心肌缺血再灌注損傷發生機制及防治的研究進展

梁麗梅+黃照河

【關鍵詞】 急性心肌梗死；心肌缺血再灌注損傷；發生機制；防治

中圖分類號：R541.4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2017.03.000

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是急性冠狀動脈綜合征的一種，是心血管疾病中的急危重癥，嚴重威脅人類的健康。據報道，2002年到2014年我國AMI死亡率總體呈上升態勢，且與年齡呈正相關關系，單從2014年的數據看，中國AMI死亡率呈農村高于城市、發病年輕化的特點，年齡超過40歲者發病率明顯升高，今后10年患病人數仍將快速增長[1]。隨著急診溶栓、急診冠脈介入治療和冠狀動脈搭橋手術等AMI再灌注治療技術的飛速發展和迅速推廣，部分AMI患者能得到及時再灌注治療。然而，心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI）是AMI治療過程中不可忽視的重要問題，是當今AMI再灌注治療時代不能實現心肌“有效再灌注”的主要原因和障礙，嚴重影響AMI患者心功能及預后，明顯增加主要心血管事件（MACE）和死亡率，是當今國內外學者防治AMI研究的熱點問題。MIRI的概念首先由Jennings[2]提出，其主要特點是AMI患者在接受急診再灌注治療時當梗死的相關血管開通后梗死區的心肌恢復血流再灌注，此時梗死區域的心肌組織結構反而受到嚴重破壞，導致大量心肌細胞梗死，嚴重影響心功能及其預后，這就是MIRI[3]，但目前其發病機制仍未完全闡明。筆者就MIRI的發生機制及其防治的研究進展作一綜述。

1 MIRI的發生機制

目前認為MIRI受多種因素的影響，其發生機制尚未完全闡明，但有大量文獻顯示MIRI的發生可能與細胞內Ca2+超載、活性氧（ROS）的產生、中性粒細胞浸潤、能量代謝障礙、心肌細胞凋亡等因素密切相關[4～5]。

1.1 鈣離子超載

鈣離子是細胞內重要的信號傳導因子，作為第二信使傳遞胞內信息，它在細胞增殖、分化、成長和死亡過程中發揮重要作用。各種原因引起的細胞內Ca2+含量異常增多同時引起細胞結構與功能代謝障礙的現象，稱之為鈣超載（calcium overload）。當MIRI發生時，肌漿網鈣泵破壞和大量氧自由基的破壞，心肌細胞膜通透性增加，使鈣泵攝鈣功能發生障礙，心肌細胞內鈣離子不能回流鈣離子庫，而大量的胞外鈣順濃度梯度向胞內轉移，引起胞內鈣濃度快速升高；激活心肌細胞膜上Na+-K+-ATP 酶和Na+-Ca2+交換通道，Ca2+內流增加，引起胞內Ca2+濃度升高，加重Ca2+超載。這些鈣超載的發生，破壞了心肌細胞骨架和線粒體結構，干擾線粒體的氧化磷酸化，促使線粒體釋放細胞色素C，激活半胱氨酸蛋白酶和線粒體細胞凋亡信號通路，激活PLA2（磷脂酶A2）和鈣敏感性蛋白，啟動細胞凋亡系統，促使心肌細胞凋亡[6]。

1.2 活性氧的產生

活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）是含氧化合物的總稱，其化學性質非常活潑，具有較強的氧化性，能氧化蛋白質、酶和核酸等多種有機物質。正常情況下，機體內存在一套完整的能清除氧自由基、氧的非自由基衍生物及過氧化物等ROS的系統，維持機體正常新陳代謝。當MIRI發生時，機體通過線粒體呼吸鏈、花生四烯酸代謝、黃嘌呤氧化酶等途徑產生大量的ROS，引起心肌細胞氧化損傷，導致心肌細胞凋亡或死亡。隨著ROS的堆積逐漸增多，ROS大量氧化細胞內蛋白質、酶和核酸等多種有機物質，使線粒體功能嚴重受損，細胞膜通透性明顯增加，細胞內信號傳遞發生障礙，促使大量心肌細胞凋亡。這是MIRI早期心肌細胞損傷的主要原因之一[7]。

