線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔與心腦血管缺血性疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

邢 菁 付 于

(天津中醫(yī)藥大學(xué),天津 300193)

線粒體(mitochondrion)是真核細(xì)胞重要的細(xì)胞器，具有氧化磷酸化、傳遞電子、貯存Ca2+、能量代謝、抗活性氧等重要生理作用。線粒體上存在一種線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(MPTP)。MPTP開(kāi)放導(dǎo)致了線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換(MPT)，MPT參與了線粒體在生理及病理?xiàng)l件下對(duì)自身功能的調(diào)節(jié)。

1 MPTP的組成與生理功能

2 引起MPTP開(kāi)放與關(guān)閉的因素

引起MPTP開(kāi)放的因素主要分為細(xì)胞外源性損傷與細(xì)胞自身衰老。外源性損傷因素中最主要是細(xì)胞缺血再灌注導(dǎo)致的線粒體內(nèi)Ca2+超載，破壞電子傳遞鏈的復(fù)合物I，影響ATP的合成，增加細(xì)胞毒性自由基的釋放，從而激活膜上MPTP的蛋白，改變其構(gòu)象，開(kāi)放MPTP。氧化應(yīng)激過(guò)度、pH升高、線粒體Δφm下降、能量衰竭、游離脂肪酸增高以及藥物誘導(dǎo)等因素同樣可以導(dǎo)致MPTP的開(kāi)放。細(xì)胞自身衰老因素主要是由于線粒體正常呼吸鏈溢出的ROS對(duì)線粒體內(nèi)外膜的攻擊，導(dǎo)致線粒體膜損傷，增加了線粒體對(duì)Ca2+的敏感性而引發(fā)MPTP開(kāi)放〔5〕。而引起MPTP閉合的因素主要是環(huán)孢素A(CsA)，它是主要的MPTP阻斷劑，它與ANT相關(guān)，能與親環(huán)素相連。除此之外，Mg2+增加、pH下降、磷酸酯酶抑制劑，辛可卡因、米帕林、釕紅等均可阻斷MPTP的開(kāi)放〔6〕。

3 MPTP與心腦血管疾病的關(guān)系

3.1缺血后處理對(duì)MPTP開(kāi)合的影響 缺血后處理能減輕缺血再灌注損傷，即缺血后、在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的再灌注之前進(jìn)行反復(fù)、短暫的缺血再灌注的循環(huán)，可以縮小梗死面積，保護(hù)血管內(nèi)皮功能，具有與缺血預(yù)處理相同的保護(hù)效應(yīng)，但是缺血后處理的保護(hù)機(jī)制目前并不是十分明確。MPTP開(kāi)放導(dǎo)致再灌注的細(xì)胞壞死及凋亡，在再灌注損傷過(guò)程中起關(guān)鍵作用。Argaud等〔7〕在New Zealand兔心肌缺血再灌注模型研究中發(fā)現(xiàn)，心肌缺血后處理可以增加線粒體對(duì)Ca2+超載的抵抗能力、延遲Ca2+誘導(dǎo)的MPTP開(kāi)放而起到心肌保護(hù)作用。康少平等〔8〕研究證明，從心肌缺血后處理心肌模型分離得到的線粒體增加了對(duì)Ca2+超載的抵抗性，即缺血后處理延遲了Ca2+誘導(dǎo)的MPTP開(kāi)放，從而減少線粒體細(xì)胞色素C釋放，縮小心肌梗死面積，對(duì)心肌起到保護(hù)作用。李富強(qiáng)等〔9〕發(fā)現(xiàn)活性氧促發(fā)和Ca2+超載是影響MPTP開(kāi)放關(guān)鍵因素，而腦缺血后處理能抑制Ca2+誘導(dǎo)的MPTP開(kāi)放，但這種處理方式的保護(hù)作用有時(shí)間依賴性。

