喬鈺惠，孟增慧，郭麗君，李子健

(北京大學第三醫(yī)院 心內(nèi)科 血管醫(yī)學研究所 衛(wèi)生部心血管分子生物學與調(diào)節(jié)肽重點實驗室分子心血管學教育部重點實驗室 心血管受體研究北京市重點實驗室， 北京 100191)

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短篇綜述

心肌缺血再灌注損傷的機制和治療

喬鈺惠，孟增慧，郭麗君，李子健*

(北京大學第三醫(yī)院 心內(nèi)科 血管醫(yī)學研究所 衛(wèi)生部心血管分子生物學與調(diào)節(jié)肽重點實驗室分子心血管學教育部重點實驗室 心血管受體研究北京市重點實驗室， 北京 100191)

心肌缺血再灌注損傷(MIRI)常見的機制有Ca2+超載、氧化應激、凋亡與自噬等，一些微小RNA及TLRs等也參與其中，這些機制相互聯(lián)系，相互作用。MIRI的防治措施也不再是單一的藥物治療，缺血預處理和針對一些小分子的新藥及基因治療等新手段也逐漸開始從基礎走向臨床。

心肌缺血再灌注損傷；機制；治療

冠心病是導致人類死亡的主要疾病之一，WHO報道2008年全世界死于冠心病的人數(shù)為7 254 000，占全部死亡人數(shù)的12.8%。溶栓療法，經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈血管成形術及冠脈搭橋術等治療手段可以使缺血心肌很快重新恢復血液灌流及氧供應。再灌注是一把“雙刃劍”，它在恢復心肌供血及供氧的同時也使其超微結構、代謝及功能的損傷更加嚴重，甚至出現(xiàn)不可逆的心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)[1]。MIRI減弱了積極再灌注帶來的效益，成為冠心病治療亟待解決的關鍵問題之一，本文從MIRI的機制及防治措施探討如何進一步降低MIRI的危害。

1 心肌缺血再灌注損傷機制

MIRI的機制尚未完全被闡明，Ca2+超載與氧化應激是主要因素，但炎性反應、免疫反應及凋亡自噬

等也參與其中。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)一些小分子，如線粒體通透性轉換孔(mPTP)，Toll樣受體及microRNA 也與MIRI有關(圖1)。

1.1 Ca2+超載

缺血時Na+、H+和Ca2+積聚，而再灌注會引起離子流的快速改變，快速的pH重整化會加重細胞毒性。同時，鈉依賴的pH調(diào)節(jié)機制(包括Na+-H+交換器和 Na+-HCO3-轉運體)被激活，引起細胞內(nèi)Na+積聚，胞內(nèi)高鈉通過Na+-Ca2+轉運體引起肌質網(wǎng)內(nèi)Ca2+增加，再通過肌質網(wǎng)L型Ca2+通道和肌質網(wǎng)/內(nèi)質網(wǎng)鈣泵，進一步加重Ca2+超載。再灌注早期，細胞內(nèi)高鈣可以導致心肌的持續(xù)收縮和硬化，其結果是肌原纖維強收縮，ATP被消耗，還可使線粒體超微結構損害，進一步阻礙ATP的合成，造成能量代謝障礙，而細胞內(nèi)的ATP水平是決定細胞發(fā)生凋亡或壞死的主要因素[2]。

1.2 氧化應激與線粒體通透性轉換孔(mPTP)開放

缺血再灌注后，黃嘌呤氧化酶增多、中性粒細胞呼吸爆發(fā)、線粒體功能受損、兒茶酚胺增加和氧化，產(chǎn)生大量線粒體自由基(ROS)引發(fā)更多的ROS釋放，即“ROS誘導ROS釋放”。一方面，ROS對細胞有直接毒性，造成細胞內(nèi)染色體畸變、核酸堿基改變或DNA斷裂。另一方面，ROS使膜脂質過氧化，細胞膜及細胞器膜流動性降低、通透性升高，引起膜蛋白及膜受體功能障礙，加重Ca2+超載并激活mPTP開放, 導致質子梯度破壞，線粒體腫脹及破裂，促使凋亡物質釋放到胞質中。早期mPTP的開放是再灌注損傷的關鍵因素，很大程度上決定最終梗死的面積[3]。

