胞趋化聚集；(3)造成蛋白质包括离子通道变性；(4)开放mPTP［10］。而低浓度的氧自由基能作为信号通路达到心肌保护作用(线粒体敏感性钾通道-氧自由基依赖机制)［11］。后处理时短暂的缺血及再灌注使一定量的氧重新进入缺血区域，线粒体敏感性钾通道开放，线粒体产生足够的氧自由基后激活蛋白激酶C达到心肌保护［12］。

2.2.3 再灌注损伤补救激酶 此通路为研究再灌注损伤的经典通路，由磷酸肌醇3激酶、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)、蛋白激酶B/丝氨酸和苏氨酸激酶共同组成［13］。后处理激活的Akt通过磷酸化其下游靶点，最后在线粒体水平特别是mPTP发挥抑制凋亡或促进增殖等效应而保护心肌［5，7］。

2.2.4 SAFE途径 肿瘤坏死因子-α和细胞因子与细胞膜上相应受体结合后激活酪氨酸激酶及信号转导转录激活子3，进而参与调控心肌保护作用基因的转录如B细胞淋巴瘤-XL，这一通路即被称为SAFE通路［7，14］。

2.2.5 鞘氨醇激酶SpK/鞘氨醇-1-磷酸酯S1P信号通路鞘氨醇在鞘氨醇激酶催化下磷酸化产生鞘氨醇-1-磷酸酯(S1P)，鞘氨醇在低浓度(接近生理水平)时具有心肌保护作用，但高浓度时具有心脏毒性。其心肌保护机制主要为环核苷酸(蛋白激酶A和G)依赖途径［15］。细胞膜上的S1P受体属于G蛋白耦联受体家族，其与不同的G蛋白耦联并使其激活，引发一系列下游信号:PI3K/AKT/GSK-3β、Ras/Raf/ ERK等产生心肌保护作用［16］。此外S1P通过:(1)调控肿瘤坏死因子-α和核转录因子-κB信号通路，进而参与一系列炎症、抗凋亡和免疫反应［17］；(2)与线粒体抑制素-2相结合，调节线粒体的呼吸链［18］；(3)诱导环氧化酶-2的表达，抑制炎症反应，主要通过抑制黏附分子的表达及中性粒细胞向梗死区域的聚集来实现。

2.3 终末效应器

由于缺血时心肌内代谢和离子水平的改变，使再灌注时线粒体的功能异常，线粒体在调节心脏功能正常与否中起到关键作用，同时也是多种心肌保护信号通路的终末效应器。

2.3.1 线粒体ATP敏感性K通道 上述信号通路作用于线粒体使线粒体ATP敏感性K通道开放，一方面使细胞超极化，减少钙内流；另一方面降低细胞收缩强度，减少耗氧，从而对抗心肌再灌注损伤。

2.3.2 mPTP 再灌注时，心肌存在3种细胞:(1)因持续缺血而死亡的细胞；(2)经历再灌注损伤，处于亚致死状态并最终将存活的细胞；(3)再灌注开始后仍存活的细胞，但由于mPTP的开放而最终死亡的细胞。后处理主要挽救的是处于第3种状态的细胞。再灌注时线粒体膜电位的缺失使内膜上非特异孔道mPTP开放。mPTP开放使氧化磷酸化解耦联，细胞肿胀，释放前凋亡因子如细胞色素C，进一步激活细胞凋亡蛋白酶-9和-3［7］。

3 延迟后处理

据研究报道，因为氧自由基的大量产生、钙超载、mPTP的开放等均发生在缺血后再灌注的初期，因而该时期对缺血后处理发挥保护作用非常关键。再灌注1～3 min后再实施后处理将失去心肌保护的效果［1，19］。2011年Roubille等［20］首次报道了延迟后处理，对缺血40 min再灌注60 min的小鼠在灌注开始后不同时间实施后处理(缺血1 min，再灌注1 min，实施3个循环)，发现梗死面积与后处理实施时间上有线性关系，当实施后处理的间隔时间越长其心肌保护作用越弱，实验提出再灌注30 min后行后处理仍具有心肌保护作用，延长了后处理心肌保护作用的时间窗。此后作者将后处理实施方案改为缺血10 s，再灌注10 s，3个循环仍得出与上述相同的结论。延迟后处理的可能解释为:细胞死亡并不完全由mPTP开放来介导或在灌注开始一段时间后仍有心肌细胞死亡［14］。

4 药物后处理

由于药物后处理相对于缺血后处理而言为无创操作，减少了因缺血后处理带来的微血栓等并发症，所以药物后处理在临床上有更大的应用优势。目前常用的药物有腺苷及其受体激动剂、胰岛素、缓激肽、他汀类、阿片类药物、吸入麻醉药、环孢素A等。Kim等［21］在离体大鼠心脏中运用特异性δ1受体阻断剂7-苯亚甲基纳曲酮，发现吗啡后处理未使心肌梗死面积缩小，表明了δ1受体参与了吗啡后处理的心肌保护［22］。瑞芬太尼后处理心肌保护作用与缺血后处理程度相当，主要激活了δ和κ阿片受体和ERK1/2信号通路。环孢素A能抑制mPTP，减小梗死面积［23］。

5 影响后处理效果的因素

随着年龄的增加心肌后处理保护程度减弱，这可能与重要信号蛋白的表达减少有关［24］。女性较男性而言抗缺血再灌注打击能力更强，这可能与女性体内雌激素水平有关［25］。高血压、左心室肥厚、高血脂及糖尿病均会损害心肌保护及信号分子。

6 小结与展望

相对于预处理而言，后处理以其更好的可行性而有更大的临床应用前景及价值。在以后工作中我们可综合运用缺血后处理、远隔后处理及药物后处理来达到脏器保护作用，为临床治疗缺血性疾病以及实施可能产生缺血再灌注损伤的溶栓术、血管成形术、冠状动脉旁路移植术和器官移植等开辟新的途径。虽如此，但后处理的影响因素颇多，如何找到最佳的阻断/再灌注时间、循环次数，信号通路之间的关系及最佳的药物靶点等问题仍需进一步探索。

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Research progress on the mechanisms of cardiac postconditioning

Wang Xiuhong1，Chen Shibiao2.
1 Nanchang University，Nanchang 330006，China；2 Department of Anesthesiology，the First Affiliated Hospital of Nanchang University

Ischemic-reperfusion injury； Myocardial protection； Ischemic postconditioning； Pharmacological postconditioning； Delayed postconditioning

Chen Shibiao，Email:chenlaoshi1111@ 163.com

2013-12-20)

(本文编辑:谭潇)

10.3969/j.issn.1007-5410.2014.04.020

330006南昌大学(王秀红)；南昌大学第一附属医院麻醉科(陈世彪)

陈世彪，电子信箱:chenlaoshi1111@163.com