心肌缺血患者再灌注损伤的发生机制及临床治疗

朱明辉，朱骏昌，殷珺妹，刘迎午

（天津市第三中心医院心脏中心，天津 300170）

心肌缺血（myocardial ischemia）为心血管内科的常见病，是由于心脏血流灌注减少而引起的病理状态。心脏供氧的减少可导致心肌能力代谢异常，从而无法保证心脏的正常工作，对患者生命健康构成了严重威胁[1]。目前，再灌注仍然是治疗心肌缺血的主要方式[2]，该方案可以及时恢复心脏缺血区域的血液循环，保证心脑组织的血液供应；但是再灌注方案的实施也可引发心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI），导致心脑损伤进一步加重，最终危及患者生命[3]。在此背景下，如何能有效减轻心肌缺血患者的再灌注损伤已成为该领域的重点研究课题之一。近年来，随着相关研究的不断深入，关于心肌缺血再灌注损伤的防治研究也获得了初步进展。本文现对心肌缺血再灌注损伤的主要发生机制，以及治疗措施进行总结，旨在为后续相关研究及临床治疗提供参考，现综述如下。

1 心肌缺血再灌注损伤发生机制

1.1 氧化应激 缺血再灌注期间，心肌细胞线粒体、黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase from buttermilk，XOD）及中性粒细胞（Neutrophil）的呼吸爆发，可促使活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的大量生成，当其超出细胞内源性ROS 清除能力，可进一步引发心肌细胞损害[4]。其损伤机制主要包括以下几点[5，6]：①过量ROS 可攻击脂质细胞，导致心肌细胞膜受损，进而影响细胞膜的流动性与通透性，介导心肌损伤；②ROS 可攻击结构蛋白与酶，破坏心肌细胞结构的同时，抑制酶的活性，损伤心肌细胞；③ROS 可攻击核酸，导致DNA、RNA 交联断裂，阻碍心肌细胞基因表达，引起心肌细胞凋亡；④ROS 的过量释放可促使线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）开放，进一步增加线粒体ROS 的释放，导致正反馈回路的形成，引发恶性循环。以上机制均可造成再灌注性心律失常（reperfusion arrhythmia，RA），导致心肌顿抑、细胞凋亡、血管结构功能受损等不良情况。除此之外，缺血再灌注期间，氧化应激反应可促使血管内皮细胞一氧化氮（Nitricoxide，NO）的过量生成，大大增加了过氧亚硝基阴离子（ONOO-）的转化量，进一步引发氧化应激损伤[7]。近年来，随着临床研究的不断证实，氧化应激已成为心肌缺血再灌注损伤机制的重要危险因素。

1.2 钙离子超载 人体心肌缺血期间，心肌细胞无氧代谢增强，可促进氢离子的大量生成，对此，再灌注期间，细胞需通过钠离子-氢离子交换体与钠离子-碳酸氢根离子转运体，排出多余氢离子，以保证胞内pH 值[8]。但该过程可造成细胞外钠离子内流，导致细胞内钠离子升高，继而诱发钠离子-钙离子交换体的激活，造成钙离子内流，最终导致细胞内钙离子超载[9]。同时，肌浆/内质网Ca2+-ATP 酶（sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase，SERCA）功能障碍可进一步加重细胞内钙离子超载程度[10]。据研究指出[11]，细胞内钙离子超载可激活蛋白酶与钙依赖性磷脂酶活性，进而破坏生物膜结构完整性，引发肌原纤维强收缩、线粒体超微结构破坏、细胞内三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）耗竭及心肌顿抑等不良后果。此外，心肌缺血时，细胞内氢离子、钠离子与钙离子聚集现象可导致组织酸中毒，通过再灌注可迅速改变其细胞内离子流量，纠正pH 值；但该过程可导致钙离子内流增加，进一步加重细胞内钙超载现象，继而引发钙离子介导的心肌细胞毒性作用，导致细胞毒性不断加重[12，13]。由此可见，细胞内钙离子超载是引发心肌缺血患者再灌注损伤的重要原因。

