吳志誠,黃尋知
(1贛南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院,江西贛州341000;2江西中醫(yī)學院研究生部)
長時間缺血可以導致心肌細胞損傷或死亡,早期再灌注可以改善心肌供血,但同時又加重單純心肌缺血造成的損傷,出現(xiàn)細胞水腫、細胞膜破壞及超微結果的改變,即心肌細胞缺血再灌注損傷(IRI)。IRI發(fā)生機制復雜,涉及活性氧(ROS)生成、能量平衡紊亂、炎癥刺激、鈣超載等諸多病理過程。近年來研究發(fā)現(xiàn)解偶聯(lián)蛋白(UCP)2在上述病理過程中發(fā)揮廣泛作用?,F(xiàn)將相關研究進展情況綜述如下。
ROS主要包括含氧自由基(如超氧自由基)、羥自由基及一些含氧的非自由基衍生物。當某些因素造成線粒體質子電化學梯度增高,導致電子發(fā)生泄漏而產(chǎn)生超氧陰離子,線粒體發(fā)生氧化磷酸化時,UCPs可以降低質子化學梯度,從而抑制ROS的產(chǎn)生[1]。文獻[2]報道,利用STC-1蛋白(一種存在于硬骨魚中參與鈣調節(jié)的糖蛋白)誘導UCP2蛋白表達,可削弱線粒體膜電位和抑制超氧陰離子的產(chǎn)生,從而抑制巨噬細胞中ROS的產(chǎn)生。Krauss等[3]報道在胸腺細胞和胰島B細胞中,內源性超氧化物可以激活UCP2介導的質子漏,降低線粒體膜電位,從而降低ATP水平,抑制ROS的產(chǎn)生,同時對胰島B細胞的分泌起著負性調節(jié)作用。UCP2也參與了心肌細胞缺血再灌注損傷機制中ROS的激活及ATP的耗竭的過程。Valouskova等[4]報道,ROS協(xié)同其他促凋亡因子如血管緊張素Ⅱ(ANG II)激活有絲分裂素激活蛋白激酶p38(p38MAPK),激活環(huán)磷酸腺苷反應元件結合蛋白(CREB),抑制UCP2基因轉錄,下調UCP2蛋白表達,引起心肌細胞凋亡。
線粒體內經(jīng)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原當量沿電子傳遞鏈傳遞時釋放出的能量,可將H+從線粒體基質轉移至內膜的胞液面,形成一個跨線粒體內膜的質子電化學梯度,當質子從胞液面順梯度回至基質面時,其中蘊含的能量可用以推動ADP與磷酸結合生成ATP,若H+進入線粒體內膜,而不參與ATP的生成,則能量以熱能的形式散失,即質子漏。心肌是高耗能的組織,若心肌超負荷工作,ATP的供應則處于相對缺乏狀態(tài),此時UCP2表達下調,促進ATP的合成,同時脂肪酸代謝急劇增多,也導致ROS額外生成,UCP2表達隨之上調對抗心肌細胞凋亡的發(fā)生。文獻報道,UCP-2上調可能導致心肌能量供給不足[5]。利用腺病毒上調心肌UCP2表達,可以引起ATP生成不足,細胞酸中毒,誘發(fā)促凋亡蛋白Bcl-2及BNIP3表達省調,引起細胞凋亡;下調UCP表達,可以減低Bcl-2及BNIP3的表達量,避免細胞凋亡[6]。
炎癥反應的特點是釋放細胞因子或其他介質,如內皮生長因子、核轉錄因子(NF-κB)等,激活炎癥信號通路的開放,加重了心肌缺血再灌注損傷,引起細胞水腫、細胞超微結構發(fā)生改變。NF-κB是細胞缺血再灌注損傷中凋亡信號傳導通路的關鍵。Derdak等[7]研究發(fā)現(xiàn)聯(lián)系 NF-κB和UCP2的橋梁可能是ROS。UCP-2可抑制NF-κB的產(chǎn)生,進而降低ROS生成,從而保護心肌細胞免受氧化應激損傷。氧化應激是動脈粥樣硬化的重要原因。Blancj等[8]研究發(fā)現(xiàn)血液細胞來源的UCP2基因對動脈粥樣硬化的形成有保護作用。巨噬細胞是炎癥反應過程中的關鍵細胞之一。Kizaki等[9]發(fā)現(xiàn),脂多糖(LPS)可以下調巨噬細胞株RAW264中UCP2基因的表達,引起細胞內毒素表達增多,誘發(fā)細胞炎癥反應,最終造成細胞凋亡。這一過程的信號連接樞紐就是活性氮和ROS。
大量研究表明,細胞內鈣離子超載是細胞凋亡的前奏,線粒體內鈣離子的增加可激活磷脂酶,使膜磷脂降解,從而增高細胞膜的通透性,引起線粒體腫脹、線粒體膜流動性降低,氧化磷酸化功能受損、ATP生成障礙,最終導致細胞凋亡。Trenker等[10]研究表明,UCP2或UCP3可以增強線粒體內鈣離子的轉導,從而避免鈣的蓄積,同時還保護了細胞免受氧化應激損傷。但是最近有學者[11]研究發(fā)現(xiàn),腺病毒介導的UCP2上調可使得線粒體膜電位輕度降低,膜電位的降低將引起鈣離子的外流,減輕鈣的超載,反之,則鈣離子內流,加重鈣超載,誘發(fā)凋亡發(fā)生。但選擇性線粒體鈣探針技術檢測結果顯示,心肌細胞中UCP2基因表達延長了Ca2+在肌質網(wǎng)內的轉換過程,促進心肌興奮收縮偶聯(lián),引起心肌持續(xù)收縮,這將使得心律失常的發(fā)生概率增加。表明UCP2的上調是一把雙刃劍,其在提供抗氧化壓力的同時中斷心肌興奮收縮偶聯(lián)保護機制,并可能因此導致心臟疾病的發(fā)生。
綜上所述,UCP2作為線粒體內膜質子轉運蛋白,在能量代謝、抑制ROS的生成、保護細胞免受氧化應激等方面具有重要意義。上調UCP2可以防止氧化應激、降低線粒體膜電位,從而降低了ROS的產(chǎn)生,但是通過降低線粒體膜電位,UCP2可能也與其他能量代謝機制相干擾,包括ATP的合成和鈣的吸收。UCP2功能復雜,其對抗心肌缺血再灌注損傷導致的心肌細胞凋亡的機制仍不明確,有待于進一步研究證實。
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