李佳馨，王江

(新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，烏魯木齊830054)

心肌缺血/再灌注損傷是指心肌在長(zhǎng)時(shí)間缺血基礎(chǔ)上，若再灌注恢復(fù)其血流，心肌及相關(guān)組織器官功能的損傷反而加重，甚至?xí)l(fā)生不可逆損傷[1]。糖尿病患者代謝異常及病理改變?nèi)绻跔顒?dòng)脈(冠脈)閉塞、血管順應(yīng)性下降、微血管病變等，將導(dǎo)致心肌順應(yīng)性降低、收縮舒張功能障礙及心室肥厚、心肌纖維化等結(jié)構(gòu)改變，更進(jìn)一步導(dǎo)致其對(duì)缺血缺氧損傷的耐受性遠(yuǎn)低于正常心肌[2]。缺血后處理即在心肌持續(xù)缺血性損傷發(fā)作后，于再灌注前重復(fù)進(jìn)行2～4次短暫(10～30 s)的局部冠脈缺血處理，從而在一定程度上保護(hù)冠脈內(nèi)皮功能，限制心肌梗死面積，對(duì)正常心肌提供保護(hù)作用[3]。而本課題組前期研究顯示，對(duì)于糖尿病缺血再灌注心肌，缺血后處理不能減少其心肌梗死面積發(fā)揮心肌保護(hù)作用[4]?，F(xiàn)對(duì)糖尿病缺血再灌注損傷心肌缺血后處理保護(hù)作用弱化的可能機(jī)制綜述如下。

1 糖尿病對(duì)心肌缺血再灌注損傷的影響

糖尿病是一種由高血糖和體內(nèi)內(nèi)源性胰島素分泌或利用不足所致的代謝紊亂性疾病，是導(dǎo)致心血管疾病圍術(shù)期并發(fā)癥和死亡的高危險(xiǎn)因素[5]。糖尿病缺血再灌注損傷心肌的病理改變包括毛細(xì)血管增殖與退化、微血管基底膜增厚、內(nèi)皮細(xì)胞增生、血管周圍及心肌間質(zhì)纖維化并且毛細(xì)血管通透性增加，內(nèi)皮間氧彌散減少。另有研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者較非糖尿病患者心肌缺血發(fā)生率高1.45～2.99倍，其可能與糖尿病患者冠脈閉塞程度大大增加且冠脈側(cè)支循環(huán)建立受限，冠脈阻力增加灌流減少，血管順應(yīng)性下降，血流儲(chǔ)備顯著降低，存在明顯的心肌微循環(huán)障礙有關(guān)[6]。上述病理改變會(huì)導(dǎo)致心肌廣泛結(jié)構(gòu)異常，甚至使心肌收縮與舒張功能不全。

高血糖引起線粒體功能損傷后導(dǎo)致線粒體能量代謝異常，氧化應(yīng)激增強(qiáng)及活性氧(ROS)生成明顯增加，影響線粒體膜的流動(dòng)性和通透性轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)三磷酸腺苷(ATP)合成受阻將促進(jìn)細(xì)胞凋亡及疾病發(fā)展。上述高血糖導(dǎo)致的病理變化將直接引起心臟組織缺血缺氧程度進(jìn)一步加重，且心肌組織對(duì)此代償性反應(yīng)如增加周圍血管血液供給、建立側(cè)支循環(huán)的能力明顯降低，導(dǎo)致其缺血再灌注損傷更為嚴(yán)重[7]。另有研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者心肌對(duì)缺血再灌注損傷的敏感性與正常心肌相比有一定程度增高，可能與高血糖所致的基礎(chǔ)氧化應(yīng)激增加、內(nèi)源性抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)受損及過(guò)量ROS產(chǎn)生有關(guān)[8]。

