再灌注治疗中缺血心肌的保护策略

2014-03-06 22:04谢倩倩综述张俊峰审校

医学综述 2014年4期

谢倩倩(综述)，张俊峰(审校)

(1.蚌埠医学院，安徽蚌埠 233030； 2.上海交通大学医学院附属第三人民医院心内科，上海 201900)

据统计，全球每年大约有1710万人死于冠状动脉粥样硬化性心脏、脑梗死等心脑血管疾病。尽管医疗技术不断发展、进步，缺血性心脏病仍是危害人类健康与生命的难题。对于急性心肌梗死，及时应用经皮冠状动脉介入治疗术或溶栓剂进行心肌再灌注是挽救濒死心肌、抑制心肌重构及保护心脏功能的最有效的临床手段。然而,缺血损伤的心肌在冠状动脉再通恢复血供后，其损伤程度往往大于灌注前，即均存在缺血/再灌注损伤(ischemia/reperfusion injury，I/RI)。如何将缺血损伤降至最低，下面就保护缺血心肌的两种主要方法：缺血后处理和控制性再灌注的研究进展进行综述。

1 心肌I/RI涉及的主要机制

在I/RI时细胞外大量H+流失，Na+-H+交换体被激活，大量Na+进入胞内。随后激活Na+-Ca2+交换体，使胞质内Ca2+水平升高，引起钙超载[1]。同时激活细胞内磷脂酶，致细胞膜磷脂水解、缝隙连接功能障碍，进一步破坏胞膜完整性，加重Ca2+内流，最终胞膜破裂，诱导细胞凋亡、心肌细胞坏死及心肌收缩功能障碍。I/RI时Na+-Ca2+交换体活化又增加了线粒体内膜通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)的开放概率。mPTP开放可能会损伤线粒体内膜，导致膜通透性改变，膜间隙细胞色素C、Ca2+等成分释放入胞质引起细胞坏死、凋亡或自体吞噬[2]。线粒体损伤后，正常氧化磷酸化途径减弱、内源性自由基清除剂的活性降低，导致氧自由基大量漏出，开放mPTP、破坏膜脂质、激活部分酶原、DNA断裂和染色体畸变等。此外，I/RI时活性氧类会出现大爆发，进而加重心肌细胞损伤。I/RI发生后超过氧化物酶、血小板活化因子及许多炎性介质大量释放，引起内皮细胞或白细胞表面特殊黏附分子表达，中性粒细胞与内皮细胞发生黏附，并释放活性氧类、溶酶体酶、细胞因子等，进一步损伤内皮、血管平滑肌细胞和心肌细胞。

2 缺血预处理

缺血预处理是指短暂缺血可以使心肌在后续的延长缺血中得到保护而限制心肌梗死的范围，由Murry等[3]最早提出的，其主要机制包括抑制钾通道、激活内源性物质(如腺苷、阿片肽类、缓激肽类等)、酶信号通路、线粒体调整等。缺血预处理的保护作用在预处理开始后的2～3 h即消失(早发效应)，并且再次出现于12～24 h后(延迟效应)。急性冠状动脉事件的早发效应难以预测，因此其临床应用受到限制。临床上反复发作的梗死前心绞痛，是通过延迟效应机制保护缺血后心脏功能的。

3 缺血后处理

2003年Zhao等[4]在犬心肌缺血/再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)模型上，给予反复连续、短暂的I/R处理后，心肌梗死面积缩小，达到与缺血预处理相当的心肌保护作用。该方法被命名为后处理。Dosenko等[5]在鼠I/R模型上发现后处理诱导抗凋亡及抗自体吞噬作用。此外，后处理能够抗心律失常，减少活性氧类的过量产生，减少I/R触发的炎性反应[6]等。由于缺血后处理可以在缺血心肌再灌注前人为地应用，比缺血预处理更具有临床可操作性及应用价值。

3.1缺血后处理涉及的病理生理机制及主要信号通路线粒体是缺血后处理作用的终末效应器。线粒体上ATP依赖的钾通道(KATP)和mPTP在缺血后处理的机制中起重要作用。I/RI时，mPTP的开放时间长短与细胞内pH值恢复平衡时间有关系。在I/R早期，迅速恢复细胞内pH环境，加重了心肌细胞损伤。缺血后处理在再灌注早期即能调整细胞的酸碱平衡。通过酸化再灌注而逐渐形成的较低pH环境，起到保护作用[7]，可能与抑制mPTP开放、抑制钙泵活化、减少细胞缝隙连接通路等有关。此外，缺血后处理减少氧自由基释放，推迟mPTP开放；延迟钙诱导的mPTP开放，减少炎性细胞释放等。

