后适应心肌保护的研究进展

　　作者：方磊,刘志勇 作者单位：东南大学附属中大医院 胸心外科,江苏 南京

　　【关键词】 后适应;心肌保护;再灌注损伤挽救性激酶;综述

　　早期有效地恢复梗阻冠脉的血流是减小心肌梗死面积和改善病人预后最有效的治疗措施,但再灌注本身诱导致死性再灌注损伤,包括凋亡或坏死,可占最终梗死面积的50%[1]。Murry等[2]提出缺血预适应(IPC)方法,提高器官对持续缺血与再灌注损伤的耐受性,但急性心肌梗死(AMI)事件的不可预知性限制了IPC在临床实践中的应用。2003年,Zhao等[3]在犬左前降动脉阻塞60 min后、再灌注开始即刻以3次交替的再灌注/缺血操作,缩小了梗死范围。由此引出了缺血后适应(IPost)的概念：在器官持续性缺血后、再灌注早期,与IPC相似的亚损伤程度再灌注/缺血可以诱导器官保护作用。研究提示IPost与IPC在信号传递机制上相似,包括再灌注损伤挽救性激酶(RISK)途径的激活以及线粒体膜通透性转运孔(mPTP)开放的抑制[4]。作者就IPost以及与之相关的药物后适应(PPost)和远隔器官后适应(RPost)在心肌保护研究中的进展进行综述。

　　1 后适应的内源性保护机制：RISK激活途径1.1 G蛋白偶联受体(GPCR)的激活

　　GPCR是细胞表面的跨膜一类受体蛋白,参与了胞外信号的传入过程。IPost诱导产生的腺苷、阿片类物质、缓激肽等多种内源性信号分子,通过配体受体结合的方式激活GPCR,活化其胞内段的酪氨酸激酶,引起后续的激酶级联反应,最终将信号传递给效应细胞器[4]。各种配体与GPCR之间存在交叉反应及全或无的效应,故认为GPCR是多种内源性胞外信号分子的汇合点,并且是IPost发挥保护作用的促动点[5]。

　　1.2 RISK级联反应

　　RISK是胞内一群固有的参与维持细胞存活的蛋白激酶,它们以激酶级联反应的形式在心肌再灌注初期被激活,发挥强大的心肌保护作用[6]。其中对PI3KAkt途径和MEK1/2ERK1/2途径的研究较为深入,此外,还有蛋白激酶PKC、PKG、P70s6K,糖原合酶激酶(GSK3β)等。

　　IPost诱导缺血的心肌组织产生的内源性胞外信号分子,通过GPCR启动RISK级联反应途径,激活胞内的上游激酶如PI3KAkt和MEK1/2ERK1/2,进而磷酸化其下游靶分子如内皮源性NO合酶(eNOS)、鸟甘酸环化酶(GC)、PKG、GSKβ、凋亡因子BAX/BAD等,最终将细胞存活信号传递至靶细胞器——线粒体,从而调整心肌细胞的代谢,减少活性氧族(ROS)的释放,激活线粒体外膜上的ATP依赖性钾通道(mKATP),减轻细胞Ca2+超载并增加线粒体对Ca2+超载的耐受性,抑制线粒体内膜上的通透性转运孔(mPTP)开放,最终抑制线粒体的肿胀和其内部促凋亡介质细胞色素c释放,发挥抗凋亡和抗坏死的作用,改善心肌功能的恢复和临床预后[46]。

　　1.3 抑制mPTP开放

　　mPTP是线粒体内膜上的电压依赖性非特异性孔道,其开放是缺血再灌注损伤导致细胞死亡的关键性事件[1]。正常状态下和心肌缺血时,mPTP关闭并阻止小分子物质和水的跨膜移动。但再灌注最初几分钟内,组织复氧使细胞和线粒体代谢骤变,如ROS过度产生、Ca2+超载及pH值恢复等,促使mPTP开放,小分子物质由于渗透压差异进入线粒体基质,致其肿胀、外膜破裂,膜电位丧失,氧化磷酸化中断,失去ATP合成功能,并释放细胞色素c,最终导致细胞的凋亡和坏死[15]。

