再灌注治療中缺血心肌的保護策略

謝倩倩(綜述)，張俊峰(審校)

(1.蚌埠醫學院，安徽 蚌埠 233030； 2.上海交通大學醫學院附屬第三人民醫院心內科，上海 201900)

據統計，全球每年大約有1710萬人死于冠狀動脈粥樣硬化性心臟、腦梗死等心腦血管疾病。盡管醫療技術不斷發展、進步，缺血性心臟病仍是危害人類健康與生命的難題。對于急性心肌梗死，及時應用經皮冠狀動脈介入治療術或溶栓劑進行心肌再灌注是挽救瀕死心肌、抑制心肌重構及保護心臟功能的最有效的臨床手段。然而,缺血損傷的心肌在冠狀動脈再通恢復血供后，其損傷程度往往大于灌注前，即均存在缺血/再灌注損傷(ischemia/reperfusion injury，I/RI)。如何將缺血損傷降至最低，下面就保護缺血心肌的兩種主要方法：缺血后處理和控制性再灌注的研究進展進行綜述。

1 心肌I/RI涉及的主要機制

在I/RI時細胞外大量H+流失，Na+-H+交換體被激活，大量Na+進入胞內。隨后激活Na+-Ca2+交換體，使胞質內Ca2+水平升高，引起鈣超載[1]。同時激活細胞內磷脂酶，致細胞膜磷脂水解、縫隙連接功能障礙，進一步破壞胞膜完整性，加重Ca2+內流，最終胞膜破裂，誘導細胞凋亡、心肌細胞壞死及心肌收縮功能障礙。I/RI時Na+-Ca2+交換體活化又增加了線粒體內膜通透性轉換孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)的開放概率。mPTP開放可能會損傷線粒體內膜，導致膜通透性改變，膜間隙細胞色素C、Ca2+等成分釋放入胞質引起細胞壞死、凋亡或自體吞噬[2]。線粒體損傷后，正常氧化磷酸化途徑減弱、內源性自由基清除劑的活性降低，導致氧自由基大量漏出，開放mPTP、破壞膜脂質、激活部分酶原、DNA斷裂和染色體畸變等。此外，I/RI時活性氧類會出現大爆發，進而加重心肌細胞損傷。I/RI發生后超過氧化物酶、血小板活化因子及許多炎性介質大量釋放，引起內皮細胞或白細胞表面特殊黏附分子表達，中性粒細胞與內皮細胞發生黏附，并釋放活性氧類、溶酶體酶、細胞因子等，進一步損傷內皮、血管平滑肌細胞和心肌細胞。

2 缺血預處理

缺血預處理是指短暫缺血可以使心肌在后續的延長缺血中得到保護而限制心肌梗死的范圍，由Murry等[3]最早提出的，其主要機制包括抑制鉀通道、激活內源性物質(如腺苷、阿片肽類、緩激肽類等)、酶信號通路、線粒體調整等。缺血預處理的保護作用在預處理開始后的2～3 h即消失(早發效應)，并且再次出現于12～24 h后(延遲效應)。急性冠狀動脈事件的早發效應難以預測，因此其臨床應用受到限制。臨床上反復發作的梗死前心絞痛，是通過延遲效應機制保護缺血后心臟功能的。

3 缺血后處理

2003年Zhao等[4]在犬心肌缺血/再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)模型上，給予反復連續、短暫的I/R處理后，心肌梗死面積縮小，達到與缺血預處理相當的心肌保護作用。該方法被命名為后處理。Dosenko等[5]在鼠I/R模型上發現后處理誘導抗凋亡及抗自體吞噬作用。此外，后處理能夠抗心律失常，減少活性氧類的過量產生，減少I/R觸發的炎性反應[6]等。由于缺血后處理可以在缺血心肌再灌注前人為地應用，比缺血預處理更具有臨床可操作性及應用價值。

3.1缺血后處理涉及的病理生理機制及主要信號通路 線粒體是缺血后處理作用的終末效應器。線粒體上ATP依賴的鉀通道(KATP)和mPTP在缺血后處理的機制中起重要作用。I/RI時，mPTP的開放時間長短與細胞內pH值恢復平衡時間有關系。在I/R早期，迅速恢復細胞內pH環境，加重了心肌細胞損傷。缺血后處理在再灌注早期即能調整細胞的酸堿平衡。通過酸化再灌注而逐漸形成的較低pH環境，起到保護作用[7]，可能與抑制mPTP開放、抑制鈣泵活化、減少細胞縫隙連接通路等有關。此外，缺血后處理減少氧自由基釋放，推遲mPTP開放；延遲鈣誘導的mPTP開放，減少炎性細胞釋放等。

