去铁敏对心肌的保护作用

胡许平 综述，欧册华 审校

去铁敏（Desferrioxamine mesylate，DFO）是从链球菌中提取的一种铁载体，为高选择性的铁螯合剂。它对Fe2+亲和力较低，对Fe3+的亲和力极高（Kd=1031），是铜亲和常数的107倍，而对钙的亲和力可忽略不计（Kd=102）,还可与镓、铝等金属离子结合。去铁敏主要与Fe3+以l：l 比例结合形成铁胺复合物，理论上100 mg去铁敏能结合8.5mg Fe3+，尤其选择性摄取以铁蛋白和含铁血红素形式储存的铁。目前临床上该药主要用于治疗急性铁中毒、血色素沉积病及地中海贫血等。

随着心脏手术日益普遍，关于心肌保护的研究层出不穷，部分成果已应用于临床，但效果并不十分理想，怎样提高心肌保护作用一直备受临床关注。研究表明心肌缺血再灌注损伤及冷损伤与细胞内可螯合铁增加密切相关。去铁敏作为一种高选择性的铁螯合剂，具有心肌保护作用。本文就近年来去铁敏心肌保护作用的研究进展作一综述。

1 铁与心肌损伤的关系

铁是生物体代谢必需的微量金属。正常情况下，胞内铁由铁载体和结合铁蛋白调节，储存于各种复合物（如金属蛋白、血红素复合物及氧载体蛋白）中［1］，仅有一小部分（0.2%～3%）属于可螯合铁［2］。病理状态下，如氧化还原反应，O2-增加、蛋白质水解使铁蛋白释放铁，可螯合铁增加。心肌损伤时，胞内可螯合铁增加。

1.1 铁与心肌缺血再灌注损伤 体外循环及心脏移植术往往伴随有再灌注损伤。再灌注损伤由心肌缺血复氧时细胞内氧自由基异常积聚引起，这些氧自由基包括超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢及过氧亚硝基阴离子。氧自由基来源主要有以下两条途径：（1）Haber-Weiss反应O2-+H2O2→O2+OH-+.OH。（2）Fenton 反应：①O2-+Fe3+→Fe2++O2；②Fe2++H2O2→Fe3++OH+.OH-。正常生理pH 值条件下Haber-Weiss 反应的速率常数远远低于由铁催化的Fenton 反应的速率常数，过渡金属尤其是铁存在时，机体通过Fenton 反应快速生成氧自由基。由此可见，铁对心肌再灌注损伤起关键作用。

1.2 铁与心肌冷损伤 2000年，Rauen在低温不缺氧条件下培养肝细胞、肝内皮细胞的研究中，发现低温时胞内可螯合铁可引起自由基介导的低温损伤凋亡，首次提出氧自由基损伤低温时已经存在，而非单纯由再灌注期间产生［2］。随后发现低温可导致多种哺乳动物细胞（包括大鼠冠状动脉内皮细胞、猪主动脉内皮细胞）的冷损伤。可螯合氧化还原性铁在冷损伤中起主要作用。低温可引起胞内可螯合铁增加，促进氧自由基（ROS）形成，铁/氧自由基依赖性机制导致线粒体渗透性转变（MPT）［3］，引起心肌细胞凋亡、坏死。低温作为心脏手术心肌保护的基本措施，尽管可减少心肌氧耗，但随之而来的冷缺血损伤依然是困扰心脏保护的临床难题。研究显示，用含去铁敏的HTK 液低温保存猪主动脉段可减轻内皮损伤［4］。由于去铁敏分子量较大，透膜能力差，近年来很多研究将亲水性的去铁敏与亲脂性铁螯合剂LK 614结合起来共同应用于器官保护［4-6］。Wu K［6］发现在大鼠心脏移植模型中用含有去铁敏及LK 614（一种亲脂性铁螯合剂）的HTK液低温保存心脏24小时，可显著缩短心脏复跳时间，延长心脏存活时间。由此可见，去铁敏可能为心脏冷损伤保护的重要药物之一。

既往外科手术过程中对心肌损伤的认识主要侧重于缺血再灌注损伤，但低温作为心肌保护的基本措施，冷损伤在所难免。而传统的心肌保护也主要集中于心肌缺血再灌注损伤，即使有关于冷损伤的研究，通常将冷保存与缺血再灌注结合起来，难以区分去铁敏对两者的保护作用。单纯探讨冷损伤的研究更是少之又少，而减轻或者抑制冷保存损伤同样是改善心脏手术病人术后心功、预后的重要方式之一。基于铁在冷损伤凋亡中的关键作用，去铁敏可能成为心脏冷损伤保护研究的重要方向，为临床心脏保护开辟新的途径。

2 去铁敏的心肌保护作用及机制

2.1 去铁敏的心肌保护作用 王耀晟等［7］将去铁敏加入心肌细胞原代培养基中，发现心肌细胞乳酸脱氢酶释放量及凋亡指数明显降低；J.Siegelova［8］用含去铁敏的St.Thomas 液4°C 保存大鼠离体心脏4 小时，可明显减低心律失常发生率；黄文新等［9］研究发现术前24小时给予去铁敏可促进急性心肌梗死大鼠缺血心肌新生血管形成；Paraskevaidis 等［10］对行冠脉搭桥的病人麻醉后持续输注去铁敏，发现可明显降低活性氧的产生，提高术后即时及术后12个月左室射血分数。