1.3 中性粒細胞浸潤

MIRI是一個復雜的病理生理學過程，以中性粒細胞（PMN）浸潤為主的炎癥是造成MIRI的重要因素之一[8]。PMN是體內重要的炎癥促發因子，當發生MIRI時，可導致心肌組織表面的內皮結構受損，容易促使PMN黏附于心肌血管內皮，可以誘發并釋放大量促炎細胞分子，如TNF-α、IL-6、IL-10等，促使白細胞黏附、聚集于心肌表面并嵌頓和堵塞毛細血管，引起微循環障礙，加重組織缺血缺氧，產生大量的ROS，增強脂質過氧化反應，釋放細胞毒性物質，使血管通透性明顯增加和心肌組織損傷加重，導致內皮細胞功能嚴重障礙等。劉文霞等[9]研究發現，MIRI發生后PMN浸潤明顯，單核細胞趨化蛋白活性顯著升高，釋放蛋白水解酶和細胞間黏附分子（ICAM-1）以及各種細胞毒性物質，加重內皮功能障礙和心肌細胞損傷，應用丹皮酚可以抑制心肌內中性粒細胞浸潤而保護心肌細胞。而TNF-α是一種重要的炎癥因子，當發生MIRI時可合成和分泌大量TNF-α[10]，刺激PMN表達黏附分子，促進中性粒細胞聚集并釋放ROS和蛋白水解酶等物質，加重MIRI的心肌損傷程度。

1.4 能量代謝障礙

心肌的能量供應主要來源于心臟的脂肪酸和葡萄糖代謝，特別是脂肪酸β氧化和葡萄糖氧化。MIRI發生后脂肪酸和葡萄糖氧化會發生復雜的改變，氧化應激、鈣超載、炎性反應等諸多因素使心肌細胞線粒體損傷，脂質氧化代謝減弱，糖酵解增加，能量代謝障礙，造成不可逆轉的心肌細胞損傷。心肌發生缺血后，心肌細胞由有氧代謝轉變成無氧代謝，線粒體的能量生成減少，作為心肌細胞代謝能量直接來源的ATP生成量也會減少，如果心肌細胞一直處于缺血缺氧狀態，會導致ATP嚴重缺乏，引起心肌細胞凋亡，最終導致一系列代謝異常與紊亂。另外，由于MIRI使心肌細胞的能量代謝障礙，可導致心肌細胞基因表達異常，造成一些病理介質的釋放，炎癥反應更進一步增強，使心肌細胞損傷進一步加重，導致心肌細胞發生凋亡甚至壞死。

1.5 心肌細胞凋亡

細胞凋亡是生理性或病理性因素誘發的程序化細胞死亡，心肌細胞凋亡是導致MIRI的重要機制。MIRI時，氧化應激、缺血缺氧、鈣超載、中性粒細胞浸潤等多種病理生理的刺激因素發揮作用，心肌細胞可以通過線粒體凋亡、內質網應激凋亡、信號傳導通路激活等途徑使心肌細胞膜上的脂質過氧化，誘發心肌病理反應；同時MIRI可以直接誘發心肌細胞DNA變異，促使其凋亡。另外，MIRI時具有抗氧化、抗炎癥的酶活性蛋白質失去活性，心肌細胞胞內相關蛋白受到攻擊，導致心肌細胞凋亡。Thind GS等[11]研究證實，心肌細胞凋亡是MIRI的重要病理生理機制，是MIRI的核心因素，MIRI可以誘導大量的心肌細胞凋亡，細胞凋亡的多少決定著MIRI的輕重，抑制細胞凋亡可以明顯減輕MIRI心肌細胞損傷程度。心肌細胞在心肌缺血再灌注期ROS、Ca2+超載等使線粒體腫脹和破裂，激活caspase級聯反應，釋放大量的凋亡相關蛋白，產生程序性凋亡[12]。心肌細胞凋亡主要與ROS、炎癥因子和中性粒細胞浸潤等有關。

