心肌缺血再灌注損傷機制及治療研究進展

陳 輝，鄭 敏，葉華山

(湖北科技學院，湖北 咸寧 437100)

再灌注治療為急性心肌梗死的治療提供了高效的治療方式。但心肌缺血再灌注減少急性心肌梗死面積的同時由于冠狀動脈的驟然開通與血流恢復，引起血管內(nèi)皮細胞功能異常、激活炎癥因子等，導致再灌注損傷［1］。由于心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)極高的發(fā)病率以及致死率，其損傷機制及治療成為研究者關(guān)注的焦點。本文就目前國內(nèi)外對于MIRI 的主要發(fā)生機制以及針對每一種損傷機制提出的最新治療方法做一綜述。

1 MIRI 機制

1960 年，Jennings 等［2］利用犬科動物的心臟進行冠狀動脈結(jié)扎實驗，首次發(fā)現(xiàn)心肌缺血再灌注后加重了心肌壞死。1985 年，由Braunwald 等［3］人首次提出了“MIRI”的概念，對于其損傷機制，目前已獲得普遍認可的原因具有以下幾方面。

1.1 自由基損傷機制組織細胞在缺血時，機體內(nèi)完整的抗氧化防御系統(tǒng)功能降低或者喪失，生成大量的氧自由基，一旦再灌注恢復供血和供氧，氧自由基大量累積，活性氧對細胞內(nèi)DNA，蛋白質(zhì)、脂肪有直接的損傷，除了激活氧化通路外，這種非特定的損傷會激發(fā)細胞因子介導的級聯(lián)反應，導致腫瘤壞死因子ɑ(TNFɑ)的產(chǎn)生。過多的TNFɑ 表達以及心肌細胞TNF受體累積將導致心肌收縮性功能障礙，心肌肥厚、纖維化以及細胞凋亡，從而造成心肌細胞急性或者慢性損傷［4］。

1.2 細胞內(nèi)鈣超載和線粒體損傷 目前一般認為MIRI 細胞內(nèi)鈣超載形成機制極為復雜，主要與心肌細胞膜通透性增加引起大量胞外鈣順濃度梯度內(nèi)流(心肌細胞膜鈣漏)、肌漿網(wǎng)鈣泵攝鈣功能障礙致胞內(nèi)鈣離子回流鈣庫受阻、胞內(nèi)H+濃度驟增激活Na+/H+交換使大量Na+內(nèi)流進而激活Na+/Ca2+交換導致鈣內(nèi)流增加等因素有關(guān)。有研究者認為鈣超載對心肌的損害主要來自于線粒體功能的障礙，Ca2+可在線粒體內(nèi)形成磷酸鈣鹽沉積破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能，干擾線粒體氧化磷酸化，使能量代謝障礙，ATP 生成減少并引起Ca2+依賴性的線粒體滲透性轉(zhuǎn)運孔道(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)持久性改變［5］。

1.3 能量代謝障礙 心肌缺血時，心肌細胞由有氧代謝轉(zhuǎn)為無氧代謝，ATP 產(chǎn)量減少。由于ATP 是細胞代謝能量的直接來源，心肌細胞長期處于缺血缺氧狀態(tài)，ATP 不足將導致細胞凋亡，從而引起一系列代謝異常和紊亂。在上述自由基損傷、線粒體鈣超載兩種病理過程中，能量代謝障礙可能是再灌注損傷發(fā)生的導火索［6］。

1.4 炎癥反應 再灌注損傷誘導的心功能障礙中中性粒細胞具有舉足輕重的地位。正常情況下，其處于靜止狀態(tài)，缺血時，中性粒細胞被激活，致使20 多種蛋白水解酶以及氧自由基的釋放，進入心肌缺血區(qū)，產(chǎn)生炎癥反應并引起心肌組織損傷［7］。臨床上，C 反應蛋白(C-reactive protein，CRP)常作為炎癥反應的代表指征，劉玲玲等［8］在研究中推測，腫瘤壞死因子受體超家族成員CD137 與其配體相互作用可促進中性粒細胞被激活、黏附并穿越血管壁，進入心肌缺血區(qū)，產(chǎn)生炎癥反應并引起心肌組織損傷。附著于血管內(nèi)皮細胞的中性粒細胞可促進中性粒細胞及血小板釋放化學趨化介質(zhì)和血小板激活因子等，最終造成毛細管機械堵塞，并通過釋放損傷性介質(zhì)直接擴散而致心肌細胞損傷。

1.5 血管內(nèi)皮細胞功能障礙 心肌缺血再灌注時，內(nèi)皮細胞產(chǎn)生大量的活性氧從而引起心肌的損傷。除此，再灌注期血管內(nèi)皮細胞分泌的內(nèi)皮源性舒張因子(主要是一氧化氮)障礙，而分泌血管收縮物質(zhì)增加，導致冠脈血管收縮、血小板聚集，加重心肌缺血和損傷［9］。

