依布硒啉对心血管线粒体保护研究进展

李 磊 向常清

三峡大学附属第二人民医院 宜昌市第二人民医院，湖北宜昌 443000

△三峡大学基础医学院2021级内科学专业在读硕士研究生

心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）是中国人群病死和过早死亡的主要原因之一，其病死人数占全国人口死亡例数的40%[1]。为了制订及时而有效的策略来应对心血管疾病带来的挑战，需了解心血管疾病发病机制。近年来，越来越多的实验表明，CVD患病机制与线粒体形态改变及功能障碍密切相关。如在衰老大鼠心肌中观察到线粒体内质网膜被严重破坏[2]，主动脉缩窄小鼠模型中检测到损害心脏线粒体功能，会加剧心脏病理重塑和功能障碍[3]，而内皮功能障碍、高血压的发展及心脏肥大则与线粒体动力学和活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生改变有关[4]，动脉粥样硬化与线粒体脱氧核糖核酸损伤及其功能障碍相关[5]，心力衰竭发生时呈现明显的线粒体功能障碍[6]。提示线粒体的功能与结构完整性对心血管系统健康至关重要，因此寻找合适的作用于线粒体上的药物意义重大。本文针对靶向作用于线粒体上的有机硒化合物依布硒啉（ebselen，EbSe）展开综述，着重介绍EbSe对心血管系统线粒体保护作用的研究进展。

1 EbSe对线粒体的作用机制

线粒体是细胞的主要能量中枢，参与蛋白质三羧酸循环、钙离子（calcium ion，Ca2+）储存、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）生成、脂质代谢等生理过程，同时是细胞凋亡的调控中心。一旦线粒体受损，机体重要生理过程将会失调。因此靶向作用于线粒体，促进其结构及功能恢复，对疾病治疗具有重要意义。目前常见线粒体靶向药物包括多柔比星、丁苯酞、环孢霉素A等，但其中多数药物未能通过临床试验或心脏毒性较大。近年来研究发现EbSe具有抗炎、抗氧化、抗凋亡等药理活性，其作用部位主要位于线粒体上，且毒性小。该药在日本已进入Ⅲ期临床试验。

1.1 EbSe修饰线粒体结构

Stefanello等[7]证实EbSe与线粒体呼吸复合物相互作用时，尤其是与硫醇基团相互作用，结合官能团（邻甲氧基、对甲基）促进线粒体参数改变并修饰其结构，提高抗菌作用。Wu等[8]研究发现在3-三醇诱导的人脐静脉内皮细胞中，具有谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活性的EbSe抑制3-三醇诱导的线粒体、内质网等细胞器中ROS水平的增强，减少细胞器结构受损。这一研究为在临床或非临床情况下EbSe作为一种有前景的抗动脉粥样硬化药物提供新依据。Santofimia-Castaño等[9]认为EbSe诱导线粒体Ca2+的短暂增加，导致AR42J肿瘤细胞的线粒体结构受损，最终导致肿瘤细胞的死亡。

1.2 EbSe保护线粒体功能

氧化反应主要由内源性抗氧化剂产生不足或ROS的过度生成所导致。ROS的存在可能会对多种生物分子造成严重的氧化损伤，其中线粒体尤其容易受到影响，这些损伤导致细胞内脂质、脱氧核糖核酸和蛋白质的降解，从而引发癌症、神经退行性疾病以及CVD等多种疾病[10]。谷胱甘肽（glutathione，GSH）含有一种活性巯基，是主要的自由基清除剂之一。研究证实EbSe具有活性巯基，有效抑制GSH-Px的活性，清除自由基，并能抵抗ROS引起的氧化应激[11]。近年来Jia等[12]研究发现EbSe增加急性脊髓损伤后GSH的含量以及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶的活性，从而改善线粒体功能。在探讨EbSe与线粒体的相互作用中，研究表明存在于线粒体中的大部分EbSe通过可逆的硒硫键与蛋白质硫醇结合，降解磷脂氢过氧化物，防止脂质过氧化并保护线粒体免受氧化损伤[13]。研究表明[14]，低浓度EbSe改善阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）小鼠N2a-SW细胞和组织中的线粒体能量代谢、生物发生以及融合/裂变平衡，恢复受损的线粒体形态和功能。过量的铁在心脏积累导致铁过载心肌病（iron overload cardiomyopathy，IOC），人类多能干细胞衍生的心肌细胞模拟早期IOC，抗氧化剂EbSe减少线粒体功能受损和防止铁过载表型[15]。最近的研究表明[16]，EbSe与二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）/ATP载体紧密结合，抑制线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）的异常开放，进而减轻线粒体功能障碍。以上研究结果表明，EbSe明显修饰线粒体形态并防治其功能障碍。

