褚延鵬 劉 婧

1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014;2.山東大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014

心臟作為人體最重要的器官，其主要起泵血的作用，而這個(gè)作用的實(shí)現(xiàn)有賴于其正常舒縮功能的維持。心肌線粒體作為心肌細(xì)胞一種特殊的細(xì)胞器，為心臟的舒縮活動(dòng)提供著最為重要的能量支持，一旦因?yàn)楦鞣N原因?qū)е戮€粒體功能失調(diào)，則會(huì)導(dǎo)致心肌舒縮功能的下降。并且，近期大量研究表明[1-3]，當(dāng)人體內(nèi)環(huán)境處在氧化應(yīng)激、缺血等應(yīng)激狀態(tài)下時(shí)，心肌細(xì)胞線粒體不僅出現(xiàn)能量供應(yīng)障礙，還會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。這些現(xiàn)象都說明線粒體在心肌舒縮活動(dòng)中扮演的無可替代的作用。因此，有必要將心肌線粒體對(duì)心臟舒縮功能的影響做比較詳細(xì)的闡述。

1 心肌線粒體正常超微結(jié)構(gòu)

線粒體是普遍存在于真核細(xì)胞內(nèi)的一種重要的細(xì)胞器，由于其特殊功能，有“動(dòng)力工廠”之稱。由于心肌耗氧量大的特點(diǎn)，心肌纖維內(nèi)尤其含有大量的線粒體。其內(nèi)線粒體長且粗，嵴也較密集，主要分布于肌絲束之間，呈縱行排列，大約占心肌細(xì)胞的30%[4-5]。

電鏡下可見心肌細(xì)胞內(nèi)的線粒體成粗桿狀，為典型的雙膜細(xì)胞器，是由兩層單位膜圍成的封閉的囊狀結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)的結(jié)構(gòu)依次是線粒體外膜、外室、內(nèi)膜和嵴以及內(nèi)室[6]。其內(nèi)外界膜的通透性不同，外界膜的通透性高，可容許多種物質(zhì)通過;而內(nèi)界膜則構(gòu)成明顯的通透屏障，使一些大分子物質(zhì)如蔗糖和NADH不能通過，而一些小分子物質(zhì)如鈉離子和鈣離子等也只有通過主動(dòng)運(yùn)輸才能進(jìn)入其中。線粒體的基質(zhì)含有電子致密的無結(jié)構(gòu)顆粒，與二價(jià)陽離子如Ca2+及Mg2+具有高度親和力?；|(zhì)中進(jìn)行著β氧化，氧化脫羧，枸櫞酸循環(huán)以及尿素循環(huán)等過程;在線粒體的外界膜上含有單胺氧化酶以及糖和脂質(zhì)代謝的各種轉(zhuǎn)移酶;在內(nèi)界膜上則為呼吸鏈和氧化磷酸化的酶類。

2 心肌線粒體在心肌舒縮功能中的作用

線粒體是細(xì)胞內(nèi)的能源產(chǎn)生基地，而其在心肌舒縮功能中最重要的作用就是通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP，是供應(yīng)心肌細(xì)胞在收縮與舒張過程中所消耗的所有能量的主要來源。線粒體內(nèi)膜含有全部呼吸鏈中電子傳遞的酶以及ATP酶，它們按照嚴(yán)格的排列順序和方向，參與電子的傳遞，能將代謝脫下的電子最終傳遞給氧，生成水，同時(shí)釋放能量。

Ca2+作為信號(hào)分子，在心肌收縮與舒張過程中扮演著重要的角色，而線粒體亦參與了鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)與儲(chǔ)存等過程。根據(jù)大量研究表明，發(fā)揮鈣離子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的線粒體被稱為心肌纖維內(nèi)線粒體[7](IMFMs，intermyofibrillar mitochondria)，位于肌小節(jié)兩個(gè)相鄰Z線附近，被肌原纖維所包裹。IMFMs與交界性肌漿網(wǎng) (JSR，junctional SR)相鄰，并且兩者都在T管附近，它們之間的空間位置是IMFMs與JSR之間鈣離子信號(hào)傳遞的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由于其位置上的特殊性，IMFMs一方面可以給鈣泵提供能量，調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)鈣離子循環(huán);另一方面，其自身又可能因肌漿網(wǎng)鈣離子循環(huán)的影響而發(fā)生鈣離子升高與恢復(fù)的循環(huán)過程，稱之為“線粒體鈣離子循環(huán)”。研究表明其攝取鈣離子的方式有三種，分別為鈣離子單向轉(zhuǎn)運(yùn)體，通過線粒體內(nèi)膜RyR攝取鈣離子，以及快速攝取模式。鈣離子的外排機(jī)制目前認(rèn)為有兩種，分別為鈉離子依賴性機(jī)制和非鈉離子依賴性機(jī)制，而以前者為主。由于線粒體的鈣離子轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制到目前為止仍然存在相當(dāng)大的爭議，其具體的通路尚未明確，在此不再贅述。

