促紅細(xì)胞生成素保護(hù)心肌缺血再灌注損傷的研究進(jìn)展

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1 促紅細(xì)胞生成素(EPO)概述

EPO是細(xì)胞因子的一種，在骨髓造血微環(huán)境下促進(jìn)紅細(xì)胞生成，為分子量6萬～7萬的糖蛋白。臨床上主要用于慢性腎衰竭、人類免疫缺陷病毒感染、惡性腫瘤及手術(shù)后所導(dǎo)致的貧血的治療。EPO通過與紅系祖細(xì)胞的細(xì)胞膜上的跨膜受體(erythroietin-recetor，EPOR)結(jié)合后調(diào)節(jié)紅系祖細(xì)胞的分化與凋亡。EPOR是由507個氨基酸組成的、相對分子量為55 000的跨膜蛋白質(zhì)。EPOR在除紅系祖細(xì)胞膜上的其他組織細(xì)胞中均有少量表達(dá)，如神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及心肌細(xì)胞表面。EPO與EPOR結(jié)合相互作用，進(jìn)而激活磷脂酰肌醇-3-蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/AKT)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)、蛋白酪氨酸激酶2 (janus kinase-2，JAK2)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子-5(signal transducer and activator of transcription 5，STAT5)等[1-3]發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡、抑制炎癥反應(yīng)及穩(wěn)定細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)作用。但近年來研究表明，EPO除具有促紅細(xì)胞生成的作用外，其對心肌細(xì)胞的保護(hù)作用成為研究熱點(diǎn)。EPO對心肌的保護(hù)作用體現(xiàn)在許多方面，包括縮小心肌梗死面積，減輕缺血再灌注損傷時(shí)的炎癥反應(yīng)，抑制凋亡，促進(jìn)新生血管形成等多方面的保護(hù)作用，使其具有很好的研究應(yīng)用前景。

2 心肌缺血再灌注損傷概述

心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI)是在1986年由研究學(xué)者首次提出。心肌缺血再灌注損傷是指在心肌梗死(myocardial infarction，MI)后的一個臨界時(shí)間內(nèi)使冠狀動脈血流再恢復(fù)，而再灌注過程中反而導(dǎo)致心肌組織損傷加重甚至壞死的現(xiàn)象[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，冠心病是目前臨床上心血管科的重點(diǎn)疾病之一，嚴(yán)重威脅著人類的生命健康，有著較高的致殘率和死亡率。隨著醫(yī)學(xué)知識及醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)對冠心病已有較成熟的治療方式，如藥物溶栓、經(jīng)皮冠狀動脈介入(PCI)治療及冠狀動脈搭橋術(shù)(CABG)等。在各種有效血運(yùn)重建技術(shù)下及時(shí)恢復(fù)冠狀動脈血流、減輕心肌缺血導(dǎo)致的心肌損傷及壞死，但仍有部分病人治療效果不佳。目前心肌缺血再灌注損傷的機(jī)制尚不十分清楚，考慮其可能是與心肌細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、鈣超載、氧自由基的生成及微循環(huán)障礙等有關(guān)。