1.6 細胞凋亡信號通路激活

MIRI發生時產生大量氧自由基，同時伴有Ca2+超載和中性粒細胞浸潤等，導致心肌細胞凋亡信號通路被激活，使心肌細胞損傷加重。在這個病理生理過程中，單磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK）通路、蛋白激酶C（PKC）、再灌注損傷挽救激酶（reperfusion injury salvage kinase，RISK）通路（即PI3K-Akt通路與ERK1/2激酶級聯通路）、Janus激酶（Janus kinase，JAK）/信號轉導與轉錄活化因子（signal transducers and activators of transcrip-tion，STAT）、磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB）等多個細胞凋亡信號通路被激活而參與MIRI的發生機制，并且信號通路之間相互影響，直接或間接影響線粒體，促進或抑制心肌細胞的凋亡。比如P13K/Akt信號通路，具有調控細胞的增殖、凋亡、分化等重要生理活動的功能，AKT處于PI3K/Akt通路的中心環節，通過調控下游的多種效應分子對保護器官的MIRI中發揮重要作用[13]。

2 MIRI的防治

由于MIRI的發生機制復雜多樣，目前臨床上很多學者一直從炎癥反應、細胞凋亡、細胞信號傳導通路等不同角度去不斷深入探索MIRI的防治措施，包括藥物預適應和各種心肌缺血預處理，藥物方面主要概括為西藥類和中醫藥類兩大類。但這些防治措施臨床效果各不同，仍需進一步臨床試驗[14]。

2.1 心肌缺血預處理

心肌缺血預處理是1986年Murry等學者首次提出，其主要是在心肌缺血再灌注前進行多次短暫的缺血/再灌注，使心肌對缺血產生耐受，從而保護心肌細胞。目前主要包括心肌缺血預適應（ischemic pre-conditioning，IPC）、心肌缺血后適應（ischemic post-conditioning，I-postC）和遠程缺血預適應（remote ischemic preconditioning，RIPC）。IPC因其臨床不可預測性及可控性較差，已逐漸被淘汰。I-postC具有更強的可預測性和臨床可控性，在PCI術中應用I-postC處理，在改善 ST 段回落、降低心肌壞死標記物、減少心肌細胞壞死、改善心功能等方面具有重要作用。RIPC主要通過神經、體液途徑刺激心臟傳入神經而使心肌對缺血產生耐受，但這些防治措施的臨床研究結果并不完全一致，其心臟保護作用仍有待進一步深入研究證實[15～16]。

2.2 西藥類對MIRI的防治作用

研究表明，臨床上有些西藥對MIRI有一定的防治作用。腺苷與別嘌呤醇可以減少MIRI心肌細胞的炎癥反應，減少氧化應激、中性粒細胞浸潤等，促進有氧糖酵解和抑制MPTP的開放，保護心肌細胞[17]。阿托伐他汀鈣屬于HMG-CoA還原酶選擇性抑制藥，給予阿托伐他汀預處理，能有效降低心肌TNF-α和IL-1β濃度，抑制NF-κB表達，減輕炎癥反應，降低心肌細胞凋亡，減輕再灌注損傷，減少心室重塑，改善心功能，強化他汀治療效果更加明顯，而阿托伐他汀鈣制備成納米結構脂質載體后可顯著提高阿托伐他汀鈣對大鼠MIRI的保護作用[18～19]。嗎啡等阿片類藥物后處理能夠促進心肌細胞Bcl-2基因蛋白表達、激活ATP敏感性鉀通道（KATP）和Akt/eNOS、NO/cGMP信號通路、激活阿片受體、抑制MPTP的開放等途徑，增加冠脈血流量，提高心肌細胞的抗氧化能力，減少氧自由基的生成和心肌細胞凋亡，保護MIRI心肌細胞[20]。曲美他嗪通過保存缺血細胞內的能量代謝，防止細胞內ATP水平下降，在維持細胞內環境穩定的同時確保離子泵的功能完善和跨膜鈉-鉀泵正常轉運，減少細胞內酸中毒以及阻止心肌細胞內鈉和鈣的聚集，保護細胞收縮功能和限制氧自由基造成的細胞溶解及內膜損傷，有效地緩解 PCI術后心肌缺血所引起的再灌注損傷[21]。習明明等研究發現[22]，比索洛爾通過激活PI3K/AKT/GSK3β通路而提高AKT、GSK3β磷酸化水平，減少ROS產生，增加細胞的活性，從而減少缺氧/復氧所引起的氧化應激，對心肌細胞具有明顯的保護作用。

