何貴新,馮雨菲,秦偉彬,林 琳,胡夢(mèng)弦,鄭國(guó)坤,玉黎燕,甲子永,韋 娟,文 琦,黃振樂,劉誓海
(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,廣西 南寧 530022;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué),廣西 南寧 530299)
心肌梗死是目前威脅人民生命的主要疾病之一,已然成為重大的公共衛(wèi)生問題。根據(jù)我國(guó)心血管病報(bào)告[1],近年來心肌梗死的死亡率呈快速上升趨勢(shì)。再灌注策略可重新開通閉塞的血管,恢復(fù)缺血心肌的血氧供。然而,恢復(fù)過程可引起氧化應(yīng)激、心肌細(xì)胞凋亡、自噬和炎性細(xì)胞因子的釋放等多種病理過程,進(jìn)一步加重心肌損害,即出現(xiàn)心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia-reperfusion injury, MIRI)。積極有效地抑制心?;颊哐骰謴?fù)后的再灌注損傷,增加心肌細(xì)胞對(duì)MIRI 的抵抗力,對(duì)于進(jìn)一步挽救受損心肌,改善患者預(yù)后,具有重大意義[2]。
研究表明,心肌缺血時(shí)線粒體功能受損是加重細(xì)胞壞死的重要因素。心肌缺血會(huì)降低肌膜下線粒體和原纖維間線粒體中的多種復(fù)合物活性,損害電子傳遞鏈(electron transport chain , ETC),影響電子傳輸功能。缺血對(duì)ETC 的損害可增加線粒體的活性氧(reactive oxygen species,ROS)的凈產(chǎn)量,過量的ROS 引發(fā)心肌進(jìn)一步損傷,形成惡性循環(huán)[3,4]。而在缺血再灌注后,不僅ETC,包括中介代謝的多種途徑都承受著由ETC 引發(fā)的損害。這些受損線粒體是持續(xù)損傷和長(zhǎng)時(shí)間再灌注過程中向心肌病過渡的有效刺激物。因此,及時(shí)清除受損線粒體對(duì)維持心肌組織穩(wěn)態(tài)、心肌細(xì)胞正常功能具有重大意義。研究證實(shí),自噬是心臟穩(wěn)態(tài)和功能的一個(gè)主要調(diào)節(jié)器。自噬在基線條件下保留心臟結(jié)構(gòu)和功能,在應(yīng)激時(shí)被激活,限制了大多數(shù)條件下的損傷以保護(hù)心臟功能。它還通過限制錯(cuò)誤折疊蛋白積累、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激,減少慢性缺血性重構(gòu)并調(diào)節(jié)心臟對(duì)壓力過載的適應(yīng)[5]。因此,以調(diào)節(jié)線粒體自噬作為靶點(diǎn)的心肌保護(hù)方案是探索心血管疾病治療的新方向。
miRNAs 在病變組織中有差異表達(dá),可以釋放到循環(huán)中以影響疾病的病程,因此,探求miRNAs 的診斷和治療作用,尋找疾病的調(diào)控機(jī)制及新的生物標(biāo)志物已然成為研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。已報(bào)道的miRNAs 作為基因表達(dá)的核心調(diào)控因子,其調(diào)控異??捎绊懝谛牟〉鹊陌l(fā)病機(jī)制[6]。盡管已證實(shí)多個(gè)miRNA 在心血管疾病中發(fā)揮重要作用,miRNA 種類繁多,作用廣泛,目前了解及掌握的miRNA 調(diào)控基因及其參與疾病的作用機(jī)制只是龐大miRNA 家族的冰山一角,更多調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。既往miRNA 相關(guān)研究發(fā)現(xiàn), miRNA 啟動(dòng)子DNA 甲基化水平的改變可直接導(dǎo)致其表達(dá)水平改變,參與其轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,在疾病的發(fā)病機(jī)制、診斷識(shí)別及發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[7-9]。近年來,已有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)miRNA-DNA 甲基化在心肌缺血的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用[10,11]。且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,部分中藥復(fù)方可以通過調(diào)控miRNA 或DNA 甲基化,進(jìn)而顯著減少M(fèi)IRI 后的心肌壞死面積,調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬,抑制動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成,但具體機(jī)制尚不清楚[12]。