心肌缺血再灌注損傷的分子修復機制及其抑制劑的研究進展

歐陽越 張景紅,2

1.華僑大學分子藥物學研究所，福建泉州 362021；2.華僑大學分子藥物教育部工程研究中心，福建泉州 362021

OUYANG Yue1 ZHANG Jinghong1,2

1.Institute of Molecular Medicine,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China;2.Molecular Medicine Engineering Research Center of Ministry of Education,Huaqiao University, Quanzhou 362021,China

1960年，Jennings等[1]首次提出了心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI）的概念，并把這種在心肌缺血基礎上恢復血流后組織損傷加重、甚至發生不可逆損傷的現象稱為心肌缺血再灌注損傷。如何減輕MIRI已成為防治缺血性心臟病和臨床心臟病介入性治療的一個重要課題。其發病機制可能與氧自由基、鈣超載、炎癥反應、細胞凋亡、蛋白激酶途徑等有關[2-3]，一些關鍵的調控分子包括細胞間粘附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）、一氧化氮合酶（NOS）、線粒體ATP敏感性鉀通道（mitochondrial KATP channel，mitoKATP）和線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）等與其分子機制密切相關，目前研究的重點是通過激活再灌注損傷挽救激酶（reperfusion injury salvage kinase，RISK）途徑、促進mitoKATP通道開放、抑制mPTP開放，從而減輕MIRI。近年來，新靶點層出不窮，圍繞著這些新的靶點，新的藥物抑制劑、小分子靶點抑制劑、中藥單體抑制劑和中藥復方抑制劑等也取得了長足的進展，并在實驗動物模型上取得了一定的效果，現報道如下。

1 心肌缺血再灌注損傷的分子修復機制

1.1 抑制線粒體通透性轉換孔的開放[4]

mPTP是位于線粒體內的一種非特異性通道，正常狀態下和心肌缺血時，mPTP呈關閉狀態并阻止小分子物質和水跨膜移動，在應激情況下其開放可導致水和溶質非選擇性地進入線粒體內膜，使線粒體膜電位失衡，氧化磷酸化解偶聯，導致ATP缺乏，線粒體腫脹和細胞死亡。許多研究證實在MIRI中，鈣超載、氧化應激及各種信號級聯通路最終都導致mPTP開放，使線粒體內膜間隙中的細胞色素C和凋亡誘導因子及釋放到胞質中，從而啟動細胞凋亡通路，導致心肌細胞凋亡。

1.2 激活線粒體ATP敏感性鉀通道

心肌細胞中存在兩種KATP通道，一種是位于線粒體上的線粒體KATP通道，另一種是位于心肌細胞表面的肌膜KATP通道。線粒體KATP通道開放劑能模擬缺血預處理所引起的心臟保護作用[5]。mitoKATP的開放一方面使線粒體膜去極化，降低線粒體外Ca2+內流的驅動力，減少Ca2+超載所引起的損傷，從而達到保護心肌缺血再灌注損傷的作用。另一方面mitoKATP的開放釋放活性氧簇（ROS），增加NO釋放量并激發鏈式激酶反應，使mitoKATP長時間保持開放狀態，達到抑制MIRI的作用[6]。

1.3 激活RISK信號通路

如圖1所示：Hausenloy等[7]首次將磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-OH linase，PI3K）和細胞外信號調節蛋白激酶（extra-cellular signal-regulated protein kinase，ERK）兩個信號通路合稱為再灌注損傷挽救激酶信號通路，即RISK信號通路。該通路的調控包括以下兩個方面：（1）PI3K-Akt信號通路。當上游信號刺激細胞膜表面時，PI3K將胞外信號傳遞給下游的靶蛋白Akt，并激活Akt使其從胞膜釋放進入細胞質，活化的Akt主要通過促進糖原合成激酶-3β（GSK-3β）磷酸化使其失活，磷酸化eNOS促進內源性NO生成并激活雷帕霉素（mTOR）及其下游的p70S6K，最終作用于線粒體和鉀離子通道，減少mPTP開放和增加鉀離子通道開放進而發揮保護MIRI的作用[8]。（2）ERK主要由Ras/Raf/MEK/ERK等構成，藥物與細胞膜上的受體酪氨酸激酶結合后，將信號傳遞給Ras，Ras發生膜轉位并激活Raf，活化的Raf通過磷酸化激活ERK。ERK通過激活mitoKATP促使線粒體ATP敏感性鉀通道開放并增加活性氧ROS生成，ROS可激活線粒體ERK和PKC同工酶PKCε。同時ROS還可激活線粒體ERK，進一步激活核糖體蛋白S6激酶（p70S6K）從而發揮保護MIRI的作用。見圖1。