2 EbSe对CVD的作用

EbSe自问世以来，因其强大的抗氧化作用，被广泛应用于疾病治疗的相关基础研究中。现研究主要专注于EbSe对感染性疾病、缺血再灌注（ischemiareperfusion，I/R）、AD等疾病，证实EbSe具有强大的抗炎、抗脑卒中、神经保护等作用。但EbSe对CVD的保护作用不容小觑。

2.1 EbSe与缺血性心脏病

在心肌梗死和I/R损伤期间，冠状动脉的暂时性或永久性闭塞可导致多种后果，包括氧和营养供应不足、线粒体Ca2+超载、代谢异常、MPTP开放。上述情况进一步导致线粒体功能障碍和ROS增加，最终导致心肌细胞死亡和心肌损伤。大多数心肌损伤是不可逆的，很难完全或部分恢复。1994年Hoshida等[17]率先发现EbSe能降低犬I/R模型心脏损伤。此后研究人员陆续发现EbSe可减少I/R家兔热休克蛋白72表达及维持心肌GSH水平[18]，为新生儿期猪提供更好的心肌保护[19]，明显减轻I/R大鼠诱导的组织损伤和炎症[20]，减少I/R大鼠诱导的心肌梗死面积及防止I/R诱导的左室射血分数下降[21]。

2.2 EbSe与心肌病

心肌病是一种严重的心脏病，其主要表现为心脏的结构和功能障碍。Davis等[22]研究发现多日口服EbSe可降低慢性铁过载小鼠模型中心脏组织中细胞毒性醛和铁浓度，补充小鼠GSH-Px活性，分析EbSe可能具有双重心脏保护特性，即螯合铁和清除过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）作用，证明EbSe对治疗IOC具有重要意义。近年来Rhee等[15]在人类多能干细胞衍生的心肌细胞中发现EbSe选择性抑制二价金属转运蛋白1，防止铁超载，结果表明EbSe可能是治疗继发性铁超载疾病的新型药物。柔红霉素是一种蒽环类抗肿瘤剂，会引起严重的心肌病，导致致命的充血性心力衰竭，其心脏毒性机制尚未明确。Saad等[23]研究发现EbSe显著改善柔红霉素诱导大鼠的心脏指数及病理变化。钟勇等[24]观察到EbSe可降低糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）大鼠的血糖、三酰甘油、胆固醇水平及心肌SOD、GSH-Px活性，表明EbSe提升糖尿病大鼠心肌的抗氧化能力，可有效预防和治疗DCM。

2.3 EbSe与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种由脂质引起的大动脉慢性炎症性疾病。研究发现EbSe有效补充谷胱甘肽过氧化物酶1（glutathione peroxidase 1，GPx1）的缺失，减少其氧化应激，表明EbSe可能是治疗动脉粥样硬化的有效药物[25]。Tan等[26]研究EbSe对载脂蛋白E（apolipoprotein，ApoE）/GPx1双基因敲除小鼠的作用，减弱糖尿病基因敲除小鼠主动脉中的斑块形成和主动脉窦内的病变沉积。这项研究证明，使用EbSe增强GSH-Px活性可能是减轻糖尿病所致动脉粥样硬化的预防性方案。此外，研究指出EbSe能减少H2O2介导的p38丝裂原活化蛋白激酶介导的内皮细胞凋亡而抑制动脉粥样硬化[27]。

