鳶尾素在心肌缺血再灌注損傷中作用機制的研究進展

朱秋霞，馮高科，易 欣，蔣學俊

冠狀動脈硬化性心臟病簡稱冠心病，是目前世界范圍內(nèi)危害人類健康的第一大殺手。急性心肌梗死發(fā)生早期，及時有效恢復心肌血液灌注是目前治療冠心病及改善預后最為有效的方法。然而，缺血心肌再灌注卻能進一步加重心肌損傷，引起心肌細胞死亡，導致梗死面積擴大，造成心功能進一步惡化并影響冠心病病人的預后，這一矛盾現(xiàn)象被稱之為心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia/reperfusion injury，MIRI)，其嚴重制約冠心病病人的治療效果。因此，為了提高病人生存率并改善其生活質量，迫切需要新的治療策略。MIRI的防治策略一般包括缺血預處理、缺血后處理和藥物處理等，其中藥物處理譬如鈣拮抗劑、抗氧化劑是目前較好的選擇。近年研究發(fā)現(xiàn)，一種名為鳶尾素(irisin)的新型肌源性細胞因子對MIRI也有一定的保護作用。因此，本研究將從鳶尾素對MIRI的保護作用機制進行綜述。

1 鳶尾素概況

鳶尾素是2012年由Bostr?m等[1]研究發(fā)現(xiàn)的一種肌源性細胞因子。骨骼肌細胞在運動調節(jié)下，激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coac-tlvator1α，PGC1α)，進而促進纖維連接蛋白Ⅲ型結構域蛋白5(fibronectin type Ⅲ domain-containing protein 5，F(xiàn)NDC5)的表達，F(xiàn)NDC5蛋白被加工成112個氨基酸的肽類即為鳶尾素。

目前，研究發(fā)現(xiàn)鳶尾素主要由骨骼肌釋放，在心肌、肝臟、肺臟、神經(jīng)元等組織中也有表達。鳶尾素可促進白色脂肪轉換為棕色脂肪[2-3]。大量研究表明，鳶尾素有促進糖代謝、脂質代謝和減輕體重的作用[1]，主要與糖尿病[4-5]、代謝綜合征[6]、肥胖[7]等代謝性疾病相關，有望成為治療糖脂代謝紊亂的有效策略。此外，鳶尾素還在心血管疾病、老年阿爾茨海默病、人類腫瘤中發(fā)揮重要作用。

2 鳶尾素與缺血再灌注損傷

缺血再灌注損傷主要與細胞內(nèi)鈣超載、氧化應激反應、炎癥反應、能量代謝障礙、細胞凋亡等機制相關。Wang等[8]在對小鼠離體心肌缺血再灌注研究中發(fā)現(xiàn)，鳶尾素能明顯提高心率血壓雙乘積 (rate-pressure product，RPP)，降低左心室舒張末期壓力(left ventricular end diastolic pressure，LVEDP)，改善心室功能，從而對MIRI發(fā)揮心肌保護作用。大量研究證實，鳶尾素對腎臟[9-10]、肝臟[11]、肺[12]、大腦[13-16]、腸道[17-18]和皮膚[19]等組織器官缺血再灌注損傷均具有一定的保護作用。鳶尾素改善缺血再灌注損傷的可能機制主要包括：①維持線粒體結構與功能的穩(wěn)定性[12]；②抑制炎癥反應[13，15，17]；③抑制氧化應激反應[10-11，17-18]；④抑制細胞凋亡[9，13，16-18]；⑤減少細胞內(nèi)鈣超載[18]。

