异丙酚对心肌缺血/再灌注损伤的保护作用及机制研究进展

韩荣辉 综述 夏正远 审校

广东医科大学附属医院麻醉科，广东 湛江 524000

随着人口老龄化和生活方式的改变，缺血性心脏病的发病率和死亡率呈逐年上升趋势，而且今后10年的患病人数将快速增长，尤其是农村居民的死亡大幅增加，给家庭和社会带来了巨大的精神压力和沉重的经济负担[1]。临床上，常用溶栓治疗、急诊经皮冠状动脉介入治疗(PCI)以及冠状动脉搭桥术(CABG)等再灌注疗法挽救濒死的心肌。虽然再灌注意味着心肌缺血的终止，并且对于细胞存活和恢复正常功能至关重要，但实际上再灌注反而会对细胞造成进一步损伤，这种损伤称为心肌缺血/再灌注损伤(MIRI)[2]。

缺血/再灌注往往进一步加重患者的心肌损伤，甚至导致再灌注性心律失常、心肌顿抑等并发症，并且显著增加患者围术期的死亡率。因此，如何有效减轻MIRI 是围术期心肌保护的重要环节。越来越多的证据表明，吸入和静脉麻醉药均可产生一定的心血管保护作用，从而减少围手术期中MIRI 的发生[3-4]。异丙酚(2,6-二异丙基苯酚)是一种脂溶性麻醉药，其化学结构类似于酚类自由基清除剂如维生素E[4]。异丙酚最早于1977年被发现具有麻醉活性，其应用在心脏手术中已有近三十年的历史[5]。异丙酚已被证明可以减少心肌梗死面积和组织学变性，并改善缺血后心肌功能。此外，异丙酚还被证明可以改善糖尿病性MIRI，且其与气体麻醉药如异氟醚或七氟醚联合使用时可加强心肌保护效应。本文就近些年来关于异丙酚对MIRI的保护作用及其机制作一综述，以期为临床应用提供依据和参考。

1 异丙酚在心肌细胞缺氧/复氧模型中的实验研究

众所周知，活性氧(ROS)通过氧化含有磷脂和蛋白质的细胞成分对细胞造成损伤。缺血/再灌注可诱导心肌细胞发生不可逆的氧化应激损伤。研究表明，异丙酚在体外和体内均可以清除氧自由基，从而改善心肌细胞氧化损伤。最新的两项研究发现，在体外模拟MIRI 的心肌细胞缺氧/复氧模型中，异丙酚主要通过抑制ROS生成减轻过度氧化应激导致的系列损伤，其中包括DNA损伤和线粒体分裂，从而达到逆转心肌细胞凋亡的效果[6]。而异丙酚抗氧化应激的机制则在于两个方面：(1)通过其自身的酚羟基清除多余的ROS；(2)通过负调控蛋白激酶B(Akt)和腺苷5'-单磷酸激活蛋白激酶(AMPK)抑制重要的抗氧化途径—叉头盒蛋白O 1(FoxO1)磷酸化并增加其核转位实现[7]。

高糖环境会增强心肌细胞对缺血/再灌注损伤的敏感性，是诱导心肌细胞发生过度氧化应激的另一个重要因素。FAN 等[8]研究发现，体外高糖与缺氧/复氧诱导的心肌细胞氧化应激增强、线粒体功能障碍及凋亡均与小窝蛋白-3(Cav-3)的蛋白表达水平降低有关，12.5～50 μmol/L浓度的异丙酚通过在高糖处理期间上调Cav-3 表达减弱线粒体损伤和改善线粒体生物发生，从而抵消心肌细胞缺氧/复氧损伤，而用化学方法破坏Cav-3则可以消除异丙酚的保护作用。

2 异丙酚在MIRI动物模型中的实验研究

异丙酚是一种作用迅速、半衰期短的静脉麻醉诱导剂，常用于麻醉的诱导与维持，其给药方式一般分为预处理和后处理，两者均可有效保护心肌抵抗缺血/再灌注损伤，并且具有长时间效应。SHIN等[9]观察了大鼠MIRI模型再灌注48 h后异丙酚是否仍对局部心肌提供保护作用，结果发现异丙酚具有延迟作用，说明异丙酚可以在较长的时间内保护心肌；而且无论预处理或是后处理，异丙酚都可以显著缩小缺血/再灌注后的心肌梗死面积，主要归因于其可以抑制心肌细胞凋亡。

