心肌缺血预适应的生物学机制

www.cnkang.com 2007-3-23 10:41:00 中华康网

　　缺血预适应(Ischemic Precondition, IP)是指几次短暂的心肌缺血/再灌注能保护长时间冠脉阻塞所致的心肌损害，是很强的心肌内源性保护机制。Murry［1］等首次在犬的缺血再灌注实验模型中发现，后来在豚鼠、家兔和猪的心肌中发现也有这种现象［2～4］。由于伦理的原因还没有直接的证据说明人的心肌存在这种现象，但有些间接的证据，Speekly-Qick［5］等用人的心房肌小梁的离体标本，缺血预适应可以大大加强缺血心房肌发展张力的恢复，后来人的离体心室肌发现也存在IP现象。缺血预适应的机制目前认为是短暂的缺血再灌注使大量的内源性物质释放，诱导蛋白激酶C激活，再进一步激活其他激酶，最后诱导线粒体的ATP敏感的钾通道开放。线粒体的ATP敏感的钾通道可能是缺血预适应的心肌保护的最后效应器官。

　　一、心肌缺血预适应的生物学特征

　　缺血预适应的保护效应主要体现在减少持续缺血再灌注的心肌梗死范围，促进在灌注后功能的恢复，阻止急性缺血期或在灌注后室性心律失常，减少再灌注后冠脉内皮细胞功能紊乱，减少心肌能量的消耗、代谢产物蓄积和糖酵解，维持细胞内PH稳定等作用［6］。

　　生物学特征：①IP发生与心肌内ATP下降的速率减慢有关。②IP不依赖于冠脉侧枝循环的增加。③单次短暂冠脉阻塞也能使心肌处于IP状态。④若持续缺血时间超过90分钟至3小时，则IP保护作用消失。但在最初缺血24小时后这种保护作用又可恢复，称为“第二保护窗”或“延迟保护作用”。⑤在数小时内频繁缺血发作可导致IP的保护作用失效，即对IP发生耐受现象。⑥缺氧、牵张、热休克和α1肾上腺素能使心肌出现类似的“IP”现象［7］。

　　二、缺血预适应(Ischemic Precondition, IP)的生物学机制

　　其生物学机制目前还不十分清楚，但其过程涉及受体跨膜信息传递系统以及不同效应器等多种环节。

　　1.细胞膜机制

　　有许多实验结果都支持在缺血预处理时许多内源性保护物质的释放，通过相应的膜受体介导参与IP的保护作用。

　　(1)腺苷受体

　　内源性腺苷释放在IP时一过性增多，被认为是心肌能耐受长时间缺血的主要原因。Liu［8］等发现在麻醉家兔非选择性的腺苷受体拮抗剂PD-11599或8-SPT能阻断IP的保护作用。用腺苷进行血管内灌注5 min,接着冲洗10 min，可诱导与IP一样有保护作用。腺苷释放后可能通过腺苷受体起作用，腺苷受体有三个亚型：A1、A2和A3，一般认为A1、A3受体与IP有关。

　　(2)缓激肽受体

　　内源性缓激肽的释放通过激活缓激肽受体在IP的心肌保护中起一定的作用。Noda等在狗的体内研究发现，阻断左冠状动脉血流时，血液中的缓激肽浓度增高。Goto［9］等发现在麻醉家兔经过5分钟缺血和10分钟再灌注的预处理过程可以明显减少心肌梗死的面积，而灌注选择性缓激肽β2受体拮抗剂HOE-140能阻断IP的保护作用；用缓激肽进行血管内灌注，可以模拟IP的作用。还有报道［10］，缓激肽输入冠状动脉内可以减轻狗的缺血后心律失常的严重程度。

　　(3)阿片受体

　　阿片受体激活在IP的心肌保护的作用现在很受重视。Schultz［11］等在麻醉大鼠给予3次5分钟的吗啡灌流，间隔5分钟给予5分钟无药灌流，再发生30分钟的心肌缺血，结果表明吗啡灌流药物与IP的效应相似，可以减少缺血范围，而且这种作用可被阿片受体阻断剂纳络酮所阻断，也可被KATP阻断剂优降糖所取消。也有不一致的报道，κ阿片受体拮抗剂MR2266也能模拟IP的抗心律失常作用和缩小心肌梗死范围的作用［12］。这可能与阿片受体的三种亚型(μ，κ，δ)在IP中的作用有差异所致。

