应激介质与心肌病

　　作者：方秋娟(综述), 黄自强, 朱龙坤(审校) 作者单位：福建医科大学 福州3500041.基础医学院生理学与病理生理学系;2.药学院药学系

　　【关键词】 应激; 心肌疾病; 缺血预处理

　　不同损伤(如败血症、创伤、缺血、移植排斥、心肌炎、心力衰竭)激发机体产生相同的内源性介质,通过共同的通路引起相同的心脏病变包括心肌顿抑、β肾上腺素去敏化、炎症介质激活。研究表明,神经激素、细胞因子、丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)、一氧化氮(NO)是介导不同应激致心肌病的共同介质,旨在有利于出血、创伤和感染等应激时宿主的生存。然而,这些通路持续激活将导致心肌损伤甚至心力衰竭(HF)。阐明应激时心肌细胞信号通路变化,探讨心肌病变的可逆转因素,从而利用保护性介质、调控心肌信号转导,可望防止心肌损伤、逆转心肌病变和改善HF预后,具有潜在的临床应用价值。

　　1不同病因心肌病的共同特点

　　1.1缺血性心肌病1975年Heyndrickx报道,缺血复灌导致心脏收缩功能低下,但直到近年图像技术可无创地评价心肌收缩功能与活力后,缺血心肌收缩功能低下的临床意义才被认识。临床上多种原因(如心肌梗死、心脏体外循环、心肌梗死溶栓治疗、冠脉血管成形术等)都可引起心肌收缩功能下降，这种暂时、可逆的心肌收缩功能低下称为“心肌顿抑”。

　　体外循环造成心肌顿抑和β肾上腺素受体去敏化。心脏手术、心肌梗死病人血清白细胞介素6(IL6)升高,而实验表明IL6可造成心肌顿抑,因此体外循环、心肌梗死引起的心肌顿抑与IL6升高有关。另外,冠状动脉搭桥术后冠状静脉血NO-2和NO-3、心肌NO合酶(NOS)活性明显增加,提示心肌顿抑也与NO有关。

　　1.2感染性心肌病G-细菌感染性败血症休克常见心动过速、平均动脉压降低、心指数增加、体循环阻力下降、左室射血分数下降,即败血症系统炎症反应综合征,是非缺血因素(如感染)造成心肌顿抑的典型例子[1]。有人认为,败血症患者血液中存在“心肌抑制因子”导致心肌可逆性抑制。有研究表明,细胞因子抗体可逆转这种改变。败血症心肌抑制与细菌壁内毒素(脂多糖,LPS)作用有关。LPS刺激单核巨噬细胞释放肿瘤坏死因子(TNF)、IL1、IL6等介导抑制心肌效应[2]。实验表明,TNF、IL6、IL2可引起左心室乳头肌收缩功能可逆性低下。

　　1.3HF充血性(慢性)心力衰竭(CHF)时血中去甲肾上腺素(NE)和血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)升高，其升高程度与病情正相关,而NE、AngⅡ又加剧心肌功能恶化。血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)和β肾上腺素受体阻断剂可改善CHF患者的预后,也证实神经激素在CHF中的病理作用。循环中前炎症介质、细胞因子、TNFα也是介导CHF发病及病情恶化的重要因素。有研究显示,TNF基因过度表达导致CHF[3]。这些观察表明,缺血、败血症及CHF时心脏病变有3个共同特点:(1)炎症介质激活;(2)心肌可逆性抑制;(3)β肾上腺素受体去敏化。不同疾病,如败血症、创伤、缺血、移植排斥、心肌炎和心力衰竭通过共同的应激介质,介导心肌抑制和β肾上腺素受体去敏化,也提示心肌应对缺血与感染有共同的分子机制[4]。

　　2心肌应激介质

　　1986年Murry在动物实验发现,心肌间歇短暂的缺血再灌注对随后较长时间的缺血损伤具有保护效应,由此提出缺血预处理。临床医生也注意到,心肌梗死死前有间歇性胸痛症状的患者预后较好,推测间歇性胸痛类似经历缺血预处理,有助于改善心肌梗死的预后。阐明缺血预处理保护效应的分子机制可望提供缺血心肌保护的新思路。