3 心肌線粒體異常超微結(jié)構(gòu)的變化

線粒體是一個(gè)功能復(fù)雜的細(xì)胞器，是受到內(nèi)外環(huán)境病理性因素的影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的最敏感的細(xì)胞器，當(dāng)其受到損傷時(shí)，常見的超微結(jié)構(gòu)的改變有:線粒體因其內(nèi)水潴留而發(fā)生明顯腫脹、肥大、增生和積水變，其內(nèi)嵴變短，變少，方向不規(guī)則，排列混亂，出現(xiàn)氣球樣變，或者萎縮，嚴(yán)重時(shí)甚至很難看到[4]。基質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)電子密度增高區(qū)，有的出現(xiàn)多個(gè)透亮的區(qū)域，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生空泡變性。部分線粒體發(fā)生破裂、溶解，部分線粒體出現(xiàn)包涵體，并且可以看到巨線粒體[1]。當(dāng)線粒體受損嚴(yán)重時(shí)，可以看到線粒體數(shù)量大量減少。

4 導(dǎo)致異常超微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的機(jī)制以及對(duì)心臟舒縮功能的影響

冠脈粥樣硬化、冠脈痙攣、膿毒血癥、心肌病、心律失常、PCI術(shù)后、創(chuàng)傷、休克等各種原因?qū)е滦募∪毖⑷毖跻约叭毖俟嘧p傷，造成心肌細(xì)胞氧自由基生成迅速增多，鈣超載，炎癥細(xì)胞及炎癥因子大量激活，神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)紊亂，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的病理性損傷。

4.1 線粒體能量產(chǎn)生障礙 線粒體是心肌工作的能量來源，一旦其能量產(chǎn)生障礙，無法產(chǎn)生足夠的ATP，將導(dǎo)致心肌舒縮功能的下降。當(dāng)心肌缺血、缺氧時(shí)，機(jī)體產(chǎn)生過多的氧自由基以及線粒體內(nèi)的鈣超載將影響線粒體內(nèi)代謝所需要的酶的活性和數(shù)量，造成酶的活性下降，酶生成障礙以及酶的數(shù)量下降，出現(xiàn)電子傳遞障礙，呼吸鏈解體，糖、脂、蛋白質(zhì)等代謝障礙，從而造成三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化等能量產(chǎn)生途徑的障礙，導(dǎo)致ATP生成減少，甚至造成致命性的能量衰竭[5，8]。

4.2 線粒體損傷造成細(xì)胞凋亡 線粒體不僅是細(xì)胞內(nèi)的能量中樞，當(dāng)其受到病理性因素的影響時(shí)，容易出現(xiàn)其結(jié)構(gòu)及功能的損傷，尤其是近來研究表明，是線粒體內(nèi)的鈣超載而非細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的鈣超載能夠造成細(xì)胞的凋亡。如果在鈣超載及氧自由基的影響下，大量心肌細(xì)胞發(fā)生凋亡，就會(huì)導(dǎo)致心肌梗死的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致心肌舒縮功能嚴(yán)重受限。

常見的細(xì)胞凋亡有三種途徑，分別為①死亡受體途徑，又稱為外源性途徑，由Fas及其配體引發(fā)，Caspase-8或Caspase-10介導(dǎo);②線粒體途徑，又稱為內(nèi)源性途徑，當(dāng)機(jī)體內(nèi)環(huán)境出現(xiàn)紊亂時(shí)，影響到線粒體的功能，使線粒體通透性增加，跨膜電位崩解，位于線粒體膜間隙的細(xì)胞色素C(Cytc)等釋放于細(xì)胞漿內(nèi)，使凋亡蛋白酶活化因子(Apaf-1)多聚體化并激活Caspase-9。Caspase-9降解底物后，其蛋白降解產(chǎn)物又可引起線粒體通透性進(jìn)一步發(fā)生變化，并進(jìn)一步抑制線粒體的氧化磷酸化，形成惡性循環(huán)，從而導(dǎo)致凋亡的發(fā)生，此途徑可被Bcl-2家族蛋白所調(diào)控;③內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑，是近年來新發(fā)現(xiàn)的又一條內(nèi)源性途徑，通過激活Caspase-12引發(fā)細(xì)胞凋亡[2-3]。