圖1 藥物通過RISK信號通路修復心肌缺血再灌注損傷的途徑

2 心肌缺血再灌注損傷抑制劑的研究進展

目前，針對MIRI相關信號通路的靶點藥物如表1所示。主要包括中藥單體、中藥復方、小分子抑制劑。其中小分子抑制劑的作用最為顯著，但其缺點是作用靶點單一，且價格昂貴。而中藥制劑可以通過調控GSK-3β、mTOR、PKC、mitoKATP、和mPTP等多靶點的調控作用修復MIRI。因此，從中藥抑制劑中篩選MIRI信號通路相關的多靶點藥物來修復MIRI將具有重要意義。下面對近年來發現的一些作用于MIRI相關靶點的抑制劑作一總結。

2.1 小分子靶點抑制劑

2.1.1 ATP敏感性鉀通道開放劑和抑制劑 （1）線粒體ATP敏感性鉀通道開放劑：尼克地爾（nicorandil，Nic）是目前唯一臨床使用的有硝酸酯樣作用的鉀通道開放劑，一方面Nic通過激活線粒體KATP通道使線粒體內部去極化，降低線粒體的鈣超載；另一方面激活KATP可抑制消耗細胞內ATP，減少釋放乳酸脫氫酶并保存細胞內ATP，保護MIRI[20]。大量研究表明在心肌缺血初期，若給予激發線粒體ATP敏感性鉀通道開放的藥物（如吡那地爾、克羅卡林、二氮嗪），可減少梗死范圍[21]。二氮嗪（diazoxide）是線粒體KATP通道特異性開放劑，mitoKATP通道開放伴隨活性氧ROS生成的增加，可激活PKC，減少細胞凋亡，發揮保護MIRI的作用[22]。見圖2。（2）心肌細胞膜ATP敏感性鉀通道抑制劑：Vajda等[23]報道，與對照組相比，靜脈注射選擇性KATP抑制劑HMR1883的MIRI大鼠存活率顯著提高。上述研究結果顯示HMR1883（圖2）對MIRI有一定抑制作用，但具體機制仍有待深入探討。

2.1.2 mPTP抑制劑 Zhao等[24]發現環孢素A（cyclosporin A，CsA；圖2）可阻止心肌缺血再灌注期間mPTP的開放。Xie等[25]將大鼠分為2組進行在體缺血再灌注，分別靜脈注射給予CsA或空白溶劑，結果顯示，相比于溶劑對照組，CsA組大鼠心肌梗死面積顯著減少，提示CsA可能通過抑制mPTP的開放來保護MIRI，且證明mPTP在MIRI中起著至關重要的作用。

2.2 中藥單體抑制劑

Yi等[26]證明人參總皂苷（TGS）在Langendorff離體大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，能通過激活PI3K/Akt-eNOS信號通路調控PI3K、p-Akt、和p-eNOS等靶蛋白的活性，增加大鼠心臟冠脈流量，從而修復MIRI。Wang等[27]也發現人參皂苷Rb1單體在大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中可通過激活PI3K-Akt信號轉導通路調控p-Akt的表達，改善大鼠心肌缺血再灌注損傷。人參皂苷Re為人參三醇類皂苷，最近的研究表明其能通過下調ICAM-1的表達改善大鼠MIRI[28]。見圖2。

表1 MIRI相關靶點及其抑制劑

圖2 部分MIRI抑制劑分子結構

2.3 中藥復方抑制劑

關鳳英等[12]的研究證實黃芪注射液能夠改善心肌細胞再灌注損傷的細胞結構變化，減輕細胞損傷程度，對MIRI有一定的抑制作用，且線粒體ATP敏感鉀通道抑制劑5-HD可減輕其對心肌損傷的保護作用，說明線粒體ATP敏感鉀通道的激活可能是黃芪注射液修復MIRI的機制之一。

3 展望

綜上所述，目前已對MIRI的分子機制進行了廣泛研究，以其相關信號通路中的蛋白作為治療靶點篩選各種抑制劑已成為新藥研發的熱點，也為MIRI的治療提供了新思路。盡管已發現了一些針對MIRI相關靶點的抑制劑，并在MIRI的研究中取得了一定的進展，然而其作用靶點單一，且目前對其療效、制劑、免疫抑制等方面仍存在許多問題，臨床用藥受到限制。因此，篩選多靶點、免疫抑制作用小的修復MIRI的藥物成為迫切需要。而傳統的天然藥物抑制劑（中藥單體和中藥復方抑制劑）不僅對MIRI有很好的抑制作用，還兼有抗病毒，調節免疫和增強心功能等多方面的作用，同時具有副作用小、來源廣泛、多靶點協同作用等優勢。但目前已知的對MIRI具有良好藥效的中藥單體及中藥復方尚少，因此仍需對MIRI的分子機制進行更深入、更廣泛、更細致的研究，根據其相關作用靶點和作用途徑開發有效的中藥單體或中藥復方制劑，為臨床用藥提供理論依據。

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