2.2 心肌保护机制 去铁敏的心肌保护机制还未能完全阐明，现有研究发现主要有以下机制：

2.2.1 抑制羟自由基产生 氧化还原性铁与过氧化氢作用，启动自由基反应，进而损伤细胞的生物大分子物质，如DNA、蛋白质及膜脂质。铁缺乏时内源性清除酶可使机体产生的弱氧化剂H2O2和O2-失活，铁存在时则通过Fenton 反应催化H2O2和.O2-转变为.OH。机体缺乏清除过多.OH 的生理抵御机制，.OH 氧化性强，组织毒性最高［11］，可引起心肌细胞膜脂质过氧化，蛋白质巯基氧化，膜通透性及细胞器内酶活性改变，溶酶体脆性增加，水解酶漏出导致心肌细胞损伤。去铁敏的保护作用主要归结于其铁螯合特性，它对Fe3+的高亲和力是去铁敏作用的关键。去铁敏与Fe3+结合，形成中性含铁络合物，抑制Fenton反应进程，减少羟自由基产生，进而减轻心肌损伤。

2.2.2 上调低氧诱导因子1α（HIF-1α）HIF-1 是细胞缺氧时产生的核蛋白，由α和β亚基组成，α亚基缺氧时上调，β亚基为结构性表达，二者结合形成异二聚体。HIF-1自身活性调节是低氧应答基因表达调控的中心环节。常氧下，HIF-1α持续转录、翻译，在HIF-1α的氧依赖降解区（ODD）的脯氨酸残基Pro402 和Pro564端的脯氨酰羟化酶（PHD）羟化，导致HIF-1α被林希病肿瘤因子（pVRL）识别和继后通过蛋白酶途径降解［12］。另外，天冬酰胺酰羟化酶（asparaginal hydroxylase，FIH）又称为低氧诱导抑制因子，能干扰HIF-1α的羟基端反式激活结构域（C-TAD）与转录共激活因子P300/CREB 结合，使HIF-1α失去转录活性［13］。这两种酶均为2-氧化戊二酸加双氧酶，且需Fe2+、2-氧化戊二酸、抗坏血酸参与［14］。虽然去铁敏对Fe2+亲和力远远低于Fe3+，但去铁敏对HIF 的作用却是通过螯合Fe2+实现的。去铁敏螯合Fe2+，抑制共底物结合位点与游离的Fe2+结合，抑制羟化作用［14］。一方面脯氨酰羟化酶受抑，HIF-1α水解障碍，HIF-1α增多；另一方面，天冬酰胺酰羟化酶受抑，HIF-1α保持转录活性，产生增多，诱导靶基因表达，产生类似缺氧的适应性反应。Hirsila M［14］发现培养基中去铁敏浓度为25 μM可完全抑制FIH 活性，但对PHD 作用较弱，去铁敏主要通过抑制天冬酰胺酰羟化酶发挥作用。最新研究显示，去铁敏可通过HIF-1调节极低密度脂蛋白受体（VLDLR）表达，促进低密度脂蛋白（LDL）和极低密度脂蛋白（VLDL）摄取［15-16］，说明去铁敏通过HIF-1调节脂质代谢。

2.2.3 去铁敏对超氧自由基的作用 去铁敏可作为超氧自由基清除剂发挥心脏保护作用。George Drossos等［17］对行瓣膜置换手术的病人使用含去铁敏的停跳液，发现超氧自由基明显降低，提示去铁敏可直接与O2-反应发挥保护作用。去铁敏仅在高剂量使用时，才能发挥促氧化功能，抑制超氧化物还原。但它存在双相剂量反应效应，大剂量使用时其毒性可抵消其治疗作用。Achim Koch［5］将去铁敏及亲脂性铁螯合剂LK-614加入HTK液中用于心脏保存，并未获得理想的保护效应，研究者推测与去铁敏高剂量毒性有关。去铁敏作为超氧自由基清除剂被广泛接受，但近年来研究发现于早期给予去铁敏可促进氧自由基的产生，对心肌起类似预处理作用。Dendorfer A［18］认为去铁敏阻断羟自由基产生的同时，引起过氧化氢及超氧化物堆积，触发预处理效应。最新研究认为去铁敏产生预处理效应可能通过以下途径：激活NOS-鸟苷酸环化酶-PKG通路，开放线粒体ATP敏感的钾通道，钾通道开放直接导致基质碱化，线粒体氧自由基形成［19］；激活多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶（PARP-1）,抑制线粒体呼吸链复合酶Ⅱ及复合酶Ⅳ，线粒体氧自由基增多。

去铁敏的超氧自由基清除效应与预处理效应并不矛盾。它的预处理效应强调心肌缺血前应用去铁敏，由过氧化氢及超氧化物堆积触发预处理效应。当心肌缺血已经发生，应用去铁敏可清除超氧自由基。这两种不同作用可能主要与去铁敏给药时程差异有关，有待进一步探讨。

3 临床应用

去铁敏在国外已初步应用于临床。Paraskevaidis等［10］对行冠脉搭桥的病人自麻醉后输注去铁敏8 小时，总量4g,可显著改善左室功能恢复，与对照组相比，室上性心律失常发生率由60%降至8%，持续性室性心动过速发生率由25%降至4%，显著缩短病人ICU 停留时间及病房住院时间。William 等［20］对ST段抬高欲行经皮冠状动脉介入治疗的病人术前单次注射500mg去铁敏，随后维持输注12小时（50mg/kg），可迅速降低血清氧化应激指标F2-异前列腺素含量，但对心肌梗死面积并无显著影响。

综上所述，去铁敏可减轻心肌缺血再灌注损伤和冷损伤。尽管去铁敏国外已初步应用于临床，但其在心脏保护的应用仍主要集中于实验研究，有许多问题需要进一步探讨，特别是剂量、时机和复合药物与方法等。

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