筆者前期研究發(fā)現(xiàn),中藥復(fù)方芪參益氣滴丸能顯著改善MIRI 及調(diào)控細(xì)胞自噬功能,且細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)芪參益氣滴丸可以激活mitoKATP 信號(hào)通路從而改善心肌缺血。另外,前期研究證實(shí)外泌體miR-155 在內(nèi)皮細(xì)胞自噬調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激損傷、血管平滑肌細(xì)胞遷移等方面發(fā)揮著重要作用。然而,miR-155 啟動(dòng)子區(qū)DNA 甲基化是否參與MIRI,目前尚未見報(bào)道。故筆者提出假說,芪參益氣滴丸通過調(diào)控miRNA155-DNA 甲基化調(diào)節(jié)線粒體自噬,進(jìn)而緩解MIRI。相關(guān)理論探討研究如下:
心肌缺血發(fā)生時(shí),線粒體再活化和氧的再生可導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng),通過刺激多種破壞性因素從而介導(dǎo)心肌損傷。ROS 作為誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的關(guān)鍵因素,當(dāng)產(chǎn)生過多,超過了機(jī)體清除過氧化物的能力時(shí),氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡就會(huì)被破壞,導(dǎo)致組織的氧化損傷。MIRI 通過黃嘌呤氧化酶系統(tǒng),激活的中性粒細(xì)胞和線粒體呼吸鏈的功能出現(xiàn)異常,產(chǎn)生過量無氧的自由基。大量ROS 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激是心肌細(xì)胞死亡、收縮和舒張功能下降的重要啟動(dòng)因子[13]。事實(shí)上,心肌缺血后,僅能觀察到少量的氧自由基產(chǎn)生,而氧自由基爆發(fā)式增長(zhǎng)則發(fā)生在再灌注后數(shù)秒鐘至1 min 以后。ROS 可直接攻擊生物膜上的不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化,破壞心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性。此外,ROS可引發(fā)細(xì)胞溶質(zhì)Ca2+超載,導(dǎo)致線粒體Ca2+過度增加,進(jìn)而誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)打開,并使線粒體膜電位去極化。mPTP 的開放導(dǎo)致三磷酸腺苷(triphosadenine,ATP)的損失、線粒體腫脹和細(xì)胞色素C 的釋放,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[14]。另外,氧化應(yīng)激可介導(dǎo)的心肌細(xì)胞DNA 損傷。駱佳銘等[15]研究發(fā)現(xiàn),加入抗氧化劑的缺氧/復(fù)氧H9C2 細(xì)胞DNA損傷明顯降低,同時(shí)抑制心肌損傷及凋亡,起到改善MIRI 的作用,證實(shí)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的DNA 損傷可能密切參與MIRI 的發(fā)病過程。另外,ROS 還可以促進(jìn)心肌梗死后的炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、調(diào)控心肌細(xì)胞凋亡并參與心肌梗死后的心肌重塑[16]。因此,有效清除過量的ROS 可能為減輕MIRI 提供理論基礎(chǔ)和治療靶點(diǎn)。
心肌是一種高度氧化的組織,線粒體在維持心臟的最佳性能方面發(fā)揮著核心作用。線粒體是一種雙膜細(xì)胞器,內(nèi)膜為離子透膜,外膜為因子透膜,這種復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu)使ATP 通過線粒體氧化磷酸化產(chǎn)生。而在成年哺乳動(dòng)物心臟中,線粒體氧化磷酸化負(fù)責(zé)產(chǎn)生95%的ATP。肌酸磷酸鹽穿梭系統(tǒng)將高能磷酸基從線粒體產(chǎn)生的部位運(yùn)送到肌原纖維,以再生收縮過程中消耗的ATP。因此,細(xì)胞正常生存需要依賴線粒體功能和結(jié)構(gòu)的完整性。