正常人體內(nèi)內(nèi)源性胰島素通過(guò)調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖酵解、糖原合成、脂質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)合成及心肌細(xì)胞凋亡來(lái)調(diào)節(jié)心肌代謝。而研究證實(shí)糖尿病大鼠心肌和心肌細(xì)胞中胰島素刺激作用降低，發(fā)生胰島素抵抗現(xiàn)象，此可能是糖尿病患者心肌缺血再灌注后損傷增加的另一主要原因[9]。糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)是一種抑制糖原合成的限速酶，可調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡，當(dāng)2型糖尿病發(fā)生時(shí)，人體內(nèi)GSK-3β的功能活性可出現(xiàn)異常增高，而其高表達(dá)很可能與胰島素敏感性顯著降低有關(guān)[10]。在正常生理狀態(tài)下，胰島素可通過(guò)磷酰肌醇脂-3激酶-絲氨酸/蘇氨酸激酶(PI3K-Akt)信號(hào)傳導(dǎo)通路調(diào)節(jié)葡萄糖的代謝，具體作用為PI3K/Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路通過(guò)使其下游信號(hào)分子GSK-3β的殘基ser9磷酸化，抑制GSK-3β的活性，從而發(fā)揮抗凋亡作用[11]。然而，在糖尿病患者心肌中發(fā)生了胰島素抵抗現(xiàn)象，使PI3K/Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路的活化受到一定程度的抑制，GSK-3β的磷酸化水平降低，從而上調(diào)GSK-3β的基因表達(dá)，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡[12]。上述觀點(diǎn)證實(shí),與正常心肌相比,糖尿病患者心肌在其特有的病理改變影響之下，對(duì)于缺血再灌注的損傷更加敏感，因此針對(duì)糖尿病患者缺血再灌注損傷的保護(hù)措施就更加迫切且難以實(shí)施。

2 缺血后處理對(duì)糖尿病患者缺血再灌注心肌保護(hù)作用的弱化機(jī)制

缺血后處理是通過(guò)上調(diào)心肌對(duì)缺血再灌注損傷的耐受性，限制心肌梗死面積從而起到保護(hù)作用。但臨床前期實(shí)驗(yàn)研究表明，在糖尿病心肌中發(fā)生的上述所提及的一系列結(jié)構(gòu)及功能的改變，使得缺血后處理這一保護(hù)作用在糖尿病患者中受到一定程度的限制[5,13]。缺血后處理在正常心肌發(fā)生缺血再灌注損傷時(shí)誘發(fā)ROS、一氧化氮(NO)等釋放，刺激相關(guān)信號(hào)通路與各個(gè)調(diào)控因子的表達(dá)，作用于最終靶效應(yīng)器線粒體，由此在一系列過(guò)程中減弱了缺血再灌注損傷而起到心肌保護(hù)作用。但糖尿病的存在使缺血后處理這一心肌保護(hù)作用在前述觸發(fā)、調(diào)控及最終效應(yīng)階段均受到不同程度的影響，缺血后處理保護(hù)作用弱化的機(jī)制很可能與下列分子機(jī)制相關(guān)。

2.1 心肌保護(hù)作用的觸發(fā) 心肌缺血再灌注損傷時(shí)刺激內(nèi)源性化學(xué)物質(zhì)如ROS、NO及緩激肽等釋放從而觸發(fā)心臟保護(hù)作用。在缺血再灌注期間少量的ROS可通過(guò)細(xì)胞質(zhì)激酶的氧化反應(yīng)起到心肌保護(hù)的作用，但是若ROS產(chǎn)生過(guò)多或者抗氧化酶類活性下降，可引發(fā)鏈?zhǔn)街|(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)損傷細(xì)胞膜，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞壞死與凋亡[14]。

NO是內(nèi)皮細(xì)胞所分泌的血管舒張因子，因其可舒張血管、調(diào)節(jié)血壓并參與免疫系統(tǒng)的防御功能，從而起到心肌保護(hù)作用[15]。NO在心肌缺血再灌注損傷時(shí)，舒張冠脈血管平滑肌，增加冠脈的血流量，降低心肌耗氧量，以提升缺血心肌的收縮能力，除此之外NO還具有保護(hù)內(nèi)皮功能，抵抗中性粒細(xì)胞等重要作用。內(nèi)皮素1(ET-1)是血管收縮因子，對(duì)冠脈有強(qiáng)烈的收縮作用，使其血流量減少加重細(xì)胞水腫，直接造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷，在缺血心肌組織中大量存在。而NO可抑制ET-1的分泌起到心肌保護(hù)作用，因此NO減少很可能是使心肌缺血再灌注損傷加重的重要機(jī)制。

而糖尿病患者ROS可更多地通過(guò)脂質(zhì)代謝、葡萄糖自身氧化等途徑產(chǎn)生，故其生成量大大增加。因此1、2型糖尿病患者心臟有可能存在線粒體腫脹變形、ROS生成明顯增多及NO減少等現(xiàn)象，造成心肌肥厚、纖維化及左心室功能損傷。

2.2 心肌保護(hù)作用的調(diào)控

2.2.1 磷酰肌醇脂-3激酶-絲氨酸/蘇氨酸激酶(PI3K-Akt)信號(hào)通路 糖尿病患者的心肌保護(hù)效應(yīng)減弱與PI3K/Akt信號(hào)通路損傷及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)的表達(dá)異常或易位相關(guān)。PI3K/Akt信號(hào)通路是一種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路，在細(xì)胞存活、生長(zhǎng)、遷移等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。研究表明，PI3K/Akt信號(hào)通路激活可調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的大小和存活，在缺血后處理中發(fā)揮著重要的作用，而糖尿病心肌缺血后處理的保護(hù)作用弱化，可能與PI3K/Akt信號(hào)通路功能障礙有關(guān)[16]。