3 鳶尾素與MIRI

3.1 維持線粒體結構與功能的穩(wěn)定 線粒體是存在于大多數(shù)真核生物細胞內(nèi)的一種細胞器，主要包括線粒體外膜、膜間腔、線粒體內(nèi)膜以及線粒體基質4個部分。其主要功能有合成三磷酸腺苷(ATP)、維持細胞內(nèi)外Ca2+穩(wěn)定、產(chǎn)生活性氧、調控細胞死亡以及調節(jié)滲透性轉換孔(mPTP)等功能。mPTP是一種非特異性跨線粒體內(nèi)外膜通道，胞內(nèi)Ca2+濃度升高、氧化應激、pH值升高等可使mPTP開放[20]。大量小分子物質非選擇性通過mPTP進入線粒體，致使線粒體腫脹破裂，膜電位消失，細胞色素C及凋亡誘導因子釋放可進一步觸發(fā)體內(nèi)細胞凋亡機制，從而造成心肌細胞不可逆死亡。由此可見，mPTP的開放是MIRI中的重要病理生理機制，抑制mPTP的開放在一定程度上可減輕MIRI[21-22]。Zhao等[23]在體外H9c2心肌細胞系缺氧復氧模型中發(fā)現(xiàn)，過表達組蛋白去乙酰化酶4(histone deacetylase 4，HDAC4)可誘導線粒體功能障礙，促進H9c2心肌細胞凋亡；而給予鳶尾素處理后，可促進組蛋白去乙?；?的降解，抑制心肌細胞凋亡，減少心肌細胞死亡數(shù)量。

Wang等[8]通過體內(nèi)外實驗再次證實了鳶尾素具有改善MIRI的作用，其機制可能與鳶尾素上調超氧化物歧化酶-1(superoxide dismutase 1，SOD-1)的表達、促進p38的磷酸化，從而抑制mPTP開放，最終改善線粒體功能障礙有關。Lu等[24]發(fā)現(xiàn)鳶尾素能通過上調線粒體泛素連接酶(mitochondrial ubiquitin ligase，MITOL)的表達，維持線粒體穩(wěn)定，減少乳酸脫氫酶的釋放，縮小小鼠心肌梗死面積，從而對MIRI小鼠發(fā)揮心肌保護作用。此外，研究表明，在高糖誘導環(huán)境下的H9c2心肌細胞系缺氧復氧模型中，給予鳶尾素處理后心肌細胞活力增加，凋亡指數(shù)降低，細胞存活率明顯增加，這可能與鳶尾素激活腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)途徑從而維持線粒體功能穩(wěn)定相關[25]。在此基礎上，Xin等[26]在糖尿病MIRI小鼠模型中觀察到，鳶尾素可以通過AMPK途徑改善糖尿病小鼠心肌線粒體功能，從而減輕MIRI?？傊?，線粒體的結構與功能穩(wěn)定在MIRI中有著重要作用，而鳶尾素可能通過維持線粒體結構與功能的穩(wěn)定性對MIRI發(fā)揮心肌保護作用，這為鳶尾素未來臨床防治MIRI提供了有力的理論依據(jù)。

3.2 減輕內(nèi)質網(wǎng)應激 近年來，內(nèi)質網(wǎng)在MIRI中的作用已經(jīng)越來越被關注[27-28]。當心肌缺血再灌注時，內(nèi)質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)遭到破壞，細胞內(nèi)產(chǎn)生大量的未折疊和錯誤折疊蛋白，這種狀態(tài)稱為內(nèi)質網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress，ERS)。早期，內(nèi)質網(wǎng)應激會產(chǎn)生代償性未折疊的蛋白反應(unfolded protein response，UPR)，過度的內(nèi)質網(wǎng)應激會使細胞進一步凋亡。Lu等[24]研究表明，MIRI可促進內(nèi)質網(wǎng)應激標志物如免疫球蛋白結合蛋白(Bip)、磷酸化肌醇需求酶1α(p-IRE1α)、X盒結合蛋白1(XBP1)、C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應元件結合轉錄因子同源蛋白(CHOP)的表達升高，體外干擾線粒體泛素連接酶(MITOL)的表達，也可明顯促進內(nèi)質網(wǎng)應激；但給予鳶尾素處理后，MITOL的表達趨于正常，內(nèi)質網(wǎng)應激標志物Bip、p-IRE1α、XBP1、CHOP的表達減少，進一步減輕內(nèi)質網(wǎng)應激。 由此可見，鳶尾素有可能通過抑制MIRI過程中的內(nèi)質網(wǎng)應激，從而發(fā)揮心肌保護作用。

