远程缺血预处理对心肌保护的研究进展

雷红涛，李田昌，阮焕钧，徐洪涛

远程缺血预处理对心肌保护的研究进展

雷红涛，李田昌，阮焕钧，徐洪涛

近年来，随着远程缺血预处理(remote ischemic preconditioning，RIPC)的心肌保护作用及机制研究的不断深入，RIPC对心肌保护作用的临床意义也逐渐受到重视。为此，作者就RIPC对心肌保护作用及其可能的机制研究进展作一综述。

远程缺血预处理；心肌保护作用

1986年，Murry等[1]首次发现心肌缺血前给予心脏1次或多次短暂、重复缺血再灌注，不仅没有引起心肌损伤，反而明显提高了心肌对较长时间缺血的耐受性，并由此提出了缺血预处理的概念。在此基础上，2005年，Kerendi等[2]发现，在心肌缺血再灌注前将肾脏、四肢、肝脏及肠系膜动脉远离心脏的器官短暂重复的缺血再灌注，则可减轻心肌缺血再灌注损伤，由此提出了远程缺血预处理(remote ischemic preconditioning，RIPC)的概念。由于肢体缺血预处理简便、易行和可重复性好而备受关注。作者重点综述肢体缺血预处理对心肌保护作用有关的机制进展及其临床应用。

1 RIPC的概念

1993 年Przyklenk等[3]通过对狗的心脏左旋支进行预处理时，发现其对之后左前降支的梗死能减少梗死面积，说明对血管的RIPC可以起到心肌保护作用。1997年，Oxman等[4]通过止血带给家兔后肢持续加压包扎10 min，可降低心肌缺血后再灌注性心律失常的发生率，从而进一步证实了RIPC对心肌的保护是有效的。于是在2005年，Kerendi等[2]根据上述实验研究，提出了远程器官缺血预处理的概念。RIPC是指通过对机体远端的肢体实施缺血预处理来保护重要的器官，如脑、心脏、肺、肾脏、肝脏的缺血。

2 RIPC的心肌保护机制

RIPC是一种迄今为止发现的无创、有效并可产生内源性心肌保护作用的预适应。RIPC如同经典预适应机制一样，它的机制尚不完全清楚，对其机制的研究仍在进行中。介绍几种已证实会对RIPC产生影响的因素及其可能的机制。

2.1 神经机制 RIPC的心肌保护作用与神经机制有密切的关系。神经机制可能通过对自主神经末梢释放的腺苷及缓激肽体液因子参与或影响RIPC对心肌保护作用的过程。神经机制的研究包括自主神经作用以及一些对神经系统有作用的体液物质(腺苷、缓激肽)。

Steensrud等[5]通过对兔的下肢进行30 min远程缺血预处理后：如用神经阻滞剂阻断股神经，可使RIPC的心肌保护作用减弱；如果进而给予兔的下肢注射腺苷，其心肌保护作用又逐渐恢复。其可能机制是腺苷通过股神经末梢释放作用于自主神经，然后将信号传到远端的心脏，产生心肌保护作用。

Schoemaker和vanHeijningen[6]研究发现，对Wistar雄性大鼠的肠系膜动脉进行15 min的缺血处理后，再灌注180 min，发现其梗死面积/缺血面积之比明显比对照组减小，说明对肠系膜动脉缺血预处理可以对心肌产生保护作用。这种缺血刺激可能通过感觉神经末梢释放缓激肽作用于自主神经系统，然后自主神经将信号传导到心脏，进而产生心肌保护作用。该实验还发现这种心肌保护作用可以被神经阻滞剂六烃季铵阻断，说明远程预处理可能受神经机制调节。Merlocco等[7]发现对兔的下肢进行RIPC与经皮电神经刺激后，两者均可使兔的心肌梗死面积显著减少。进一步说明RIPC对心肌的保护作用是与神经机制有密切的关系。随后有研究显示，通过迷走神经切断术也可以使肢体预处理的心脏保护作用消失[8]，说明RIPC的心肌保护作用与神经机制有关。

