心肌缺血再灌注損傷的主要機制與相關藥物治療的研究進展

徐 盟

0 引言

近年來，缺血性心肌病的發病率在不斷上升，該病發病原因主要是多種原因引起冠狀動脈血流量減低，進而心肌血液供應受阻，營養物質供應不足和代謝產物清除減少，導致心肌細胞損傷甚至死亡。多數情況下，缺血后再灌注可以恢復受損心肌的正常結構并改善心臟功能，但也有試驗表明，一些研究者在通過以上治療手段使心肌獲得血液的再灌注以后，受損心肌的功能并未得到恢復，反而損傷程度加重，甚至出現梗死面積擴大等不可逆損傷，這種現象即心肌的缺血再灌注損傷(Myocardial ischemia-reprefusion injury,MIRI)。大量研究表明，MIRI的發生可能與鈣超載、氧自由基增多、心肌纖維能量代謝障礙、炎癥反應、酸中毒等機制有關[1]。

隨著心肌缺血的治療技術手段的提高和應用的廣泛，心肌病的治療已進入再灌注時期，探索防治MIRI的藥物已成為重要研究方向。本文將按照藥物的不同作用機制分類，對幾種重要機制的發生發展過程及相關藥物的研究進展進行綜述。

1 減輕鈣超載

1.1 鈣超載與MIRI 鈣離子作為細胞內的第二信使，在維持細胞增殖、分裂和能量代謝等方面具有重要作用，正常情況下細胞外鈣離子數是細胞內的數萬倍，用以維持細胞正常生理功能。鈣超載是指細胞內鈣離子過度蓄積的現象。研究表明，鈣超載后，線粒體膜通透性轉換孔開放，線粒體膜電位異常、ATP大量消耗、促凋亡因子釋放等過程發生，最終導致心肌細胞死亡[2]。因此，鈣超載是引起MIRI的重要原因之一。該現象的產生與多種機制有關。

心肌發生缺血時，心肌膜結構損傷，對鈣離子的通透性增加，造成細胞外鈣離子呈濃度梯度進入細胞內，引起心肌鈣超載。鈣超載還可能與鈉離子/鈣離子的交換逆轉有關。正常生理情況下，鈉離子/鈣離子交換蛋白(NCX)將細胞內鈣離子轉運至細胞外，NCX、肌漿網、肌膜鈣泵共同維持細胞靜息狀態下的正常鈣濃度。當發生心肌缺血時，ATP含量生成減少，鈉泵活性降低，細胞內鈉離子濃度明顯升高；當缺血再灌注時，細胞外pH值快速恢復，細胞內外pH值形成顯著梯度，從而激活了鈉離子/氫離子交換蛋白(NHE)，使鈉離子大量內流。細胞內鈉離子的大量增多將激活NCX的反向過程，大量鈣離子進入細胞，引起心肌鈣超載的發生。另外，國外有實驗利用鼠建立壓力超載誘導心肌肥厚致心衰的動物模型，研究鈣依賴激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent kineaseⅡ,CaMKⅡ)的轉化條件，發現選擇性剔除 CaMK Ⅱ δ 的小鼠(KO mice)心肌受損進程得以限制，而 CaMK Ⅱ δ 對心肌耗竭的作用主要通過擴增RyR2 調節的肌質網鈣漏形成大量的瞬時鈣流[3]。其他引起鈣超載的可能機制還包括：L型鈣通道異常開放，鈣轉運蛋白或線粒體功能障礙，鈣離子、鈣調蛋白信使體系過度激活等。

