高胆固醇血症对缺血后处理心脏保护作用的影响及机制研究进展

段恋，吴楠，梁长彬，杨慧敏，贾大林

中国医科大学附属第一医院，沈阳110001

介入治疗和冠状动脉旁路移植手术的广泛开展，使心血管疾病患者得到了及时有效的救治［1-2］。然而，这些再灌注治疗方法可能不能减轻甚至加重缺血心肌的损伤［3］，即心肌缺血— 再灌注损伤（MIRI）。MIRI发生发展的机制非常复杂，活性氧的产生、线粒体功能异常、钙超载等可能参与其中。有研究表明，如果再灌注之前进行缺血后处理（IPoC）能够有效减轻MIRI的程度，但一些复杂因素可能影响IPoC 的心脏保护作用，如合并高胆固醇血症等。在高胆固醇血症条件下如何更有效地发挥IPoC 的心脏保护作用、减轻MIRI 具有重要意义［4］。现就高胆固醇血症对IPoC 心肌保护作用的影响及机制相关研究进行综述。

1 高胆固醇血症对缺血后处理心肌保护作用的影响

许多研究表明，高胆固醇血症可以减弱IPoC 对MIRI的心肌的保护作用。有学者表明，在患有高胆固醇血症和动脉粥样硬化的实验兔体内，IPoC 对MIRI 的预防作用被减弱。而血脂水平恢复到与基线相似的水平时，即使在已存在动脉粥样硬化的情况下，IPoC 的保护作用也得以恢复。这表明，高胆固醇血症会干扰心脏保护措施对心脏所赋予的保护作用，而这种干扰独立于动脉粥样硬化的发展而存在。有实验结果显示，8周内喂食1.5%胆固醇的大鼠模型中，几种IPoC 方案（每个周期4 个周期，每个15 s）均未能体现心肌保护作用；临床相关研究也证实心脏保护作用受到影响，且心脏保护作用下降与患者的低密度脂蛋白胆固醇血浆水平有关。

尽管有足够的实验证据表明高胆固醇血症可减弱IPoC 的心脏保护作用，但仍有多项研究得出相反的结论。有研究表明，在高胆固醇血症兔模型中，定期的短暂性肢体缺血可能会通过减少斑块面积百分比来阻止动脉粥样硬化的发展［5］。学者给予2%浓缩胆固醇和6%玉米油喂养2 周建立高胆固醇血症兔模型，结果显示，IPoC 有助于减小梗死面积，ILIO⁃DROMITIS等也得出了类似结论。

很明显，评估IPoC 作用的研究结果存在争议。笔者认为，结果的差异可能是由于使用了涉及不同动物种类的不同实验模型所致。饮食类型各异，比如胆固醇或脂肪浓度、组成（有无脂肪酸）以及持续喂养时间不同。特别是在IPoC 过程中，所使用的处理周期的数量和每次持续的时间不同。

2 高胆固醇血症影响缺血后处理心肌保护作用的可能机制

2.1 线粒体功能障碍 有研究发现，MIRI 与线粒体功能障碍有关，胆固醇在线粒体的蓄积增加，伴随着活性氧对胆固醇的氧化作用产生的氧化胆固醇生成增加。氧化胆固醇可参与动脉粥样硬化的发展，并通过增加氧化应激而导致各种细胞系中的细胞死亡［6］。因此，高胆固醇血症除了在动脉粥样硬化的发展中发挥作用外，还可能通过影响线粒体功能直接损伤心肌细胞，但所涉及的机制仍不明确，目前已知的主要有再灌注损伤挽救激酶途径和线粒体膜通透性转换孔（MPTP）不可逆开放等。