再灌注损伤补救酶通路是研究I/RI最经典的通路，磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinaseB，PI3K/Akt)和胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK)途径共同组成该通路。此外，还包括Bax(B细胞淋巴瘤/白血病2相关的X蛋白)/B细胞淋巴瘤/白血病2表达等信号通路[8]。再灌注损伤补救酶通路影响mPTP开放、内质网功能及一系列保护心脏的抗细胞凋亡信号途径，其在缺血后处理中的作用机制尚不完全清楚，部分数据显示可能与细胞表面受体活化有关，如腺苷A2A受体。再灌注损伤补救酶通路下游靶点是肝糖原合酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)，该酶参与调节糖原代谢、基因表达及细胞生存等。Gomez等[9]利用鼠模型发现GSK-3β失活后，抑制了mPTP开放及线粒体腺嘌呤核苷酸经线粒体膜的转运，达到了缺血后处理的效果。然而，Nishino等[10]同样利用鼠模型却得出了相反的结论。因此，GSK-3β在缺血后处理中是否保护心脏，目前仍不清楚。ERK1/2属于促分裂原活化蛋白激酶家族成员之一。Przyklenk等[11]发现心肌缺血后处理早期即激活了ERK，而ERK是抑制mPTP开放的主要信号通路。然而亦有部分研究表明，ERK在I/RI心肌中无保护作用[12]。目前其在缺血后处理中的作用有待明确。此外，蛋白激酶C、mitoKATP和p38丝裂原激活蛋白激酶(促分裂原活化蛋白激酶家族成员之一)亦参与缺血后处理的心肌保护作用。

3.2缺血后处理的发展

3.2.1远隔器官后处理远隔器官后处理由Kerendi等[13]第一次提出。冠状动脉再灌注开始之前进行肾脏等远隔器官的缺血后处理，可以使I/RI的心肌梗死面积缩小。Kerendi等[13]推断腺苷可能是肾脏与心脏间的信号因子。由肾脏分泌的腺苷可以直接作用于心脏，或经神经元刺激间接作用于心脏。目前远隔器官后处理的临床应用及其作用信号因子仍有待于探索。

3.2.2缺血后处理的药物干预缺血后处理保护心脏所涉及的细胞表面受体有腺苷受体、阿片肽受体、缓激肽受体等。内源性物质、钠尿肽类(心房钠尿肽、脑钠尿肽)及细胞因子类等在缺血后处理中起着关键作用。

3.2.2.1腺苷腺苷是心肌缺血后三磷酸腺苷的产物，通过其表面受体A1、A2A、A2B、A3发挥作用。缺血后处理中触发内源性腺苷可以保护缺血心肌。Grygier等[14]研究70例行经皮冠状动脉介入治疗的ST段抬高型心肌梗死患者，在再灌注的试验组及对照组中均两次向冠状动脉内注入腺苷，结果ST段回落>50%，并提示腺苷应早期应用于行急诊经皮冠状动脉介入治疗的急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)患者。Kloner等[15]进行的AMISTAD-2随机试验结果表明，再灌注开始的3.17 h内应用腺苷具有减少AMI病死率及后期心力衰竭发生率的作用，然而超过3.17 h应用，其作用效果明显减弱。诸多临床试验表明，应用外源性腺苷可以缩小心肌梗死面积、提高心肌收缩性、改善心功能。然而，缺血后处理触发的内源性腺苷与外源性腺苷是否均通过腺苷受体途径发挥作用，目前尚不清楚。

3.2.2.2葡萄糖-胰岛素-钾极化液据悉再灌注期间应用葡萄糖-胰岛素-钾极化液(glucose-insulin-potassium solution,GIK)混合制剂具有保护心脏的作用，且是通过活化PI3K/Akt途径来调控的。然而，CREATE-ECLA研究予20 201例ST段抬高型心肌梗死患者中应用高剂量GIK，在病死率、心肌抑顿及心源性休克等终点所得结果中立。Su等[16]进行DIGAMI临床试验，将患者随机分为GIK和GIK加渥曼青霉素(PI3K/Akt通路抑制剂)两组，结果显示高血糖加重AMI的缺血后处理，削弱了GIK对心脏的保护作用，其机制可能与阻碍心肌PI3K/Akt通路活化有关。为了更好地阐述GIK的临床效果，越来越多的临床研究正在进行中，这将决定GIK混合制剂在临床上的应用前景。

3.2.2.3Rho激酶抑制物法舒地尔是目前唯一应用于临床的Rho激酶抑制剂，已用于治疗蛛网膜下腔出血引起的脑血管痉挛，由于其强大的扩血管作用，应用范围拓展到心血管领域。Ichinomiya等[17]将实验雄鼠分为两组，一组给予低剂量法舒地尔或高剂量法舒地尔加钾通道开放剂，另一组给予高剂量法舒地尔加钾通道抑制剂，结果显示法舒地尔能够通过活化钾通道，减少缺血后处理后的心肌梗死面积。同时法舒地尔也参与多种心血管疾病的病理生理机制，具有抑制炎性细胞聚集、加快细胞凋亡、抑制冠状动脉痉挛等作用[18]。

