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【摘要】 心肌缺血/再灌注损伤的机制十分复杂。触发和效应阶段是多种成分参与的综合作用结果,各条信号转导途径并非孤立的,而是交叉联系、立体的、错综复杂的调节网络系统。多种不同的通路会聚于线粒体信号通路并被其整合。
【关键词】 心肌缺血/再灌注损伤；心肌细胞凋亡
冠脉供血不能满足心肌对能量的需要时就会发生心肌缺血。一旦缺血存在，心肌组织不仅缺氧和代谢障碍，同时毒性代谢产物蓄积，引起缺血性损伤，如继续发展，则导致心肌死亡。长期来人们认为细胞坏死是这种心肌死亡的唯一方式。近年来，随着检测方法的改进，凋亡研究不断向心血管领域的拓展，目前累积的资料充分表明，心肌细胞同样存在凋亡，细胞凋亡也是缺血性心肌细胞死亡的重要方式之一[1，2]。当前，细胞凋亡是缺血性心脏病研究的崭新的课题，具有重要的理论和潜在的临床应用价值。
1 心肌缺血/再灌注损伤与心肌细胞凋亡的发生机制
1．1 氧自由基 氧自由基(oxygen free radical,OFR )，是氧在还原时接受电子不足所产生的一类具有高度化学反应活性的含氧基团，是机体内氧分子的不完全代谢产物。心肌缺血/再灌注可产生大量的氧自由基。在生理状态下，机体需要不断地产生自由基参与正常代谢过程，多余的自由基可及时地被清除，其产生与清除处于动态平衡；活性氧有很强的氧化活性，可破坏机体氧化/还原动态平衡，造成生物大分子(核酸、蛋白质、脂质)的氧化损伤；凋亡是机体氧化损伤的后果之一[3~5]。
1．2 线粒体损伤与能量代谢障碍
目前研究表明，细胞凋亡的发生与线粒体有关。凋亡过程中线粒体的早期改变是膜通透性变化和转膜电位降低。线粒体是细胞有氧呼吸的基地和供能场所，细胞内氧化磷酸化、能量代谢和抗活性氧化，均有赖于线粒体的功能。细胞发生凋亡时，其线粒体的亚微结构虽基本正常，但其功能已有显著变化，从而造成ATP明显下降。实验证明ATP明显下降可进一步引起一系列代谢异常和紊乱： ①心肌缺血时，随着ATP含量的下降，细胞膜、肌浆网Ca2+-ATP酶活力，以及肌浆网钙摄取能力下降，并且不同阶段心脏依赖能量的Ca2+隔室化机制活性降低使Ca2+内流增加，并激活膜磷酶，使膜磷脂降解为溶血瞵脂，导致缺血性肌挛缩，并在此过程中产生OFR，进一步产生损害作用[6] ；②依赖ATP的细胞膜泵活性降低，膜电位改变，以及心电图ST段改变；③缺血涉及的心肌纤维收缩性降低，部分是由于酸中毒和肌钙蛋白C亲和力降低的缘故，此外，酸中毒又可直接损害细胞的超微结构；④缺血区同非缺血区形成代谢梯度，成为引发恶性心律失常的主要因素之一。最近有观点认为[7] ,能量代谢障碍可造成心肌细胞基因结构及表达的异常，细胞内的ATP水平是决定细胞发生凋亡或坏死的主要因素。
1．3 钙超载
近年关于Ca2+细胞功能的研究报道很多，认为细胞Ca2+超载是细胞死亡的最后共同通路。缺血期由于Na+-K+-ATP 酶活性降低，造成细胞内Na+超载，后者激活细胞质膜上的Na+-Ca2+交换蛋白, 因而在再灌时随着Na+外移，大量Ca2+进入细胞内，形成细胞内Ca2+超载现象。缺血/再灌注期间，多种因素造成细胞内Ca2+超载，Ca2+作为信号转导系统的第二信使，在细胞凋亡过程中起着重要的作用。缺血及再灌注时钙超载的发生，主要是缺血/再灌注期，高浓度的细胞内Ca2+很容易激活磷脂A2和钙敏感性蛋白酶。磷脂酶A2 和蛋白激酶C的活化可导致花生四烯酸形成，花生四烯酸不仅通过其清洁剂样性能干扰细胞膜，它还是环氧化酶的重要底物。花生四烯酸的活化，可导致前列腺素和血栓素A2 的形成，前列腺素又是OFR产生的底物。磷脂酶C催化磷酸肌醇水解，能产生三磷酸肌醇( IP3 ) 和二酰基甘油(DG) ，前者可动员细胞内Ca2+，后者能激活蛋白激酶C，间接地通过Ca2+通道和Na+/H+交换加剧Ca2+超载[8]。