糖尿病心肌細(xì)胞中磷酸化絲氨酸/蘇氨酸激酶(p-Akt)表達(dá)逐漸減少，從而使PI3K/Akt信號(hào)通路介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用受到抑制[17]。實(shí)際上多種激酶的異常磷酸化都是導(dǎo)致其缺血后處理的心肌保護(hù)作用失效的原因，如在糖尿病心肌中可能由于多種磷酸酶包括人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶-張力蛋白(PTEN)、MAPK磷酸酶及蛋白磷酸激酶-2C等增加，使蛋白激酶C(PKC)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶以及GSK-3β等磷酸化異常，以至于誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[18]。PTEN是PI3K/Akt信號(hào)通路中能拮抗PI3K作用的重要負(fù)調(diào)控因子，糖尿病患者持續(xù)高血糖和氧化應(yīng)激狀態(tài)導(dǎo)致PTEN的高表達(dá)，從而抑制PI3K/Akt信號(hào)通路的激活，由此將導(dǎo)致缺血后處理作用在糖尿病心肌中保護(hù)作用弱化。缺血后處理可通過(guò)降低非糖尿病心肌中PTEN的表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)通路起到保護(hù)心肌的作用，但缺血后處理并不能降低糖尿病心肌中PTEN的表達(dá)[19]。另外持續(xù)高血糖的狀態(tài)也會(huì)誘導(dǎo)超氧陰離子的產(chǎn)生從而導(dǎo)致過(guò)氧亞硝基陰離子生成過(guò)量，過(guò)量的過(guò)氧亞硝基陰離子將阻斷PI3K/Akt信號(hào)通路的正常調(diào)節(jié)，是缺血后處理對(duì)糖尿病心肌保護(hù)作用弱化的另一誘因[20]。此外，上述提到的NO亦是一種存在雙重作用的自由基，如NO減少會(huì)導(dǎo)致心肌缺血再灌注損傷加重，而NO過(guò)量則可形成亞硝酸鹽，損傷線粒體，降低心肌收縮能力，進(jìn)一步加重心肌細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化損傷[21]。

2.2.2 低氧誘導(dǎo)因子(HIF) 糖尿病缺血再灌注心肌應(yīng)對(duì)上述微血管病變常見(jiàn)的代償反應(yīng)是缺血心肌組織產(chǎn)生某些誘導(dǎo)因子，通過(guò)與微血管內(nèi)皮細(xì)胞上的特異性受體結(jié)合，向細(xì)胞內(nèi)傳遞血管新生的信號(hào)，引起細(xì)胞DNA合成和有絲分裂反應(yīng)，促使新的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)形成，重建側(cè)支循環(huán)以改善心肌血供。由此可見(jiàn)新生血管的建立與缺血后處理的心肌保護(hù)作用息息相關(guān)。

HIF是在心肌氧平衡中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄因子，可通過(guò)介導(dǎo)下游相關(guān)基因如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，增加缺血心肌新生血管的生成，從而使機(jī)體對(duì)缺血、缺氧產(chǎn)生代償性適應(yīng)反應(yīng)。VEGF與受體VEGFR1、VEGFR2結(jié)合可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分裂遷移生成血管，增加血管尤其是微血管的通透性，增加心輸出量降低外周阻力，愈合血管損傷細(xì)胞使內(nèi)膜內(nèi)皮化。若應(yīng)用缺血后處理可激活HIF信號(hào)通路，使HIF-1α結(jié)合于VEGF這一基因的缺氧反應(yīng)元件(HREs)上，進(jìn)而介導(dǎo)下游的VEGF轉(zhuǎn)錄表達(dá)，促使局部缺血組織側(cè)支循環(huán)建立，改善心肌缺血缺氧狀態(tài)，從而緩解缺血癥狀[8]。而糖尿病心肌能量代謝紊亂，同時(shí)高糖狀態(tài)影響心肌線粒體呼吸功能和呼吸鏈酶活性，在缺氧及高糖條件下HIF-1α信號(hào)通路受損表達(dá)減弱，VEGF及其受體顯著減少，其缺血后處理的心肌保護(hù)作用亦受到影響[22]。

