远程缺血预处理-减轻心肌再灌注损伤的机制

陈玲 胡阳 王煜 邓洁

昆明医科大学附属延安医院老年病科（昆明650000）

再灌注技术能及时挽救缺血心肌，使冠心病（特别是急性心肌梗死）的病死率显著下降。但是缺血心肌在恢复灌注后，其组织损伤反而呈进行性加重，缺血期引起的心肌超微结构、能量代谢、心功能和电生理等一系列损伤性变化，在血管再通后表现的更为突出，甚至会发生严重的心律失常而导致猝死，这便是心肌缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）。研究表明IRI可能占最终心肌梗死面积大小的50%。目前有关减少IRI 的经典方法是缺血预处理（ischemic preconditioning，IPC），即通过对心脏进行反复多次短暂的缺血刺激，来提高心肌本身对随后较长时间的缺血再灌注损伤的耐受力。IPC 已经应用于如冠状动脉球囊血管成形术、冠状动脉旁路移植手术等一些临床情况中，通过多个简短的球囊起伏或冠状动脉结扎来实现缺血预处理，可是这些IPC操作创伤大、风险高，因此其临床应用受到了限制。1993年PRZYKLENK 等提出远程缺血预处理（remote ischemic preconditioning，RIPC）的概念，即对某一器官进行短暂非致死性缺血预处理后，可对随后发生缺血事件的远隔器官产生保护作用的现象。RIPC 较之IPC 具有方便安全、临床操作简便易行、经济成本较低、对靶器官损伤小等优点，在临床上具有广泛的应用前景。本文将重点对RIPC 减轻心肌IRI 的相关机制进行探讨。

1 远程缺血预处理概念的提出

1986年，MURRY 等人在动物实验发现，在心肌缺血前预先将冠状动脉闭塞4 ～5 min，然后再灌注5 min，如此重复多次，可提高心肌对随后较长时间缺血的耐受性，并由此提出了IPC 的概念，即短暂、可逆的心肌缺血发作可增强心肌对后续缺血性损伤的抵抗力，并在随后更长时间的缺血期间限制梗塞面积。然而间断夹闭和松开主动脉夹闭钳可能造成由动脉粥样硬化斑块碎片脱落引起的外周血管栓塞。另外，许多混杂因素如吸烟、糖尿病、高胆固醇血症、左心室重构、药物等会影响IPC 的疗效，甚至消除IPC 的保护作用，这使得IPC在临床的运用受到了限制。

随着研究的深入，人们发现不仅可以通过对冠脉实施缺血再灌注（ischemia reperfusion，I/R）来诱导心肌产生自我保护，对远端器官或组织实行反复的I/R 处理，也能诱导心脏产生保护作用。这便是后来所说的RIPC。RIPC 最初的提出源于对犬的冠状动脉左回旋支进行短暂的局部缺血和再灌注处理后，可以减小因左前降支闭塞而引起的心肌梗塞面积。随后大量研究证实，在一个非心脏的组织或器官中进行短暂、可逆的缺血再灌注预处理后，可减轻心肌IRI。柴青等发现阻断大鼠双侧股动脉来建立远端缺血预适应模型，能够有效缓解随后心肌缺血导致的心肌损伤及心肌细胞凋亡。JIN 等［1］在对患者进行心脏瓣膜置换术前，先用袖带加压阻断上臂及大腿血供、再恢复其血供（同时充气至200 mmHg 5 min，再放气至0 mmHg 5 min，循环2 次），对手术患者进行术前RIPC，术后患者肌钙蛋白T 释放水平较对照组有所下降、急性肺损伤发生率下降且ICU住院时间缩短。

2 RIPC 保护作用的相关机制

目前认为RIPC 的心脏保护效应是通过神经［2］和（或）体液因子［3］将远处的心脏保护信号传递到心脏的结果。一旦这些保护信号进入心脏后，将作用于心肌细胞膜表面受体，产生如蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）、蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）、酪氨酸激酶（tyrosine kinase，TK）等蛋白激酶，进一步启动细胞内信号级联反应，通过多种信号传导通路（如PIK3-Akt 信号通路、ERK1/2 信号通路等［4］），最终作用于线粒体上，抑制线粒体通透性转化孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）的开放、促进线粒体ATP 敏感性钾通道（mitochondrial ATP-Sensitive potassium channel，MitoKATP）的开放，从而减轻IRI［5］