3 EPO與心肌缺血再灌注損傷

3.1 EPO與細(xì)胞凋亡(apoptosis) 細(xì)胞凋亡是心肌細(xì)胞損傷的一種表現(xiàn)形式，是由基因控制的細(xì)胞自主的有序死亡。在心肌缺血再灌注損傷情況下，有2種細(xì)胞死亡形式參與，即細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死，且凋亡的細(xì)胞會在心肌再灌注時(shí)逐漸增加。心肌組織中，Bcl-2家族參與和保護(hù)機(jī)制已被廣泛的研究，且抗凋亡基因Bcl-2和促凋亡基因Bax在再灌注誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起重要作用[5]。動物實(shí)驗(yàn)研究表明，治療劑量的EPO可通過減少細(xì)胞凋亡，促進(jìn)心臟功能恢復(fù)等作用保護(hù)心肌缺血再灌注損傷[3]。EPO與EPOR結(jié)合激活PI3K-AKT、MARK、STAT5等信號通路，從而有效下調(diào)促凋亡蛋白及Caspase酶家族，抑制相關(guān)細(xì)胞凋亡信號通道的激活，阻斷其過程中的下傳信息發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡效應(yīng)。有研究報(bào)道，EPO可通過激活PI3K促進(jìn)磷酸化-AKT蛋白表達(dá)，激活A(yù)KT抗細(xì)胞凋亡信號通路，進(jìn)而通過減少心肌細(xì)胞凋亡及梗死面積發(fā)揮有效保護(hù)作用[6-7]。同時(shí)也有研究證實(shí)，EPO可以通過激活PI3K-AKT、ERK1/2信號通路來降低caspase-3和caspase-9活性、減少活性氧的數(shù)目來抑制心肌細(xì)胞凋亡，且AKT的抑制劑能阻止這一作用[7-9]。Burger等[10]研究表明，EPO可增加缺血再灌注后血液中的一氧化氮(NO)，提高內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)活性，進(jìn)而減少心肌細(xì)胞凋亡，發(fā)揮心肌保護(hù)作用。有研究表明，腫瘤壞死因子α(TNF-α)作為炎癥因子也可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡并參與心室重構(gòu)過程，而EPO能抑制心肌缺血再灌注損傷過程中TNF-α的產(chǎn)生從而達(dá)到抗細(xì)胞凋亡作用[11]。另有研究證實(shí)，心肌缺血過程存在自噬(autophagy)，且在缺血過程中通過上調(diào)自噬已被證明對心臟是有利的。在缺血過程中，自噬通過降解損傷的、有害的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器而減少心肌細(xì)胞凋亡的水平發(fā)揮保護(hù)心臟的作用[12]。但有研究認(rèn)為，在再灌注階段，自噬上調(diào)加重心肌細(xì)胞死亡。鄭巧等[13]研究表明，EPO可能通過減少心肌自噬從而減輕心肌缺血再灌注損傷。這將為治療心肌缺血再灌注損傷提供一個新的治療靶點(diǎn)。

3.2 EPO與炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)作為一個重要環(huán)節(jié)，參與了心肌缺血再灌注損傷這一過程[14-15]。Ren等[16]通過結(jié)扎小鼠左前降支冠狀動脈血管30 min、再灌注3 h制造小鼠心肌缺血再灌注損傷模型，從而在血清及心肌組織中檢測TNF-α、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)等炎癥因子。此外，還檢測到EPO對PI3K-AKT通路的效應(yīng)及使EPOR磷酸化，進(jìn)而證明了通過在再灌注前24 h給予腹腔注射一定劑量的EPO可顯著減少以上炎癥因子的釋放，減少炎癥反應(yīng)保護(hù)心肌缺血再灌注損傷。且證實(shí)了EPO抑制炎癥反應(yīng)是通過EPOR激活，隨后激活PI3K-ATK信號通路抑制產(chǎn)生和釋放炎癥調(diào)節(jié)因子。TNF-α被認(rèn)為是心肌缺血再灌注損傷中炎癥反應(yīng)的觸發(fā)點(diǎn)。核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)是促炎癥反應(yīng)的中心調(diào)節(jié)因子，正常情況下，NF-κB與抑制因子IkB結(jié)合而呈非活性狀態(tài)，炎癥刺激時(shí)可引起相關(guān)炎癥基因表達(dá)，產(chǎn)生TNF、白細(xì)胞介素-1(IL-1)、IL-6等炎性因子引起炎癥反應(yīng)。Wu等[17]通過實(shí)驗(yàn)研究證明，NF-κB通過介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對缺血/再灌注(I/R)造成損傷，且其抑制劑可以減輕這種炎癥反應(yīng)。而另有研究顯示，EPO可以對經(jīng)典炎性因子NF-κB的活性進(jìn)行調(diào)節(jié)，并下調(diào)TNF-α基因的表達(dá)進(jìn)而起到抗炎癥的作用，保護(hù)心肌缺血再灌注損傷[18-19]。且有研究還指出，EPO可通過IL-1受體抗體來減輕心肌缺血再灌注損傷[18]，進(jìn)而為減輕心肌缺血再灌注損傷提供有效的治療方向。