　　缺血、感染可激活细胞的MAPK[5]。p38MAPK是一种胞内酶,在细胞应激(如缺血和再灌注)和应答炎症介质时激活,在心肌功能不全中也起重要的病理作用,研究表明,心肌缺血、肥大、凋亡和肾上腺素效应等都与p38MAPK激活有关。p38MAPK激活也参与介导心脏缺血预处理保护效应[6],抑制p38MAPK可消除该效应[7]。转基因动物研究显示,p38MAPK激活引起心肌细胞Ca2+非依赖的负性变力效应[8];p38MAPK抑制剂可逆转应激引起的心肌功能不全[9]。因此,调节p38MAPK活性,可望成为保护缺血心肌的一个新手段,无需缺血预处理诱导,具有快速简便的优点。p38MAPK抑制剂SB203580可增强β1肾上腺素受体缺失的转基因小鼠心脏对异丙肾上腺素的正性变力作用,提示p38MAPK在心肌细胞肾上腺素信号通路中起作用[10];有研究表明,p38MAP激酶激活是一种内源性保护机制,可抵抗去甲肾上腺素诱导的心肌细胞凋亡[11],证明非缺血性心肌病也涉及p38MAPK激活。

　　缺血、败血症、CHF都造成心肌顿抑和β肾上腺素受体去敏化,说明不同损伤应激激活机体共同的内源性介质和共用的反应程序,有利于宿主生存。其中,应激时AngⅡ和NE升高有利于维持血流动力学稳定,而持续升高则导致机体功能恶化,不利于生存。在应对出血的程序性应答中,除了AngⅡ和NE升高外,细胞因子和NO生成也增加;心脏手术、心肌梗死时心肌顿抑伴血清IL6升高;冠脉搭桥术后冠状静脉血NO增高、心肌NOS活性增加,这些都表明缺血心肌顿抑与细胞因子激活、NO介导有关。

　　1989年Brown报道,LPS或单磷脂酰A(MLA,一种无毒性的内毒素类似物)预处理心脏具有抗缺血效应,其中NO起介导作用。LPS通过细胞因子(如TNF、IL1和IL6)诱导NO生成。细胞因子主要来自非心脏组织,但心脏组织也能产生细胞因子[12],缺血复灌的心肌可检测到TNFα和ILβ，败血症感染性休克则是LPS通过细胞因子诱导NO产生的典型例子。

　　3心肌应激介质的信号转导

　　上述内源性的应激介质对心肌的抑制作用都涉及心肌兴奋收缩耦联(EC耦联)过程。

　　3.1EC耦联动作电位期间,心肌细胞膜去极化,导致细胞外Ca2+内流,细胞膜上的L型Ca2+通道和自主神经受体是调节Ca2+跨膜内流的主要结构[1718]。膜去极化时,经细胞膜L型Ca2+通道流入细胞的少量Ca2+,可触发内质网(SR)上Ca2+释放通道(ryanodine受体),引起Ca2+池释放大量Ca2+,导致原肌球蛋白变构,肌动蛋白与肌球蛋白交叠,心肌细胞收缩。随后,细胞质增加的Ca2+经内质网膜上Ca2+ATP酶(Ca2+泵)回收到钙池。此外还通过Na+/Ca2+交换和Ca2+泵排出细胞,引起心肌舒张。

　　自主神经递质通过受体调控细胞外Ca2+通过细胞膜。NE通过激活β肾上腺素受体,通过G蛋白激活腺苷酸环化酶,催化ATP转成cAMP。cAMP增加引起依赖cAMP的L型Ca2+通道磷酸化,导致通道开放机率增加,动作电位平台期Ca2+跨膜内流增加。NE还可激活α肾上腺素受体,激活磷脂酶C,将卵磷脂分解成三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG),IP3、DAG进一步增加Ca2+的跨膜流动和SR的Ca2+流。