2.2 体液机制 研究已经证实，体内有许多血源性体液因子参与到RIPC的心肌保护作用[8]。因此，体液机制也是RIPC对心肌保护作用的重要机制之一。体液机制可能通过影响腺苷、缓激肽、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、线粒体三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)敏感性钾通道(ATP-sensitive potassium channel，KATP)、活性氧的参与或影响RIPC的过程。

2.2.1 腺苷 腺苷不仅在RIPC的神经机制中有重要的作用，而且在RIPC的体液机制中的作用也是无可替代的。腺苷是由腺嘌呤的N-9与D-核糖的C-1通过β糖苷键连接而成的化合物，其磷酸酯为腺苷酸。Cohen等[9]研究发现，当心肌出现低灌注时，由于心肌细胞内ATP消耗增加，心肌间质内腺苷水平升高，而腺苷作为一种神经递质，与G蛋白偶联A1受体结合，促进KATP开放，细胞膜超极化，减少钙离子内流和兴奋性氨基酸的释放，保护心肌缺血损伤。腺苷还可以直接激活PKC，进而激活再灌注损伤补救酶通路和血管内皮的一氧化氮合酶/蛋白激酶G(nitric oxide synthase/protein kinase G，NOS/ PKG)通路，从而产生心肌保护作用[10]。用外源性腺苷AMP579可以模拟缺血预处理效应，而腺苷拮抗剂则可以阻断预处理的效应[11]。

2.2.2 缓激肽 缓激肽是通过溶蛋白性裂解其激肽原前体而产生的[12]。有研究显示，在缺血再灌注中，血管中的缓激肽会快速增加，激活含有G蛋白的心肌细胞表面缓激肽受体2，进而激活下游内皮中NOS/PKG和再灌注损伤补救酶通路，从而产生心肌保护作用[13]。Schoemaker和van Heijningen[6]研究发现，在大鼠肠系膜动脉内注射缓激肽可模拟肠缺血预处理的心肌保护作用，而缓激肽β2受体阻断剂能取消肠缺血预处理的心肌保护作用。进一步说明缓激肽不仅是RIPC的神经机制的主要神经因子，也是重要的内源性体液因子，参与体液机制对RIPC的心肌保护作用。

2.2.3 PKC PKC是G蛋白偶联受体系统中的效应物，激活后成为与膜结合的酶。PKC的激活是依赖膜酯二酰甘油和Ca2+浓度升高。当在质膜中出现二酰甘油时，胞质溶胶中的PKC就与质膜结合，然后在Ca2+的作用下被激活[14]。Churchill和Mochly-Rosen[15]研究发现，缺血预处理是通过ATP依赖的26S蛋白酶体的功能来保护再灌注时的心肌，这期间促凋亡酶PKC的积累减少，而促进生存酶PKC的积累增多，进而产生心肌保护作用。其心肌保护作用可以被PKC的选择性阻断剂取消或减弱。

2.2.4 线粒体 线粒体KATP是心肌保护药物的靶点，有调节信号传递的功能。Patel等[16]研究证实，RIPC的心肌保护作用与线粒体中的KATP诱导途径有关，虽然其机制可能与线粒体中多蛋白K+通道受体作用有关，而线粒体KATP可以释放氧自由基，同时也是激活NO、PKC、PKG等信号分子的作用靶点，从而产生心肌保护作用。研究发现，下肢4次5 min缺血预处理能减少心脏局部缺血再灌注损伤后的梗死面积，改善心功能，其心肌保护作用可被非选择性KATP剂格列本脲和线粒体KATP阻滞剂5-羟葵酸阻断而减弱或消失[17]。