氧化应激与炎症反应互为因果并相互促进，炎症反应是MIRI 发生和发展的重要病理机制之一，心肌缺血及再灌注诱发的炎症反应及炎症介质均可加重MIRI。动物实验研究提示，异丙酚保护心肌细胞的分子机制主要与其调节氧化应激和炎症反应有关。异丙酚在体内可以调节与葡萄糖氧化或糖代谢相关酶类如葡萄糖氧化酶(GOX)、糖原合成酶激酶-3 β(GSK-3β)的活性，从而抑制氧化应激[10-12]。核因子kappaB (NF-κB)激活可促进多种炎症因子的转录，ZHAO 等[13]发现异丙酚可抑制NF-κB 激活，下调半胱氨酸蛋白酶-3 (caspase-3)的表达，从而抑制MIRI过程中心肌细胞的凋亡，这可能是其心肌保护作用的分子机制之一。心脏肥大细胞的激活也参与MIRI 的过程，加重心肌梗死的发生。YU等[14]报道，心肌缺血/再灌注后炎症细胞因子(TNF-α和IL-6)、乳酸脱氢酶(LDH)、肌酸激酶-MB (CK-MB)和心肌肌钙蛋白I(cTnI)的表达明显增加，此外，梗死区的肥大细胞脱颗粒增加，同时类胰蛋白酶升高；C48/80 对肥大细胞的脱颗粒作用进一步加重了心肌缺血/再灌注损伤，而异丙酚预处理可减轻C48/80介导的损伤加重；这些发现说明异丙酚保护心肌的部分原因是抑制了心脏肥大细胞的激活。高迁移率族蛋白B1 (HMGB1)是一种重要的炎症介质，被释放到胞外可启动并维持炎症反应，加剧炎症恶化[15]。LI 等[16]用异丙酚在再灌注前预处理大鼠，发现异丙酚通过上调的miR-451 靶向HMGB 1减轻缺血/再灌注诱导心肌细胞凋亡，并减小梗死面积；该研究发现首次证明了异丙酚介导的对MIRI 的心脏保护作用依赖于miR-451/HMGB1，为异丙酚预防麻醉时缺血/再灌注损伤提供了新的靶点。今后的研究尚需要进一步探索异丙酚如何调节氧化应激与炎症反应之间的交互作用，及其关键靶点在MIRI中的作用机制。

另有研究证实，异丙酚还可通过调节自噬和一氧化氮合酶(NOS)活性保护遭受缺血/再灌注损伤的心肌。NOH等[17]在大鼠MIRI模型中研究了异丙酚对自噬性细胞死亡的影响，结果显示，异丙酚通过抑制缺血/再灌注诱导的唯BH3 域自噬蛋白(Beclin1)表达和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)磷酸化减轻心肌细胞的自噬性死亡。SUN 等[18]用大鼠心脏通过Langendorff灌流装置模拟缺血/再灌注，结果发现异丙酚预处理对缺血/再灌注后心脏功能和冠脉血流均有显著改善，而且还明显提高一氧化氮(NO)的含量和NOS的活性，提示异丙酚不仅保护心肌还对血管功能具有调控作用。

此外，异丙酚对糖尿病合并MIRI 也有改善功能，其作用机制与上述机制类似，主要通过抗炎、增加NO含量及减内皮素-1(ET-1)抑制高血糖条件下缺血/再灌注诱导的心肌细胞凋亡[19-20]。

3 异丙酚对抗MIRI的临床研究

异丙酚对抗MIRI 的临床研究主要聚焦于主动脉或冠状动脉旁路移植手术，然而，不同的再灌注手术方式、缺血预处理方式，以及异丙酚的使用剂量、给药方法和处理时机可能会带来不同结局。

研究表明，与标准心脏停搏液相比，补充与人体临床环境相关浓度的异丙酚可以改善血液动力学功能，减少氧化应激与再灌注损伤。PLUMMER 等[21]评估了异丙酚心脏停搏液(ProMPT)对接受非紧急孤立冠状动脉旁路移植术或主动脉瓣置换术以及心肺转流术患者的心脏保护作用，结果显示，补充ProMPT 3个月后心肌钙蛋白T(cTnT)释放平均降低了15%，但是异丙酚可能导致患者术后肾功能较差，有延长重症监护的趋势。

患有糖尿病或术前低心室射血分数的高龄患者发生MIRI 的风险升高。ANSLEY 等[22]进行了一项2期随机对照试验，确定采用常温体外循环和血液停搏液时异丙酚是否对2型糖尿病患者提供围手术期心肌保护，结果发现异丙酚增加心肌中的B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)蛋白表达，降低冠状窦cTnI阈值预测的心肌梗死发生率，并减少心力衰竭事件，说明异丙酚在常温心肺流转术和血液停搏条件下对2型糖尿病患者可能是一种先发心脏保护剂。