1.3 线粒体通透性转换孔开放 心肌细胞中含有充足的线粒体，是保证收缩能量的重要条件[14]。其中，mPTP 是线粒体内膜的非选择性通道，而缺血再灌注引发的氧化应激、心肌细胞钙超载及pH 快速重整现象，均可促使mPTP 的开放，导致多种离子与蛋白分子在线粒体中自由出入，引发线粒体跨膜电位崩解，造成线粒体膜的去极化与氧化磷酸化，导致ATP 缺失，最终引起细胞死亡[15，16]。同时，mPTP开放可造成线粒体中活性介质及促凋亡分子的大量释放，致使心肌细胞损伤或凋亡[17]。可见，mPTP开放在心肌缺血再灌注损伤中具有承上启下的作用，可作为该病治疗的重要靶点。

1.4 内皮细胞功能受损 在缺血再灌注诱导的氧化应激状态下，内皮细胞极易受到ROS 的攻击，可诱发内皮素（Endothelin，ET）等缩血管活性物质的释放，促使冠脉收缩，引发冠脉循环障碍，导致心肌损伤[18]。同时，内皮细胞还可通过细胞因子、趋化因子及黏附因子等物质的表达，激活免疫系统，包括Toll 样受体（Toll-like receptors，TLR）激活、补体级联反应（complement cascade）及T 细胞/巨噬细胞介导的免疫应答等，进一步加重了心肌缺血再灌注损伤[19]。除此之外，缺血再灌注状态下，血管内皮细胞产生的NO 可促使高反应性物质的持续增加，导致ROS、蛋白酶等毒性因子介导的细胞毒性增强，加重心肌细胞受损[20]。在此基础上，当细胞内皮受损时，炎性细胞的聚集可增加血管通透性，而内皮细胞释放的黏附分子则可通过炎症反应进一步侵袭组织，导致心肌受损加重。现阶段，心肌缺血再灌注损伤多发生于心肌梗死患者中，而此类患者常伴有血栓堵塞等现象；其中，白细胞（white blood cell，WBC）与血小板（platelet）碎片堵塞微血管可能是导致心梗患者缺血再灌注损伤的重要原因之一[21]。研究指出[22]，中性粒细胞等炎性细胞产生的ROS 及蛋白酶，可阻塞微血管系统，严重损害到心肌细胞。因此，内皮细胞功能受损是引发心肌细胞损害的重要原因。

2 心肌缺血再灌注损伤的治疗措施

2.1 缺血预适应 研究发现[23]，心肌在经历冠脉短暂多次缺血再灌注后会产生一定的保护功能，缺血预适应（ischemic preconditioning，IPC）概念在此基础上被提出，通过反复、短暂的缺血预适应训练，激发人体免疫系统的应急机制，诱发腺苷（Adenosine）、缓激肽（Bradykinin,BK）、一氧化氮等内源性保护物质的产生与释放，以此增强缺血耐受性，发挥心肌保护作用[24]。研究显示[25]，IPC 早期保护阶段可于再灌注后迅速产生，持续时间为2～3 h，可在缓激肽、腺苷受体信号的介导下，激活G 蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs）通路，而IPC 迟发保护阶段多于再灌注12～24 h 后产生，持续时间为4 d 左右，此阶段可通过热休克蛋白70（Heatshockprotein70，HSP70）、过氧化氢酶（Hydroperoxidasecatalase，CAT） 及超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）等内皮性抗氧化酶物质，发挥缺血保护作用，减轻机体再灌注损伤。主动脉横断钳闭术（aortic cross-clamping）是常用IPC 手段，但此类IPC 方案可引起疾病性动脉粥样硬化斑块脱落及冠状动脉破裂等情况，损伤心脏功能[26]。因此，其应用前需给予缺血预处理刺激，适用范围有限。