　　(4)其他

　　去甲肾上腺素是通过α1受体介导其IP保护作用。血管紧张素Ⅱ通过AT1受体起作用。乙酰胆碱则通过M1受体发挥作用。

　　2.细胞内机制

　　(1)蛋白激酶C(PKC)

　　在短暂的缺血再灌注期间，内源性腺苷、缓激肽和阿片的释放，作用相应的受体诱导IP的形成，它们的保护作用均可以被PKC抑制剂所阻断，它们可能之间存在一个共同的通路；在家兔其他几种能激动PKC的受体，如α1、AT1和M1受体，它们均能触发IP样的保护作用，然而，阻断这三种受体则不影响IP的保护作用，意味着这些受体系统不参与家兔的内源性IP的效应。

　　PKC能催化ATP的γ磷酸转移到丝氨酸或苏氨酸残基的氢氧根基团上，这一过程被认为与细胞生长、分化和效应器功能的调节有关。最近有研究表明PKC能调节心肌细胞的离子电流，PKC可以激活心肌ATP敏感的钾通道，充当KATP开放剂的作用。PKC有至少11种丝氨酸或苏氨酸激酶；可分为三类： cPKC(α，βⅠ，βⅡ，γ)、nPKC(δ，ε，η，θ)，aPK(δ,ι,λ,μ)。IP保护心肌过程有多种因子参与，而PKC的转位与激活则是关键因素。Speechly-Dick［13］等在大鼠用PKC激动剂1，2-dioctanoy-snglycero(DOG)可以模拟IP保护作用，PKC抑制剂Chelerythrine可以阻断它。在人的心房肌小梁得到一致的结果，给PKC激动剂四洗佛波乙酸酯(PMA)保护人的心肌细胞，预防心肌缺血。

　　(2)酪氨酸激酶

　　研究表明，酪氨酸激酶参与IP的心肌保护作用，它使蛋白质酪氨酸残基磷酸化，在许多信号转导中发挥重要作用。Manlik［14］等首次证明酪氨酸激酶抑制剂genistein可以阻断IP的保护作用。

　　有研究表明，酪氨酸激酶和PKC的作用机理与预适应刺激强度有关。第一组，在大鼠心肌3次5分钟阻塞和间隔5分钟再灌注5分钟的缺血预适应后，给30分钟的冠脉阻塞，再给予2小时的再灌注，发现在单独给酪氨酸激酶抑制剂genistein和PKC抑制剂Chelerythrine时，可以部分取消IP的作用，若结合一起使用时则可以完全取消。第二组，只给予单次的缺血预处理，也可以明显减少缺血范围，在单独给genistein和Chelerythrine时，可以完全取消IP的作用，提示两种激酶可能是平行存在的［15］。

　　(3)丝裂活化蛋白激酶(MAPK)

　　MAPK是一类广泛存在于真核细胞中的丝/苏氨酸蛋白激酶。它是缺血、缺氧、牵张、激素、生长因子和细胞因子等各种细胞外刺激诱导基因表达、细胞增殖等核反应的共同通路或汇聚点。无论是通过G蛋白或酪氨酸激酶的活化，都可以激活Raf-MAPK的磷酸化连锁反应，经过MAPK的核转位，引起转录因子磷酸化，调节原癌基因、应急蛋白基因的表达，促进有关蛋白质合成增加，完成对细胞外刺激的反应［16］，这可能“延迟保护作用”有关。

　　三个主要的MAPK通路与心脏含三种激酶(ERK、JNK和P38)相一致。ERK通路研究最多，可被生长因子和G蛋白耦联的受体所激活。然而，还没有证据说明它与IP有关，目前有很多证据暗示JNK和/或P38MAPK组成的通路与IP有关［17］。