2.1 RIPC 作用于线粒体

2.1.1 RIPC 抑制线粒体mPTP 的开放mPTP 是存在于线粒体内膜的一组蛋白复合体，是一种非特异性通道，在一定条件下，它可介导线粒体膜通透性的改变。生理情况下mPTP 是关闭的，心肌I/R后会导致钙离子过载、大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）形成、炎症反应、PH 值快速恢复等，这些因素协同作用促使mPTP 开放，从而破坏线粒体膜电位，使氧化磷酸化解偶联，最终导致ATP 耗竭及细胞死亡［6］。更为重要的是，mPTP 开放会导致线粒体内胶体渗透压迅速上升、线粒体基质肿胀，最终导致外膜破裂并释放细胞色素c（一种促凋亡因子），从而激活半胱天冬酶级联反应，诱导心肌细胞凋亡［7］。

2.1.2 RIPC 促进线粒体MitoKATP 通道的开放MitoKATP 通道在介导RIPC 保护作用中具有重要地位。MOSES等［8］对猪的一项研究中，通过在RIPC前给予实验动物MitoKATP 阻滞剂或MitoKATP 激活剂，来证实MitoKATP 在RIPC 的心脏保护中发挥关键作用。RIPC 中产生的一氧化氮、腺苷、缓激肽、阿片类物质可能通过激活细胞内PKC 信号传导通路，最终导致MitoKATP 通道开放，从而促进线粒体及肌浆网内钙离子的外流，减少细胞及线粒体内钙积聚。另外，MitoKATP通道的开放还可使ATP合成增加、水解减少，从而增加心肌细胞内ATP 的含量，提高心肌细胞在缺血期间对缺血缺氧的抵抗力。MitoKATP 通道可能是RIPC 的最终效应器，对缺血再灌注心肌细胞的生存和死亡起重要作用［9］。

2.2 RIPC 介导心肌细胞凋亡传统的观点认为，IRI 会通过坏死来介导心肌细胞死亡，然而，越来越多的研究表明，再灌注过程还会导致细胞的凋亡，与坏死不同的是，凋亡是一种由基因调控的、能量依赖性的程序性细胞死亡。心肌梗死高峰时凋亡细胞数比坏死细胞数高七倍，并且梗死灶周边区域的心肌细胞凋亡，扩大了梗死面积、促进了心室重构，对心肌产生不利影响［10］。在冠状动脉闭塞过程中，坏死是心肌细胞死亡的标志，但缺血的同时也会启动心肌细胞凋亡相关信号，只是细胞的凋亡直到再灌注发生时才执行［11］。因此心肌缺血后最终梗死面积的大小似乎是由心肌的坏死和凋亡共同决定的。研究证实，RIPC 对心肌的保护作用与抑制心肌细胞凋亡关系密切。RIPC 减少凋亡的潜在机制可能与调控促凋亡及促生存的信号，从而抑制外源性和内在性凋亡途径有关：RIPC 可以通过抑制TNF-α 的释放，减少细胞凋亡来保护心肌。此外，RIPC 还会上调抗凋亡蛋白Bcl-2 的表达，下调促凋亡蛋白Bax、caspase-3 等的表达［12］来减少再灌注诱导的细胞凋亡。

2.3 神经信号从远端器官传递到心脏人们发现，把动物的双侧颈或膈下迷走神经离断后，RIPC 减少心肌梗死面积的作用将大幅降低［13］；ABRAHAM等［14］发现做心脏搭桥手术的患者如果存在自主神经失衡，对患者实施RIPC 将无法起到心脏保护作用；用神经阻滞剂六甲铵预处理大鼠后，RIPC 对心脏的保护作用会被削弱［15］。这些现象均表明RIPC 的心肌保护作用与神经机制有密切的关系。

RIPC 会使预处理器官周围的神经纤维兴奋，被激活的纤维主要通过两种方式来发挥心脏保护效应：（1）兴奋性纤维传递信号至大脑或脊髓［16］，使其发出指令激活迷走神经，释放乙酰胆碱并作用于毒蕈碱受体，导致相关体液因子如腺苷、胰高血糖素样肽-1（Glucagon-like peptide-1，GLP-1）等的释放［17］，随后在心脏发挥其保护作用。（2）RIPC还会削弱交感神经兴奋性，改善反应性充血、减轻内皮功能障碍、提高NO 的生物利用度、防止氧化应激形成等［18］。总之，RIPC 通过增强副交感神经系统的兴奋性、削弱交感神经系统的兴奋性协同发挥心脏的保护效应。