2.3 心肌保護(hù)作用的效應(yīng)器 線粒體是心肌保護(hù)作用的重要效應(yīng)器，為維持細(xì)胞內(nèi)外離子梯度提供ATP，從而保證心肌細(xì)胞的完整性。有證據(jù)表明，在糖尿病患者中，缺血后處理通過(guò)調(diào)控信號(hào)通路的下游靶基因以及終末效應(yīng)器所誘導(dǎo)的心肌保護(hù)作用受到嚴(yán)重破壞，缺血期缺乏氧氣供應(yīng)而抑制線粒體呼吸鏈的功能，誘導(dǎo)線粒體內(nèi)膜去極化限制ATP的形成，再灌注初期Ca2+濃度升高mPTP通道開(kāi)放，線粒體內(nèi)外離子紊亂、基質(zhì)腫脹致心肌不可逆損傷[23]。

2.3.1 線粒體ATP敏感性K+通道(mitoKATP) 在缺血再灌注時(shí)主要是線粒體內(nèi)膜上的KATP通道激活而起到了重要的心肌保護(hù)作用。在正常心肌中，缺血后處理可以通過(guò)熱休克蛋白將PKC的亞型PKC-ε介導(dǎo)進(jìn)入線粒體內(nèi)，而mitoKATP作為PKC-ε的下游重要靶點(diǎn)在此時(shí)激活開(kāi)放，生成少量ROS發(fā)揮心肌保護(hù)作用，與此同時(shí)釋放出的少量ROS又可正反饋激活PKC-ε形成一個(gè)有效的循環(huán)保護(hù)作用[24]。除此之外，mitoKATP的激活可以在一定程度下抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔mPTP的開(kāi)放，減少心肌梗死面積，發(fā)揮心肌保護(hù)作用[25]。

然而，研究發(fā)現(xiàn)高血糖使缺血后處理保護(hù)作用弱化的機(jī)制，可能與患者心肌細(xì)胞內(nèi)的線粒體膜、細(xì)胞膜和肌漿網(wǎng)的功能明顯失調(diào)，尤其是mitoKATP通道的受損緊密相關(guān)。高血糖這一改變可以更大程度的刺激PKC-ε進(jìn)入線粒體，以激活mitoKATP產(chǎn)生比正常心肌更多的過(guò)量ROS，此時(shí)過(guò)量的ROS不再具有保護(hù)作用而是產(chǎn)生與之相反的損傷作用[26, 27]。另外，mitoKATP活性主要由ATP及葡萄糖代謝產(chǎn)生的ADP分子控制。當(dāng)糖酵解被激活時(shí)，細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP比值越高mitoKATP越有可能關(guān)閉，而這一通道關(guān)閉也會(huì)導(dǎo)致缺血后處理的保護(hù)作用失效[28]。

2.3.2 線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔(mPTP) 糖尿病缺血再灌注損傷心肌中缺血后處理的保護(hù)作用失效，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)若應(yīng)用缺血后處理的同時(shí)阻斷或延遲mPTP開(kāi)放，則缺血后處理的保護(hù)作用在一定程度上能夠恢復(fù)，因此推測(cè)缺血后處理保護(hù)作用失效可能與mPTP相關(guān)[29]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，盡管糖尿病患者和非糖尿病患者的心臟組織總線粒體含量沒(méi)有差異，但是其功能障礙方面卻差異極大，而這一差異很可能是由于高血糖這一代謝應(yīng)激因素所致[19]。在高血糖環(huán)境中，心肌組織中mPTP對(duì)Ca2+敏感性大大增加，而這一增加的敏感性與線粒體ROS的增加相關(guān)，ROS生成過(guò)量、Ca2+超載及心臟半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9活性增加促進(jìn)mPTP通道開(kāi)放，水和溶質(zhì)進(jìn)入使線粒體外膜破裂釋放細(xì)胞色素C和凋亡因子，導(dǎo)致基質(zhì)嚴(yán)重腫脹、密度降低、嵴紊亂、空泡形成等諸多病理變化，進(jìn)一步導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致心肌嚴(yán)重的不可逆性損傷。

綜上所述，心肌缺血再灌注損傷仍是目前臨床存在的重要問(wèn)題，盡管缺血后處理可起到良好的心肌保護(hù)作用，但越來(lái)越多的證據(jù)表明，在糖尿病狀態(tài)下，缺血后處理的心肌保護(hù)作用受到很大程度的弱化。而其弱化機(jī)制很可能與ROS的過(guò)量釋放、PI3K/Akt信號(hào)通路改變、HIF活性降低及線粒體功能障礙而致mitoKATP通道及mPTP的表達(dá)和活性改變等相關(guān)。因此針對(duì)上述機(jī)制改善缺血后處理對(duì)糖尿病缺血再灌注心肌的保護(hù)作用尤為重要。