双酚A对大鼠心肌缺血再灌注损伤影响的研究进展

祝旭东，毛　楠，郝丽英*



·综述·

双酚A对大鼠心肌缺血再灌注损伤影响的研究进展

祝旭东1，毛楠2，郝丽英2*

双酚A(BPA)能够氧化损伤心肌细胞，改变心肌细胞钙离子处理的方式。单独或者与17β雌二醇(E2)共同作用于大鼠心肌细胞，能够通过雌激素受体ERα和ERβ激活相关信号转导途径，增加心肌细胞缺血再灌注后室性心律失常的持续时间。BPA及其与E2结合能够加速心肌缺血再灌注后室性心律失常，加重再灌注后损伤。了解其作用机制对于缺血再灌注损伤的研究具有重要的临床意义。因此，本文结合国内外对于BPA在大鼠心肌细胞缺血再灌注损伤的研究进行综述。

双酚A；雌激素；心肌缺血再灌注损伤

0　引言

双酚A (Bisphenol A，BPA)是由俄国化学家Aleksandr Dianin于1891年首次合成[1]，目前已经是全世界产量最高的化学物品之一，主要用于生产食品包装材料、婴儿奶瓶、工业水管等物品[2]。由于BPA在环境中存在十分广泛，尤其在酸性或者碱性的条件下，BPA极易从产品中渗透出来，随之进入人体[3]。科研人员对不同人群进行检测，90%以上的尿液样本中可检测到BPA[4]。同时，研究发现，BPA是一种内分泌干扰性化合物(Endocrine disrupting chemical，EDC)，属于环境雌激素，能够结合细胞内的雌激素受体，造成人体正常生理功能的紊乱。流行病学研究发现，暴露于高浓度的BPA与心血管疾病(包括冠状动脉疾病和外周动脉疾病等[5])之间密切相关。最新研究表明，与环境相关的低水平BPA的急性暴露促进了雌性啮齿动物心肌细胞致心律失常性触发活动[6]和心肌缺血再灌注后室性心律失常的发生[7]。

心肌缺血再灌注损伤(Myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)是指在较短时间内心肌的血液供给中断，一段时间内恢复血供后，原来缺血的心肌发生较缺血时更为严重的损伤，主要表现为再灌注心律失常，心肌酶升高，甚至造成心衰等现象[8]。研究发现，雌激素对心血管系统具有显著的保护作用，尤其在心肌缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化症、心律不齐等疾病中表现更为明显[9]。BPA是一种内分泌干扰物，能够干扰体内正常雌激素的生理作用，因此，推测BPA能够加重心肌细胞缺血再灌注后的损伤程度。本文针对BPA造成心肌细胞损伤的作用机制以及雌激素对心肌细胞缺血再灌注损伤的保护作用，初步探讨在BPA污染条件下，其对大鼠心肌缺血再灌注损伤的影响机制。

1　BPA造成心肌细胞损伤的作用机制

在低水平急性BPA暴露下，研究其对心肌细胞的影响是目前BPA对心肌细胞毒性研究中的重要方面[10]。研究显示，BPA对雌性大鼠心室肌细胞的毒性影响曲线是倒U形的[11]，其顶点所对应BPA的浓度为10-9～10-8，是研究报道的正常人体所暴露的水平。当BPA浓度从10-12变为10-6时，BPA逐步增加了肌浆网钙离子释放和钙离子再摄取，并且抑制了L型钙通道的电流[12]。这也是其造成缺血再灌注后室性心律失常的表面原因。