2.4 体液信号从远端器官传递到心脏除神经因素以外，体液因素在RIPC 的保护效应上也起着不可或缺的作用。早期的研究表明，短暂的I/R 会产生腺苷、去甲肾上腺素等体液因子，并释放到冠状动脉流出物中，将这种冠脉流出物注入到受体的心脏内，可诱导受体心脏产生保护作用［19］；IGOR 等［20］对受体猪的肢体施行RIPC 后，可减轻随后移植的去神经供体心脏的IRI，这项研究首次证实了除神经因素外，RIPC 还存在循环因子（如降钙素基因肽等）来发挥心脏保护作用。随后大量研究在接受RIPC 患者的血中提取到如腺苷、缓激肽、缺氧诱导因子1α（Hypoxia-inducing factor-1α，HIF-1α）、GLP-1）、前列腺素、微小RNA 等具有心脏保护作用的体液因子［21］，并可以通过输血将其转移至受体身上［22］

目前认为RIPC 诱导体液因子释放的潜在位点主要有四个：（1）来自远端预处理器官本身；（2）来自中枢神经系统；（3）来自心脏内节前或节后副交感神经末梢；（4）来自接受副交感神经支配的未行处理的远端器官或组织［23］。这些体液因子从远端的预处理器官传递到心脏后，便会启动细胞内信号级联反应，通过多种信号传导通路来发挥心脏的保护作用。目前有关RIPC 减轻心肌IRI 的相关信号通路还不完全清楚，研究较多的有PI3KAKt 信号通路、JAK-STAT 信号通路、ERK1/2 信号通路、NF-κB 信号通路［24］等。通过这些途径的信号级联，可以从增强抗凋亡基因的表达、抑制促凋亡基因的表达、抑制线粒体mPTP 的开放、促进MitoKATP 通道的开放等［25］多个方面来减轻IRI。

2.5 RIPC的其他保护效应RIPC除了通过上述神经体液相关机制来减轻心肌损伤以外，近年来的研究还发现RIPC 可能对全身各个系统均有利。RIPC 可以增加狭窄远端冠状动脉的灌注压力（the coronary arterial blood pressure distal to stenosis，Pnoccl），XU 等［26］的研究证明RIPC 可以降低冠脉阻力并增加冠脉血流量，从而增加狭窄远端冠状动脉的血压。更为重要的是，在存在一两只血管严重狭窄的冠心病患者身上，RIPC 可增加冠脉侧支循环的血流，而冠脉侧支的生长被认为是一种有效的自然防御机制，开放侧支这种涓涓细流的灌注方式，可以在第一时间恢复缺血区域的血供，挽救濒死心肌、改善微循环，并可使干预药物快速抵达缺血区，提高治疗效果。除此之外，对于那些失去PCI 机会和没有手术指征的患者（尤其是老年患者）而言，冠状动脉侧支循环的地位不言而喻，有研究发现，与年轻的志愿者相比，老年高血压受试者从RIPC 中受益更多；在PCI 实施期间RIPC 可以减轻PCI 相关的炎症反应、内皮功能障碍、微循环障碍及心肌损伤，心肌坏死标志物如CK-MB，cTnl的释放也明显减少。而在其他系统，RIPC 已被证明可减轻缺血性中风后的脑损伤［27］；RIPC 在各种急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）中也发挥了重要价值，在具有高AKI 风险的重大心血管手术中，RIPC 能发挥具有肾功能恢复的延迟保护效应，还能降低造影剂肾病的发病风险。RIPC 是神经机制和体液机制共同作用还是分别单独作用、RIPC 和经典缺血预适应是否有共同的机制等其过程很复杂，涉及很多因素参与，包括多种分子甚至基因表达，且每个因素并非孤立存在，它们之间存在着错综复杂的联系。

3 结语

RIPC 利用远端器官缺血预处理的方式，使心脏产生内源性的保护效应，从而减轻IRI，与传统的IPC 相比，可操作性强、费用低廉、安全无创、接受度高。对它机制的进一步研究不仅有很高的理论价值，而且还有很高的临床应用价值。

但目前RIPC 对心脏保护的具体作用机制尚未完全阐明，有关预处理器官的最优选择也需要进一步的研究。另外，急性心血管事件的发生具有不可预知性，而RIPC 需要在I/R 发生前行远端组织器官的IPC，故其在急性心肌梗死等疾病中的应用也受到限制。实际上，当前临床已在尝试将RIPC 作为一项新的心脏保护技术，在配合药物等其他治疗的同时，RIPC 可应用于心肺转流心脏瓣膜置换术、小儿心脏手术、冠脉搭桥术等围手术期间的治疗。此外，RIPC 不仅是在心肌保护中，在器官移植、脑保护、肺保护等方面都有广泛的应用前景，将来可以为围手术期脏器保护提供新的思路。随着对RIPC 机制的进一步研究，我们对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。