2.1.1 再灌注损伤挽救激酶（RISK）途径抑制RISK 途径是指一个复杂的信号级联反应，它结合了两种主要的途径：一种是磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）和蛋白激酶B（AKT）途径，另一种是促分裂原激活的蛋白激酶激酶和细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）途径。RISK 途径被认为是MIRI 后心脏保护中的主要信号转导途径。最近的研究探索了PI3K-AKT 和ERK1/2 下游的分子机制，以及再灌注时介导心脏保护作用中两种途径之间的相互作用，发现糖原合酶激酶3β（GSK3β）是重要的调节蛋白。NIKOLAOU 等［7］使用GSK3β 抑制剂观察了GSK3β在MIRI 中的作用，证明抑制GSK3β 表达可缩小梗死 面 积。AKBARI［8］观察 到锌可 以增加PI3K/AKT和GSK-3β 磷酸化，并保留蛋白激酶C 同工酶，因此建议在择期手术前服用锌制剂，以减轻MIRI。TIAN等［9］亦证明，在应用白藜芦醇进行预处理后，可增加AKT 及其下游GSK3β 的磷酸化而发挥对心脏的保护作用。

有研究发现，IPoC 无法减少高胆固醇血症大鼠心肌坏死和细胞凋亡，也不能增加AKT 和GSK3β磷酸化［10］。抑制GSK3β 可以减少健康和高胆固醇血症心脏的心肌梗死面积，但与IPoC 结合使用时，并没有获得额外的心脏保护作用。研究者认为，急性GSK3β 抑制可能成为急性心肌梗死期间的高胆固醇血症患者的一种治疗策略，而IPoC 可能因为对GSK3β 产生不利影响而效果较差。另有动物实验表明，在高胆固醇饮食12 周的小鼠模型中，IPoC 对心肌梗死和GSK3β 磷酸化的心脏保护作用被受到影响［11］。有学者发现，法舒地尔对Rho 激酶的抑制作用能够恢复IPoC 对高胆固醇血症大鼠的心脏保护作用，这种作用可能是由PI3K/AKT/内皮型一氧化氮合酶信号通路激活和心肌NO 含量增加介导的。VELEZ 等［12］观察到在心肌缺血前使用瑞舒伐他汀可保护MIRI 状态下的心脏功能，激活AKT、负性调节GSK-3β 并减弱MPTP 的开放性。 HONG等［13］观察到高胆固醇血症可通过改变PTEN/AKT/GSK3β 信号通路功能来减弱IPoC 对MIRI 心脏的保护作用，而抑制PTEN 可以恢复IPoC 的心脏保护作用。

2.1.2 MPTP 不可逆开放 MPTP 是一种非特异性的存在于线粒体膜上的孔道。该孔的不可逆开放可引起分子量大于1.5 kD 分子的被动扩散、线粒体膜电位破坏、氧化磷酸化解偶联以及F1F0-ATP合酶的逆转，导致糖酵解过程中产生的ATP 水解。上述所有事件最终导致线粒体功能障碍和细胞凋亡，此为发生MIRI 的重要机制之一。尽管有多项研究进行中，但MPTP的确切组成成分尚未阐明［14-15］。目前认为亲环蛋白D、腺嘌呤核苷酸转位酶、磷酸盐载体、电压依赖性阴离子通道和F1F0ATP 合成酶可能参与了MPTP 的形成。钙离子是MPTP 开放的最主要诱因。