2.2.5 活性氧 活性氧是化学性质很活泼的含氧化合物，包括自由基、H2O2、NO等。而氧自由基可以引起脂质过氧化，降低细胞膜流动性，增加其通透性，损伤细胞膜离子泵，引起细胞能量和离子稳态的异常，最终导致细胞损伤甚至死亡。在心肌缺血再灌注中，心肌细胞释放少量的氧自由基、硫化氢经典配体可以激活心肌细胞膜上的受体，起到心肌保护作用[18]。而过量的氧自由基可以导致心肌细胞的不可逆损伤。例如其可以诱导线粒体KATP或线粒体通透性转换孔状态的激活或失活，从而产生心肌保护作用[19]。NO在缺血预处理中是一种重要的信息和传递分子，其具有抑制中性粒细胞和血小板在局部的黏附、聚集，抑制中性粒细胞释放毒性介质，抑制自由基的形成和脂膜脂质过氧化反应，从而对心肌起到保护作用[20]。在RIPC中，NO是一种重要参与的体液因子。但是并不是所有的NOS都是通过增加环鸟苷酸的形成和介导激活下游PKG而形成心肌保护作用[21]。事实上，亚硝基化作用可以使半胱氨酸残基不被氧化，而NO是直接通过亚硝化或亚硝基化作用来改变几个特殊的蛋白质的结构和功能。同时，研究发现，心肌细胞中存在可以被亚硝基化的蛋白质，特别是线粒体中缝隙连接蛋白43为硝基化的靶点[22]。亚硝基化作用通过减少活性氧的产生而增强RIPC的心肌保护作用，而实验表明肢体缺血预处理后诱导型NOS的转录及表达增强，NO合成增多，从而产生心肌保护作用[23]。

2.3 其他可能的机制 微小RNAs(microRNAs，mi-RNAs)是一类大小为18～24个碱基的单链小分子RNA，由具有发夹结构的70～90个碱基大小的单链RNA前体经过核糖核酸内切酶(Dicer酶)加工后生成的非编码小分子RNA。这些非编码小分子RNA不仅对心血管的发育和分化有重要的作用，而且还是心肌缺血/再灌注不可缺少的信号分子[24]。miRNAs可能通过影响程序性细胞凋亡基因、有关信号通路的表达来参与或影响RIPC的心肌保护作用。Duan等[25]在对雄性SD大鼠下肢进行缺血预处理5 min，然后再灌注5 min，循环3次实验过程中发现，心肌梗死面积减少并且检测出miRNA-1和miRNA-21的表达减少。其机制可能通过miRNA-1和miRNA-21对程序性细胞凋亡基因4的抑制表达，从而对心肌细胞的凋亡过程产生负向调节作用，使缺血预处理的产生对心肌细胞起到保护作用。Li等[26]在对大鼠进行短暂的肢体缺血5min、再灌注5 min循环4次的RIPC实验，大鼠体内注射miRNA-144抑制剂，研究发现没有注射miRNA-144抑制剂的2个实验组大鼠心梗面积明显减小，表明miRNA-144可以增强心肌的保护作用。miRNA-144一方面通过增加磷酸化蛋白激酶B、磷酸化糖原合成酶激酶、磷酸化p44/42丝裂原活化蛋白激酶信号通路的表达，另一方面通过减少磷酸化西罗莫司靶蛋白和诱导启动细胞自噬信号来增强RIPC的心肌保护作用。mi-RNAs在血液循环中稳定存在，miRNAs可能是促进心脏疾病发生的有害因素，但也可能是心脏的保护因素，同时还可能成为心血管疾病诊断指标[27]。

另有研究显示，缺血预处理对心肌的保护作用和抑制心肌细胞凋亡的关系密切[28]。RIPC的调控机制包括B淋巴细胞瘤2基因家族、p53基因、热休克蛋白、凋亡相关因子(factor-relater apoptosis，Fas)基因的表达减轻心肌细胞的凋亡，对缺血心肌产生保护作用。Cheng等[28]研究发现，野生型p53基因具有诱导细胞凋亡的作用，突变型p53基因可以抑制凋亡。在心肌缺血时p53基因表达升高，但是经过缺血预处理后可以发现p53基因表达降低，说明预适应可能与降低凋亡基因p53的表达有关。基因p53在细胞凋亡中起着重要的作用。Gauthaman等[29]研究表明，热休克蛋白70水平升高可能通过下调细胞凋亡相关的基因、蛋白、蛋白酶活性，抑制线粒体损伤、核碎裂发挥作用，从而抑制细胞凋亡。经过缺血预处理后，热休克蛋白表达增多，说明可能参与缺血预处理的心肌保护作用。Fas具有诱导细胞凋亡的能力，细胞膜表面Fas配体蛋白阳性的细胞可将细胞死亡信号传递给Fas蛋白阳性的细胞并激活此细胞的凋亡基因。Sahinarslan等[30]将169例分为正常冠状动脉组(n＝53)和动脉粥样硬化组(n＝116)，研究发现动脉粥样硬化组细胞膜表面Fas配体蛋白阳性的细胞数明显多于正常冠状动脉组。证实在缺血再灌注时心肌细胞凋亡与Fas基因表达密切相关，Fas系统参与了心肌缺血再灌注时细胞凋亡的发生。

