心肌缺血再灌注損傷發(fā)生機制及防治的研究進展

梁麗梅+黃照河

【關(guān)鍵詞】 急性心肌梗死；心肌缺血再灌注損傷；發(fā)生機制；防治

中圖分類號：R541.4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2017.03.000

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是急性冠狀動脈綜合征的一種，是心血管疾病中的急危重癥，嚴重威脅人類的健康。據(jù)報道，2002年到2014年我國AMI死亡率總體呈上升態(tài)勢，且與年齡呈正相關(guān)關(guān)系，單從2014年的數(shù)據(jù)看，中國AMI死亡率呈農(nóng)村高于城市、發(fā)病年輕化的特點，年齡超過40歲者發(fā)病率明顯升高，今后10年患病人數(shù)仍將快速增長[1]。隨著急診溶栓、急診冠脈介入治療和冠狀動脈搭橋手術(shù)等AMI再灌注治療技術(shù)的飛速發(fā)展和迅速推廣，部分AMI患者能得到及時再灌注治療。然而，心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI）是AMI治療過程中不可忽視的重要問題，是當今AMI再灌注治療時代不能實現(xiàn)心肌“有效再灌注”的主要原因和障礙，嚴重影響AMI患者心功能及預(yù)后，明顯增加主要心血管事件（MACE）和死亡率，是當今國內(nèi)外學(xué)者防治AMI研究的熱點問題。MIRI的概念首先由Jennings[2]提出，其主要特點是AMI患者在接受急診再灌注治療時當梗死的相關(guān)血管開通后梗死區(qū)的心肌恢復(fù)血流再灌注，此時梗死區(qū)域的心肌組織結(jié)構(gòu)反而受到嚴重破壞，導(dǎo)致大量心肌細胞梗死，嚴重影響心功能及其預(yù)后，這就是MIRI[3]，但目前其發(fā)病機制仍未完全闡明。筆者就MIRI的發(fā)生機制及其防治的研究進展作一綜述。

1 MIRI的發(fā)生機制

目前認為MIRI受多種因素的影響，其發(fā)生機制尚未完全闡明，但有大量文獻顯示MIRI的發(fā)生可能與細胞內(nèi)Ca2+超載、活性氧（ROS）的產(chǎn)生、中性粒細胞浸潤、能量代謝障礙、心肌細胞凋亡等因素密切相關(guān)[4～5]。

1.1 鈣離子超載

鈣離子是細胞內(nèi)重要的信號傳導(dǎo)因子，作為第二信使傳遞胞內(nèi)信息，它在細胞增殖、分化、成長和死亡過程中發(fā)揮重要作用。各種原因引起的細胞內(nèi)Ca2+含量異常增多同時引起細胞結(jié)構(gòu)與功能代謝障礙的現(xiàn)象，稱之為鈣超載（calcium overload）。當MIRI發(fā)生時，肌漿網(wǎng)鈣泵破壞和大量氧自由基的破壞，心肌細胞膜通透性增加，使鈣泵攝鈣功能發(fā)生障礙，心肌細胞內(nèi)鈣離子不能回流鈣離子庫，而大量的胞外鈣順濃度梯度向胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，引起胞內(nèi)鈣濃度快速升高；激活心肌細胞膜上Na+-K+-ATP 酶和Na+-Ca2+交換通道，Ca2+內(nèi)流增加，引起胞內(nèi)Ca2+濃度升高，加重Ca2+超載。這些鈣超載的發(fā)生，破壞了心肌細胞骨架和線粒體結(jié)構(gòu)，干擾線粒體的氧化磷酸化，促使線粒體釋放細胞色素C，激活半胱氨酸蛋白酶和線粒體細胞凋亡信號通路，激活PLA2（磷脂酶A2）和鈣敏感性蛋白，啟動細胞凋亡系統(tǒng)，促使心肌細胞凋亡[6]。

1.2 活性氧的產(chǎn)生

活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）是含氧化合物的總稱，其化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡哂休^強的氧化性，能氧化蛋白質(zhì)、酶和核酸等多種有機物質(zhì)。正常情況下，機體內(nèi)存在一套完整的能清除氧自由基、氧的非自由基衍生物及過氧化物等ROS的系統(tǒng)，維持機體正常新陳代謝。當MIRI發(fā)生時，機體通過線粒體呼吸鏈、花生四烯酸代謝、黃嘌呤氧化酶等途徑產(chǎn)生大量的ROS，引起心肌細胞氧化損傷，導(dǎo)致心肌細胞凋亡或死亡。隨著ROS的堆積逐漸增多，ROS大量氧化細胞內(nèi)蛋白質(zhì)、酶和核酸等多種有機物質(zhì)，使線粒體功能嚴重受損，細胞膜通透性明顯增加，細胞內(nèi)信號傳遞發(fā)生障礙，促使大量心肌細胞凋亡。這是MIRI早期心肌細胞損傷的主要原因之一[7]。