2.3 中醫藥類對MIRI的防治作用

MIRI的防治是當今防治AMI的研究熱點和難點，而近年來中醫藥防治MIRI越來越受到廣大學者的關注。PI3K/AKT/GSK-3β信號通路在心肌細胞缺血/缺氧培養、心肌缺血/再灌注損傷及離體心臟心肌缺血/再灌注損傷中的保護作用已經得到證實。薛一濤等[23]研究小組觀察到復心湯可通過抑制心力衰竭大鼠心肌細胞PI3K/Akt/GSK-3β信號通路表達、減輕心肌重塑而改善心功能。呂磊團隊[24]認為川芎嗪預處理能減少在體大鼠心肌IR所致心肌酶釋放和ATP下降，減輕線粒體損傷，其主要機理是通過PI3K/Akt-GSK-3β信號通路介導發揮其MIRI心肌細胞的保護作用。顧云等人[25]研究發現，參附注射液可以通過調節心肌細胞凋亡相關基因的表達而減少心肌細胞凋亡，從而發揮其對MIRI大鼠心肌細胞的保護作用。李佳認為[26]，紅景天苷可能通過激活PI3K/AKT/GSK3-β信號通路保護MIRI大鼠心肌細胞。還有不少學者認為中藥對MIRI具有保護作用[27]，芪參益氣滴丸預處理能顯著增加MIRI心肌血流量，改善心肌細胞的能量代謝，從而起到保護MIRI心肌細胞、改善心功能作用；黃芪通過激活心肌細胞Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶活性減少鈣超載而發揮其對心肌組織的保護作用；葛根素能減少心肌細胞凋亡、縮小心肌梗死面積；復方丹參滴丸和丹參注射液可以減少Bax和Caspase-3蛋白表達、提高Bcl-2蛋白表達而抑制心肌細胞凋亡。我們的研究發現[28]，龍血竭對急性心肌梗死家兔的心功能起到很好的保護作用，其可能機制是通過抑制MIRI發揮保護作用。由此可見，中醫藥可能通過激活細胞凋亡信號通路、減輕Ca2+超載、減少炎性細胞浸潤、減少ROS產生、抑制心肌細胞凋亡等機制發揮其對MIRI心肌細胞的保護作用，其多靶點、多調控、多途徑在防治MIRI方面有很多優勢，但仍有待深入去研究和實踐。

3 未來與展望

MIRI形成是一個多因素、多步驟的復雜過程，其發生機制尚不完全清楚，深入研究MIRI的發生、發展機制，尋找有效防治MIRI的措施尤為重要，是當今國內外學者對AMI防治研究的熱點和難點。隨著研究的深入，人們將從分子生物學、基因水平等多維度對其調控機制和信號分子改變等多途徑、多靶點去探索其發生機制及防治措施，為防治MIRI提供更多的科學依據。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2017-04-09 修回日期：2017-06-11）

（編輯：潘明志）