3 RIPC心肌保护作用的临床应用

Cheung等[31]将37例接受心脏修复手术的先天性心脏缺损患儿随机分为RIPC组和对照组，用手术前、后的血清肌钙蛋白I的变化来评估RIPC是否有效，发现RIPC组中的肌钙蛋白I比对照组低，说明RIPC对心脏修复手术的预后有积极的影响，可以对心肌产生保护作用。

Thielmann等[32]将329例接受冠状动脉搭桥手术的患者随机分为对照组(n＝167)和RIPC组(n＝162)，对RIPC组的患者进行3个缺血再灌注循环，每次5 min诱导左上肢缺血处理和5 min的袖带松开再灌注，分别测定术后6 h的血清肌钙蛋白I，研究发现RIPC组的肌钙蛋白I比对照组低，说明RIPC对冠状动脉搭桥手术患者的心肌有保护作用。

Xie等[33]通过对73例接受瓣膜手术的患者随机分为RIPC组(n＝38)和对照组(n＝35)，再将RIPC组的患者上肢进行3组5 min缺血预适应，观察并检测不同时间段的血清肌钙蛋白I含量，研究发现下肢进行RIPC组的肌钙蛋白I比对照组低，这进一步说明RIPC可以对心肌有保护作用。

White等[34]对197例ST段抬高型心肌梗死患者进行经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention，PCI)前随机分组，对RIPC组患者上肢进行4组5 min缺血再灌注的RIPC，试验后发现对RIPC组的心肌梗死面积及PCI预后都有积极的影响。RIPC被证实对ST段抬高型心肌梗死进行PCI患者的心肌保护是有效的。Prunier等[35]进一步证实RIPC可以减少急性心肌梗死的面积。

随后，越来越多的试验研究证实RIPC对心肌有保护作用[36-37]。因此，对先天性心脏缺损、冠状动脉搭桥手术及心脏瓣膜手术患者在手术前给予适当RIPC，将能不同程度地减轻缺血再灌注的损伤及后遗症。

4 总结及展望

大量的实验研究及初步观察提示，RIPC对心脏和血管手术以及心肌梗死患者减轻缺血再灌注的损伤及并发症方面是有效的[31-37]。然而，RIPC的心肌保护机制目前还不清楚，需进一步研究其具体机制及制定严格的临床前研究和设计良好的临床试验来证实。

随着对RIPC机制的进一步研究以及开发与RIPC心肌保护作用的新药，对RIPC机制的认识将会越来越全面，相信RIPC定会为心脏缺血性的治疗提供新的思路和更大帮助。

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

[2]Kerendi F，Kin H，Halkos ME，et al.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.

[3]Przyklenk K，Bauer B，Ovize M，et al.Regional ischemic‘preconditioning’protects remote virgin myocardium from subsequent sustained coronary occlusion[J].Circulation，1993，87(3)：893-899.

[4]Oxman T，Arad M，Klein R，et al.Limb ischemia preconditions the heart against reperfusion tachyarrhythmia[J].Am J Physiol，1997，273(4 Pt 2)：H1707-H1712.

[5]Steensrud T，Li J，Dai X，et al.Pretreatment with the nitric oxide donor SNAP or nerve transection blocks humoral preconditioning by remote limb ischemia or intra-arterial adenosine[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2010，299 (5)：H1598-H1603.

[6]Schoemaker RG，van Heijningen CL.Bradykinin mediates cardiac preconditioning at a distance[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2000，278(5)：H1571-H1576.