再灌注損傷補救酶通路是研究I/RI最經典的通路，磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinaseB，PI3K/Akt)和胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK)途徑共同組成該通路。此外，還包括Bax(B細胞淋巴瘤/白血病2相關的X蛋白)/B細胞淋巴瘤/白血病2表達等信號通路[8]。再灌注損傷補救酶通路影響mPTP開放、內質網功能及一系列保護心臟的抗細胞凋亡信號途徑，其在缺血后處理中的作用機制尚不完全清楚，部分數據顯示可能與細胞表面受體活化有關，如腺苷A2A受體。再灌注損傷補救酶通路下游靶點是肝糖原合酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)，該酶參與調節糖原代謝、基因表達及細胞生存等。Gomez等[9]利用鼠模型發現GSK-3β失活后，抑制了mPTP開放及線粒體腺嘌呤核苷酸經線粒體膜的轉運，達到了缺血后處理的效果。然而，Nishino等[10]同樣利用鼠模型卻得出了相反的結論。因此，GSK-3β在缺血后處理中是否保護心臟，目前仍不清楚。ERK1/2屬于促分裂原活化蛋白激酶家族成員之一。Przyklenk等[11]發現心肌缺血后處理早期即激活了ERK，而ERK是抑制mPTP開放的主要信號通路。然而亦有部分研究表明，ERK在I/RI心肌中無保護作用[12]。目前其在缺血后處理中的作用有待明確。此外，蛋白激酶C、mitoKATP和p38絲裂原激活蛋白激酶(促分裂原活化蛋白激酶家族成員之一)亦參與缺血后處理的心肌保護作用。

3.2缺血后處理的發展

3.2.1遠隔器官后處理 遠隔器官后處理由Kerendi等[13]第一次提出。冠狀動脈再灌注開始之前進行腎臟等遠隔器官的缺血后處理，可以使I/RI的心肌梗死面積縮小。Kerendi等[13]推斷腺苷可能是腎臟與心臟間的信號因子。由腎臟分泌的腺苷可以直接作用于心臟，或經神經元刺激間接作用于心臟。目前遠隔器官后處理的臨床應用及其作用信號因子仍有待于探索。

3.2.2缺血后處理的藥物干預 缺血后處理保護心臟所涉及的細胞表面受體有腺苷受體、阿片肽受體、緩激肽受體等。內源性物質、鈉尿肽類(心房鈉尿肽、腦鈉尿肽)及細胞因子類等在缺血后處理中起著關鍵作用。

3.2.2.1腺苷 腺苷是心肌缺血后三磷酸腺苷的產物，通過其表面受體A1、A2A、A2B、A3發揮作用。缺血后處理中觸發內源性腺苷可以保護缺血心肌。Grygier等[14]研究70例行經皮冠狀動脈介入治療的ST段抬高型心肌梗死患者，在再灌注的試驗組及對照組中均兩次向冠狀動脈內注入腺苷，結果ST段回落>50%，并提示腺苷應早期應用于行急診經皮冠狀動脈介入治療的急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)患者。Kloner等[15]進行的AMISTAD-2隨機試驗結果表明，再灌注開始的3.17 h內應用腺苷具有減少AMI病死率及后期心力衰竭發生率的作用，然而超過3.17 h應用，其作用效果明顯減弱。諸多臨床試驗表明，應用外源性腺苷可以縮小心肌梗死面積、提高心肌收縮性、改善心功能。然而，缺血后處理觸發的內源性腺苷與外源性腺苷是否均通過腺苷受體途徑發揮作用，目前尚不清楚。

3.2.2.2葡萄糖-胰島素-鉀極化液 據悉再灌注期間應用葡萄糖-胰島素-鉀極化液(glucose-insulin-potassium solution,GIK)混合制劑具有保護心臟的作用，且是通過活化PI3K/Akt途徑來調控的。然而，CREATE-ECLA研究予20 201例ST段抬高型心肌梗死患者中應用高劑量GIK，在病死率、心肌抑頓及心源性休克等終點所得結果中立。Su等[16]進行DIGAMI臨床試驗，將患者隨機分為GIK和GIK加渥曼青霉素(PI3K/Akt通路抑制劑)兩組，結果顯示高血糖加重AMI的缺血后處理，削弱了GIK對心臟的保護作用，其機制可能與阻礙心肌PI3K/Akt通路活化有關。為了更好地闡述GIK的臨床效果，越來越多的臨床研究正在進行中，這將決定GIK混合制劑在臨床上的應用前景。