1.3 自噬與凋亡

心肌缺血再灌注時自噬體數(shù)量增加，而自噬在缺血期和再灌注期扮演不同的角色：缺血期的自噬作用通過AMPK依賴途徑，可以提供心肌代謝能量，維持心肌收縮，對心臟發(fā)揮保護作用；而再灌注期所誘發(fā)的自噬作用則是通過Beclin- 1依賴途徑，Beclin- 1通過結合Bcl- 2家族的保守區(qū)域，激活caspase級聯(lián)反應，產(chǎn)生凋亡性的程序性死亡，此時自噬則對心臟有負性作用。另外，氧自由基、鈣超載和mPTP開放等導致線粒體腫脹和破裂，釋放凋亡誘導因子和細胞色素C等凋亡相關蛋白，進一步啟動Caspase級聯(lián)反應，誘導程序性凋亡[4- 5]。

1.4 內(nèi)皮細胞與NO

正常情況下，內(nèi)皮是揮發(fā)性分子NO的主要來源，而缺血再灌注時NO的作用是雙重的，既可以引起保護性的血管舒張，又能通過增加高反應性物質(如亞硝酸鹽)增強活性氧介導的細胞毒性。

內(nèi)皮的激活和損傷，增加了血管通透性和炎性細胞的募集，內(nèi)皮分泌的細胞黏附分子通過炎性反應增加了對組織的侵襲。這些炎性細胞，特別是中性粒細胞，通過分泌蛋白酶和產(chǎn)生活性氧阻塞微血管系統(tǒng)，對心肌細胞直接造成損害。

圖1 MIRI(myocardial ischemia reperfusion injury)的機制

內(nèi)皮又可作為一種血管活性物質，通過表達細胞因子、趨化因子和黏附分子激活免疫系統(tǒng)。其他的固有免疫系統(tǒng)組分，如Toll樣受體(TLRs)、甘露糖結合凝集素和補體的級聯(lián)效應也參與了缺血再灌注損傷,TLR4在MIRI中介導有害作用已明確，而TLR2的作用尚不清楚[6]。

1.5 microRNA的作用

MIRI中有microRNA的參與，如 miR- 1、miR- 21、miR- 133和miR- 320等。miRNAs通過調(diào)控一些關鍵的信號分子參與MIRI，MIRI中也會有microRNA表達量的變化。氧化應激會增加miR- 1的表達水平，miR- 1的過表達會促進H2O2引起的凋亡，而 miR- 21可以保護心肌細胞，減少H2O2引起的細胞死亡。 miR- 133在心肌梗死區(qū)是減少的，miR- 133可以通過降低caspase- 9的表達水平與表達活性起到抗凋亡的作用。小鼠在體模型中，心肌缺血30 min后再灌注24 h發(fā)現(xiàn)miR- 320減少，miR- 320下調(diào)HSP20的表達，而HSP20是一種在MIRI中起保護作用的蛋白[7- 8]。

2 心肌缺血再灌注損傷的防治策略

現(xiàn)在用于臨床的主要有藥物和各種缺血預處理手段。大部分藥物的作用較為明確。各種缺血預處理手段的安全性已得到證實，但其臨床效果各不同，還需進一步臨床試驗[9]。

2.1 缺血預處理

2.1.1 心肌缺血預適應:缺血預適應(ischemic preconditioning，IPC)可能是通過刺激心臟合成并釋放內(nèi)源性心肌保護物質(如腺苷和緩激肽等)，激活胞膜相應受體(G蛋白耦聯(lián)受體等)并啟動信號傳導的級聯(lián)反應，序貫激活下游信號系統(tǒng)，如蛋白激酶C(PKC)，誘導內(nèi)源性保護蛋白(熱休克蛋白和自由基清除酶等)實現(xiàn)對心臟的保護。此外，IPC使線粒體內(nèi)膜ATP敏感K+通道開放，K+內(nèi)流使線粒體基質容積增加，促進線粒體呼吸，ATP合成增加，同時促使部分Ca2+從線粒體進入胞質，減輕了線粒體Ca2+超載，從而發(fā)揮心臟保護作用。