3.2.2.4其他药物后处理 Wu等[19]利用鼠模型证明阿片类制剂舒芬太尼通过活化PI3K/Akt-GSK-3β通路，减少B细胞淋巴瘤/白血病2相关的X蛋白基因表达，增加B细胞淋巴瘤/白血病2表达，进而对抗心肌细胞凋亡来实现心脏保护作用。此外，吡那地尔[20]、麻醉剂、促红细胞生成素[21]等药物后处理亦具有减少心肌I/RI、缩小心肌梗死面积等的显著效果。但是，药物后处理的具体机制、有效时间窗、远期效果、合并症的存在是否影响药物后处理的效果；各种药物的给药途径及用药剂量等，都有待进一步研究证实。

4 控制性再灌注

在心肌I/R过程中，部分心肌发生损伤。因此，1986年Okamoto等[22]首次提出了控制性再灌注(不包括体外循环)的概念。他们假设，与突然、完全性血运重建相比较，应用温和、短暂的再灌注可能会挽救更多急性缺血濒死的心肌，并予犬I/R模型进行验证。目前通过改变再灌注环境以保护缺血心肌的参数包括物理参数(灌注压力、冠状动脉血流)和化学参数(氧分压、二氧化碳、必需盐浓度等)。其中低压再灌注的研究较为常见。

4.1低压再灌注 Nemlin等[23]研究适宜的低压再灌注更益于保护缺血心脏，并利用鼠离体心脏模型验证，70 cm H2O是再灌注中减少心肌坏死及改善心肌收缩功能障碍的最适宜压力。低压再灌注能够上调Akt氧化磷酸化反应，抑制mPTP开放，减少活性氧类的产生，其保护作用可以被渥曼青霉素、LY294002所抑制，间接说明低压再灌注介导活化PI3K/Akt信号通路。然而，低压环境中PI3K的活化与抑制mPTP开放之间的关系仍需进一步研究。

4.2其他参数 Takeo等[24]发现限制血流流速的再灌注能够减弱I/R诱导的左心室舒张末压力，限制Na+、Ca2+在细胞内的堆积，改变组织内K+、Mg2+的浓度，减少肌酸激酶释放及ATP代谢产物。Kaneda等[25]报道高压氧可引起心肌再灌注损伤，然而I/R期间维持生理水平的氧分压可能减轻I/RI。这可能是因为缺血心肌再灌注初期，心肌氧利用能力有限，高压氧不利于再灌注初期心肌的氧供需平衡，且高压氧为自由基的生成提供基质，容易造成心肌细胞内氧自由基的爆发。Gong等[26]曾研究不同氧流量再灌注对心肌I/RI的影响，结果提示低氧再灌注对兔心肌I/RI有保护作用。那么，经皮冠状动脉介入治疗期间是否可以制造低氧环境来减轻心肌I/RI，目前尚无明确报道。此外，高浓度的二氧化碳可减轻心肌I/RI。

5 展望

目前大量的动物模型及临床研究显示，不论是缺血后处理还是控制性再灌注都具有缩小心肌梗死面积、改善心肌收缩功能等作用。进一步明确缺血后处理及控制性再灌注的作用机制，更便于充分发挥这两种方法的保护作用。目前部分后处理药物已应用于临床，新的研究途径及方法将开拓更广阔的药物后处理市场。同时应加强临床应用研究，为研究成果应用到临床实际提供更为可靠的依据和参考。

[1] Maddaford TG,Dibrov E,Hurtado C,etal.Reduced expression of the Na+/Ca2+exchanger in adult cardiomyocytes via adenovirally delivered shRNA results in resistance to simulated ischemic injury[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2010,298(2):H360-H366.

[2] Sharma V,Bell RM,Yellon DM,etal.Targeting reperfusion injury in acute myocardial infarction:a review of reperfusion injury pharmacotherapy[J].Expert Opin Pharmacother,2012,13(8):1153-1175.

[3] Murry CE,Jennings RB,Reimer KA,etal.Preconditioning with ischemia:a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium[J].Circulation,1986,74(5):1124-1136.

[4] Zhao ZQ,Corvera JS,Halkos ME,etal.Inhibition of myocardial injury by ischemic post-conditioning during reperfusion:comparison with ischemic preconditioning[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2003,285(2):579-588.

[5] Dosenko VE,Nagibin VS,Tumanovskaya LV,etal.Postconditioning prevents apoptotic necrotic and autophagic cardiomyocyte cell death in culture[J].Fiziol Zh,2005,51(3):12-17.