　　(4)ATP敏感的钾离子通道(ATP-sensitive potassium channel, KATP)或IK（ATP）

　　大量证据支持KATP假说，认为KATP是受体激活的最终作用部位。

　　1983年Noma［18］应用膜片钳技术首先在豚鼠心肌细胞上发现一种可被细胞内ATP和其他腺嘌呤核苷酸抑制的K＋选择性通道，并推断此通道与心肌代谢抑制时APD缩短有关，此通道被命名为ATP敏感的钾离子通道。后来在胰导的β细胞、神经细胞、平滑肌细胞和骨骼肌细胞发现存在该型通道。其已被克隆，由两部分组成：属于内向整流钾通道家族的通道(Kir6.2)蛋白和磺脲类药物受体(SUR)，SUR上有两个ATP结合位点［19］。

　　有很多研究结果支持KATP的作用。KATP通道抑制剂阻断IP作用。Gross和Auchampach［20］首先观察到，KATP通道阻断剂优降糖可以完全阻断IP对犬的心肌的保护作用；在豚鼠和家兔心脏，KATP开放剂克罗卡林和吡那地尔能保护心肌预防缺血［21］；在人右房小梁在缺氧/复氧前给予克罗卡林能显著改善缺氧/复氧时的心肌收缩功能，且这种作用能被KATP阻断剂优降糖所阻断［5］。

　　有关KATP参与IP过程，最初的认为心肌细胞膜上KATP通道开放促使细胞复极化加快，明显缩短心肌APD，能使Ca2+内流减少(尤其在缺血损伤和细胞内钙增加的情况下，对于抑制Ca2+内流，减少细胞的兴奋性，有重要的作用)可以引起心肌细胞耗氧量的降低，起到保护心肌的作用［22］。但是后来，Yao［23］等人的研究表明克罗卡林(cromakalim)等保护心肌作用并不依赖于APD的缩短；在心肌细胞KATP抑制剂5-Hydroxydecanoate(5-HD)能取消克罗卡林心肌保护作用，而不阻断其诱导的IKATP电流［24］。这些现象均不支持细胞膜KATP离子通道的机理。

　　然而，最近有证据表明，线粒体KATP通道可能介导IP保护作用的最终效应器。Garlid［25］等表明二氮嗪对线粒体KATP通道开放的选择性比细胞膜要高2 000倍，有趣的是5-HD能够翻转二氮嗪诱导的线粒体K＋外流，而几乎不影响心肌细胞膜的通道，因此5-HD显示选择性地阻断线粒体KATP通道。进一步证明，二氮嗪与克罗卡林一样在离体的大鼠心脏有保护作用，而不依靠于肌膜的KATP通道，此外，这种保护作用可被5-HD翻转。MAPK激动剂Anisomycin的保护效应能被5-HD翻转，提示预适应期间激动激酶系统，也可能终止于线粒体KATP通道的开放。

　　为什么线粒体KATP通道开放产生心肌保护还不十分清楚，可能是在稳态条件下进入线粒体基质的钾离子和通过钾氢交换流出的是平衡的，这样能维持线粒体的功能，然而，线粒体KATP通道的开放钾离子内流增加，导致线粒体体积增大肿胀；也可能是因为钾内流使线粒体的膜电位降低，减少钙离子进入线粒体，防止钙超载；线粒体的膜电位降低还可以增加内源性ATP酶抑制剂IF1的结合，在缺血过程中可以防止ATP分解消耗，有利于缺血保护［26］。

　　综上所述，IP的生物学机制是一个由受体、蛋白激酶和离子通道等系统参与的复杂过程。目前认为是在缺血预处理时许多内源性保护物质的释放如腺苷、缓激肽、阿片和氧自由基等，通过相应的膜受体介导，活化G蛋白，激活磷脂酶C，使膜磷脂降解生成二酰基甘油(DG)，DG激活PKC，最后使效应器磷酸化，效应器可能是线粒体上的KATP，诱导其心肌保护机制。而IP的“迟发保护反应”，可能是通过蛋白激酶(MAPK)的激活，调节原癌基因、即刻蛋白基因的表达，促进有关蛋白质合成增加。

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