[7]Merlocco AC，Redington KL，Disenhouse T，et al.Transcutaneous electrical nerve stimulation as a novel method of remote preconditioning：in vitro validation in an animal model and first human observations[J].Basic Res Cardiol，2014，109(3)：406.

[8]Donato M，Buchholz B，Rodríguez M，et al.Role of the parasympathetic nervous system in cardioprotection by remote hindlimb ischaemic preconditioning[J].Exp Physiol，2013，98(2)：425-434.

[9]Cohen MV，Yang XM，Neumann T，et al.Favorable remodeling enhances recovery of regional myocardial function in the weeks after infarction in ischemically preconditioned hearts[J].Circulation，2000，102(5)：579-583.

[10]Simkhovich BZ，Przyklenk K，Kloner RA.Role of protein kinase C in ischemic“conditioning”：from first evidence to current perspectives[J].J Cardiovasc Pharmacol Ther，2013，18(6)：525-532.

[11]Liu Y，Yang X，Yang XM，et al.AMP579 is revealed to be a potent A2b-adenosine receptor agonist in human 293 cells and rabbit hearts[J].Basic Res Cardiol，2010，105 (1)：129-137.

[12]Kleinbongard P，Heusch G.Extracellular signalling molecules in the ischaemic/reperfused heart-druggable and translatable for cardioprotection?[J].Br J Pharmacol，2015，172(8)：2010-2025.

[13]Heusch G.Molecular basis of cardioprotection：signal transduction in ischemic pre-，post-，and remote conditioning [J].Circ Res，2015，116(4)：674-699.

[14]Yamamura K，Steenbergen C，Murphy E.Protein kinase C and preconditioning：role of the sarcoplasmic reticulum[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005，289(6)：H2484-H2490.

[15]Churchill EN，Mochly-Rosen D.The roles of PKC delta and epsilon isoenzymes in the regulation of myocardial ischaemia/reperfusion injury[J].Biochem Soc Trans，2007，35 (Pt 5)：1040-1042.

[16]Patel HH，Gross ER，Peart JN，et al.Sarcolemmal KATP channel triggers delayed ischemic preconditioning in rats [J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005，288(1)：H445-H447.

[17]Loukogeorgakis SP，Williams R，Panagiotidou AT，et al. Transient limb ischemia induces remote preconditioning and remote postconditioning in humans by a K(ATP)-channel dependent mechanism[J].Circulation，2007，116(12)：1386-1395.

[18]Tullio F，Angotti C，Perrelli MG，et al.Redox balance and cardioprotection[J].Basic Res Cardiol，2013，108(6)：392.

[19]Andreadou I，Iliodromitis EK，Rassaf T，et al.The role of gasotransmitters NO，H2S and CO in myocardial ischaemia/ reperfusion injury and cardioprotection by preconditioning，postconditioning and remote conditioning[J].Br J Pharmacol，2015，172(6)：1587-1606.

[20]Rassaf T，Totzeck M，Hendgen-Cotta UB，et al.Circulating nitrite contributes to cardioprotection by remote ischemic preconditioning[J].Circ Res，2014，114(10)：1601-1610.

[21]Cohen MV，Yang XM，Liu Y，et al.Cardioprotective PKG-independent NO signaling at reperfusion[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2010，299(6)：H2028-H2036.

[22]Soetkamp D，Nguyen TT，Menazza S，et al.S-nitrosation of mitochondrial connexin 43 regulates mitochondrial function[J].Basic Res Cardiol，2014，109(5)：433.

[23]Veighey K，Macallister RJ.Clinical applications of remote ischemic preconditioning[J].Cardiol Res Pract，2012，2012：620681.

[24]Fan ZX，Yang J.The role of microRNAs in regulating myocardial ischemia reperfusion injury[J].Saudi Med J，2015，36(7)：787-793.

[25]Duan X，Ji B，Wang X，et al.Expression of microRNA-1 and microRNA-21 in different protocols of ischemic conditioning in an isolated rat heart model[J].Cardiology，2012，122(1)：36-43.

