心肌缺血預(yù)適應(yīng)的生物學(xué)機(jī)制

1、心肌缺血預(yù)適應(yīng)的生物學(xué)機(jī)制         缺血預(yù)適應(yīng)(Ischemic Precondition, IP)是指幾次短暫的心肌缺血/再灌注能保護(hù)長時(shí)間冠脈阻塞所致的心肌損害，是很強(qiáng)的心肌內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制。Murry1等首次在犬的缺血再灌注實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)，后來在豚鼠、家兔和豬的心肌中發(fā)現(xiàn)也有這種現(xiàn)象24。由于倫理的原因還沒有直接的證據(jù)說明人的心肌存在這種現(xiàn)象，但有些間接的證據(jù)，Speekly-Qick5等用人的心房肌小梁的離體標(biāo)本，缺血預(yù)適應(yīng)可以大大加強(qiáng)缺血心房肌發(fā)展張力的恢復(fù)，后來人的離體心室肌發(fā)現(xiàn)也存在IP現(xiàn)象。缺

2、血預(yù)適應(yīng)的機(jī)制目前認(rèn)為是短暫的缺血再灌注使大量的內(nèi)源性物質(zhì)釋放，誘導(dǎo)蛋白激酶C激活，再進(jìn)一步激活其他激酶，最后誘導(dǎo)線粒體的ATP敏感的鉀通道開放。線粒體的ATP敏感的鉀通道可能是缺血預(yù)適應(yīng)的心肌保護(hù)的最后效應(yīng)器官。 一、心肌缺血預(yù)適應(yīng)的生物學(xué)特征 缺血預(yù)適應(yīng)的保護(hù)效應(yīng)主要體現(xiàn)在減少持續(xù)缺血再灌注的心肌梗死范圍，促進(jìn)在灌注后功能的恢復(fù)，阻止急性缺血期或在灌注后室性心律失常，減少再灌注后冠脈內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂，減少心肌能量的消耗、代謝產(chǎn)物蓄積和糖酵解，維持細(xì)胞內(nèi)PH穩(wěn)定等作用6。 生物學(xué)特征：IP發(fā)生與心肌內(nèi)ATP下降的速率減慢有關(guān)。IP不依賴于冠脈側(cè)枝循環(huán)的增加。單次短暫冠脈阻塞也能使心肌處于IP

3、狀態(tài)。若持續(xù)缺血時(shí)間超過90分鐘至3小時(shí)，則IP保護(hù)作用消失。但在最初缺血24小時(shí)后這種保護(hù)作用又可恢復(fù)，稱為“第二保護(hù)窗”或“延遲保護(hù)作用”。在數(shù)小時(shí)內(nèi)頻繁缺血發(fā)作可導(dǎo)致IP的保護(hù)作用失效，即對IP發(fā)生耐受現(xiàn)象。缺氧、牽張、熱休克和1腎上腺素能使心肌出現(xiàn)類似的“IP”現(xiàn)象7。 二、缺血預(yù)適應(yīng)(Ischemic Precondition, IP)的生物學(xué)機(jī)制 其生物學(xué)機(jī)制目前還不十分清楚，但其過程涉及受體跨膜信息傳遞系統(tǒng)以及不同效應(yīng)器等多種環(huán)節(jié)。 1.細(xì)胞膜機(jī)制 有許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都支持在缺血預(yù)處理時(shí)許多內(nèi)源性保護(hù)物質(zhì)的釋放，通過相應(yīng)的膜受體介導(dǎo)參與IP的保護(hù)作用。 (1)腺苷受體 內(nèi)源性腺苷釋放

