七氟烷對心肌缺血再灌注損傷下冠狀動脈微循環中非心肌細胞的影響

宋思宜，李瑜，臧圓圓

1 青島大學附屬醫院，山東青島266000；2 貴州醫科大學附屬醫院

無論是發達國家還是發展中國家，急性心肌梗死的發病率和病死率一直居高不下[1-2]。為了減少急性心肌梗死中的心肌不可逆性損傷，臨床上通常會采取溶栓、經皮冠狀動脈介入治療(PCI)、冠狀動脈搭橋術等重建心臟血液供應，維持心臟正常的舒縮功能，延緩心力衰竭進展。但部分患者心臟恢復血液供應后，心肌損傷反而進一步加重，這種現象被稱為心肌缺血再灌注損傷(MIRI)。七氟烷由于血氣分配系數低，很少引起心律失常，在臨床上被廣泛用于心臟外科手術。大量基礎研究表明，七氟烷通過缺血前或缺血后處理能夠抑制MIRI發生，但在高脂血癥、糖尿病的影響下，七氟烷會失去對MIRI的抑制作用[3]。以往關于七氟烷對MIRI抑制作用的研究大多集中在心肌細胞上，雖然投入大量人力物力，但收效甚微。冠狀動脈微循環作為調節組織氧合和營養交換的關鍵部位，近年來備受關注。在心肌缺血再灌注中，如果存在微循環損傷，即使能夠及時恢復冠狀動脈血流，也無法對心肌提供有效的血液灌注和正常的氧氣供應，從而導致患者預后不良[2]。近年來，隨著對內皮細胞、白細胞、血小板等非心肌細胞在冠狀動脈微循環中作用的認識，這些非心肌細胞在MIRI中的作用越來越受到關注[4]。現結合文獻就冠狀動脈微循環中非心肌細胞對MIRI的作用及七氟烷對MIRI下冠狀動脈微循環中非心肌細胞的影響作一綜述。

1 冠狀動脈微循環對MIRI的影響

急性心肌梗死多數是由冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂后血栓形成并堵塞冠狀動脈造成的。開通血管是挽救即將梗死心肌的唯一方法。缺血和再灌注這兩個步驟不僅會對心肌細胞產生損傷，還會對冠狀動脈微循環中的非心肌細胞產生損傷。在心肌缺血再灌注后，冠狀動脈微循環與心肌組織一起受到破壞，并且冠狀動脈微循環障礙可能是引起MIRI的主要原因。過去由于檢驗技術有限，在仍存活的心肌中無法觀察冠狀動脈微循環改變，常將缺血與再灌注后心肌梗死區域中的微血管栓塞當作結果，而非起因，忽略了冠狀動脈微循環障礙對MIRI的作用[5]。隨著對冠狀動脈微循環障礙在MIRI中的作用認識不斷深入，發現在對缺血心肌恢復血液再灌注后，冠狀動脈微循環中的非心肌細胞可出現內皮細胞水腫，內皮細胞完整性破壞，導致血管通透性增加；血小板、白細胞過度激活，釋放促炎癥細胞因子和縮血管物質增多的同時，還可與內皮細胞相互作用，阻塞微血管正常血流，破壞微血管的結構和功能，使缺血心肌無法恢復有效的血液灌注和氧氣供應，從而加劇MIRI。

2 七氟烷對MIRI下冠狀動脈微循環中非心肌細胞的影響

七氟烷作為臨床常用的揮發性麻醉藥，在缺血前或缺血后處理能夠抑制MIRI發生。以往研究對其抑制MIRI的機制通常定位于心肌細胞，但收效甚微。近年越來越多研究發現，七氟烷可能通過作用于冠狀動脈微循環中的非心肌細胞，發揮抑制MIRI的作用。

2.1 七氟烷對MIRI下冠狀動脈微循環中內皮細胞的影響 在MIRI中，小微動脈內皮細胞通過增加與血小板、白細胞的黏附作用，升高胞質內鈣離子濃度，增加血管通透性，使冠狀動脈微循環中內皮細胞的屏障功能受損，從而減少冠狀動脈血流的有效灌注。七氟烷不僅可促進內皮細胞自身結構和功能穩定，還能增加對維持內皮細胞結構和功能完整性具有重要作用的物質在MIRI中的表達和平衡，如血管內皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)、一氧化氮合酶(NOS)、糖萼等。