对于低水平下慢性BPA的暴露，Patel等[13]研究显示，终身的BPA暴露改变了心肌的结构和功能，但是存在性别的差异性。所有雌性大鼠的收缩压均增高，但是雄性没有明显变化。BPA的暴露还改变了与钙离子有关的一些蛋白的表达。如ATPase 2a (SERCA2a)、钠钙交换蛋白1、PLB和phospho-PLB等。这些蛋白与兴奋收缩有重要关系，其改变表明雄性大鼠细胞内钙离子的流动性增加，而雌性大鼠的流动性减少，进一步证实了BPA能够改变心肌的结构。对于潜在的机制，Aboul Ezz等[14]通过给鼠饲喂BPA并检测相关氧化应激指标，发现BPA能够减少还原性GSH的含量，同时减少其催化能力，也表现为其能够介导活性氧(ROS)的大量产生[10]，而ROS正是造成心肌缺血再灌注损伤的重要原因之一[15]。最新研究发现，通过给已怀孕的雌性猴子饲喂BPA，也可对后代的心血管系统产生不利影响[16]。

离子通道是心脏收缩性、电传导和血管生理学功能的基础[10]。大量研究表明，高浓度的BPA影响心肌细胞离子通道的功能。Asano等[17]研究了BPA 激活Maxi-K离子通道的机制，结果表明，其在一定程度上取决于β1亚基的调节作用。研究发现，BPA (10 μm)能够在平滑肌细胞上激活一个外向电流。只包含α亚基时，低浓度的BPA对其没有明显影响；但包含β亚基时，低浓度BPA可增强通道的活性。BPA的影响是快速和可逆的。但是高浓度的BPA增加Maxi-K通道的电流不依赖于β亚基，自身的高浓度效应能产生明显影响。

Andrias等[18]和Deutschmann等[19]的研究发现，BPA 能够抑制大鼠心室肌细胞L型钙通道的活性，并且这个抑制是完全可逆的。BPA与通道蛋白的外部结合不需要细胞外的信号途径，其既不是电压依赖性的，也不是使用依赖性的，并且不影响通道的门控特性。这也表明BPA通过直接结合到核心区域的外部位点，与静息状态的离子通道结合。BPA通过相同的机制影响L-、N-、P/Q-、R-、T型钙离子通道。最新研究表明，心肌BPA的暴露能够导致PR间期延长和贲门上部传导速度的加快[20]。并且，高浓度的BPA暴露能够导致QRS间期延长，降低心室搏动，最终导致完全的心脏传导阻滞。

2　雌激素对大鼠心肌缺血再灌注损伤影响的机制

大量动物实验表明，雌激素对于心肌缺血再灌注损伤起重要的保护作用[21]。而雌激素的这种生理作用主要是由雌激素受体所介导的[22]，雌激素受体存在2种亚型：ERα、ERβ。这2种受体在幼儿和成年人的心肌细胞上表达[23]。最新研究发现了另外一种表达在成人心肌细胞上的G蛋白耦联的雌激素受体(GPR30或称为GPER)[24]。

研究表明，快速给予ERα激动剂可以诱发ERα向PI3K调节结构域迁移，并且导致内皮细胞NOS的激活[25]。有报道，在心肌缺血再灌注的大鼠模型中，急性给予ERα激动剂能够减少心肌梗死的面积，进一步表明雌激素的心肌缺血再灌注损伤保护作用可能需要激活ERα受体[26]。然而，在ERα基因敲除小鼠的研究中，心肌梗死的面积没有进一步加重，因此，对于ERα，更加明确的作用机制还需进一步研究[27]。但很多研究表明，ERβ基因敲除小鼠的缺血再灌注损伤较野生型小鼠更为严重[28]。Babiker等[29]通过施加ERβ受体激活剂，发现其对子宫切除的雌性大鼠缺血再灌注具有保护作用，并且很多心肌保护性基因的表达上调，进一步说明通过激活ERβ可保护心肌细胞缺血再灌注损伤，研究还发现，单一的慢性激活ERα可能有害，并且ERα和ERβ的作用可能是相互拮抗的(激活ERα和ERβ基因既没有产生有害的影响，也没有产生有利的影响)。慢性雌激素暴露也可能通过激活NO信号来保护心脏，但是也有研究表明，其与NO无关，有待进一步研究[30]。