1.6 心肌細胞凋亡 心肌細胞凋亡是導致缺血再灌注組織損傷的重要機制。細胞凋亡發(fā)生在心肌持續(xù)缺血以及缺血后再灌注的情況下，再灌注后心肌細胞凋亡增加，而且隨缺血以及再灌注時間延長凋亡細胞顯著增多，其可能機制為增加了細胞內(nèi)活性氧以及Ca2+水平，從而促進細胞凋亡［10］。

2 MIRI 治療方法

2.1 清除心肌細胞氧自由基 心肌缺血再灌注過程中，缺血區(qū)產(chǎn)生大量的氧自由基，是目前比較認可的導致再灌注損傷的機制之一，因此針對清除缺血區(qū)產(chǎn)生的氧自由基為再灌注損傷治療提供了可行的思路。Zhao 等［11］研究了中藥四逆湯對小鼠再灌注損傷的保護作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)四逆湯能夠明顯增強心肌組織和線粒體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)的活性，減輕再灌注損傷。Liu 等［12］采用SD 大鼠再灌注損傷模型，發(fā)現(xiàn)槲皮素可顯著抑制丙二醛(MDA)、提高谷胱甘肽、SOD、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶的活性，從而抑制心肌細胞的氧化應激反應達到保護心臟的作用。Braunersreuther 等［13］通過小鼠MIRI 模型，研究了各種NADPH 氧化酶亞型(Nox1 基因、Nox2 基因、Nox4 基因)在MIRI 病理生理中的作用。研究結(jié)果顯示，在缺乏Nox1、Nox2、以及Nox1/Nox2雙基因的小鼠模型中心肌梗死面積顯著減少，由此說明再灌注期間Nox1、Nox2 基因會介導氧化損傷。所以，Nox1、Nox2 可作為藥物靶點用于減輕MIRI。

2.2 減輕線粒體損傷和細胞內(nèi)鈣超載

2.2.1 阻止細胞內(nèi)鈣超載 細胞膜內(nèi)Na+/H+交換(NHE1)在心臟衰竭以及心臟保護方面具有重要的作用。Wakabayashi 等［14］通過研究NHE1 與其上下游導致心肌肥厚的靶標蛋白的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)激活NHE1、通過改變Na+濃度以及pH 梯度可改變Ca2+依賴性的信號通路。由此可看出，對NHE1 和靶標分子之間的定向干預，可能減少細胞內(nèi)Na+/Ca2+的交換，對MIRI提出了一種新的治療策略，并且這種機制不會抑制細胞內(nèi)基本離子的交換活性，不影響離子生理穩(wěn)態(tài)的維持。Fauconnier 等［15］提出了以2型Ryanodine 受體(RyR 受體)作為MIRI 治療的新靶標。RyR 受體能夠迅速將Ca2+從心肌肌漿網(wǎng)(SR)中釋放出來，從而發(fā)揮一系列生理功能，且對維持細胞內(nèi)鈣水平具有重要作用。在急性缺血時，RyR 受體的結(jié)構(gòu)和功能受到導致嚴重受損，導致舒張期的Ca2+泄露。使用RyR 受體阻滯藥可防止大量Ca2+從心肌肌漿網(wǎng)中釋放。同時，在缺血再灌注過程中減少RyR 受體依賴性的心肌肌漿網(wǎng)Ca2+的泄露是缺血再灌注損傷的防治靶點。在這種情況下，使用特定的RyR 受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑可以降低舒張期Ca2+的滲漏而不改變興奮收縮偶聯(lián)。

2.2.2 抑制mPTP 開放 再灌注期間，細胞的存活大多由線粒體膜透化程度決定。線粒體膜通透性輕度改變，細胞可恢復正常;中度透化會引起細胞程序性死亡;重度透化，細胞將會由于能量供應不足而壞死。mPTP 抑制劑環(huán)孢霉素A(CsA)，能夠抑制mPTP 的開放并有效的減弱MIRI。Huang 等［16］通過研究不同劑量的環(huán)孢素霉A 在缺血再灌注損傷的大鼠模型體內(nèi)的劑量-效應關(guān)系，以確定最佳的劑量(2.5mg/kg)來減少MIRI。劉春偉等［17］通過觀察阿托伐他汀(ATV)后處理對離體大鼠MIRI 的作用發(fā)現(xiàn)，阿伐他汀后處理可通過激活PI3K-Akt 通路，促進mito-KATP 通道開放，最終抑制mPTP開放，產(chǎn)生心肌保護作用，其中mPTP 是終末效應器，而PI3K-Akt 通路及mito-KATP 通道是其上游調(diào)節(jié)途徑。因此，抑制mPTP 開放作為可望成為預防MIRI 損傷的新靶點。