4、在IP時(shí)一過性增多，被認(rèn)為是心肌能耐受長時(shí)間缺血的主要原因。Liu8等發(fā)現(xiàn)在麻醉家兔非選擇性的腺苷受體拮抗劑PD-11599或8-SPT能阻斷IP的保護(hù)作用。用腺苷進(jìn)行血管內(nèi)灌注5 min,接著沖洗10 min，可誘導(dǎo)與IP一樣有保護(hù)作用。腺苷釋放后可能通過腺苷受體起作用，腺苷受體有三個(gè)亞型：A1、A2和A3，一般認(rèn)為A1、A3受體與IP有關(guān)。 (2)緩激肽受體 內(nèi)源性緩激肽的釋放通過激活緩激肽受體在IP的心肌保護(hù)中起一定的作用。Noda等在狗的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，阻斷左冠狀動(dòng)脈血流時(shí)，血液中的緩激肽濃度增高。Goto9等發(fā)現(xiàn)在麻醉家兔經(jīng)過5分鐘缺血和10分鐘再灌注的預(yù)處理過程可以明顯減少心肌梗死的

5、面積，而灌注選擇性緩激肽2受體拮抗劑HOE-140能阻斷IP的保護(hù)作用；用緩激肽進(jìn)行血管內(nèi)灌注，可以模擬IP的作用。還有報(bào)道10，緩激肽輸入冠狀動(dòng)脈內(nèi)可以減輕狗的缺血后心律失常的嚴(yán)重程度。 (3)阿片受體 阿片受體激活在IP的心肌保護(hù)的作用現(xiàn)在很受重視。Schultz11等在麻醉大鼠給予3次5分鐘的嗎啡灌流，間隔5分鐘給予5分鐘無藥灌流，再發(fā)生30分鐘的心肌缺血，結(jié)果表明嗎啡灌流藥物與IP的效應(yīng)相似，可以減少缺血范圍，而且這種作用可被阿片受體阻斷劑納絡(luò)酮所阻斷，也可被KATP阻斷劑優(yōu)降糖所取消。也有不一致的報(bào)道，阿片受體拮抗劑MR2266也能模擬IP的抗心律失常作用和縮小心肌梗死范圍的作用12

6、。這可能與阿片受體的三種亞型(，)在IP中的作用有差異所致。 (4)其他 去甲腎上腺素是通過1受體介導(dǎo)其IP保護(hù)作用。血管緊張素通過AT1受體起作用。乙酰膽堿則通過M1受體發(fā)揮作用。 2.細(xì)胞內(nèi)機(jī)制 (1)蛋白激酶C(PKC) 在短暫的缺血再灌注期間，內(nèi)源性腺苷、緩激肽和阿片的釋放，作用相應(yīng)的受體誘導(dǎo)IP的形成，它們的保護(hù)作用均可以被PKC抑制劑所阻斷，它們可能之間存在一個(gè)共同的通路；在家兔其他幾種能激動(dòng)PKC的受體，如1、AT1和M1受體，它們均能觸發(fā)IP樣的保護(hù)作用，然而，阻斷這三種受體則不影響IP的保護(hù)作用，意味著這些受體系統(tǒng)不參與家兔的內(nèi)源性IP的效應(yīng)。 PKC能催化ATP的磷酸轉(zhuǎn)移到

7、絲氨酸或蘇氨酸殘基的氫氧根基團(tuán)上，這一過程被認(rèn)為與細(xì)胞生長、分化和效應(yīng)器功能的調(diào)節(jié)有關(guān)。最近有研究表明PKC能調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的離子電流，PKC可以激活心肌ATP敏感的鉀通道，充當(dāng)KATP開放劑的作用。PKC有至少11種絲氨酸或蘇氨酸激酶；可分為三類： cPKC(，)、nPKC(，)，aPK(,)。IP保護(hù)心肌過程有多種因子參與，而PKC的轉(zhuǎn)位與激活則是關(guān)鍵因素。Speechly-Dick13等在大鼠用PKC激動(dòng)劑1，2-dioctanoy-snglycero(DOG)可以模擬IP保護(hù)作用，PKC抑制劑Chelerythrine可以阻斷它。在人的心房肌小梁得到一致的結(jié)果，給PKC激動(dòng)劑四洗佛波乙酸