1．4 细胞因子
细胞因子在体内主要由白细胞、以及其他不同的细胞所分泌的，一类小分子水溶性蛋白质，具有多种细胞调节活性。在心肌缺血/再灌注损伤过程中，IL-1（白细胞介素-1)、 IL-6（白细胞介素-6) 、IL -8（白细胞介素-8）、以及TNF（肿瘤坏死因子) 都参与了心肌缺血/再灌注的损伤的过程。
1．5 中性粒细胞
缺血、再灌注，引起中性粒细胞与内皮细胞的粘附增加，中性粒细胞与血管内皮接触时即被激活，激活的中性粒细胞是一个重要的自由基源，释放OFR等毒性产物，以及破坏性蛋白酶，改变血管的通透性。同时活性氧产生的增加，损伤了内皮细胞和其他细胞；其作用于内皮细胞或粒细胞表面的粘附分子，促进内皮细胞的粘附，而缺氧本身也损伤内皮功能，改变其粘附性，最终导致内皮细胞破损、水肿和功能障碍，毛细血管腔被阻塞，这就导致虽有大血管的再灌注，但局部缺血区仍无复流的现象。中性粒细胞还参与花生四烯酸的代谢。缺血/再灌注时，激活的中性粒细胞和游离Ca2+可诱发细胞膜磷脂A2大量的释放花生四烯酸，产生大量炎症介质；同时自由基和脂质过氧化物还作用于蛋白酶，损害离子通道和转运功能， 造成离子失衡，加速缺血心肌细胞死亡。
2 心肌缺血/再灌注损伤与心肌细胞凋亡的信号转导通路
2．1 磷脂酰肌醇信号转导途径
心肌缺血/再灌注损伤后，腺苷、去甲肾上腺素、阿片肽、CGRP等触发因子释放，与心肌细胞膜上相应受体结合后，激活百日咳毒素敏感G蛋白，进而激活磷脂酶，促进质膜上磷脂酰肌醇-4 、5 二磷酸，水解为二酰基甘油(diacyl glycerol ,DAG) 和三磷酸肌醇(inositol trip hosphate ,IP3) 。DAG 和Ca2+协同促使PKC从胞浆移位到胞膜上并活化之；PKC通过磷酸化众多位于胞膜上和胞浆内的底物蛋白，向其下游转导信号，从而提高心肌细胞对缺血/ 再灌注损伤的耐受性。
近年来的研究表明，P KCε的激活与胞膜转位IPC的心肌保护中发挥了关键作用，而PKCα、η和δ也参与IPC 的信号传导。使用PKC抑制剂（白屈菜铵碱）可取消心肌的IPC；外源性的DAG类似物，如豆蔻酸佛波酰乙酯( PMA)，可通过激活P KC 的大多数同工酶而产生IPC 样保护作用[9] 。
2． 2 酪氨酸蛋白激酶联系型受体信号转导途径
酪氨酸蛋白激酶联系型受体信号转导途径(janus kinase-signal transducer and activator of transcription ，J A K-STAT)，J AK 家族中已发现4 种激酶,即J A K1 、JA K2 、J A K3 和TyK2 。STAT是JAK 的靶蛋白，它是位于细胞胞质中的一个转录因子家族，目前已发现有7 种即STAT1 、STAT2 、STAT3 、STAT4 、STAT5a 、STAT5b 、STAT6 。其中J A K1 、J A K2 、STAT1 、STAT3 与IPC 相关。IPC 能够诱导JAK1 、J A K2 、STAT1 以及STAT3 磷酸化，和心肌缺血/再灌注密切相关。实验证明，预处理后30 min ，STAT1 和STAT3 转位到细胞核中，与DNA 结合的活性明显增加。预处理的心脏缺血30 min 再灌注2 h 后仍能检测到J A K2 和STA T3 的激活[10]。
2．3 酪氨酸蛋白激酶型受体信号转导途径