1.2 減輕鈣超載機制與相關藥物

1.2.1 抑制NCX NCX是一種非ATP依賴的雙向轉運蛋白，以3個鈉離子交換1個鈣離子，將細胞內鈣離子轉移至細胞外。在心肌缺血時，心肌細胞胞漿內酸中毒刺激了NHE，細胞內鈉離子濃度升高，繼而引起NCX的反向轉運，細胞外鈣離子攝入細胞，導致細胞內鈣超載。在心肌中，抑制NCX的不同模式會有不同的效應：抑制前向模式使鈣的外流減少，會產生強心效應和高血壓效應；而抑制其反向模式則使鈣離子內流減少，鈣超載程度減輕，MIRI得以減輕。目前認為，抑制NCX的反向轉運是降低鈣超載的理想方法，具有一定的研究和應用前景，但要將NCX抑制劑應用于臨床心肌缺血再灌注損傷的治療還需經過更長時間的研究和論證。El-Ani等[4]研究證明，雷帕霉素通過激活NCX的正向轉運，可以抵抗心肌細胞缺氧/復氧損傷。另外，抑制NCX也可明顯減輕MIRI。選擇性NCX抑制劑SEA0400可通過降低鈣超載有效減輕心肌損傷，達到保護心肌的目的[5]。目前對NCX抑制劑的研究多集中在動物實驗，臨床應用的有效性和安全性方面還需進一步在人體研究和臨床試驗中被證明和完善。

1.2.2 抑制NHE NHE是一種與NCX類似的轉運蛋白，NHE每排出一個氫離子，就有一個鈉離子進入細胞。缺血時，無氧酵解使氫離子生成增多，pH值降低導致酸中毒；再灌注時，血液復流使細胞外液氫離子濃度迅速下降，造成細胞內外顯著的pH梯度差，激活了細胞膜NHE，大量鈉離子流入細胞內，進而激活NCX反向轉運，導致細胞內鈣超載。Liu等[6]研究顯示，特異性NHE抑制劑HOE694可抑制缺血誘導的鈉離子濃度升高，進而降低細胞內鈣離子濃度，從而減輕MIRI。Jung等[7]也報道了NHE抑制劑KR-32570在大鼠MIRI模型中具有保護作用。Inserte等[8]研究表明，缺血后適應可能通過cGMP/PKG通路抑制NHE，從而發揮心臟保護效應。因此，NHE在MIRI鈣超載中發揮著重要的作用。

2 抗氧自由基

2.1 氧自由基增多與MIRI 氧自由基是生物體內隨物質氧化代謝活動不斷產生的活性物質。在生物體內，約5%的氧分子經加單氧反應，逐步還原成多種氧中間產物，主要包括：超氧陰離子、過氧化氫、羥自由基、單線態氧，這些統稱為氧自由基(OFR)。OFR具有未配對的電子，因此OFR的性質不穩定、氧化能力強，易對細胞造成損傷。正常情況下的OFR出現后可以被快速清除。但當MIRI時，OFR不能被及時清除而不斷堆積，造成細胞急性或慢性損傷。

MIRI時的OFR可能來自多種途徑，包括：黃嘌呤-黃嘌呤氧化酶途徑、中性粒細胞途徑、線粒體途徑、兒茶酚胺氧化途徑等。OFR產生過多而堆積，伴以抗氧化酶類活性下降，會引發鏈式脂質過氧化反應，損傷細胞膜、細胞器甚至胞內核酸，最終導致細胞損傷或凋亡。

2.2 抗氧自由基機制與相關藥物 有臨床試驗表明，OFR清除劑可以對心肌收縮力和心功能有明顯改善。常用的OFR清除劑包括以下兩大類：①酶類[SOD、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化酶(GSH-PX)等]存在于胞漿和線粒體中，可降低過氧化氫濃度，避免細胞受到損傷。②非酶類抗氧化劑(維生素A、E等)，存在于細胞質中。其他還有存在于胞漿中的還原型谷胱甘肽(GSH)和還原型病理輔酶Ⅱ(NADPH)等。這些物質對過氧化脂質有阻止作用，減弱心臟內組織的氧化應激反應。MIRI發生時，OFR堆積過多，外源性OFR清除劑和抗氧化劑可以有效清除組織中過多的OFR，減少組織損傷，促進心功能的恢復。

別嘌呤醇是黃嘌呤氧化酶的抑制劑，通過抑制黃嘌呤氧化酶而減少氧自由基產生。別嘌呤醇可改善心衰時心肌鈣分布的不平衡狀態，使細胞內鈣水平恢復，增加心肌收縮力。臨床研究表明，別嘌呤醇可降低經皮冠狀動脈介入治療的急性ST段抬高MI患者肌鈣蛋白的峰值，使ST 段恢復更快，隨訪1個月后，別嘌呤醇組較對照組降低 13%的不良心臟事件發病率[9]。N-乙酰半胱氨酸(NAC)是細胞內GSH的前體，有一定抗氧化作用，對過氧化損傷也有改善作用。其藥理作用多樣，還需臨床進一步研究和探討。

