琥珀酸代謝是治療缺血再灌注損傷的新靶標(biāo)

劉凱麗 劉康（通訊作者）

（中國(guó)藥科大學(xué) 江蘇 南京 211198）

當(dāng)組織的血液供應(yīng)被阻斷數(shù)分鐘乃至數(shù)小時(shí)然后恢復(fù)其血液供應(yīng)后，造成IR損傷[1-2]，因此再灌注的最初幾分鐘是至關(guān)重要的[1，3]。雖然進(jìn)行了數(shù)十年的深入研究和大量的臨床前研究，但沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)防或減少臨床IR損傷的有效干預(yù)措施。本綜述將討論mROS在IR損傷病理學(xué)中的作用，以及CAC中間體——琥珀酸如何成為mROS生成的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，試圖尋找治療再灌注損傷的新靶標(biāo)。

1.mROS與IR損傷的關(guān)系

研究表明再灌時(shí)最先發(fā)生的損傷是線粒體所產(chǎn)生的大量ROS引起的[4]。除線粒體外其他來(lái)源的超氧化物，也會(huì)引起IR損傷。但這些過(guò)程均發(fā)生在mROS的爆發(fā)之后，非mROS更傾向于再灌注后期的繼發(fā)性組織損傷和炎癥。因此mROS在再灌早期的作用是至關(guān)重要的。再灌初期大量ROS的生成導(dǎo)致線粒體的氧化損傷，破壞ATP的生成[3]；另外，異常升高的ROS與Ca2+超載相結(jié)合，誘導(dǎo)線粒體滲透性轉(zhuǎn)變，最終導(dǎo)致再灌后細(xì)胞壞死和凋亡[3-4]。線粒體呼吸電子傳遞鏈?zhǔn)荝OS的重要來(lái)源，其中線粒體復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ是ROS生成的主要位點(diǎn)。但線粒體復(fù)合物Ⅲ的抑制劑myxothiazol雖能夠抑制ROS的生成，但并不能緩解IR損傷[5]。線粒體復(fù)合物Ⅰ是電子進(jìn)入線粒體呼吸鏈的起點(diǎn)，Niatsetskaya[6]等發(fā)現(xiàn)線粒體復(fù)合物Ⅰ的選擇性抑制劑可以有效抑制ROS的生成，減輕IR損傷。

2.琥珀酸代謝與IR損傷

琥珀酸是線粒體CAC的中間產(chǎn)物和線粒體復(fù)合物Ⅱ的底物[7]。經(jīng)缺氧處理的大、小鼠離體心臟中觀察到琥珀酸的蓄積[8]。Chouchani[7]等發(fā)現(xiàn)缺血期細(xì)胞內(nèi)外琥珀酸蓄積的新機(jī)制。缺氧條件下由蘋果酸/天冬氨酸穿梭（MAS）和嘌呤核氨酸循環(huán)（PNC）途徑產(chǎn)生的延胡索酸轉(zhuǎn)化而成。作者提出琥珀酸蓄積是由琥珀酸脫氫酶（SDH）的逆轉(zhuǎn)造成的假說(shuō)。該研究發(fā)現(xiàn)注射丙二酸二甲酯（SDH競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑）使琥珀酸蓄積的狀態(tài)得到緩解，這足以證明缺血期間琥珀酸蓄積是由SDH的逆轉(zhuǎn)效應(yīng)造成。

3.琥珀酸如何促使mROS的生成

mROS生成的與反向電子傳遞（RET）有關(guān)。研究表明[9]，缺血性琥珀酸蓄積后在再灌注條件下足以驅(qū)動(dòng)RET，誘導(dǎo)mROS的生成。為了證實(shí)這點(diǎn)，研究者采用離體大鼠心肌細(xì)胞模擬IR損傷模型，使用熒光探針dihydroethidium（DHE）追蹤mROS，再灌注后DHE快速被氧化。而在缺血期間線粒體復(fù)合物Ⅱ的抑制劑丙二酸二甲酯可以減少再灌注引起的DHE氧化。相反，向心肌細(xì)胞中加入琥珀酸二甲酯（琥珀酸類似物）模擬缺血性琥珀酸蓄積，發(fā)現(xiàn)再灌注時(shí)DHE氧化增強(qiáng)。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，線粒體復(fù)合物Ⅰ的選擇性抑制劑，能夠消除內(nèi)源性和外源性琥珀酸蓄積引起的ROS生成[10]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)用丙二酸二甲酯抑制琥珀酸蓄積也同樣使ROS的生成減少[9]。因此缺血期琥珀酸的水平通過(guò)線粒體復(fù)合物Ⅰ于再灌注時(shí)調(diào)控mROS的生成。

4.結(jié)論

綜上，缺血時(shí)延胡索酸由于SDH的逆轉(zhuǎn)，利用從線粒體復(fù)合物Ⅰ傳遞給泛醌的電子和質(zhì)子，逆向還原為琥珀酸，抑制ATP的合成，導(dǎo)致線粒體能量代謝障礙；再灌后，琥珀酸迅速被氧化，而此時(shí)ATP的合成仍未恢復(fù)正常水平，造成質(zhì)子和電子蓄積，促使線粒體復(fù)合物Ⅰ反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致mROS生成，造成線粒體膜孔通道過(guò)度、持續(xù)開放，線粒體功能紊亂，線粒體膜電位降低，最終導(dǎo)致能量供應(yīng)失敗。這表明能夠在缺血期調(diào)控琥珀酸升高的途徑以及再灌時(shí)使其氧化的途徑，能夠影響mROS介導(dǎo)的IR損傷，為改善IR損傷提供新的靶標(biāo)。