　　跨膜内流的Ca2+激活SR释放Ca2+的机制尚未清楚,可能是SR的Ca2+通道特殊位点与Ca2+结合,引起构型改变所导致[17]。巯基类物质可调节骨骼肌和心肌SR释放Ca2+。SR膜上巯基的氧化还原反应可调节SR Ca2+通道功能,巯基类物质(如乙酰半胱氨酸)可逆转心肌病变引起的收缩功能低下。而NO可硝基化巯基,减少心肌SR释放Ca2+,降低心肌收缩性,表明NO调节心肌EC耦联,从而影响心肌收缩性能。

　　3.2NO对EC耦联的影响NO结合铁,激活鸟苷酸环化酶,后者将GTP转化成cGMP。cGMP升高引起L型Ca2+通道和收缩蛋白磷酸化。依赖cGMP的L型Ca2+通道磷酸化导致细胞外Ca2+内流减少;而收缩蛋白磷酸化,对Ca2+亲和力降低;另外由iNOS激活产生大量的NO,通过结合琥珀酸脱氢酶中的铁,抑制线粒体活性;NO还可硝基化SR钙释放通道。L型Ca2+通道活性降低、收缩蛋白与Ca2+的亲和力降低、线粒体活性抑制、SR Ca2+释放通道硝基化都引起心肌收缩性能下降[3],表明NO对心肌收缩功能有多方面的调控作用,也说明在应激造成心肌病变中,经细胞因子介导生成的NO起核心作用。

　　4应激介质对心肌影响

　　NO对细胞增殖、凋亡和线粒体电子转运等功能过程有广泛影响,对正常与异常心肌的功能都有重要作用。研究显示,NOS抑制剂(LNMMA)可阻断TNF、IL6和IL2引起的心肌抑制;而I精氨酸通过提供底物促进NO生成可逆转LNMMA的作用,提示细胞因子对心脏负性变力效应与心肌细胞cNOS酶活性增强有关。细胞分子生物学研究也证实,心肌细胞存在功能性的cNOS(NOS Ⅲ)[16]。炎性细胞因子通过NO抑制异丙肾上腺素对离体心肌细胞的正性变力作用,TNF和IL1可解除激动剂结合的受体与腺苷酸环化酶的耦联。IL1引起G蛋白介导的心肌细胞L型钙通道抑制,与cGMP介导NO对心肌L型钙通道的效应一致,因此推测,心肌β肾上腺素受体去敏化是由细胞因子介导、依赖NO的心肌L型钙通道抑制所造成。

　　机体在应答感染时，通过细胞因子诱导iNOS表达、促进NO生成,是机体重要的适应机制。缺血、创伤等应激时，AngⅡ、NE和TNF也通过不同的心肌受体和信号通路介导心肌细胞生成NO。NE与α或β肾上腺素受体结合,直接或间接刺激MAPK,激活核因子κB(NFκB),后者从IκB上解离下来,从细胞质转到细胞核中。TNFα也可引起MAPK介导的NFκB激活和核转位。NFκB激活引起iNOS mRNA转录、翻译成iNOS蛋白,将I精氨酸转化成瓜氨酸和NO,导致NO生成增加。这种内分泌、自主神经和免疫系统对NO生成的精细协同作用,说明NO在宿主程序性应对损伤中有重要作用。此外,AngⅡ、NE或TNF单独不引起NO增加,需IL1存在才起作用。IL1的允许作用提高了该反应系统的精确性和可调性。各种刺激或损伤导致AngⅡ、NE、TNF和IL1变化,继而引起NO生成增加,表明机体细胞iNOS/NO反应具有适应的优势。细胞因子诱导心肌细胞iNOS表达[13],NO生成增多,后者抑制线粒体酶活性[14],在CHF发生发展中起重要病理作用。

　　【参考文献】

　　[1]Krishnagopalan S,Kumar A,Parrillo J E. Myocardial dysfunction in the patient with sepsis[J]. Curr Opin Crit Care, 2002,8(5):376388.