2.2 药物治疗

2.2.1 减轻氧化应激 氧化应激是导致心肌缺血再灌注损伤的主要原因。研究显示[27]，别嘌呤醇（Allopurinol）与腺苷（Adenosine）等均可促使中性粒细胞激活，减少超氧阴离子的产生，是缓解机体氧化应激的重要措施。此外，相关研究发现[28]，新型褪黑素受体激动剂Neu-P11 可减少心肌细胞凋亡与氧化损伤，降低心肌细胞中丙二醛（Malondialdehyde）等氧化产物的生成，同时减少肌酸激酶（Creatine kinase，CK）及乳酸脱氢酶（Lactate dehydrogenase，LD）的血清含量，增加心肌Bcl-2 蛋白（B-cell lymphoma-2）表达，下调Bax 蛋白表达，减少心肌细胞凋亡率，发挥心肌保护作用。基于此，可通过预防性应用Neu-P11，抑制心肌细胞的凋亡与氧化损伤，发挥防治作用。另有研究指出[29]，丙酮酸（Pyruvic acid）、天门冬氨酸（Aspartic acid）、谷氨酸（Glutamic acid）等代谢添加剂可减少脂肪酸氧化供能，进而减轻再灌注期间的氧化应激损伤，但该研究受限于小规模试验，尚需临床的进一步扩展研究。

2.2.2 抑制钙离子超载 针对缺血再灌注期心肌细胞内钙离子超载机制，临床主张将2 型Ryanodine受体（type 2 ryanodine receptor，RyR2）作为治疗新靶标[30]，RyR 受体为内质网/肌浆网上的钙释放通道，可迅速释放钙离子，对胞内钙离子平衡具有重要作用。当心肌缺血时，RyR 受体结构及功能可受到一定损坏，进而引起舒张期钙离子泄露。对此，应用RyR 受体阻滞药物可有效防治心肌内质网/肌浆网钙离子的大量释出，阻碍钙离子内流，进而调节细胞内钙离子平衡。据Gong D 等[31]研究显示，在各种调节剂中，钙调蛋白（CaM）可参与细胞内多种信号转导途径，并于钙离子依赖性信号转导途径中发挥关键作用，通过钙离子依赖性方式调节RyR2。通过CaM 的外源性补充，可有效阻滞RyR 受体，进而改善缺血再灌注期心肌细胞内钙离子超载现象，达到治疗目的。但此类研究仍处于研究阶段，其可行性尚有待进一步完善与证实。

2.2.3 抑制mPTP 开放 心肌细胞mPTP 开放现已被证实为诸多上游细胞内信号通路的共同效应器，是心肌缺血再灌注损伤的重要治疗靶点[32]。目前，腺苷与硝普钠均是临床应用较为成熟的心血管保护药，其中，腺苷不仅可舒张血管，还可阻碍血管内皮细胞的激活，抑制mPTP 开放，发挥心肌保护作用。在此基础上，嘌呤类似物阿卡地辛（Acadesine）可有效增加组织中的腺苷水平，促进心肌保护效果的提升。此外，低氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）可通过增强氧糖酵解，缓解线粒体的氧化应激反应，进而抑制mPTP 开放，达到保护心肌细胞的目的。另有研究发现[33]，静脉注射mPTP非选择性抑制剂环孢菌素A（Cyclosporine A）可抑制再灌注早期mPTP 的开放，为该领域治疗提供了有效参考。

2.3 药物后处理 药物后处理是在再灌注后，通过注入生物活性物质模拟缺血后适应的保护机制，属于外源性介入方案，但其保护机制与内源性缺血后适应具有较大相似性，具有操作方便、可控性高、安全性好等应用优势。张云盛等[34]通过大鼠实验指出，药物后处理可减轻心肌缺血再灌注损伤，保护缺血心肌，效果理想，具有较强参考价值。

3 总结

心肌缺血再灌注损伤的发生与氧化应激、细胞内钙超载、mPTP 开放及内皮细胞受损等原因有关，可将其作为治疗靶点，通过相应措施防治心肌缺血再灌注损伤的发生。目前，缺血预适应、药物治疗及药物后处理等方案均为该领域重点研究方向，虽取得较大进展，但部分措施仍不成熟，尚需大规模临床试验的进一步探究，以完善心肌缺血再灌注损伤的防治。