2.1.1 七氟烷對內皮祖細胞(EPCs)的影響 當心肌缺血后，骨髓源性EPCs被大量定向招募至血管損傷處，促進微血管形成和相應內皮細胞再生。目前，EPCs移植已被證實可改善心臟功能和急性心肌梗死患者預后。體外細胞實驗發現，2%七氟烷預處理可提高EPCs活性并促進其增殖[6]。其中，EPCs在缺血組織中發揮血管生成作用可能是由CLC-3/CXCR4/JAK-2信號通路介導的[7]。因此，七氟烷可能通過作用于EPCs維持微血管的結構和功能，從而對MIRI發揮抑制作用。

2.1.2 七氟烷對VE-cadherin的影響 VE-cadherin能夠維持血管內皮細胞完整性，心肌缺血再灌注后刺激內皮細胞產生血管內皮生長因子(VEGF)，通過VEGF受體激活酪氨酸激酶Scr，破壞VE-cadherin介導的正常細胞連接，損傷微血管內皮細胞屏障[8]，而內皮型NO(eNOS)參與合成的NO可抑制VEGF介導的血管通透性增加。HUANG等[9]研究發現，七氟烷可通過抑制RhoA/ROCK信號通路，減少VE-cadherin生成，從而阻止肺微血管內皮細胞損傷。DONG等[10]研究報道，七氟烷預處理可通過激活Akt/HIF-1α/VEGF信號通路，抑制氧化應激，減少大鼠心肌缺血再灌注后的梗死面積。因此，七氟烷可通過不同信號通路，抑制VE-cadherin生成，從而抑制MIRI。

2.1.3 七氟烷對NOS的影響 NOS對維持內皮細胞的結構和功能穩定至關重要。NOS有3種不同亞型：神經元型NOS、eNOS和誘導型NOS(iNOS)。不管是七氟烷預處理還是后處理均被證實可通過下調iNOS表達，提高eNOS磷酸化水平，改善eNOS活性，增加NO生成，抑制微循環中內皮細胞與白細胞、血小板黏附，減輕炎癥反應，從而抑制MIRI[11]。因此，調節MIRI中eNOS與iNOS的表達平衡，減少內皮細胞損傷，可能是七氟烷在MIRI中保護冠狀動脈微循環的重要途徑。

2.1.4 七氟烷對糖萼的影響 糖萼是覆蓋在內皮細胞與周細胞上的一種多糖蛋白復合物，可保護內皮細胞的屏障功能，減少內皮細胞與血小板、白細胞的相互作用，并調節微循環中血管的舒縮功能。YU等[12]認為，糖萼從血管壁脫落是MIRI最早發生的結構損傷形式。七氟烷不僅可通過抑制氧化應激反應，減少豚鼠離體心臟缺血再灌注后內皮細胞表面糖萼的脫落[13]；七氟烷還可通過上調唾液酸轉移酶ST6Gal-1表達，促進大鼠動脈內糖萼再生，從而改善內皮細胞依賴性血管舒縮功能[14]。在炎癥反應中，活化的中性粒細胞可增加活性氮產生與髓過氧化物酶釋放，從而破壞糖萼自身的穩定性。七氟烷通過抑制中性粒細胞活化，減輕炎癥反應，降低對內皮細胞表面糖萼的破壞，維持內皮細胞結構和功能穩定，從而發揮心臟保護作用[13]。但目前臨床鮮見七氟烷對心臟手術中血管內糖萼脫落與降解影響的報道。七氟烷能夠減少糖萼脫落、保護糖萼免受破壞，從而保護內皮細胞的正常屏障功能，這可能亦是七氟烷在MIRI中保護冠狀動脈微循環的重要途徑。

2.2 七氟烷對MIRI下冠狀動脈微循環中炎癥反應相關細胞的影響

白細胞激活在炎癥反應發生過程中起主導作用。白細胞引起冠狀動脈微循環損傷的原因一方面與白細胞過度激活有關，另一方面與白細胞激活后釋放過多的炎癥介質、促炎癥細胞因子、黏附分子等有關。在缺血再灌注早期，由于白細胞合成的黏附分子水平增加，使白細胞黏附于血管內皮細胞上，阻塞冠狀動脈微循環；同時，激活的白細胞還可釋放大量促炎癥細胞因子和縮血管物質，破壞微血管通透性，進一步加劇冠狀動脈微循環損傷。

有研究指出，不管患者有無冠狀動脈疾病史，隨著全身炎癥反應程度升高，冠狀動脈微循環功能破壞程度亦逐漸升高，此時即使心肌有血液再灌注，冠狀動脈對心臟的有效灌注也會降低[15]。可見，抑制異常激活的炎癥反應對保護冠狀動脈微循環結構和功能至關重要。七氟烷后處理可通過抑制TLR4/MyD88/NF-κB信號通路相關因子表達，減少炎癥細胞因子產生，從而抑制炎癥反應，減輕MIRI。當七氟烷后處理與遠程缺血預處理聯合時，其減少心肌炎癥細胞因子和心肌酶產生的作用更加顯著[16]。在心肌缺血再灌注后，七氟烷不僅可抑制白細胞過度激活，還可抑制炎癥細胞因子釋放[17]。