1.3 中性粒細胞浸潤

MIRI是一個復(fù)雜的病理生理學(xué)過程，以中性粒細胞（PMN）浸潤為主的炎癥是造成MIRI的重要因素之一[8]。PMN是體內(nèi)重要的炎癥促發(fā)因子，當發(fā)生MIRI時，可導(dǎo)致心肌組織表面的內(nèi)皮結(jié)構(gòu)受損，容易促使PMN黏附于心肌血管內(nèi)皮，可以誘發(fā)并釋放大量促炎細胞分子，如TNF-α、IL-6、IL-10等，促使白細胞黏附、聚集于心肌表面并嵌頓和堵塞毛細血管，引起微循環(huán)障礙，加重組織缺血缺氧，產(chǎn)生大量的ROS，增強脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，釋放細胞毒性物質(zhì)，使血管通透性明顯增加和心肌組織損傷加重，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能嚴重障礙等。劉文霞等[9]研究發(fā)現(xiàn)，MIRI發(fā)生后PMN浸潤明顯，單核細胞趨化蛋白活性顯著升高，釋放蛋白水解酶和細胞間黏附分子（ICAM-1）以及各種細胞毒性物質(zhì)，加重內(nèi)皮功能障礙和心肌細胞損傷，應(yīng)用丹皮酚可以抑制心肌內(nèi)中性粒細胞浸潤而保護心肌細胞。而TNF-α是一種重要的炎癥因子，當發(fā)生MIRI時可合成和分泌大量TNF-α[10]，刺激PMN表達黏附分子，促進中性粒細胞聚集并釋放ROS和蛋白水解酶等物質(zhì)，加重MIRI的心肌損傷程度。

1.4 能量代謝障礙

心肌的能量供應(yīng)主要來源于心臟的脂肪酸和葡萄糖代謝，特別是脂肪酸β氧化和葡萄糖氧化。MIRI發(fā)生后脂肪酸和葡萄糖氧化會發(fā)生復(fù)雜的改變，氧化應(yīng)激、鈣超載、炎性反應(yīng)等諸多因素使心肌細胞線粒體損傷，脂質(zhì)氧化代謝減弱，糖酵解增加，能量代謝障礙，造成不可逆轉(zhuǎn)的心肌細胞損傷。心肌發(fā)生缺血后，心肌細胞由有氧代謝轉(zhuǎn)變成無氧代謝，線粒體的能量生成減少，作為心肌細胞代謝能量直接來源的ATP生成量也會減少，如果心肌細胞一直處于缺血缺氧狀態(tài)，會導(dǎo)致ATP嚴重缺乏，引起心肌細胞凋亡，最終導(dǎo)致一系列代謝異常與紊亂。另外，由于MIRI使心肌細胞的能量代謝障礙，可導(dǎo)致心肌細胞基因表達異常，造成一些病理介質(zhì)的釋放，炎癥反應(yīng)更進一步增強，使心肌細胞損傷進一步加重，導(dǎo)致心肌細胞發(fā)生凋亡甚至壞死。

1.5 心肌細胞凋亡

細胞凋亡是生理性或病理性因素誘發(fā)的程序化細胞死亡，心肌細胞凋亡是導(dǎo)致MIRI的重要機制。MIRI時，氧化應(yīng)激、缺血缺氧、鈣超載、中性粒細胞浸潤等多種病理生理的刺激因素發(fā)揮作用，心肌細胞可以通過線粒體凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激凋亡、信號傳導(dǎo)通路激活等途徑使心肌細胞膜上的脂質(zhì)過氧化，誘發(fā)心肌病理反應(yīng)；同時MIRI可以直接誘發(fā)心肌細胞DNA變異，促使其凋亡。另外，MIRI時具有抗氧化、抗炎癥的酶活性蛋白質(zhì)失去活性，心肌細胞胞內(nèi)相關(guān)蛋白受到攻擊，導(dǎo)致心肌細胞凋亡。Thind GS等[11]研究證實，心肌細胞凋亡是MIRI的重要病理生理機制，是MIRI的核心因素，MIRI可以誘導(dǎo)大量的心肌細胞凋亡，細胞凋亡的多少決定著MIRI的輕重，抑制細胞凋亡可以明顯減輕MIRI心肌細胞損傷程度。心肌細胞在心肌缺血再灌注期ROS、Ca2+超載等使線粒體腫脹和破裂，激活caspase級聯(lián)反應(yīng)，釋放大量的凋亡相關(guān)蛋白，產(chǎn)生程序性凋亡[12]。心肌細胞凋亡主要與ROS、炎癥因子和中性粒細胞浸潤等有關(guān)。