IPC因其臨床不可預測性與較差的可控性，逐漸被淘汰。

2.1.2 心肌缺血后適應:缺血后適應(ischemic post-conditioning,I-postC)與 IPC在心臟保護作用及機制方面有許多相似之處：通過刺激心臟釋放G蛋白耦聯(lián)受體激動劑，激活再灌注損傷救援激酶(RISK)通路(包括 PI3K/Akt、PKC、MAPKs 、ERK1/2和P38)，抑制促凋亡通路GSK3，并調(diào)節(jié)ATP敏感的K+通道及mPTP功能，發(fā)揮細胞保護效應[10]。

與IPC相比，I-postC具有更強的可預測性和臨床可控性。在PCI術中應用缺血后適應處理，在減少心肌梗死面積、降低肌酸激酶/肌鈣蛋白水平、改善ST段回落和改善左心室功能等方面有著積極的作用。60 s后適應比30 s后適應具有更大的臨床收益[11- 14]。一些臨床試驗也表明，I-postC在短期內(nèi)可以降低ST段抬高型心肌梗死患者的梗死面積，而長期則無顯著影響[15- 16](表1)。

表1 缺血后適應臨床試驗

表2 遠程缺血臨床試驗

2.1.3 遠程缺血預適應:遠程缺血預適應(remote ischemic preconditioning,RIPC)可以通過神經(jīng)和體液兩種途徑傳遞生物信號，通過釋放腺苷、緩激肽或者阿片類物質刺激局部的傳入神經(jīng)，作用于以心臟為終端的傳出神經(jīng)，使心臟對缺血產(chǎn)生耐受效應。

針對RIPC，有大量的臨床試驗[17- 23]，已證明利用自動充氣式袖帶200 mmHg，5 min缺血/5 min再灌注，重復數(shù)個循環(huán)可以起到心肌保護作用。值得注意的是，RIPC的臨床試驗結果并不完全一致。 因此，RIPC對心臟的保護作用，尚需更多臨床試驗證據(jù)(表2)。

2.2 藥物預適應

現(xiàn)在臨床上使用的藥物主要針對MIRI的機制，從減輕炎性反應，減少氧自由基、自噬與凋亡及改善內(nèi)皮功能的目的出發(fā)。

為評價DELTA機器人軌跡性能，本文引入具有普適性的電機輸入電能與機器人機械功兩種能量指標，對具有3種不同速度規(guī)劃方式的Lamé，Clothoid，分段多項式曲線進行參數(shù)優(yōu)化仿真和實驗，最后通過9種具有最優(yōu)參數(shù)的拾放軌跡比較得出最優(yōu)軌跡。

2.2.1 針對氧化應激的藥物:腺苷與別嘌呤醇可減少中性粒細胞的激活，減少超氧陰離子的產(chǎn)生和促炎性因子的釋放。腺苷也可以抑制血管內(nèi)皮組織的激活，從而抑制白細胞-內(nèi)皮細胞相互作用引起缺血后損傷。

低氧誘導因子- 1(HIF- 1)可降低線粒體氧化應激，促進有氧糖酵解，抑制MPTP的開放，保護心臟[24]。

2.2.2 針對自噬與凋亡的藥物:環(huán)孢霉素A(CsA)與心房利鈉肽能抑制T細胞的功能及中性粒細胞的活化，減輕炎性反應。更重要的是，CsA可以阻斷Cyclophilin D與腺嘌呤核苷轉位酶的結合，從而抑制mPTP的開放,減少凋亡物質的釋放。

除了以上較傳統(tǒng)的藥物，一些新的藥物如他汀類和促紅細胞生成素(EPO)等也逐漸被用于臨床治療。他汀類藥物除了降低血脂，還可以改善血管內(nèi)皮功能、抑制血小板聚集和血栓形成、抗感染，穩(wěn)定斑塊，并可以抑制mPTP的開放。而EPO可以抑制心肌細胞凋亡及保護缺血心肌[25- 26]。一些小分子氣體，如NO具有擴張血管、抗氧化、抗血小板和抗中性粒細胞的功能，是一種重要的心臟保護分子，吸入治療劑量的CO可以減輕炎性反應與組織損傷，而吸入微量H2S可以減輕MIRI中ROS的聚集并保護線粒體功能[27]。