3.2病理因素刺激MPTP開(kāi)放 很多因素都能引起MPTP的開(kāi)放，如線粒體內(nèi)Ca2+超載、氧化應(yīng)激過(guò)度、pH升高、線粒體膜電位下降、能量衰竭、游離脂肪酸增高以及藥物誘導(dǎo)等。Freude等〔10〕研究發(fā)現(xiàn)心肌缺血再灌注后Caspase-3活性明顯增強(qiáng)。MPTP開(kāi)放后，線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C，還有凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)會(huì)釋放出來(lái)。細(xì)胞色素C與Apaf-1、procaspase-9共同形成“凋亡小體”，激活Caspase-9并觸發(fā)蛋白分解級(jí)聯(lián)，最終導(dǎo)致凋亡。AIF可直接激活Caspase-3,Caspase反過(guò)來(lái)又可以促使MPTP的開(kāi)放。線粒體是氧自由基的主要產(chǎn)生來(lái)源，也是氧自由基損傷的主要目標(biāo)，Kim等〔11〕經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)氧自由基在電子轉(zhuǎn)移鏈復(fù)合物Ⅰ和復(fù)合物Ⅲ部位產(chǎn)生。缺血階段，低水平的氧自由基也能損害電子轉(zhuǎn)移鏈。心肌缺血再灌注階段產(chǎn)生大量氧自由基，它們導(dǎo)致心肌的損害的作用主要是由活化MPTP及損傷電子轉(zhuǎn)移鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而抑制電子轉(zhuǎn)移鏈，特別是復(fù)合物Ⅰ及電子解耦聯(lián)體被證實(shí)能減少缺血再灌注損傷。Ferrer等〔12〕認(rèn)為MPTP的開(kāi)放可發(fā)生在腦缺血再灌注的各個(gè)階段，但在不同的階段激發(fā)MPTP的因素并不完全相同。缺血期，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，大量的Ca2+可以直接誘導(dǎo)MPTP開(kāi)放;再灌注早期，大量的自由基生成調(diào)節(jié)了MTP；再灌注晚期，主要是Bcl-2家族表達(dá)水平或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，調(diào)節(jié)了MPTP的成分如電壓依賴性陰離子通道(VDAC)或腺苷酸移位酶(ANT)，進(jìn)而引起MPTP的改變。蘇靜等〔13〕通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)腦線粒體通透性轉(zhuǎn)換及細(xì)胞色素C的水平在腦缺血損傷中均見(jiàn)明顯變化。膜受體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路的信號(hào)最終都匯聚在線粒體通路中，都轉(zhuǎn)移到線粒體膜將凋亡信號(hào)傳遞至線粒體，促進(jìn)細(xì)胞色素C釋放，從而引起細(xì)胞凋亡。腦缺血缺氧可引起神經(jīng)元壞死或凋亡，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為凋亡的早期信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)主要通過(guò)線粒體途徑。腦缺血時(shí)，神經(jīng)元因?yàn)榛钚匝?ROS)大量生成和細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，線粒體膜通透性孔道打開(kāi)，引起線粒體基質(zhì)腫脹和外膜破裂，從膜間隙甚至基質(zhì)釋放出許多與凋亡有關(guān)的因子至胞漿中，引發(fā)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡〔14〕。

3.3保護(hù)因子抑制MPTP開(kāi)放 CsA是主要的MPTP阻斷劑，另外蛋白激酶C(PKC)，Mg2+增加、pH下降、磷酸酯酶抑制劑，辛可卡因、米帕林、釕紅等均可阻斷MPTP的開(kāi)放。劉勇等〔15〕通過(guò)大鼠冠狀動(dòng)脈結(jié)扎模型發(fā)現(xiàn)采用預(yù)處理方式應(yīng)用免疫抑制劑CsA作為MPTP特異性抑制劑，可以特異性結(jié)合在細(xì)胞內(nèi)位于線粒體基質(zhì)的結(jié)合蛋白CyP-D，由Ca2+觸發(fā)后與ANT結(jié)合，抑制MPTP的開(kāi)放，從而抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換的發(fā)生，減輕心臟的再灌注損傷，從而保護(hù)心肌。Zatta等〔16〕研究發(fā)現(xiàn)PKC在缺血再灌注中對(duì)心肌有重要保護(hù)作用，研究表明PKC-δ在心肌再灌注開(kāi)始5 min時(shí)快速進(jìn)入線粒體，導(dǎo)致超氧陰離子產(chǎn)生增多，線粒體功能喪失以及加強(qiáng)了細(xì)胞色素C的釋放和激活下游促凋亡因子。同時(shí)PKC-δ的易位抑制了MPTP的開(kāi)放對(duì)缺血心肌保護(hù)效應(yīng)的啟動(dòng)起到了十分重要的作用。心肌缺血后處理能激活PKC并抑制PKC進(jìn)入線粒體，抑制MPTP的開(kāi)放，進(jìn)而減少心肌梗死面積。于寧等〔17〕使用線粒體腫脹法測(cè)定MPTP的開(kāi)放程度，分別使用線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運(yùn)體抑制劑釕紅、激動(dòng)劑精胺和MPYP抑制劑環(huán)孢素處理分離的線粒體，觀察吸光度的連續(xù)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)離體大鼠大腦皮層線粒體中，線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運(yùn)體可能對(duì)MPTP有調(diào)控作用，這種調(diào)控機(jī)制在腦缺血再灌注腦保護(hù)過(guò)程中發(fā)揮作用。

3.4其他 吳盾等〔18〕在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，缺血后1 h、3 h、6 h，實(shí)驗(yàn)組大鼠缺血后腦梗死缺血半暗帶的線粒體內(nèi)Rhodamine123熒光值(FL1)和反映線粒體內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)和性狀的90°側(cè)向角散射值(SSC)下降，反映線粒體腫脹大小的前向散射角值(FSC)增高，均提示MPTP孔過(guò)度開(kāi)放，證明在缺血引起的細(xì)胞凋亡機(jī)制中，MPTP具有重要作用。

4 小 結(jié)

對(duì)MPTP的研究發(fā)現(xiàn)MPTP的形成與開(kāi)放受到了諸多因素的調(diào)控，另外隨著缺血預(yù)處理及缺血后處理研究的深入，發(fā)現(xiàn)為達(dá)到心腦保護(hù)作用大都靠抑制MPTP開(kāi)放，盡管還有許多機(jī)制沒(méi)完全弄清，但現(xiàn)有資料已提供充足證據(jù)證實(shí)其在缺血性疾病中處于十分重要的地位。因此開(kāi)發(fā)針對(duì)MPTP的抑制劑將會(huì)成為這一方面藥物研究的新方向。

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