　　Argaud等[7]发现IPost抑制白兔心肌mPTP的开放,而再灌注早期以环孢素A(CsA)特异性抑制mPTP可以获得与IPost相似的保护作用,且线粒体膜电位检测显示其对Ca2+超载的耐受性增加。Shanmuganathan等[8]再灌注开始时应用mPTP抑制剂,减轻了人心房肌小梁组织和细胞的再灌注损伤。最近Lim等[9]报道,mPTP的关键性成分亲环素D(CYPD)缺陷型小鼠与野生型小鼠相比,对IPC、IPost、二氮嗪、缓激肽以及CsA等多种心肌保护策略产生抵抗,进一步提示了mPTP在IPC和IPost心肌保护中的核心地位,且可能扮演着终末效应靶点的角色。

　　1.4 其他机制

　　Cohen等[10]研究发现,再灌注早期一定程度的酸性环境(pH6.9)有利于IPost发挥作用,而碱性缓冲液(pH7.7)快速纠正细胞酸中毒却消除了其效益。由此他们提出了IPost的pH假设：IPost为线粒体提供的O2足以产生ROS,却无法迅速恢复pH值,一方面酸性环境暂时抑制mPTP的开放,另一方面一定量ROS作为信号分子激活胞内RISK,在pH恢复后发挥持续抑制mPTP的作用。这一推断得到了Penna 等[1112]研究的支持,再灌注早期,自由基清除剂N乙酰半光氨酸(NAC)或2丙巯酰甘氨酸(2MPG)消除了IPost的心肌保护效应,而再灌注后期给予却无影响,提示一种氧化还原敏感性机制发生于再灌注之初,而ROS是其重要启动因子。

　　此外,Penna等[13]以环氧酶(COX)抑制剂吲哚美辛抵消了IPost和缓激肽的心肌保护作用,而再灌注早期间断或持续灌输PGI2的类似物伊洛前列腺素可减少梗死面积并改善心功能,故认为COXPGI2NO途径不依赖于RISK,对IPost效应的发挥是必需的。最近,Jin等[14]利用基因敲除小鼠研究发现,IPost的心肌保护作用还有赖于鞘氨醇激酶1磷酸鞘氨醇(SphK1S1P)途径。而Vessey等[15]的研究亦提示S1P和生理剂量的鞘氨醇通过不同信号途径介导IPost样作用,前者依赖于GPCRPI3KAkt途径,后者却由环核苷酸激酶PKG、PKA参与,Akt活化为两者交点,引发后续的心肌保护作用。在线粒体功能方面,Argaud等[16] 检测其Ca2+含量发现,与IPC减轻线粒体Ca2+超载相反,IPost明显增加线粒体内Ca2+,可能的解释是：IPost发生于持续缺血后,无法阻止缺血期线粒体内Ca2+积聚,但可抑制再灌期mPTP开放,阻止Ca2+释放而发挥保护心肌的作用。

　　2 药物后适应

　　基于对RISK在IPost中重要地位的认识,以药物靶向该途径模拟与IPost相似的心肌保护效应,被称为药物后适应(PPost)[17]。RISK的激活存在一个明显的“时间窗”[6],即再灌注最初的几分钟,IPost与PPost都应发生于这个区间内,否则将失去效应。PPost因其无创性、简便性及可控性特点最具临床应用潜力,其中对腺苷[18]的认识较充分。此外,胰岛素、促红细胞生成素(EPO)、缓激肽、异氟醚、心房钠尿肽(ANP)、糖原样肽1(GLP1)、比格列酮及阿托伐他汀等[6]亦可作为PPost药物激活RISK途径。