通过使用特异性激动剂，与对照组相比，GPR30受体激活能够缩小心肌梗死面积[31]，并且通过联用GPR30受体激动剂和PI3K途径抑制剂，阻止其对心肌细胞的保护。表明GPR30受体激活对心肌细胞保护作用的机制之一是PI3K/AKT途径。GPR30受体不仅介导了PI3K途径的激活，而且导致细胞外调节蛋白激酶(ERK)的激活。而后者对缺血再灌注的心肌起保护作用[32]。最新研究对上述的问题进行了进一步的阐明[33]，GPR30受体激活导致了ERK途径激活，后者又抑制了线粒体微细孔道通透性的改变，最终减少心肌缺血再灌注的损伤。另外，与上述2个受体相似，GPR30也能够激活NO信号途径，来发挥对心肌细胞的保护作用，但是更加具体的机制仍有待进一步研究[34]。

ROS的大量生成和细胞内钙超载是发生缺血再灌注损伤的中心环节[15,35]。Aboul等[14]通过给6～10周的雄性大鼠饲喂BPA，并且检测相关的氧化应激参数，发现其脂质过氧化物酶的含量升高，谷胱甘肽(GSH)水平降低，酶活性也降低，与赵海军等[36]研究类似。研究者通过给大鼠饲喂4、40、200 mg/kg BPA，发现其与对照组相比，左心室收缩压(LVSP)、左心室舒张末期压力(LVEDP)、左心室压力下降的最大速率(-dp/dtmax)、左心室压力上升的最大速率(+dp/dtmax)差异有统计学意义；与对照组相比，高浓度BPA组的肌酸激酶(CK)、一氧化氮合酶(NOS)、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及一氧化氮(NO)、丙二醛(MOD)的含量差异有统计学意义。得出结论，BPA可能通过介导ROS的大量生成，进一步加重心肌缺血再灌注的损伤。

BPA造成细胞内钙超载与BPA促心律失常作用关系密切。再灌注性心律失常是心肌缺血再灌注损伤的重要表现之一[8]，目前，国内外对于BPA和雌激素对心肌缺血再灌注的研究只在此方面得到了一些进展，对于其他BPA心肌缺血再灌注损伤的影响仍需深入研究，因此，本文以BPA和雌激素雌二醇(E2)对再灌注性心律失常的影响作重点叙述。

单独使用BPA作用于心脏时，可能促进心律失常的产生。并且当同时存在生理浓度的E2，受到儿茶酚胺类等物质影响或者缺血损伤等应激反应时，BPA的效应会明显增大[10,37]。心肌细胞对于雌激素的敏感性是雌性大鼠所特有的，雄性大鼠无法表现出该现象。Yan等[38]研究显示，心肌细胞改变钙离子的处理方式是BPA促进心律失常作用的重要原因之一。Gao等[10]对BPA改变肌浆网摄取钙离子机制的研究显示，在雌性大鼠的心肌细胞中，低浓度的BPA暴露激活了蛋白激酶A(PKA)信号转导途径和Ca2+/CaM依赖性的蛋白激酶Ⅱ(CAMKⅡ)信号转导途径。急性的BPA暴露导致cAMP产生增加、PKA激活和ryanodine受体(RyR)磷酸化。BPA也导致磷脂酶C(PLC)的激活、三磷酸肌醇(IP3)的产生和IP3受体介导钙离子释放(钙离子可能来自于胞浆内质网的释放)，最后导致CAMKⅡ的激活，进而将受磷蛋白(PLN)磷酸化。RYR磷酸化钙离子通道的开放，增加肌浆网(SR)钙离子释放。PLN磷酸化能够抑制PLN对肌浆网Ca2+-ATP酶(SERCA)的作用，并且增强SR对于钙离子的重吸收。这2种途径都能够诱发BPA介导的触发活动和心肌细胞心律失常的形成，并且触发活动是心肌细胞异常的自发性兴奋，是造成心律失常形成的关键机制之一[39]。细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)可能在BPA对心肌细胞的作用过程中起重要作用，但研究发现，ERK1/2不参与BPA对心肌细胞的影响。