線粒體是一個(gè)對(duì)內(nèi)環(huán)境變化十分敏感的細(xì)胞器，容易受到各種病理性因素的影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的改變。當(dāng)機(jī)體缺血、缺氧或出現(xiàn)再灌注損傷時(shí)，大量氧自由基的生成，胞漿和線粒體鈣離子增加，線粒體跨膜電位下降，能量衰竭等造成線粒體不可逆性的損傷，導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn) 換 孔 道[9-12](mitochondrial permeability transition pore，mPTP)的開放，導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換 (mitochondrial permeability transition，MPT)，使得位于線粒體膜間隙的Cytc等釋放到胞漿中，并與Apaf-1結(jié)合，形成凋亡復(fù)合體，而后激活Caspase-9，引起一系列級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。并且，Cytc不僅能促進(jìn)凋亡，還能抑制線粒體氧化磷酸化，加重能量衰竭，導(dǎo)致線粒體膜通透性大大增加，跨膜電位進(jìn)一步崩解，使得Cytc釋放更多，如此形成惡性循環(huán)。

5 對(duì)能夠改善心臟超微結(jié)構(gòu)的藥物的研究

5.1 影響血管張素系統(tǒng)的藥物 現(xiàn)在已經(jīng)用于臨床的ACEI及ARB類藥物可以改善心肌重構(gòu)，改善病患的長期預(yù)后，并且可以降低病死率。大量研究表明，ACEI和ARB類藥物可以通過降低組織和循環(huán)中血管緊張素II和醛固酮的含量[13]，從而降低心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+的含量，從而提高線粒體對(duì)高鈣的敏感性，減少心肌細(xì)胞線粒體介導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡，還可以減輕細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，從而改善細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，改善心肌線粒體的功能。

5.2 曲美他嗪 大量實(shí)驗(yàn)研究表明，曲美他嗪可以通過增加線粒體內(nèi)谷胱甘肽的含量，以及改善超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，以增強(qiáng)其抗氧化能力，以減輕心肌細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，并且可以改善心肌細(xì)胞內(nèi)的能量代謝，減輕線粒體內(nèi)的鈣超載，從而改善線粒體的形態(tài)和功能[14];磷酸肌酸也是常用的改善損傷后心肌的藥物，而現(xiàn)有研究表明，磷酸肌酸保護(hù)心肌的靶點(diǎn)也可能在線粒體水平，其具體作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步的研究。

5.3 其他 目前臨床常用的他汀類藥物在有效劑量下可以減輕線粒體結(jié)構(gòu)和功能的破壞[15];近年來由于線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔道m(xù)PTP[9]及其在線粒體誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中的作用的發(fā)現(xiàn)，有研究者也試圖通過尋找mPTP的抑制劑來調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞線粒體的功能，目前，有研究顯示mPTP抑制劑環(huán)孢菌素A(CsA)可以通過改善mPTP的功能，從而起到減輕心力衰竭和改善心肌重構(gòu)的作用。

6 小結(jié)與展望

綜上所述，心肌細(xì)胞內(nèi)的心肌線粒體對(duì)心臟的舒縮功能的維持有不可替代的作用，線粒體在行使其功能的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都有可能導(dǎo)致心肌舒縮功能的降低。但是，由于技術(shù)的限制，心肌線粒體受損的具體機(jī)制，受損后導(dǎo)致心肌收縮能力下降的具體機(jī)制仍為完全闡明，而且，目前臨床上的治療也很少有針對(duì)心肌線粒體受損層面的措施，而且即便是那些可以逆轉(zhuǎn)心肌細(xì)胞線粒體損傷的藥物，其具體作用機(jī)制仍不明確，如何探明其中的致病機(jī)制，如何研究出針對(duì)改善超微結(jié)構(gòu)的靶向治療措施，仍是我們今后研究的方向和重點(diǎn)。

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