　　近期关于PPost的研究有：Tissier等[19]报道黄体酮可以通过雌二醇受体活化PI3KAkt途径而发挥心肌保护作用;Penna等[20]于再灌注即刻间歇性灌输缓激肽,激活B2受体而诱导IPost样效应;Penna等[13]进一步研究,PGI2的类似物伊洛前列腺素也可抗再灌注损伤,改善心功能;Ji等[21]在大鼠离体心脏中发现,外源性硫化氢(H2S)供体硫氢化钠(NaHS)可作为PPost药物,且依赖mKATP的开放;Mudalagiri等[22] 以EPO作为人类PPost药物,减轻了游离人心房肌小梁的缺血再灌注损伤。但EPO是多能信号分子,除激活RISK外还有其他效应,如增加再狭窄风险等,故EPO也许并非真正安全可行的PPost药物[17]。CsA直接抑制线粒体mPTP开放而发挥IPost样效应,但剂量控制和副作用等问题限制了它的临床推广,而将其作为研究IPost机制的工具和评价手段,如近期Oka等[23]在新生小猪心脏停搏模型中观察到,CsA通过抑制mPTP开放和凋亡信号的传递,防止了冷停搏液相关的线粒体结构和功能障碍,减轻了未成熟心肌细胞的凋亡。

　　PPost药物的发展建立在对IPost作用机制的深入认识上,有巨大的临床前景,除了AMI外,体外循环术、心脏骤停复苏后、心脏移植供体心脏的保存等情况下均可应用。

　　3 远隔器官后适应

　　2005年,Kerendi等[24]通过再灌注前短暂的肾动脉阻断及复流,减少了大鼠缺血再灌注心肌的梗死面积达50%,并证实其有腺苷依赖性。由此引出了远隔器官后适应的概念,在后适应“时间窗”内对心肌以外的器官或组织实施操作,产生与IPost相似的效果,但有创性操作及对肾功能的危害,阻碍肾脏成为理想的远隔器官。Andreka等[25]利用止血带充气的方式对其下肢进行RPost操作,经多种方法评估猪AMI面积,比对照组减少约48%。此前,亦有类似的研究[26]在兔子模型中得到一致的结果。最近,Loukogeorgakis等[27]研究证实,健侧肢体的短时间RPost保护人类伤侧肢体的血管内皮功能,而非选择性KATP抑制剂格列苯脲阻断其作用,从而提供了RPost相关的人体实验依据。

　　RPost的意义在于,选取下肢等对缺血相对耐受的器官作为RPost的对象,增加心、脑等重要的缺血敏感脏器的损伤耐受性,从而避免了对它们的有创操作带来的风险。对于联系两个器官的信息传递和激活机制,多数研究者推测,远隔器官短暂的缺血再灌注应激,产生腺苷等内源保护性信号分子,通过循环迁移或神经反射弧的方式作用于靶器官发挥效应。

　　4 总结与展望

　　有小规模的临床试验[28],以气囊充放气的形式在行PCI术的病人中验证了IPost的有效性,但侵入性方法限制了其应用。将RISK途径作为靶点,以无创性药物干预模拟IPost的心肌保护机制,使PPost在临床上的运用更加有效和可行,并且扩展了受益人群。RPost作为一个比较新的概念,消除了心肌保护策略实施的器官空间限制,提高了安全和可操作性，但是RISK诸多激酶之间线性或网络联系,它们的协同与拮抗关系以及靶向RISK的单一环节的有效性等问题仍不明确。

　　值得提出,目前后适应的实验研究多局限于健康动物,而临床患者常伴有糖尿病、动脉粥样硬化、高胆固醇血症、心肌重构等。IPost对处于非健康状态的机体是否仍可发挥预期的效果,鲜有报道。Mudalagiri等[22]的研究提示EPO对糖尿病者心肌的保护作用低于正常人,而Huhn等[29]报道,高血糖状态抑制异氟醚诱导PPost保护效应,而联合应用CsA可逆转这种抑制作用。另外,IPost是否具有长效的心肌保护作用及其对病人的心功能恢复的影响仍有待探讨。Mykytenko等[30]研究认为,IPost在再灌注晚期(24h)仍具有缩小梗死面积的作用,但程度较早期(3h)下降,机制未明。

　　综上所述,缺血、药物以及远隔器官后适应的共同机制在于：器官缺血后、再灌注恢复前或即刻实施各种干预措施,达到器官保护的目的。它们的实质是一种经过修饰的早期再灌注事件,靶向再灌注期,实施心肌保护干预,值得进一步的研究和实践。

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