在正常环境中，BPA影响人体心脏时，心肌细胞还受生理水平浓度雌激素的作用。因此，研究者在体外研究BPA与 E2组合对于心肌细胞的作用，以得到更准确的数据。Yan等[38]研究显示，BPA和E2能够更快地促进雌性大鼠心肌细胞的触发活动。并且在儿茶酚胺的应激刺激下，BPA和E2能显著增加心室的异位搏动，产生过早的室性收缩以及室性心动过速。研究还发现，在ERβ基因敲除的雌性大鼠中，上述情况无法出现，可见由ERβ介导的信号转导途径在BPA和E2生理功能的产生中发挥重要作用。推测在有应激刺激时，BPA更容易损害心肌细胞，可见BPA可能利用儿茶酚胺、E2或者其他人体存在的某些物质对心肌细胞某些信号转导途径的激活作用，进一步加重对心肌的损伤。

最近研究表明，低剂量的BPA和雌激素可加剧雌性大鼠心肌缺血再灌注后室性心律失常的持续时间[7]。同时，除了改变心肌细胞钙离子处理方式和激活ERβ，ERα介导的信号转导途径也起到一定作用。此外，雌激素能够减少缺血再灌注损伤所造成的心肌梗死面积，表明生理浓度的雌激素对于再灌注性心律失常的不利影响与其对心肌梗死的积极作用的机制不同。雌激素有双刃剑的效应，快速给予BPA能够模仿雌激素对于心肌梗死的保护作用，BPA的作用也具有双重性，因此，BPA和雌激素对于心肌的作用机制仍不明确。

3　结语

总之，在心肌缺血后再灌注时期，急性的BPA暴露或者与17β-雌二醇结合可延长室性心律失常的时间，此过程可分别被ERα和ERβ受体阻断剂所阻断，说明ERα和ERβ都参与此过程。并且BPA还能促进ROS的产生，扰乱心肌细胞对钙离子的处理过程，表明其对心肌缺血再灌注损伤有重要影响。

本文所引用的相关研究都是在离体情况下进行的，心肌细胞不受神经体液及其他激素的影响。但缺血再灌注损伤是一个复杂的过程，机制不清，并且BPA和E2对于心肌细胞分子层面的作用机制尚不清楚。虽然其改变了Ca2+处理方式的明确机制，但BPA和E2加重缺血再灌注后室性心律失常的其他机制至今尚不明确，有待进一步研究。BPA对于心血管系统的潜在危害已被人们发现，但目前研究者对其具体机制所知甚少，也没有过多的知识与技术应用于临床治疗，有待研究者努力探索，尽早明晰其机制，解决问题。

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Research progress in the effect of Bisphenol A on myocardial ischemia-reperfusion injury in rats

ZHU Xu-dong1,MAO Nan2,HAO Li-ying2*

(1.the Third Clinical Department of China Medical University,Shenyang 110122,China;2.the College of Pharmacy of China Medical University,Shenyang 110013,China)

ObjectiveBisphenol A (BPA) can cause oxidative damage to cardiac muscle cells,change the way of handling calcium ion in myocardial cells.BPA or combination of BPA with 17-β-estradiol (E2) acts on rat myocardial cells,which can activate the signal transduction pathways through estrogen receptors ER-alpha and ER-beta and so prolong the duration of myocardial cells′ ventricular arrhythmia after ischemia-reperfusion.BPA and BPA combined with E2 can accelerate ventricular arrhythmia after myocardial ischemia-reperfusion and aggravate reperfusion injury.Understanding the mechanism of BPA in ischemia-reperfusion injury is important in the clinical studies,therefore,this review concludes the related studies at home and aboard.

Bisphenol A;Estrogen;Myocardial ischemia-reperfusion injury

2016-01-26

1.中国医科大学临床三系，沈阳 110122；2.中国医科大学药学院，沈阳 110013

国家自然科学基金(31471091)

10.14053/j.cnki.ppcr.201608028