8、酯(PMA)保護(hù)人的心肌細(xì)胞，預(yù)防心肌缺血。 (2)酪氨酸激酶 研究表明，酪氨酸激酶參與IP的心肌保護(hù)作用，它使蛋白質(zhì)酪氨酸殘基磷酸化，在許多信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。Manlik14等首次證明酪氨酸激酶抑制劑genistein可以阻斷IP的保護(hù)作用。 有研究表明，酪氨酸激酶和PKC的作用機(jī)理與預(yù)適應(yīng)刺激強(qiáng)度有關(guān)。第一組，在大鼠心肌3次5分鐘阻塞和間隔5分鐘再灌注5分鐘的缺血預(yù)適應(yīng)后，給30分鐘的冠脈阻塞，再給予2小時(shí)的再灌注，發(fā)現(xiàn)在單獨(dú)給酪氨酸激酶抑制劑genistein和PKC抑制劑Chelerythrine時(shí)，可以部分取消IP的作用，若結(jié)合一起使用時(shí)則可以完全取消。第二組，只給予單次的缺血

9、預(yù)處理，也可以明顯減少缺血范圍，在單獨(dú)給genistein和Chelerythrine時(shí)，可以完全取消IP的作用，提示兩種激酶可能是平行存在的15。 (3)絲裂活化蛋白激酶(MAPK) MAPK是一類廣泛存在于真核細(xì)胞中的絲/蘇氨酸蛋白激酶。它是缺血、缺氧、牽張、激素、生長因子和細(xì)胞因子等各種細(xì)胞外刺激誘導(dǎo)基因表達(dá)、細(xì)胞增殖等核反應(yīng)的共同通路或匯聚點(diǎn)。無論是通過G蛋白或酪氨酸激酶的活化，都可以激活Raf-MAPK的磷酸化連鎖反應(yīng)，經(jīng)過MAPK的核轉(zhuǎn)位，引起轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，調(diào)節(jié)原癌基因、應(yīng)急蛋白基因的表達(dá)，促進(jìn)有關(guān)蛋白質(zhì)合成增加，完成對細(xì)胞外刺激的反應(yīng)16，這可能“延遲保護(hù)作用”有關(guān)。 三個(gè)主要

10、的MAPK通路與心臟含三種激酶(ERK、JNK和P38)相一致。ERK通路研究最多，可被生長因子和G蛋白耦聯(lián)的受體所激活。然而，還沒有證據(jù)說明它與IP有關(guān)，目前有很多證據(jù)暗示JNK和/或P38MAPK組成的通路與IP有關(guān)17。 (4)ATP敏感的鉀離子通道(ATP-sensitive potassium channel, KATP)或IK（ATP） 大量證據(jù)支持KATP假說，認(rèn)為KATP是受體激活的最終作用部位。 1983年Noma18應(yīng)用膜片鉗技術(shù)首先在豚鼠心肌細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)一種可被細(xì)胞內(nèi)ATP和其他腺嘌呤核苷酸抑制的K選擇性通道，并推斷此通道與心肌代謝抑制時(shí)APD縮短有關(guān)，此通道被命名為ATP

11、敏感的鉀離子通道。后來在胰導(dǎo)的細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)存在該型通道。其已被克隆，由兩部分組成：屬于內(nèi)向整流鉀通道家族的通道(Kir6.2)蛋白和磺脲類藥物受體(SUR)，SUR上有兩個(gè)ATP結(jié)合位點(diǎn)19。 有很多研究結(jié)果支持KATP的作用。KATP通道抑制劑阻斷IP作用。Gross和Auchampach20首先觀察到，KATP通道阻斷劑優(yōu)降糖可以完全阻斷IP對犬的心肌的保護(hù) 作用；在豚鼠和家兔心臟，KATP開放劑克羅卡林和吡那地爾能保護(hù)心肌預(yù)防缺血21；在人右房小梁在缺氧/復(fù)氧前給予克羅卡       &#