　　[2]Janeway C H,Travers P,Hunt S,et al. Immunobiology:The immune system in health and disease[M]. New York:Current Biology Limited, 2001:6488.

　　[3]Feldman A M,Combes A,Wagner D,et al. The role of tumor necrosis factor in the pathophysiology of heart failure[J]. J Am Coll Cardiol, 2000,35(3):537544.

　　[4]Kan H,Finkel M S. Interactions between cytokines and neurohormonal systems in the failing heart[J]. Heart Fail Rev, 2001,6(2):119127.

　　[5]Luss H,Neumann J,Schmitz W,et al. The stressresponsive MAP kinase p38 is activated by lowflow ischemia in the in situ porcine heart[M]. J Mol Cell Cardiol, 2000,32(10):17871794.

　　[6]Zhao T C,Hines D S,Kukreja R C. Adenosineinduced late preconditioning in mouse hearts:Role of p38 MAP kinase and mitochondrial KATP channels[J]. Am J Physiol, 2001,280(3):H1278H1285.

　　[7]Nakano A,Cohen M V,Critz S,et al. SB 203580,an inhibitor of p38 MAPK,abolishes infarctlimiting effect of ischemic preconditioning in isolated rabbit hearts[J]. Basic Res Cardiol, 2000,95(6):466471.

　　[8]Liao P,Wang S Q,Wang S,et al. p38 Mitogenactivated protein kinase mediates a negative inotropic effect in cardiac myocytes[J]. Circ Res, 2002,90(2):190196.

　　[9]Kan H,Birkle D,Jain A C,et al. P38 MAP kinase inhibitor reverses stress induced cardiac myocyte dysfunction[J]. J Appl Physiol, 2005,98(1):7782.

　　[10]Zheng M,Zhang S J,Zhu W Z,et al. β2adrenergic receptorinduced p38 MAPK activation is mediated by protein kinase A rather than by Gi or Gβγin adult mouse cardiomyocytes[J]. J Biol Chem, 2000,275(2):4063540640.

　　[11]Communal C,Colucci W S,Singh K. p38 mitogenactivated protein kinase pathway protects adult rat ventricular myocytes against βadrenergic receptorstimulated apoptosis. Evidence for Gidependent activation[J]. J Biol Chem, 2000,275(25):1939519400.

　　[12]BallardCroft C,White D J,Maass D L,et al. Role of p38 MAP kinase in cardiac myocyte secretion of the inflammatory cytokine TNFalpha[J]. Am J Physiol, 2001,280(5):H1970H1981.

　　[13]Kan H,Xie Z,Finkel M S. HIV gp120 enhances nitric oxide production by cardiac myocytes through p38 MAP kinase mediated NFκB activation[J]. Am J Physiol, 2000,279(2):H3138H3143.

　　[14]Tatsumi T,Matoba S,Kawahara A,et al. Cytokineinduced nitric oxide production inhibits mitochondrial energy production and impairs contractile function in rat cardiac myocytes[J]. J Am Coll Cardiol, 2000,35(5):13381346.

　　[15]Corasaniti M T,Strongoli M C,Hill P S,et al. Apoptosis induced by gp120 in the neocortex of rat involves enhanced expression of cyclooxygenase type 2 and is prevented by NMDA receptor antagonists and by the 21aminosteroid U74389G[J]. Biochem Biophys Res Comm, 2000,274(3):664669.

　　[16]Ashley E A,Sears C E,Byrant S M,et al. Cardiac nitric oxide synthase 1 regulates basal andadrenergic contractility in murine ventricular myocytes[J]. Circulation, 2002,105(25):30113016.

　　[17]Bers D M. Cardiac excitationcontraction coupling[J]. Nature, 2002,415(3):198205.

　　[18]Rockman H A,Koch W J,Lefkowitz R J. Seventransmembranespanning receptors and heart function[J]. Nature, 2002,415(3):206212.