3 展望

近年來對miRNAs及線粒體代謝等的基礎研究逐漸深入，包括對其調(diào)控機制和信號分子改變的探索都有可能提供新的治療靶點，還有干細胞移植、基因治療等方向的探索也可能成為MIRI治療的新方向。對MIRI機制的研究及臨床防治策略也都有了較大的進展，但各種防治MIRI的策略如何選擇最佳時程取得更好的療效，是一個還未解決的難題，而基礎研究可為實現(xiàn)更安全有效的臨床治療提供新的思路和途徑。

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新聞點擊

停經(jīng)婦女喝低糖飲料腦卒中風險增加

據(jù)英國《BBC新聞》(BBC NEWS)2015- 03- 30報道，根據(jù)一份非正式的研究報告，低糖飲料可能將提高停經(jīng)婦女的心臟病發(fā)作與腦卒中等心臟疾病風險。

這項研究是從婦女健康倡議(Women’s Health Initiative)近6萬名參與者飲用低糖飲料與飲用結果的分析資料，得出的結果。婦女健康倡議是一項長期的美國觀察研究，探究停經(jīng)婦女的心血管健康趨勢。

該研究結果發(fā)表于華盛頓召開的美國心臟病學會(American College of Cardiology)科學年會。

大腸鏡檢查很好但不完美

據(jù)美國WebMD醫(yī)學新聞網(wǎng)(2014- 03- 24)報道，根據(jù)最新研究指出，大腸鏡檢查會錯失約6%的大腸癌檢查。

專家指出，50歲以上的人應該每10年做1次大腸鏡篩檢，風險增加的人則要每5年做1次篩檢。

猶他大學Huntsman癌癥機構的N. Jewel Samadder博士認為，65歲以上有大腸癌家族史，之前曾發(fā)現(xiàn)息肉的患者似乎比較可能被忽略。這些癌癥可能是在做大腸鏡時被忽略了，或是做完大腸鏡以后才迅速生長所造成的。

研究發(fā)現(xiàn)，錯失的癌癥大部分是發(fā)生在結腸的右側，與左側結腸的生理特性不同，這種息肉比較平坦、生長快速，這可以解釋為何做大腸鏡篩檢時沒有被發(fā)現(xiàn)，以及為何看不到息肉還會產(chǎn)生癌癥。

研究結果刊登于2014- 03- 20《胃腸病學》(Gastroenterology)。

The mechanism and management of myocardical ischemia reperfusion injury

QIAO Yu-hui,MENG Zeng-hui,GUO Li-jun,LI Zi-jian*

(Dept. of Cardiology, Peking University Third Hospital, Key Laboratory of Cardiovascular Molecular Biology and Regulatory Peptides, Ministry of Health, Key Laboratory of Molecular Cardiovascular Sciences, Ministry of Education and Beijing Key Laboratory of Cardiovascular Receptors Research Institute of Vascular Medicine, Institue of Vascular Medicine, Beijing 100191, China)

Calcium overload, oxidative stress, apoptosis and autophagy can induce myocardial ischemia reperfusion injury(MIRI).In addition, microRNAs, TLRs and other molecules also play an important role in MIRI. These mechanisms function and interact with each other. The treatment of MIRI is no longer rely on medication only. Ischemic preconditioning, new drugs targeted small molecules, gene therapy and other new measures gradually transfer from bench to bedside.

myocardial ischemia reperfusion injury; mechanism; therapy

2015- 03- 23

2015- 07- 07

國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目(973)計劃(2014CBA02000, 2011CB503903); 國家自然科學基金(81471893,81270157,81070078)

1001-6325(2015)12-1666-06

R54

A

*通信作者(corresponding author)：lizijian@bjmu.edu.cn