1.6 細胞凋亡信號通路激活

MIRI發(fā)生時產(chǎn)生大量氧自由基，同時伴有Ca2+超載和中性粒細胞浸潤等，導(dǎo)致心肌細胞凋亡信號通路被激活，使心肌細胞損傷加重。在這個病理生理過程中，單磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK）通路、蛋白激酶C（PKC）、再灌注損傷挽救激酶（reperfusion injury salvage kinase，RISK）通路（即PI3K-Akt通路與ERK1/2激酶級聯(lián)通路）、Janus激酶（Janus kinase，JAK）/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄活化因子（signal transducers and activators of transcrip-tion，STAT）、磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB）等多個細胞凋亡信號通路被激活而參與MIRI的發(fā)生機制，并且信號通路之間相互影響，直接或間接影響線粒體，促進或抑制心肌細胞的凋亡。比如P13K/Akt信號通路，具有調(diào)控細胞的增殖、凋亡、分化等重要生理活動的功能，AKT處于PI3K/Akt通路的中心環(huán)節(jié)，通過調(diào)控下游的多種效應(yīng)分子對保護器官的MIRI中發(fā)揮重要作用[13]。

2 MIRI的防治

由于MIRI的發(fā)生機制復(fù)雜多樣，目前臨床上很多學(xué)者一直從炎癥反應(yīng)、細胞凋亡、細胞信號傳導(dǎo)通路等不同角度去不斷深入探索MIRI的防治措施，包括藥物預(yù)適應(yīng)和各種心肌缺血預(yù)處理，藥物方面主要概括為西藥類和中醫(yī)藥類兩大類。但這些防治措施臨床效果各不同，仍需進一步臨床試驗[14]。

2.1 心肌缺血預(yù)處理

心肌缺血預(yù)處理是1986年Murry等學(xué)者首次提出，其主要是在心肌缺血再灌注前進行多次短暫的缺血/再灌注，使心肌對缺血產(chǎn)生耐受，從而保護心肌細胞。目前主要包括心肌缺血預(yù)適應(yīng)（ischemic pre-conditioning，IPC）、心肌缺血后適應(yīng)（ischemic post-conditioning，I-postC）和遠程缺血預(yù)適應(yīng)（remote ischemic preconditioning，RIPC）。IPC因其臨床不可預(yù)測性及可控性較差，已逐漸被淘汰。I-postC具有更強的可預(yù)測性和臨床可控性，在PCI術(shù)中應(yīng)用I-postC處理，在改善 ST 段回落、降低心肌壞死標記物、減少心肌細胞壞死、改善心功能等方面具有重要作用。RIPC主要通過神經(jīng)、體液途徑刺激心臟傳入神經(jīng)而使心肌對缺血產(chǎn)生耐受，但這些防治措施的臨床研究結(jié)果并不完全一致，其心臟保護作用仍有待進一步深入研究證實[15～16]。