[26]Li J，Rohailla S，Gelber N，et al.MicroRNA-144 is a circulating effector of remote ischemic preconditioning[J].Basic Res Cardiol，2014，109(5)：423.

[27]Rico-Rosillo MG，Vega-Robledo GB，Oliva-Rico D.The role and importance of the microRNAs in the diagnosis and development of diseases[J].Rev Med Inst Mex Seguro Soc，2014，52(3)：302-307.

[28]Cheng T，Liu D，Griffin JH，et al.Activated protein C blocks p53-mediated apoptosis in ischemic human brainendothelium and is neuroprotective[J].Nat Med，2003，9(3)：338-342.

[29]Gauthaman K，Banerjee SK，Dinda AK，et al.Terminalia arjuna(Roxb.)protects rabbit heart against ischemicreperfusion injury：role of antioxidant enzymes and heat shock protein[J].J Ethnopharmacol，2005，96(3)：403-409.

[30]Sahinarslan A，Boyaci B，Kocaman SA，et al.The Relationship of Serum Soluble Fas Ligand(sFasL)Level with the Extentof Coronary Artery Disease[J].Int J Angiol，2012，21(1)：29-34.

[31]Cheung MM，Kharbanda RK，Konstantinov IE，et al.Randomized controlled trial of the effects of remote ischemic preconditioning on children undergoing cardiac surgery：first clinical application in humans[J].J Am Coll Cardiol，2006，47(11)：2277-2282.

[32]Thielmann M，Kottenberg E，Kleinbongard P，et al.Cardioprotective and prognostic effects of remote ischaemic preconditioning in patients undergoing coronary artery bypass surgery：a single-centre randomised，double-blind，controlled trial[J].Lancet，2013，382(9892)：597-604.

[33]Xie JJ，Liao XL，Chen WG，et al.Remote ischaemic preconditioning reduces myocardial injury in patients undergoing heart valve surgery：randomised controlled trial[J]. Heart，2012，98(5)：384-388.

[34]White SK，Frohlich GM，Sado DM，et al.Remote ischemic conditioning reduces myocardial infarct size and edema in patients with ST-segment elevation myocardial infarction [J].JACC Cardiovasc Interv，2015，8(1 Pt B)：178-188.

[35]Prunier F，Angoulvant D，Saint Etienne C，et al.The RIPOST-MI study，assessing remote ischemic perconditioning alone or in combination with local ischemic postconditioning in ST-segment elevation myocardial infarction [J].Basic Res Cardiol，2014，109(2)：400.

[36]D’Ascenzo F，Moretti C，Omedè P，et al.Cardiac remote ischaemic preconditioning reduces periprocedural myocardial infarction for patients undergoing percutaneous coronary interventions：a meta-analysis of randomised clinical trials[J].Euro Intervention，2014，9(12)：1463-1471.

[37]Yellon DM，Ackbarkhan AK，Balgobin V，et al.Remote ischemic conditioning reduces myocardial infarct size in STEMI patients treated by thrombolysis[J].J Am Coll Cardiol，2015，65(25)：2764-2765.

The research progress of remote ischemic preconditioning on myocardial protection

LEI Hongtao1，2，LI Tianchang2，RUAN Huanjun2，XU Hongtao3
(1.Medical University of Anhui，Hefei Anhui 230032，China；2.Heart Center，Navy General Hospital，Beijing 100048，China；3.Navy General Hospital，Beijing 100048，China)

In recent years，with the deepening study of remote ischemic preconditioning on myocardial protection and its mechanism，the clinical significance of RIPC has gradually got more attention.Therefore，remote ischemic preconditioning and its mechanism of progress possible myocardial protection are reviewed here.

Remote ischemic preconditioning；Myocardial protection

R542.2

A

2095-3097(2015)06-0342-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2015.06.007

2015-05-28 本文编辑：冯 博)

230032安徽合肥，安徽医科大学(雷红涛)；100048北京，海军总医院心脏中心(雷红涛，李田昌，阮焕钧)，海军总医院(徐洪涛)

徐洪涛，E-mail：xuht11＠163.com