依達拉奉(Edaravone，MCI-186)是一種新型OFR清除劑，具有抑制OFR生成和細胞膜脂質過氧化反應的作用。它通過抑制花生四烯酸脂氧合酶和清除羥自由基的功能，實現對心肌的強效保護作用。已有研究表明，應用MCI-186治療患者，可減少其心肌的梗死面積并改善心臟功能。

還有試驗證實，卡維地洛對缺血再灌注過程中氧自由基損傷有明顯保護作用。并且對缺血再灌注所致的嚴重心肌病理損傷亦似有較好的保護作用。卡維地洛預處理能明顯減少缺血再灌注心肌MDA的產生，增加心肌SOD和GSH-PX活性[10]。這種保護作用與其本身及其在體內的代謝產物SB209995及SB211475有關。有研究已表明，SB209995及SB211475是強大的抗氧化劑和自由基清除劑，能抑制氧自由基介導的脂質過氧化和細胞毒性，產生明顯的抗氧化損傷作用，對缺血心肌提供保護。但該實驗的缺陷在于其樣本含量較小且是動物試驗，因此，試驗結果還有待進一步的研究與完善。在兩項兔缺血再灌注損傷實驗研究中，卡維地洛除了抗氧化作用外，還具有明確的抗中性粒細胞浸潤作用。

3 改善能量代謝障礙

3.1 能量代謝障礙與MIRI 心肌缺血時，由于糖酵解作用增強引起細胞內酸中毒，隨著血流再灌注的進行，細胞外pH值逐漸正常，細胞內外則形成一個跨膜pH梯度，氫鈉交換作用增強，細胞內鈉離子數增加。同時在再灌注的開始時期，心肌細胞能量代謝仍有異常，ATP生成仍不能滿足心肌細胞的正常需要，Na+-K+-ATP酶活性受到抑制，心肌細胞內鈉離子不能及時被排出，導致細胞內鈉離子超載。細胞內鈉離子超載會激活鈉鈣交換機制，大量鈣離子內流，引起鈣超載。

此外，缺血再灌注時ATP生成不足導致細胞膜上Ca2+-ATP酶活性降低也加重了細胞內鈣超載。細胞內鈣超載可引起肌原纖維攣縮，引發生物膜機械損傷和細胞骨架破壞，還可激活內皮細胞中黃嘌呤脫氫酶(XDH)向黃嘌呤氧化酶的轉化，促進OFR的生成。最終可產生嚴重的心肌細胞損傷，嚴重者甚至發生細胞凋亡。

3.2 改善能量代謝障礙機制與相關藥物 改善心肌能量代謝障礙的機制主要是將脂肪酸轉換為葡萄糖，使葡萄糖代謝增加，從而增加ATP的生成，改善MIRI時的心肌損傷情況。曲美他嗪(TMZ)通過改變心肌的能量代謝產物，使脂肪酸轉變為葡萄糖，預防因心肌缺血導致的不良后果[11]，并減輕MIRI[12]。最近有試驗表明，在應用高劑量TMZ以后，MIRI模型的左心室舒張末壓明顯降低，左心室內壓最大上升速率和最大下降速率明顯增加，低劑量未見上述差異。這提示TMZ對急性MIRI具有保護作用，且保護作用隨劑量的增加而增加[13]。還有研究認為，TMZ在MIRI時通過抑制MIRI后炎性因子的過度激活，而保護心肌，減輕心肌損傷[14]。總之，TMZ對MIRI有一定保護作用，但其機制還有待進一步研究明確。