3.3 抑制氧化應激反應 大量研究已經(jīng)證實，氧化應激反應在MIRI中的作用，抑制氧化應激反應可減輕MIRI[29-31]。心肌缺血時，體內(nèi)ATP合成與分解失衡，導致黃嘌呤和次黃嘌呤分解釋放自由基增多。心肌細胞缺血缺氧損傷，機體釋放大量的炎癥介質和趨化因子，促使中性粒細胞向損傷區(qū)浸潤；再灌注時，白細胞獲得充足的氧，線粒體氧化磷酸化功能下降，線粒體腫脹破裂，進而釋放大量的氧自由基。大量的氧自由基促進細胞膜脂質過氧化，導致蛋白質功能抑制以及DNA損傷。Wang等[32]研究表明，鳶尾素能與超氧化物歧化酶-2(superoxide dismutase 2，SOD-2)相互作用，增加SOD-2的活性，并能恢復SOD-2在線粒體中的定位，從而抑制氧化應激反應，最終減輕MIRI。

3.4 減少細胞凋亡 細胞凋亡是MIRI的重要機制之一[25，33-34]。細胞凋亡主要分為死亡受體介導的外部途徑和線粒體介導的內(nèi)部途徑，其中線粒體介導的細胞凋亡在MIRI起主要作用[35]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)質網(wǎng)應激介導的細胞凋亡途徑也是內(nèi)部途徑的一種新形式。線粒體功能障礙、內(nèi)質網(wǎng)應激以及氧化應激均都能觸發(fā)心肌細胞凋亡，加重MIRI。Wang等[32]發(fā)現(xiàn)鳶尾素能抑制氧化應激；此外，鳶尾素處理后可明顯降低H9c2心肌細胞系中半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)的活性，明顯抑制mPTP的開放，減輕MIRI中心肌細胞凋亡。最新研究表明，鳶尾素預處理后，心肌缺血再灌注小鼠中丙二醛(malondialdehyde，MDA)水平下降，而超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)及谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-PX)活性增加，提示鳶尾素可能通過降低氧化應激反應減少心肌細胞凋亡[24]。此外，在體外H9c2心肌細胞缺氧復氧模型中，鳶尾素處理后內(nèi)質網(wǎng)應激標志物包括葡萄糖調節(jié)蛋白78(GRP78)、p-IRE1α、肌醇需求酶1α(IRE1α)、XBP1和CHOP水平均上升，H9c2心肌細胞凋亡減少，且MITOL表達上調。由此可見，鳶尾素可能通過抑制心肌細胞凋亡，減少心肌細胞凋亡，在MIRI過程中發(fā)揮保護作用。

4 小結與展望

作為一種肌源性細胞因子和脂肪因子，鳶尾素除了通過調節(jié)糖脂代謝在糖尿病、肥胖、高血壓、動脈粥樣硬化、冠心病等疾病中發(fā)揮重要作用之外，在機體組織器官缺血再灌注損傷尤其是MIRI中也有一定的心肌保護作用，這可能與其通過維持線粒體功能與結構穩(wěn)定、抑制氧化應激反應和內(nèi)質網(wǎng)應激以及抑制心肌細胞凋亡等途徑有關，其有望成為未來防治MIRI的重要靶點之一。然而，鳶尾素在MIRI中的作用及機制研究目前仍處于體外細胞或小動物實驗階段，其作用機制也尚未完全明確。因此，未來需要進一步在大動物模型和臨床研究中深入探討鳶尾素調控MIRI的機制，從而為鳶尾素應用于臨床提供理論基礎和實驗依據(jù)。