3.3 EPO與微循環(huán)及新生血管形成 微循環(huán)包括微動脈、微靜脈、毛細(xì)淋巴管和組織管道內(nèi)的體液循環(huán)，是循環(huán)系統(tǒng)中最基層的結(jié)構(gòu)和功能單位。心肌灌注即冠狀動脈微循環(huán)灌注，故微循環(huán)障礙是參與心肌缺血再灌注損傷的重要部分之一。PCI術(shù)及輔助藥物使得約95%的心肌梗死病人恢復(fù)了正常(TIMI血流3級)的心外膜血流，然而，研究顯示有多達(dá)40%的病人盡管恢復(fù)TIMI血流3級但不恢復(fù)微血管和心肌的血流灌注。這就是心導(dǎo)管室的“無復(fù)流”或“慢血流”現(xiàn)象。內(nèi)皮細(xì)胞的完整性對于正常的血管功能很重要，并且心肌缺血再灌注損傷與微血管功能障礙是相關(guān)的。微血管功能障礙可導(dǎo)致微血管血流減少，從而致使內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)產(chǎn)生的血管舒張物質(zhì)障礙，如NO；并過多產(chǎn)生有效的血管收縮物質(zhì)，如內(nèi)皮素(ET)和氧自由基(OFR)。內(nèi)皮損傷也促進(jìn)促凝血和促炎性環(huán)境引起血小板活化、凝血級聯(lián)反應(yīng)、中性粒細(xì)胞和黏附分子活化，這些物質(zhì)被認(rèn)為參與了心肌損傷。有研究表明，EPO可通過刺激冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞釋放NO從而產(chǎn)生保護(hù)心肌的作用。血漿中高濃度的EPO可通過調(diào)節(jié)eNOS的表達(dá)，提高NO含量，而NO可擴(kuò)張冠狀動脈血管，改善內(nèi)皮功能，增加冠狀動脈血流，從而保護(hù)心肌缺血再灌注損傷[20]。研究表明，EPO可動員骨髓中的內(nèi)皮祖細(xì)胞到外周血及刺激血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)基因表達(dá)，促使心肌血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖產(chǎn)生新生血管，改善冠狀動脈微循環(huán)及心肌缺血[21-22]。

3.4 EPO與氧化反應(yīng) 在心肌缺血再灌注早期，心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的大量激活，細(xì)胞重新獲得供氧，大量注入的血液氧短時(shí)間內(nèi)不能充分利用，作為各種氧化酶的底物產(chǎn)生了有潛在損傷作用的氧自由基，造成細(xì)胞急性或慢性損傷。超氧化物歧化酶(SOD)是一種源于生命體的含有金屬元素的活性蛋白酶，能消除生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，具有抗氧化功能，是氧自由基的自然天敵，能避免氧自由基在體內(nèi)過度蓄積，對抗與阻斷因氧自由基對細(xì)胞造成的損害，及時(shí)修復(fù)受損細(xì)胞，從而保護(hù)細(xì)胞不受毒性氧自由基的損害。近年來，研究表明心肌缺血再灌注損傷時(shí)氧自由基大量產(chǎn)生，而 SOD生成減少，促發(fā)心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而影響心肌細(xì)胞的正常功能[11，22]。但是，Wu等[23]研究表明，EPO可通過增加心肌缺血再灌注損傷中SOD的表達(dá)，從而減少氧自由基產(chǎn)生，減少細(xì)胞凋亡，降低大鼠因心肌缺血再灌注損傷時(shí)心臟心電功能紊亂所致的心律失常的發(fā)生，對心肌細(xì)胞起到保護(hù)作用。

4 小 結(jié)

冠心病是心臟病的常見類型之一，也是嚴(yán)重危害中老年人身心健康的常見病，積極有效地治療冠心病可提高病人的生活質(zhì)量，節(jié)約醫(yī)療費(fèi)用。而心肌缺血再灌注損傷所造成的病人預(yù)后差是人類面臨的一大挑戰(zhàn)。EPO除具有傳統(tǒng)意義上的促紅細(xì)胞生成作用外，在心肌細(xì)胞中還有著抗細(xì)胞凋亡、抑制炎癥反應(yīng)、抗氧化、促進(jìn)新生血管形成及改善微循環(huán)等保護(hù)作用，在心肌缺血再灌注損傷中發(fā)揮著重要作用。EPO對心血管方面保護(hù)作用的發(fā)現(xiàn)，為臨床心血管病防治提供了新的思路及方法。但EPO以上作用大多是在動物實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證的，因此，EPO對心肌缺血再灌注損傷的臨床保護(hù)效果還有待進(jìn)一步探討。另EPO在發(fā)揮有利作用時(shí)，其副作用也是不容忽視的，特別是隨著紅細(xì)胞的生成，紅細(xì)胞比容增高，血液黏滯度明顯升高，從而導(dǎo)致血栓形成。故嚴(yán)格掌握EPO的給藥劑量及時(shí)間窗也是需要著重解決的問題。