自噬是一種溶酶體依賴的降解過程。線粒體自噬是典型的選擇性自噬,通過消除受損或功能障礙線粒體,以維持線粒體穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。Lemasters[17]于2005 年首次提出“線粒體自噬”,強(qiáng)調(diào)在酵母菌中識(shí)別Uth1基因后,該過程的非隨機(jī)性證實(shí)線粒體自噬具有選擇性。隨著研究的深入,人們對(duì)線粒體自噬的過程及分子機(jī)制認(rèn)識(shí)逐漸加強(qiáng)。目前,大致接受的線粒自噬途徑包括:泛素型、受體型和非典型的線粒體自噬途徑[18]??傮w而言,線粒體自噬分為自噬誘導(dǎo)、自噬體形成、自噬融酶體形成以及降解四個(gè)階段。受損線粒體可引起其通透性發(fā)生改變及相關(guān)蛋白活化。線粒體膜上的蛋白質(zhì)與胞質(zhì)內(nèi)的自噬小體相連接,逐漸包裹整個(gè)線粒體,后運(yùn)送至溶酶體。被包裹的線粒體與溶酶體相融合,隨后線粒體溶酶體降解,細(xì)胞利用其中成分合成新的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)。在心肌組織中,自噬隨著年齡的增長(zhǎng)而減少,并且在衰老的心臟中積累了錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)和功能失調(diào)的線粒體,因此,線粒體自噬是心肌細(xì)胞控制線粒體質(zhì)量的重要中介。Mito-Keima 小鼠的檢測(cè)表明,心臟的基礎(chǔ)線粒體自噬活性大于其他器官,如胸腺[19],可能反映了高水平的氧化磷酸化、ROS 以及心肌細(xì)胞線粒體損傷。在應(yīng)激過程中,線粒體自噬被激活,允許清除受損的線粒體。同時(shí),自噬與線粒體生物發(fā)生緊密耦連,因此被清除的線粒體不斷地被新的線粒體取代。研究發(fā)現(xiàn),線粒體自噬障礙可導(dǎo)致鈣穩(wěn)態(tài)的持續(xù)喪失、ROS 的過量產(chǎn)生、細(xì)胞能量和ATP 的產(chǎn)生受損,并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[20]。在壓力過載引起的心力衰竭中,線粒體自噬的下調(diào)在介導(dǎo)線粒體功能障礙中是疾病發(fā)生的重要原因,因此,有效增加線粒體自噬可改善心臟功能障礙[21]。而在心肌缺血與缺氧過程中,心肌細(xì)胞中的線粒體的損傷產(chǎn)生大量的ROS 等促凋亡因子,線粒體自噬激活通過降解功能異常的線粒體以及降低ROS 水平進(jìn)行質(zhì)量控制,同時(shí)促進(jìn)ATP 生成,提供能量以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[22]。另外,線粒體自噬可減輕心肌細(xì)胞的炎癥反應(yīng),在心肌損傷過程中起到抑制作用[23,24]。因此,有效的線粒體自噬對(duì)心肌缺血后的心肌保護(hù)發(fā)揮積極作用。
ATP 敏感性鉀通道是一種受細(xì)胞內(nèi)ATP 濃度調(diào)控的內(nèi)向整流鉀通道。KATP 通道是由4 個(gè)內(nèi)部整流鉀通道6(Kir6,Kir6.1 或Kir6.2)亞單位和4 個(gè)ABCC(atp 結(jié)合盒,亞家族C)家族成員磺酰脲受體(SUR,SUR1,SUR2A,或SUR2B)組成的異共體膜蛋白復(fù)合物[25]。KATP 通道可分為肌細(xì)胞膜型(sarcKATP)和線粒體型(mitoKATP)。KATP 通道大量存在于心肌組織中,并在心肌細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中起著至關(guān)重要的作用[26]。有研究表明,開放KATP 通道通過減少心肌細(xì)胞的損傷和凋亡進(jìn)而對(duì)心肌起到保護(hù)作用[27]。KATP 通道的活動(dòng)與細(xì)胞代謝密切相關(guān),受到細(xì)胞內(nèi)ATP 濃度的調(diào)節(jié):生理情況下,ATP 在細(xì)胞內(nèi)具有較高濃度,此時(shí)KATP 通道關(guān)閉;而當(dāng)心肌細(xì)胞受到缺血、再灌注損傷、細(xì)胞應(yīng)激和細(xì)胞凋亡等病理刺激時(shí),細(xì)胞內(nèi)的ATP 會(huì)被消耗,濃度降低,從而誘發(fā)KATP 通道開放,鉀離子外流,穩(wěn)定細(xì)胞膜的靜息電位,同時(shí)縮短動(dòng)作電位時(shí)間,減少鈣離子的內(nèi)流,減輕心肌細(xì)胞的鈣超載,降低心肌細(xì)胞的耗能,增加應(yīng)激耐受性,改善心肌損傷[28]。同時(shí),也有研究表明,KATP通道在MIRI 的過程中具有抗心律失常的作用[29]。既往研究證實(shí),mitoKATP 能夠阻止mPTP 的長(zhǎng)期開放,從而保持線粒體的完整性,保證細(xì)胞能量狀態(tài)和促存活作用。同時(shí),mitoKATP 通道在自噬調(diào)節(jié)過程參與的心臟保護(hù)中發(fā)揮重要作用[30,31]。筆者前期研究發(fā)現(xiàn),mitoKATP 信號(hào)通路對(duì)改善心肌缺血具有促進(jìn)作用,而芪參益氣滴丸可有效激活mito-KATP 通道。