有研究表明，心肌缺血再灌注期间，MPTP 在心肌细胞死亡中起主要作用［16］。坏死和细胞凋亡是受调节的细胞死亡的不同形式，然而，它们彼此之间并不完全独立［17］。线粒体中的氧化应激和钙超载均会引起MPTP开放［18-19］；MPTP开放后，线粒体外膜破裂导致细胞膜内蛋白从细胞质中释放出来，从而激活细胞凋亡途径。ZHANG等［20］也证实，线粒体介导的细胞凋亡在MIRI 中起关键作用；当发生MIRI 时，MPTP 的连续打开会引起线粒体损伤，并最终导致细胞凋亡。ZHOU等［21］提出DNA依赖性蛋白激酶催化亚基（DNA-PKcs）可通过抑制MPTP 开放来减轻缺血再灌注诱导的氧化应激及细胞凋亡。CHEN等［22］认为多胺（腐胺、亚精胺和亚精胺）作为在哺乳动物细胞多种生理和病理生理过程中起重要作用的聚阳离子，可能通过抑制或激活MPTP 开放而对MIRI 的组织产生保护或破坏作用。HIGGINS 等［23］发现，抗糖尿病药物二甲双胍可能是通过抑制MPTP 的开放而发挥抗凋亡作用。HUANG 等［24］研究发现，天然黄酮芹菜素可通过阻止MPTP 的开放、降低Caspase-3 活性、减少细胞色素C 释放，从而抑制细胞凋亡。MIAO 等［25］发现，橄榄油中提取的酚类化合物羟基酪醇可以抑制MPTP 的开放，从而防止MIRI。有研究表明，高胆固醇血症影响IPoC作用的可能是由于MPTP 的过度开放所致。PAUL 等［26］也发现，在帕金森病鼠模型中，高胆固醇血症加重了MPTP 过度开放诱导的中脑黑质中纹状体多巴胺及多巴胺能神经元的减少，并伴有运动行为下降。环孢素A 可以明显抑制MPTP 的开放，逆转IPoC 心脏保护功能的丧失，是一种在预防和减轻MIRI方面有应用前景的治疗药物［27-28］。

2.2 内质网应激（ERS） 内质网是蛋白质合成、折叠、修饰以及脂质合成和钙存储的关键细胞器。缺血缺氧、营养物质缺乏、脂质负荷过大等有害因素使内质网稳态受到破坏，蛋白折叠功能受损，蛋白质错误折叠甚至未折叠，错误蛋白质聚集过多，钙离子平衡被打破，即ERS。未折叠蛋白质反应（UPR）的调节剂肌醇反应酶1、激活转录因子6 和RNA 依赖性蛋白激酶样内质网状激酶的激活可触发UPR，发生ERS。内质网中有许多关键的脂肪形成分子，如固醇调节元件结合蛋白，是肝内调节固醇代谢的重要蛋白。最初，ERS 具有保护作用，有助于细胞修复，而长期ERS可能会启动Caspase信号转导通路，导致细胞凋亡和器官损伤。C/EBP 同源蛋白（CHOP）是内质网应激诱导细胞凋亡的特异性转录因子，ERS时诱导UPR 的三条通路，CHOP 均参与其中。而内质网分子伴侣葡萄糖调节蛋白78（GRP78）是ERS过程的标志性蛋白。GRP78 和CHOP 的增加，均可以反映ERS的激活。

越来越多的证据表明，高胆固醇血症增加心血管疾病的发病危险，与ERS 存在密切关系。脂质代谢涉及细胞中脂质的合成和降解，而ERS 是过量营养物质和脂质蓄积之间的潜在机制联系，是动脉粥样硬化、心肌梗死和心力衰竭发生的关键机制。我们之前有相关研究明确了ERS 在心肌缺血、内皮细胞损伤和细胞凋亡中的作用。虽然目前针对高脂血症状态下IPoC 和ERS 关系的研究较少，但有学者认为，抑制ERS 是IPoC 减轻MIRI 的机制之一。研究表明，IPoC 通过减少CHOP 表达，减弱ERS，减少Caspase-3、Caspase-12 引起的凋亡，预防大鼠IRI 带来的脑损伤。

综上所述，IPoC 是预防MIRI 的有效手段之一［29］，但是在临床实践中的应用效果受多种因素影响，其中高胆固醇血症会抑制IPoC 的心脏保护作用［30］。高胆固醇血症的抑制作用可能与线粒体功能障碍相关，如MPTP过度开放、RISK途径激活被抑制以及ERS 激活等。因此，减轻高胆固醇血症对心肌的负面影响可能是在高胆固醇血症条件下维持或恢复IPoC心脏保护作用的新途径。