远程缺血预处理(RIPC)可保护心肌免受缺血/再灌注损伤[23-25]，但在异丙酚麻醉期间RIPC却不能保护心脏。因此，KOTTENBERG 等[26]在一项前瞻性研究中，分析了患有3 支血管病变排除糖尿病的冠状动脉疾病患者，在异丙酚麻醉期间有或没有接受RIPC 时的一组心脏保护蛋白的磷酸化水平。该研究也证实，异丙酚麻醉期间RIPC 不能减轻MIRI，虽然再灌注后几种蛋白激酶的磷酸化水平较基线值有所增加，但信号转导和转录激活因子5 (STAT5)的磷酸化没有发生显著变化，而且在有或没有接受RIPC 的组间以上指标无显著差异，说明异丙酚可能与STAT5上游的心脏保护信号相互作用。

4 异丙酚与其他药物联合应用改善MIRI的研究

在心脏手术中使用静脉麻醉药还是吸入麻醉药一直以来是研究的热点问题。目前关于防治MIRI的研究中，异丙酚常与气体麻醉药如七氟醚或异氟醚等联合应用，此外，也有文献报道异丙酚联合抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)或曲美他嗪(TMZ)改善心肌损伤。

异丙酚和异氟醚联合应用在MIRI 或心肺流转术动物模型中，虽然可以产生良好的心血管保护效应，但TAO 等[27]的研究证实二者联用并不产生额外的心脏保护作用。ASGERI 等[28]发现，异丙酚的作用是全局性的，参与了心肌非缺血区的代偿性高收缩状态，而异氟醚保护缺血区的心肌功能；若从存活率方面比较，异丙酚对心肌缺血恢复的贡献较异氟醚小。在临床研究中，给药和处理方式可能对异丙酚和异氟醚干预MIRI 的效果产生影响。KOTTENBERG 等[29]使用异氟醚麻醉时RIPC 使cTnI 的ROC 曲线下面积减少，cTnI峰值及术后连续cTnI较异氟醚单独使用时减少；相反，异丙酚麻醉期间RIPC 不产生心脏保护作用。HUANG等[30]研究发现异氟醚预处理和异丙酚麻醉方案可以协同减轻行CABG患者的心肌损伤，主要表现为降低血浆cTnI、CK-MB 和心脏型脂肪酸结合蛋白(fFABP)，并促进术后心肌功能恢复。

七氟醚也属于气体麻醉药，具有较小的血气分配系数，较异氟醚排泄快[31]。LIU 等[32]在大鼠MIRI 模型中证实，异丙酚和七氟醚联合治疗可以通过降低丝裂原激活蛋白激酶激酶3 (MAP2K3)水平和上调Bcl-2/Bax途径减少细胞凋亡来保护心肌细胞免受损伤。然而，该研究并未比较联合用药与单一用药的差异。此外，SIRVINSKAS等[33]发现，麻醉期间应用七氟醚和异丙酚处理在心脏停搏前和再灌注后的线粒体常规和状态3呼吸率无显著性差异，另外在机械通气时间、血流动力学参数、ICU住院时间等方面也无显著差异；虽然七氟醚对术后的临床参数具有与异丙酚相似的影响，但七氟醚处理后的细胞色素C 较异丙酚显著降低。这些研究发现提示，异丙酚与七氟醚联合应用于MIRI可能产生协同效应。

N-乙酰半胱氨酸(NAC)是一种含巯基的抗氧化剂，OKSUZ等[34]在一项研究中观察并比较了异丙酚联合NAC 与氯胺酮对心脏的保护作用，发现NAC 与异丙酚合用对MIRI 的减轻作用优于氯胺酮(在有或无NAC 的情况下)，表现为丙二醛水平明显降低而过氧化氢酶水平升高，提示异丙酚可能协同增强NAC的抗氧化作用。TMZ是一种部分脂质氧化抑制剂，通过选择性抑制脂质氧化的关键酶，及增加葡萄糖氧化，对缺血性损伤具有保护效果[35]。YAO 等[36]通过Langendorff 灌注模型首次证实，异丙酚和TMZ 的联合应用可以获得更好的心脏保护效果，归因于TMZ可以恢复低糖条件下异丙酚对心脏保护的敏感性。

5 展望

细胞实验和动物实验研究表明，异丙酚预处理和后处理均可有效保护心脏和血管对抗MIRI，其作用机制主要为抗氧化、抗炎、抗凋亡和保护线粒体功能等。然而异丙酚应用于临床时，往往不能达到满意的心脏保护效果。由于MIRI的实验动物模型只涉及左冠状动脉结扎后再开放，而临床上患者的缺血性心脏病往往由冠状动脉病变发展而来，而且再灌注治疗的方式也有所不同，因此患者发生MIRI 的病理生理学机制更为复杂。此外，单一用药和给药处理方式也影响异丙酚对MIRI 的疗效。基于以上各种原因，导致基础研究和临床研究存在着明显差异与分歧。因此，今后的研究应多关注异丙酚在不同的再灌注治疗手术中对MIRI 的作用，以及给药的处理方式和时机对其疗效的影响，此外，也需进一步探究异丙酚与其他心脏保护药物联合应用的作用机制。