4 抗炎性反應

4.1 炎性反應與MIRI 炎癥細胞因子的過度表達是再灌注早期的特征表現之一。MIRI不僅促進炎癥細胞因子的產生，還促進炎癥細胞的組織浸潤。炎癥細胞產生的細胞因子是導致心肌細胞死亡的主要原因。主要參與的炎癥細胞因子有：核轉錄因子κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)、TNF-α、高遷移率族蛋白1(High mobile group box 1 protein,HNGB1)、IL-6等。以常見的炎癥細胞因子TNF-α為例，MIRI過程中的NF-κB作為一種重要的心肌應激表達基因，可被氧化應激反應激活，被激活的NF-κB刺激心肌細胞和巨噬細胞產生并釋放TNF-α。TNF-α是一個多功能性炎癥細胞因子，在炎癥反應、免疫調節和血管再生過程中發揮復雜而又重要的作用。研究發現，由MIRI誘發產生的TNF-α可通過激活黃嘌呤氧化酶而產生ROS并導致血管內皮細胞功能障礙。最近研究發現，TNF-α與AMI后的并發癥—室性心律失常有很大聯系，可通過增加心肌細胞內鈣離子濃度而誘發室性心律失常的發生[15]。還有試驗表明，MIRI誘發產生的TNF-α可導致心室重塑，誘導左室功能障礙和擴張[16]。在大鼠MIRI 8 d后，TNF-α的表達出現高峰，同時出現了心功能和心室順應性的最大降低值，這間接反映了TNF-α參與心室重塑。但除了損傷作用之外，TNF-α對MIRI還有一定積極的正面作用，例如：有研究發現，TNF-α可產生缺血預處理樣的心肌保護作用[17]。

多數炎癥細胞和細胞因子所發揮的作用十分復雜，它們不僅與心肌缺血再灌注造成的損傷有關，而且還與損傷后的心肌修復有關。在缺血早期，由炎癥細胞產生的細胞因子也參與心肌的自然修復過程。因此，過早地抑制這些炎癥細胞因子不一定有好的效果，反而可能影響它們發揮積極的保護作用而使預后效果降低甚至惡化。

4.2 抗炎性反應機制與相關藥物 在MIRI過程中，針對炎癥反應開展治療時，必須充分考慮其利弊，只有恢復兩者之間的平衡，才能更好地發揮其心肌保護作用。

利多卡因在臨床上常用于局部麻醉和抗心律失常，然而最近大量的研究表明，利多卡因在抗炎反應方面有很重要的作用，其對多種炎性因子的抑制作用已在各種疾病模型中得到證實。有實驗研究表明：利多卡因處理后可提高心臟的收縮功能，減少炎癥介質IL-6的表達，進而減輕心肌的中性粒細胞浸潤程度[18]。因此，利多卡因可以被應用在減輕心肌缺血再灌注的炎性損傷。然而在其他方面，例如抑制中性粒細胞激活、浸潤方面的機制還有待深入研究。

近期有試驗表明：羅格列酮能夠降低心肌缺血再灌注時血漿及心肌血管緊張素Ⅱ的水平。心肌局部RAAS，特別是血管緊張素Ⅱ與缺血再灌注損傷有密切的關系[19]。心肌缺血再灌注時心肌局部RAAS激活，血管緊張素Ⅱ生成增多。血管緊張素Ⅱ可促進血管收縮及痙攣，加重心肌缺血和心功能損害，抑制心肌能量代謝等。羅格列酮抑制醛固酮的合成，可能對心室重塑有潛在的正面作用，但確切機制還不明確，有待進一步研究。

5 結語與展望

隨著對MIRI的發病機制研究的不斷深入，相關治療藥物的研發也會有新的突破與進展。除了以上提到的曲美他嗪、利多卡因、雷帕霉素等，還有許多針對不同病理機制的藥物對MIRI具有一定減輕作用，例如：丹參及其提取物丹參酮、保元湯等中藥；p38MAPK 相關藥物抗生素磺胺苯吡唑；由葡萄糖、胰島素和鉀構成的極化液等。這些藥物通過多種不同機制對抗MIRI，最終達到一個相同的目的：減輕心肌損傷，恢復心臟功能。但在研發藥物的過程中值得注意的是，其中一些藥物具有雙重調節作用，其在MIRI的不同進程時具有不同甚至相反的作用效果，其具體機制也有待進一步研究。

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