2.3 調(diào)節(jié)細胞內(nèi)能量代謝機制 磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是一種重要的協(xié)調(diào)代謝和能量需要的應激蛋白激酶，特別是在能量供應不足時維持機體代謝平衡。研究表明，腺苷酸蛋白激酶(AMPK)在抵制MIRI 中具有保護心臟的作用。Jooyeon 等［18］通過采用敲除Cereblon(CRBN)基因的小鼠模型，測定小鼠心肌梗死面積以及纖維化程度，來評價切除CRBN 基因?qū)IRI 的心臟保護作用。研究發(fā)現(xiàn)CRBN 是AMPK 的內(nèi)源性調(diào)節(jié)劑，切除CRBN 在提高AMPK 活性的同時減少對心肌缺血再灌注的損傷。因此，抑制CRBN 活性或者干擾CRBN-AMPK 間的相關(guān)關(guān)系為缺血再灌注損傷提供了可能的保護機制。Yoshioka 等［19］采用離體大鼠MIRI 模型，通過對敲除硫氧還蛋白-相互作用蛋白(TXNIP)基因的多重分析，發(fā)現(xiàn)雖然TXNIP 基因的消除抑制了線粒體的功能，但是由于其增強了無氧代謝，又為機體活動提供了另一種能量來源，致使抑制TXNIP 基因可以降低缺血再灌注后心肌梗塞面積達到保護心臟的作用。

2.4 抗炎癥反應

2.4.1 抑制中性粒細胞活性機制 中性粒細胞被證實參與再灌注損傷的始發(fā)機制。多形核中性白細胞在IR 引起的心功能障礙中起關(guān)鍵作用，包括引起氧自由基產(chǎn)生炎性產(chǎn)物釋放、蛋白激酶脫顆粒與釋放、炎性產(chǎn)物釋放進而增強大量中性粒細胞募集并激活進入受損心肌組織中［20］，因而抑制中性粒細胞浸潤為再灌注損傷提供了另一種治療方法。補體系統(tǒng)激活是MIRI 重要機制之一，抑制補體系統(tǒng)活性是缺血再灌注損傷治療方法之一，而Lu 等［20］發(fā)現(xiàn)采用補體C1 抑制劑防治MIRI 效應不僅只是源于補體系統(tǒng)的抑制，同時與其抑制中性白細胞募集到缺血組織有關(guān)，該效應并非由于蛋白激酶的抑制所致。

2.4.2 抑制NF-κB 及促炎性細胞因子的釋放MIRI 細胞內(nèi)Ca2+濃度的增加以及焦磷酸鈣復合物、尿酸的形成是導致炎癥的強效刺激物，能夠介導白細胞介素-1(IL-1)β 生成和分泌的增加。另外，TOLL 樣受體累積最終更進一步通過激活NF-κB 刺激促炎性細胞因子和趨化因子的累積。Ding 等［21］研究了Toll 樣受體4(TLR4)及其配位體高遷移率族蛋白B1(HMGB1)在MIRI 中的作用機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HMGB1-TLR4 軸在MIRI 細胞凋亡的觸發(fā)中起關(guān)鍵性病理作用，其機制主要是由于HMGB1/TLR4 相關(guān)通路引起的細胞因子釋放和炎性反應所致。Liang 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，17-甲氧基-7-羥基-苯并呋喃查爾酮(MHBFC)預處理可有效降低MIRI 大鼠梗死面積、MDA、IL-1β 和IL-6 水平、NF-κBp65 及caspase-3 表達、細胞粘附分子水平;并可有效提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，白細胞介素-10 的釋放等。以上均提示抑制HMGB1/TLR4 的活性、減少促炎性細胞因子的釋放可望成為一種MIRI的新治療方法。

2.5 改善血管內(nèi)皮細胞代謝機制 調(diào)節(jié)內(nèi)皮舒張因子(NO)表達，改善血管內(nèi)皮細胞代謝促進心肌梗死區(qū)新血管的生成可有效防治MIRI。適量的NO 在MIRI 中具有很重要心肌細胞保護作用的，但是過量的NO 會與氧反應產(chǎn)生氧自由基，造成心肌細胞損傷。Zander S 等［23］通過分析血細胞中一氧化氮合酶在小鼠心肌損傷再灌注模型中的表達發(fā)現(xiàn)，一氧化氮合酶在MIRI 急性模型中具有減少心肌梗死面積，保護心血管功能，提高NO 生物利用度的作用。間充質(zhì)干細胞(MSC-CM)能夠增加缺血再灌注后心肌細胞的存活率，而且MSC-CM 促進心肌梗死區(qū)新血管的生成［24］。褪黑素具明顯的拮抗血管內(nèi)皮細胞氧化應激損傷而產(chǎn)生MIRI 的保護作用［25］。

2.6 抑制心肌細胞凋亡 研究［26］表明，冠心舒通膠囊可通過抗氧化以及抗細胞凋亡機制來減弱MIRI。Xu 等［27］報道了木犀草素在MIRI中通過抗細胞凋亡對心臟的保護發(fā)揮重要作用。Miyazaki 等［28］研究發(fā)現(xiàn)CHOP(C/EBP 同源蛋白)介導的信號通路加劇了MIRI 過程誘發(fā)細胞凋亡和心肌炎癥。

3 總結(jié)與展望

上述的諸多方法在動物模型或者體外具有一定的效果，但是只有小部分應用于臨床，其效果也需進一步的考證。如何充分有效的利用已知的MIRI 機制來預防和治療心血管疾病，需要更多的臨床實踐。在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，采用基因治療的方法越來越受到廣大科研工作者的重視。

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