12、160; 林能顯著改善缺氧/復(fù)氧時(shí)的心肌收縮功能，且這種作用能被KATP阻斷劑優(yōu)降糖所阻斷5。 有關(guān)KATP參與IP過程，最初的認(rèn)為心肌細(xì)胞膜上KATP通道開放促使細(xì)胞復(fù)極化加快，明顯縮短心肌APD，能使Ca2+內(nèi)流減少(尤其在缺血損傷和細(xì)胞內(nèi)鈣增加的情況下，對于抑制Ca2+內(nèi)流，減少細(xì)胞的興奮性，有重要的作用)可以引起心肌細(xì)胞耗氧量的降低，起到保護(hù)心肌的作用22。但是后來，Yao23等人的研究表明克羅卡林(cromakalim)等保護(hù)心肌作用并不依賴于APD的縮短；在心肌細(xì)胞KATP抑制劑5-Hydroxydecanoate(5-HD)能取消克羅卡林心肌保護(hù)作用，而不阻斷其誘導(dǎo)的IKATP電

13、流24。這些現(xiàn)象均不支持細(xì)胞膜KATP離子通道的機(jī)理。 然而，最近有證據(jù)表明，線粒體KATP通道可能介導(dǎo)IP保護(hù)作用的最終效應(yīng)器。Garlid25等表明二氮嗪對線粒體KATP通道開放的選擇性比細(xì)胞膜要高2 000倍，有趣的是5-HD能夠翻轉(zhuǎn)二氮嗪誘導(dǎo)的線粒體K外流，而幾乎不影響心肌細(xì)胞膜的通道，因此5-HD顯示選擇性地阻斷線粒體KATP通道。進(jìn)一步證明，二氮嗪與克羅卡林一樣在離體的大鼠心臟有保護(hù)作用，而不依靠于肌膜的KATP通道，此外，這種保護(hù)作用可被5-HD翻轉(zhuǎn)。MAPK激動(dòng)劑Anisomycin的保護(hù)效應(yīng)能被5-HD翻轉(zhuǎn)，提示預(yù)適應(yīng)期間激動(dòng)激酶系統(tǒng)，也可能終止于線粒體KATP通道的開放。

14、為什么線粒體KATP通道開放產(chǎn)生心肌保護(hù)還不十分清楚，可能是在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)入線粒體基質(zhì)的鉀離子和通過鉀氫交換流出的是平衡的，這樣能維持線粒體的功能，然而，線粒體KATP通道的開放鉀離子內(nèi)流增加，導(dǎo)致線粒體體積增大腫脹；也可能是因?yàn)殁泝?nèi)流使線粒體的膜電位降低，減少鈣離子進(jìn)入線粒體，防止鈣超載；線粒體的膜電位降低還可以增加內(nèi)源性ATP酶抑制劑IF1的結(jié)合，在缺血過程中可以防止ATP分解消耗，有利于缺血保護(hù)26。 綜上所述，IP的生物學(xué)機(jī)制是一個(gè)由受體、蛋白激酶和離子通道等系統(tǒng)參與的復(fù)雜過程。目前認(rèn)為是在缺血預(yù)處理時(shí)許多內(nèi)源性保護(hù)物質(zhì)的釋放如腺苷、緩激肽、阿片和氧自由基等，通過相應(yīng)的膜受體介導(dǎo)，活化

15、G蛋白，激活磷脂酶C，使膜磷脂降解生成二?；视?DG)，DG激活PKC，最后使效應(yīng)器磷酸化，效應(yīng)器可能是線粒體上的KATP，誘導(dǎo)其心肌保護(hù)機(jī)制。而IP的“遲發(fā)保護(hù)反應(yīng)”，可能是通過蛋白激酶(MAPK)的激活，調(diào)節(jié)原癌基因、即刻蛋白基因的表達(dá)，促進(jìn)有關(guān)蛋白質(zhì)合成增加。 參考文獻(xiàn) 1，Murry CE, Jennings RB, Reimer KA. Preconditioning with ischemica: A delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation, 1986, 74:11241136 2，Ovize

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