预处理后释放的活性物质与CGRP等G蛋白耦联受体( G protein coupling receptors , GPCR) 结合后启动信号的级联反应，最后发挥心肌保护作用。PTK是参与IPC信号转导途径的蛋白激酶之一。激活的PTK或PKC均可通过对下游底物进行磷酸化修饰，而产生生物学效应。在兔心应用PTK抑制剂可取消IPC 的保护作用。在猪心需同时应用PTK 和PKC 抑制剂才可取消IPC 的保护作用。在IPC信息传递通路中PTK可能位于P KC 的下游或与P KC平衡调节预适应。
2． 4 N F-κB 途径
N F-κB 受到上游信号的刺激而活化，进一步调控bcl-2 表达，从而减轻细胞凋亡，以及调控下游其他转录子来合成心肌保护因子，如iNOS 、COX-2 、Mn-SOD（锰-超氧化物歧化酶，manganese superoxide dismutase ) 等。IPC诱导的N F-κB 的表达可被PKC 抑制剂、NOS 抑制剂、活性氧清除剂和PT K抑制剂所取消。
3 心肌缺血/再灌注损伤与心肌细胞凋亡的靶向治疗
3．1 抗氧化剂的应用
Parlakpinar等研究抗氧化剂苯乙基咖啡酸酯( caffeic acid phenethyl ester, CAPE)对大鼠心肌缺血/再灌注细胞凋亡的影响时发现：CAPE 处理组较对照组细胞凋亡明显减少[11]；这就充分说明，使用抗氧化剂可减轻或预防缺血/再灌注损伤。
3．2 caspases家族受体阻滞剂
caspases家族在细胞凋亡中发挥关键作用，caspases 家族可以分为至少两个亚群：caspases-1 和caspases-3。Caspases-1即IL -β转化酶，它将IL -β的前体激活，而活化的IL-β在细胞凋亡中起到关键作用。Qin等应用caspase-2 抑制剂，抑制缺血/再灌注心肌细胞线粒体细胞色素c的释放时发现，caspase-2 抑制剂能够抑制心肌细胞凋亡，并且取得显著效果；说明使用caspases 拮抗剂可抑制凋亡，对临床患者具有潜在的应用前景[12]。
3．3 钙离子通道阻滞剂
钙离子超载是引起细胞凋亡的重要因素，钙离子拮抗剂可以阻断钙的慢通道，使细胞外钙的内流减少，从而降低胞浆钙离子，可起到减少MIRI的作用。L iu [13]等第一时间应用钙离子拮抗剂贝尼地平(Benidipine)处理心肌缺血的大鼠，发现其可以降低大鼠心肌缺血/再灌注过程中caspase-3、caspase-9的活性，减轻心肌细胞凋亡。
3．4 基因治疗
利用转基因技术，可以从各个环节对缺血/再灌注引起的细胞凋亡进行阻断。有学者在大鼠缺血/再灌注4 d前以腺病毒为载体将Bcl-xL 基因转入大鼠心脏，发现转入Bcl-xL 的大鼠缺血/再灌注后心肌细胞凋亡较对照组明显减轻，并减小梗死面积，降低血浆肌酸激酶水平[14]。
3．5 其他
Kobara[15]等研究发现：血管紧张素转换酶抑制剂喹那普利，可提高大鼠缺血/再灌注心肌Bcl-xL 的表达，从而抑制心肌细胞凋亡。Jugdutt [16]等发现ARBs缬沙坦及厄贝沙坦均可缩小狗缺血再灌注心肌的梗死面积,抑制细胞凋亡,改善心功能。
4 结语
心肌缺血/再灌注损伤的机制十分复杂。触发-中介-效应子跨膜信号转导机制已初步阐明，但很难以简单线形关系来解释。触发和效应阶段是多种成分参与的综合作用结果，各条信号转导途径并非孤立的，而是交叉联系、立体的、错综复杂的调节网络系统。多种不同的通路会聚于线粒体信号通路并被其整合。然而，这些不同的信号通路也可以作用于另外的靶点，如抑制细胞坏死，改变细胞骨支架以阻止质膜的破裂，以及降低A TP利用率。核内信号的传递、转录因子的激活及被诱导基因的表达确切机制尚待进一步深入研究。
参考文献
1 Baliga, R. R. Apoptosis in myocardial ischemia, infarction, and altered myocardial states. Cardiol Clin. 2001,19(1)：91-112.