[6] Guo JY,Yang T,Sun XG,etal.Ischemic postconditioning attenuates liver warm ischemiareperfusion injury through Akt-eNOS-NO-HIF pathway[J].J Biomed Sci,2011,18:79.

[7] Cohen MV,Yang XM,Downey JM.Acidosis,oxygen,and interference with mitochondrial permeability transition pore formation in the early minutes of reperfusion are critical to postconditioning′s success[J].Basic Res Cardiol,2008,103(5):464-471.

[8] Hausenloy DJ.Signalling pathways in ischaemic postconditioning[J].Thromb Haemost,2009,101(4):626-634.

[9] Gomez L,Paillard M,Thibault H,etal.Inhibition of GSK-3β by postconditioning is required to prevent opening of the mitochondrial permeability transition pore during reperfusion[J].Circulation,2008,117(21):2761-2768.

[10] Nishino Y,Webb IG,Davidson SM,etal.Glycogen synthase kinase-3 inactivation is not required for ischaemic preconditioning or postconditioning in the mouse[J].Circ Res,2008,103(3):307-314.

[11] Przyklenk K,Maynard M,Darling CE,etal.Aging mouse hearts are refractory to infarct size reduction with postconditioning[J].J Am Coll Cardiol,2008,51(14):1393-1398.

[12] Schwartz LM,Lagranha CJ.Ischemic postconditioning during reperfusion activates Akt and ERK without protecting against lethal myo-cardial ischemia-reperfusion injury in pigs[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2006,290(3):H1011-H1018.

[13] Kerendi F,Kin H,Halkos ME,etal.Remote postconditioning.brief renal ischemia and reperfusion applied before coronary artery reperfusion reduces myocardial infarct size via endogenous activation of adenosine receptors[J].Basic Res Cardiol,2005,100(5):404-412.

[14] Grygier M,Araszkiewicz A,Lesiak M,etal.New method of intracoronary adenosine injection to prevent microvascular reperfusion injury in patients with acute myocardial infarction undergoing percutaneous coronary intervention[J].Am J Cardiol,2011,107(8):1131-1135.

[15] Kloner RA,Forman MB,Gibbons RJ,etal.Impact of time to therapy and reperfusion modality on the efficacy of adenosine in acute myocardial infarction:the AMISTAD-2 trial[J].Eur Heart J,2006,27(20):2400-2405.

[16] Su H,Sun X,Ma H,etal.Acute hyperglycemia exacerbates myocardial ischemia/reperfusion injury and blunts cardioprotective effect of GIK[J].Am J Physiol Endocrinol Metab,2007,293(3):E629-E635.

[17] Ichinomiya T,Cho S,Higashijima U,etal.High-dose fasudil preserves postconditioning against myocardial infarction under hyperglycemia in rats:role of mitochondrial KATPchannels[J].Cardiovasc Diabetol,2012,11:28.

[18] 蒋智慧,张俊峰,龙盼,等.盐酸法舒地尔后适应对大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用[J].中华老年心脑血管病杂志,2012,14(5):531-534.

[19] Wu QL,Shen T,Ma H,etal.Sufentanil postconditioning protects the myocardium from ischemia-reperfusion via PI3K/Akt-GSK-3β pathway[J].J Surg Res,2012,178(2):563-570.

[20] Yu T,Fu XY,Liu XK,etal.Protective effects of pinacidil hyperpolarizing cardioplegia on myocardial ischemia reperfusion injury by mitochondrial KATP channels[J].Chin Med J (Engl),2011,124(24):4205-4210.

[21] Mudalagiri NR,Mocanu MM,Di Salvo C,etal.Erythropoietin protects the human myocardium against hypoxia/reoxygenation injury via phosphatidylinositol-3 kinase and ERK1/2 activation[J].Br J Pharmacol,2008,153(1):50-56.

[22] Okamoto F,Allen BS,Buckberg GD,etal.Reperfusion conditions:importance of ensuring gentle versus sudden reperfusion during relief of coronary occlusion[J].J Thorac Cardiovasc Surg,1986,92(3):613-620.

[23] Nemlin C,Benhabbouche S,Bopassa JC,etal.Optimal pressure for low pressure controlled reperfusion to efficiently protect ischemic heart:an experimental study in rats[J].Transplant Proc,2009,41(2):703-704.

[24] Takeo S,Liu JX,Tanonaka K,etal.Reperfusion at reduced flow rates enhances postischemic contractile recovery of perfused heart[J].Am J Physiol,1995,268(6):H2384-H2395.

[25] Kaneda T,Ku K,Inoue T,etal.Postischemic reperfusion injury can be attenu-ated by oxygen tension control[J].Jpn Circ J,2001,65(3):213-218.