3.2.2.3Rho激酶抑制物 法舒地爾是目前唯一應用于臨床的Rho激酶抑制劑，已用于治療蛛網膜下腔出血引起的腦血管痙攣，由于其強大的擴血管作用，應用范圍拓展到心血管領域。Ichinomiya等[17]將實驗雄鼠分為兩組，一組給予低劑量法舒地爾或高劑量法舒地爾加鉀通道開放劑，另一組給予高劑量法舒地爾加鉀通道抑制劑，結果顯示法舒地爾能夠通過活化鉀通道，減少缺血后處理后的心肌梗死面積。同時法舒地爾也參與多種心血管疾病的病理生理機制，具有抑制炎性細胞聚集、加快細胞凋亡、抑制冠狀動脈痙攣等作用[18]。

3.2.2.4其他藥物后處理 Wu等[19]利用鼠模型證明阿片類制劑舒芬太尼通過活化PI3K/Akt-GSK-3β通路，減少B細胞淋巴瘤/白血病2相關的X蛋白基因表達，增加B細胞淋巴瘤/白血病2表達，進而對抗心肌細胞凋亡來實現心臟保護作用。此外，吡那地爾[20]、麻醉劑、促紅細胞生成素[21]等藥物后處理亦具有減少心肌I/RI、縮小心肌梗死面積等的顯著效果。但是，藥物后處理的具體機制、有效時間窗、遠期效果、合并癥的存在是否影響藥物后處理的效果；各種藥物的給藥途徑及用藥劑量等，都有待進一步研究證實。

4 控制性再灌注

在心肌I/R過程中，部分心肌發生損傷。因此，1986年Okamoto等[22]首次提出了控制性再灌注(不包括體外循環)的概念。他們假設，與突然、完全性血運重建相比較，應用溫和、短暫的再灌注可能會挽救更多急性缺血瀕死的心肌，并予犬I/R模型進行驗證。目前通過改變再灌注環境以保護缺血心肌的參數包括物理參數(灌注壓力、冠狀動脈血流)和化學參數(氧分壓、二氧化碳、必需鹽濃度等)。其中低壓再灌注的研究較為常見。

4.1低壓再灌注 Nemlin等[23]研究適宜的低壓再灌注更益于保護缺血心臟，并利用鼠離體心臟模型驗證，70 cm H2O是再灌注中減少心肌壞死及改善心肌收縮功能障礙的最適宜壓力。低壓再灌注能夠上調Akt氧化磷酸化反應，抑制mPTP開放，減少活性氧類的產生，其保護作用可以被渥曼青霉素、LY294002所抑制，間接說明低壓再灌注介導活化PI3K/Akt信號通路。然而，低壓環境中PI3K的活化與抑制mPTP開放之間的關系仍需進一步研究。

4.2其他參數 Takeo等[24]發現限制血流流速的再灌注能夠減弱I/R誘導的左心室舒張末壓力，限制Na+、Ca2+在細胞內的堆積，改變組織內K+、Mg2+的濃度，減少肌酸激酶釋放及ATP代謝產物。Kaneda等[25]報道高壓氧可引起心肌再灌注損傷，然而I/R期間維持生理水平的氧分壓可能減輕I/RI。這可能是因為缺血心肌再灌注初期，心肌氧利用能力有限，高壓氧不利于再灌注初期心肌的氧供需平衡，且高壓氧為自由基的生成提供基質，容易造成心肌細胞內氧自由基的爆發。Gong等[26]曾研究不同氧流量再灌注對心肌I/RI的影響，結果提示低氧再灌注對兔心肌I/RI有保護作用。那么，經皮冠狀動脈介入治療期間是否可以制造低氧環境來減輕心肌I/RI，目前尚無明確報道。此外，高濃度的二氧化碳可減輕心肌I/RI。

5 展 望

目前大量的動物模型及臨床研究顯示，不論是缺血后處理還是控制性再灌注都具有縮小心肌梗死面積、改善心肌收縮功能等作用。進一步明確缺血后處理及控制性再灌注的作用機制，更便于充分發揮這兩種方法的保護作用。目前部分后處理藥物已應用于臨床，新的研究途徑及方法將開拓更廣闊的藥物后處理市場。同時應加強臨床應用研究，為研究成果應用到臨床實際提供更為可靠的依據和參考。

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