2.4 EbSe与心力衰竭

心力衰竭是一种多因素退行性疾病，其特征是充盈左心室和/或排出血液以满足身体需求的功能受损。它被认为是急性和慢性疾病的最终共同途径，尽管在药物和非药物干预方面取得了一定进展，但心力衰竭的治疗仍然是重大公共卫生问题。最早，Konorev等[28]提出EbSe协同增强SOD模拟物活性，对抗强效抗肿瘤药物多柔比星所致的心肌损伤。Taghvaei等[29]提出Sentrin特异性蛋白酶-2（sentrin-specific protease-2，SENP2）是一种导致心脏病变的蛋白，天然化合物甜菜宁相较于EbSe更能与SENP2活性位点构成稳定的复合物来靶向治疗心力衰竭。

2.5 EbSe与高血压

研究表明[30]，使用EbSe及维生素E治疗一氧化氮缺乏性高血压大鼠心脏损害时，其中EbSe的效果尤为显著，比维生素E更突出。一项研究[31]发现在转基因小鼠上，EbSe可靶向清除线粒体H2O2，增加线粒体脱乙酰酶Sirtuin 3（Sirt3）表达，防止内皮功能障碍、血管氧化应激和肥大，从而显著降低血管紧张素Ⅱ和醋酸脱氧皮质酸-盐所致的高血压。流行病学研究表明体内硒含量低与高血压风险之间存在关联。Lei等[32]研究发现长期缺硒会导致高血压，EbSe通过增加GPx1表达来减少H2O2的产生，促进尿钠排泄，进而降低血压。

2.6 EbSe与其他疾病所致的心血管损害

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）患者的谷胱甘肽过氧化物酶3（glutathione peroxidase 3，GPx3）水平不足，Pang等[33]猜想GPx3缺乏可能是ROS的积累和心肌微血管灌注减少而导致CKD并发CVD的原因。手术诱发CKD条件下，GPx3敲除小鼠品系给予EbSe后，小鼠血小板聚集缓解以及左室短轴缩短率明显改善。结果表明GPx3缺陷是肾脏疾病诱发的心脏病发展的一个重要因素，使用EbSe减少CKD并发的心血管损伤。吸烟者和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）患者并发CVD的风险显著增加。Brassington等[34]研究发现小鼠暴露于香烟烟雾（cigarette smoke，CS）中导致内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）表达下降。表达的下调和血管氧化应激的增加引起胸主动脉内皮功能障碍，EbSe通过减少氧化负荷和保持eNOS表达，消除暴露于CS的小鼠的主动脉内皮功能障碍。EbSe降低CS诱导的氧化应激可能提供了一种治疗与吸烟和COPD相关的危及生命的肺部和心血管疾病的新方法。以上研究结果表明，EbSe对心血管具有较好的保护作用。

3 小结与展望

当前研究提示EbSe在线粒体上有多个作用靶点，如模仿GSH-Px、抑制MPTP开放、改善能量代谢等。其具有抑制氧化应激、减少细胞凋亡、诱导肿瘤细胞死亡等功能。EbSe可显著保护心肌线粒体，现有研究表明其主要通过调节氧化应激来实现这一目的。但有关EbSe能够抑制钙超载、减少铁超载以及阻止膜的异常开启的研究报道较少。可进一步探讨EbSe与心血管保护的关系是否涉及除抑制ROS之外的其他机制；EbSe是否可以在心血管线粒体上发挥多重保护作用；EbSe是否可防治相关疾病所致的心血管损伤。以期未来的研究为疾病治疗带来更多的机会。