2.2 西藥類對MIRI的防治作用

研究表明，臨床上有些西藥對MIRI有一定的防治作用。腺苷與別嘌呤醇可以減少MIRI心肌細胞的炎癥反應(yīng)，減少氧化應(yīng)激、中性粒細胞浸潤等，促進有氧糖酵解和抑制MPTP的開放，保護心肌細胞[17]。阿托伐他汀鈣屬于HMG-CoA還原酶選擇性抑制藥，給予阿托伐他汀預(yù)處理，能有效降低心肌TNF-α和IL-1β濃度，抑制NF-κB表達，減輕炎癥反應(yīng)，降低心肌細胞凋亡，減輕再灌注損傷，減少心室重塑，改善心功能，強化他汀治療效果更加明顯，而阿托伐他汀鈣制備成納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體后可顯著提高阿托伐他汀鈣對大鼠MIRI的保護作用[18～19]。嗎啡等阿片類藥物后處理能夠促進心肌細胞Bcl-2基因蛋白表達、激活A(yù)TP敏感性鉀通道（KATP）和Akt/eNOS、NO/cGMP信號通路、激活阿片受體、抑制MPTP的開放等途徑，增加冠脈血流量，提高心肌細胞的抗氧化能力，減少氧自由基的生成和心肌細胞凋亡，保護MIRI心肌細胞[20]。曲美他嗪通過保存缺血細胞內(nèi)的能量代謝，防止細胞內(nèi)ATP水平下降，在維持細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的同時確保離子泵的功能完善和跨膜鈉-鉀泵正常轉(zhuǎn)運，減少細胞內(nèi)酸中毒以及阻止心肌細胞內(nèi)鈉和鈣的聚集，保護細胞收縮功能和限制氧自由基造成的細胞溶解及內(nèi)膜損傷，有效地緩解 PCI術(shù)后心肌缺血所引起的再灌注損傷[21]。習(xí)明明等研究發(fā)現(xiàn)[22]，比索洛爾通過激活PI3K/AKT/GSK3β通路而提高AKT、GSK3β磷酸化水平，減少ROS產(chǎn)生，增加細胞的活性，從而減少缺氧/復(fù)氧所引起的氧化應(yīng)激，對心肌細胞具有明顯的保護作用。

2.3 中醫(yī)藥類對MIRI的防治作用

MIRI的防治是當今防治AMI的研究熱點和難點，而近年來中醫(yī)藥防治MIRI越來越受到廣大學(xué)者的關(guān)注。PI3K/AKT/GSK-3β信號通路在心肌細胞缺血/缺氧培養(yǎng)、心肌缺血/再灌注損傷及離體心臟心肌缺血/再灌注損傷中的保護作用已經(jīng)得到證實。薛一濤等[23]研究小組觀察到復(fù)心湯可通過抑制心力衰竭大鼠心肌細胞PI3K/Akt/GSK-3β信號通路表達、減輕心肌重塑而改善心功能。呂磊團隊[24]認為川芎嗪預(yù)處理能減少在體大鼠心肌IR所致心肌酶釋放和ATP下降，減輕線粒體損傷，其主要機理是通過PI3K/Akt-GSK-3β信號通路介導(dǎo)發(fā)揮其MIRI心肌細胞的保護作用。顧云等人[25]研究發(fā)現(xiàn)，參附注射液可以通過調(diào)節(jié)心肌細胞凋亡相關(guān)基因的表達而減少心肌細胞凋亡，從而發(fā)揮其對MIRI大鼠心肌細胞的保護作用。李佳認為[26]，紅景天苷可能通過激活PI3K/AKT/GSK3-β信號通路保護MIRI大鼠心肌細胞。還有不少學(xué)者認為中藥對MIRI具有保護作用[27]，芪參益氣滴丸預(yù)處理能顯著增加MIRI心肌血流量，改善心肌細胞的能量代謝，從而起到保護MIRI心肌細胞、改善心功能作用；黃芪通過激活心肌細胞Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶活性減少鈣超載而發(fā)揮其對心肌組織的保護作用；葛根素能減少心肌細胞凋亡、縮小心肌梗死面積；復(fù)方丹參滴丸和丹參注射液可以減少Bax和Caspase-3蛋白表達、提高Bcl-2蛋白表達而抑制心肌細胞凋亡。我們的研究發(fā)現(xiàn)[28]，龍血竭對急性心肌梗死家兔的心功能起到很好的保護作用，其可能機制是通過抑制MIRI發(fā)揮保護作用。由此可見，中醫(yī)藥可能通過激活細胞凋亡信號通路、減輕Ca2+超載、減少炎性細胞浸潤、減少ROS產(chǎn)生、抑制心肌細胞凋亡等機制發(fā)揮其對MIRI心肌細胞的保護作用，其多靶點、多調(diào)控、多途徑在防治MIRI方面有很多優(yōu)勢，但仍有待深入去研究和實踐。

3 未來與展望

MIRI形成是一個多因素、多步驟的復(fù)雜過程，其發(fā)生機制尚不完全清楚，深入研究MIRI的發(fā)生、發(fā)展機制，尋找有效防治MIRI的措施尤為重要，是當今國內(nèi)外學(xué)者對AMI防治研究的熱點和難點。隨著研究的深入，人們將從分子生物學(xué)、基因水平等多維度對其調(diào)控機制和信號分子改變等多途徑、多靶點去探索其發(fā)生機制及防治措施，為防治MIRI提供更多的科學(xué)依據(jù)。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2017-04-09 修回日期：2017-06-11）

（編輯：潘明志）