2 Feuerstein, G.. Z. Apoptosis-new opportunities for novel therapeutics for heart diseaese. Cardiovasc Drugs Ther 2001,15(6)：547-551.
3 Ferrari G, Agnoletti L, et al. Oxidative stress during myocardial ischemia and hear failure. Eur Hear J. 1998,19(suppl B): 2-11
4 Chakrabarti S, Hoqne A N E, Karmazyn M. A rapid ischemia induced apoptosis in isolate rat heart and its attenuation by the sodium-hydrogen exchange inhibitor HOE642(Cariporide). J Mol Cell Cardiol, 1997,29:3169-3174.
5 Ruiz Gines JA,Lopez Ongil S,Gonzalez Ruhio M,et al.Reactive oxygem species induce proliferation of bovine aortic endothelialcells. 1J Cardiovasc Pharmacol, 2000, 35 (1) : 109-113.
6 Gottlieb RA, Gruol DL, Zhu JY, et al. Preconditioning rabbit cardiomyocytes: role of Ph, vascular proton ATPsae, and apoptosis. J Clin Invest, 1996, 97: 2391-2398.
7 Nordlie MA,Wold LE,Simkhovich BZ,et al.Molecular aspects of ischemic heart disease: ischemia/reperfusion-induced genetic changes and potential applications of gene and RNA interference therapy .J Cardiovasc Pharmacol Ther, 2006, 11 (1) : 17-30.
8 An J, Varadarajan SG, Camara A, et al.Blocking Na + /H + exchange reduecs［Na�+］(i) and ［Ca2+］ ( i) load after ischem ia and imp rovers infunction in intacthearts .Am J Physiol Heart Circ Physiol, 200 l, 281 (6) : H2398-H2409
9 Ricciardi R ,Meyers WC ,Schaffer B K ,et al. Protein kinaseC inhibition abrogates hepatic ischemic preconditioning responses. J Surg Res ,2001 ,97 (2) :144.
10 Hattori R , Mulik N ,Otani H ,et al. Role of STA T3 in ischemic preconditioning. J Mol Cell Cardiol , 2001 , 33 (11) :1929.
11 ParlakpinarH, SahnaE. Protective effect of caffeic acid phenethyl ester (CAPE ) on myocardial ischemia-reperfusion-induced apoptotic cell death. Toxicology, 2005,209 (1):1-10.
12 Qin Y, Vanden Hoek TL. Caspase-dependent cytochrome c release and cell death in chick cardiomyocytes after simulated ischemia-reperfusion. Am J PhysiolHeartCirc Physiol, 2004,286 (6):2280-2286.
13 Liu HR, Gao F, Liu HR, et al. Antiapoptotic mechanisms of benidipine in the ischemic/reperfused heart. BrJ Pharmacol, 2004, 142 (4) : 627-634.
14 HuangJ, Ito Y. Bcl2xL gene transfer protects the heart against is chemia/ reperfusion injury. Biochem Biophys Res Commun, 2003, 311 (1) : 64-70.
15 KobaraM, TatsumiT. Effects of ACE inhibition on myocardial apoptosis in an ischemia-reperfusion rat heartmodel. J Cardiovasc Pharmacol, 2003, 41 (6) : 880-889.
16 Jugdutt BI, Sawicki G. AT. receptor blockade alters metabolic, functional and structural proteins after reperfused myocardial infarction: detection using proteomics. Mol Cell Biochem, 2004, 263 (1-2): 179-188.