miRNA 是一類內(nèi)源性非編碼小核糖核酸,包含18~24 個(gè)核苷酸。miRNA 可在轉(zhuǎn)錄后通過與靶mRNA 的3'-非翻譯區(qū)(3'-UTR)結(jié)合,引起靶mRNA 的降解或沉默,從而誘導(dǎo)調(diào)節(jié)生理過程或信號(hào)通路。據(jù)估計(jì),miRNAs 控制了30%~50%的蛋白編碼基因的活性。不同于在控制基因表達(dá)中具有開啟和關(guān)閉功能的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,miRNAs 可以根據(jù)環(huán)境條件的變化來微調(diào)蛋白質(zhì)表達(dá)水平。作為微管理器,miRNA 參與細(xì)胞存活、應(yīng)激反應(yīng)、增殖和凋亡[32]。例如,miR-145 直接靶向血管生成素-2,1,通過提高miR-145 水平可抑制Angpt2 表達(dá)來保護(hù)心肌細(xì)胞免受I/R 損傷[33]。miR-17-3p 促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大、增殖和存活。負(fù)向運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的心臟生而長(zhǎng),包括心肌細(xì)胞肥大和心肌細(xì)胞增殖標(biāo)志物的表達(dá)[34],證實(shí)miRNA 對(duì)心肌細(xì)胞的直接及間接調(diào)控作用。
既往研究發(fā)現(xiàn),miRNA 因其自身具有高度保守性,在機(jī)體中充當(dāng)表觀遺傳調(diào)控作用,同時(shí)也受到其它表觀遺傳的調(diào)控作用,而在其受表觀遺傳調(diào)控機(jī)制中,miRNA 通過miRNA 靶結(jié)合DNMT1,3a,3b,TET2 或Drosha 促進(jìn)DNA 甲基化修飾,從而間接引起靶基因啟動(dòng)子甲基化水平及其基因表達(dá)水平變化[35,36]。miRNA 啟動(dòng)子上的高甲基化可能表明miRNA 功能和生物發(fā)生減少。在hcy 誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化中,泡沫細(xì)胞中miR-124 的表達(dá)降低,而miR-124 啟動(dòng)子DNA 甲基化水平升高,且呈劑量依賴性,故推測(cè)啟動(dòng)子DNA 甲基化狀態(tài)可能是粥樣硬化的重要機(jī)制[37]。有研究表明,miRNA 的生物發(fā)生依賴于DNA 甲基化。當(dāng)miRNA 編碼序列的兩側(cè)區(qū)域高度甲基化時(shí),miRNA 的表達(dá)水平更高,具有更大的序列保守性,比未甲基化位點(diǎn)編碼的miRNA 更有可能驅(qū)動(dòng)癌癥相關(guān)表型[38]。
miR-155 是一種多功能的microRNA,最初被認(rèn)為具有免疫調(diào)節(jié)功能,因?yàn)樗谙忍旌瓦m應(yīng)性免疫應(yīng)答中發(fā)揮關(guān)鍵作用[39]。隨著研究的深入,miR-155 的功能逐漸被揭示。miR-155 富集的外泌體抑制成纖維細(xì)胞增殖,促進(jìn)成纖維細(xì)胞炎癥[40]。miR-155 缺失顯著降低了急性心肌梗死(AMI)后心臟破裂的發(fā)生率,改善了心功能。miR-155 也出現(xiàn)在巨噬細(xì)胞來源的外泌體中,它可以通過巨噬細(xì)胞來源的外泌體轉(zhuǎn)入心臟成纖維細(xì)胞。miR-155 模擬體或包含miR-155 的外泌體通過下調(diào)Son of Sevenless-1的表達(dá)來抑制心臟成纖維細(xì)胞增殖,并通過降低細(xì)胞因子信號(hào)抑制因子1 的表達(dá)來促進(jìn)炎癥反應(yīng)[41]。目前,已有眾多研究發(fā)現(xiàn)miR-155 在內(nèi)皮細(xì)胞自噬調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)、血管平滑肌細(xì)胞遷移等方面同樣發(fā)揮著重要作用,進(jìn)而影響著缺血性心肌病和動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制過程[42]。筆者團(tuán)隊(duì)前期研究已經(jīng)證實(shí)miR-155 具有心肌保護(hù)作用,然而,miR-155 的DNA 甲基化對(duì)于心肌缺血的影響并未見明顯報(bào)道。故筆者大膽猜想miRNA155-DNA 甲基化在MIRI 的調(diào)控中發(fā)揮重要作用。
傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)理論中無“心肌缺血”的描述,但結(jié)合患者臨床表現(xiàn),心肌缺血當(dāng)屬“胸痹心痛”、“真心痛”、“頭痛”、“眩暈”、“中風(fēng)”等病范疇。芪參益氣滴丸是由黃芪、丹參、三七、降香組成的中藥復(fù)方制劑,具有益氣通脈、活血止痛的作用。目前,芪參益氣滴丸被廣泛用于輔助治療心肌梗死和心力衰竭。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明芪參益氣滴丸具有心肌保護(hù)作用,其可調(diào)節(jié)7nAChR 抗炎通路、SIRT3/β -catenin/PPARγ 信號(hào)通路以減輕AMI 損傷引發(fā)的炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及心室重構(gòu)進(jìn)而改善心臟功能[43,44]。代倩倩等[45]從循證醫(yī)學(xué)的思路證實(shí)芪參益氣滴丸可有效改善臨床PCI 術(shù)后的不良心血管事件,提高臨床療效,改善生活質(zhì)量和預(yù)后,且安全可靠。筆者團(tuán)隊(duì)的前期研究亦證實(shí),芪參益氣滴丸改善心肌梗死后心肌微循環(huán)障礙,抵抗MIRI 方面效果顯著[46-48]。
網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究表明,芪參益氣滴丸具有多通路、多靶點(diǎn)、多途徑的作用特性,其主要活性成分包括黃芪甲苷、毛蕊異黃酮、芒柄花黃素、人參皂苷Rg1、丹參酮ⅡA 等,涉及鈣信號(hào)通路、cAMP 信號(hào)通路、CGMP-PKG 等多條通路,在能量代謝、氧化應(yīng)激、炎癥與凋亡、纖維化、線粒體功能調(diào)節(jié)等發(fā)揮作用,多方面保護(hù)心肌細(xì)胞,改善心臟重塑[49]。黃芪甲苷對(duì)AMI 具有心臟保護(hù)作用,其通過調(diào)節(jié)PTEN/PI3K/Akt 信號(hào)通路來促進(jìn)血管生成[50]。此外,黃芪甲苷可減輕氧化應(yīng)激反應(yīng),減緩心肌損傷[51]。丹參酮ⅡA 可通過調(diào)控AngⅡ-(AT-1R)-Cx43 信號(hào)通路,改善冠心病血瘀證大鼠再灌注損傷的癥狀[52]。丹參酮ⅡA 磺酸鈉可減輕I/R 誘導(dǎo)的心肌損傷,通過減少炎癥和凋亡改善心功能,同時(shí)增強(qiáng)自噬[53]。人參皂苷1 可通過改善MIRI 后心肌梗死面積、心肌血流量和心功能下降、心肌結(jié)構(gòu)的改變,對(duì)心肌損傷起到抑制作用。同時(shí),人參皂苷1 通過與RhoA 結(jié)合抑制心肌凋亡、調(diào)節(jié)能量代謝[54]。筆者在前期實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),芪參益氣滴丸可減少M(fèi)IRI 的梗死面積,減輕心肌損傷,改善心臟功能。而miR-155 在內(nèi)皮細(xì)胞自噬調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)、血管平滑肌細(xì)胞遷移等方面發(fā)揮著重要作用。因此,筆者推測(cè)益氣滴丸或可通過miRNA155-DNA 甲基化調(diào)控網(wǎng)絡(luò),影響線粒體自噬,最終達(dá)到改善MIRI 的目的。
筆者在前期研究的基礎(chǔ)上提出假說:芪參益氣滴丸可調(diào)控miR155-DNA 甲基化介導(dǎo)miKATP 通道,調(diào)節(jié)線粒體自噬,進(jìn)而抑制心肌缺血再灌注損傷,改善AMI 后心功能的作用。本理論的提出或可為臨床有效抑制MIRI,為提高心肌梗死中醫(yī)藥治療效果奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
作者貢獻(xiàn)度說明:
何貴新:確定文章題目方向,構(gòu)建文章框架,書寫文章摘要、開頭。負(fù)責(zé)文章書寫后的審閱及修改。馮雨菲:負(fù)責(zé)文章1~2 點(diǎn)的書寫,查閱文獻(xiàn),后期協(xié)助一作審閱及修改文章。秦偉彬、林琳:負(fù)責(zé)文章3~5 點(diǎn)的書寫,查閱文獻(xiàn),后期負(fù)責(zé)參考文獻(xiàn)的格式審閱。甲子永、黃振樂、劉誓海:負(fù)責(zé)整理查閱參考文獻(xiàn),協(xié)助一作檢查文章。
海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)2022年5期