2.2.1 七氟烷對中性粒細胞的影響 缺血心肌恢復再灌注后，在心肌中累積的中性粒細胞可介導組織損傷。在體外細胞實驗中發現，濃度為2.3%或4.6%的七氟烷可抑制脂多糖和TNF-α聯合激活的中性粒細胞脫顆粒反應，減少中性粒細胞釋放髓過氧化物酶和彈性蛋白酶[18]；在小鼠體內實驗中發現，七氟烷可減輕脂多糖在TLR-4/NF-κB/TNF-α信號通路上激活中性粒細胞介導的器官功能障礙[19]。除了七氟烷對中性粒細胞調節的確切作用外，對其機制的研究亦引起廣泛關注。MULLER-EDENBORN等[20]研究發現，七氟烷通過作用于CXCR2下游位點或CXCR2誘導PKC表達的上游位點，下調β2整合素CD11b表達，減少中性粒細胞的跨內皮細胞移動和在損傷組織中累積所致的MIRI。以上研究表明，七氟烷通過調節中性粒細胞向受損組織募集，抑制活性酶從中性粒細胞上脫顆粒，表現出一定的免疫調節能力，從而發揮對MIRI的抑制作用，但其具體機制尚不清楚。

2.2.2 七氟烷對單核—巨噬細胞的影響 先天性和獲得性免疫反應在缺血心肌恢復再灌注后被激活，中性粒細胞在心肌再灌注部位累積并活化后很快凋亡、壞死，此后單核細胞開始發揮作用。當外周血單個核細胞遷移到組織成為巨噬細胞時，可在先天性免疫反應中發揮噬菌作用，并招募其他效應細胞。在豬通氣模型中，1 MAC七氟烷能夠顯著降低支氣管肺泡灌洗液中巨噬細胞和淋巴細胞數量。WATANABE等[21]研究認為，七氟烷可通過抑制肺泡上皮細胞產生單核細胞趨化蛋白，保護肺缺血再灌注損傷。然而，在進行機械通氣的大鼠肺泡巨噬細胞中，1.5 MAC七氟烷作用2 h卻使促炎癥細胞因子水平顯著增加，如MIP-2、IL-1β、TNF-α等。在一項前瞻性臨床研究中，選擇疝修補術或靜脈曲張切除術患者，術中接受七氟烷麻醉，手術結束時單核細胞凋亡數量明顯增加，術后6 h逐漸恢復至正常水平[22]。盡管七氟烷表現出免疫調節潛力，但在不同應激條件下，對中性粒細胞與單核—巨噬細胞存在不同的調節作用，最終引導機體朝向有益的方向傾斜。

2.2.3 七氟烷對淋巴細胞的影響 炎癥反應必定伴隨免疫反應。中性粒細胞與淋巴細胞比值(NLR)是心血管疾病患者預后的獨立預測因子。臨床研究發現，PCI后NLR較高的急性心肌梗死患者微循環障礙更重，心臟梗死面積更大，主要不良心血管事件的發生率更高[23]。在非體外循環冠狀動脈搭橋手術中，與中性粒細胞或單核細胞過度活化不同，圍術期淋巴細胞總數降低，患者預后不良更常見。但一項前瞻性臨床研究發現，與七氟烷維持麻醉相比，在非體外循環冠狀動脈搭橋手術中丙泊酚維持麻醉，循環中淋巴細胞數量減少較少[24]。結果表明，在MIRI中淋巴細胞激活可發揮心臟保護作用。盡管七氟烷可調節輔助性T細胞中Th1、Th2型細胞的動態平衡，增加單個核細胞對腫瘤的殺傷作用[25]，但在心肌缺血再灌注中，七氟烷對T、B淋巴細胞除了在數量上影響外，對不同淋巴細胞間、NLR的影響還有待于進一步研究。

2.3 七氟烷對MIRI下冠狀動脈微循環中血小板的影響 在心肌缺血再灌注后，冠狀動脈微循環中被激活的血小板不僅可通過增加黏附分子的表達形成血小板—內皮細胞聚集體，還可通過釋放微粒和外泌體，促進血小板自身的聚集和凝固[26-27]，從而堵塞微循環。此外，血小板還可釋放多種核苷酸、神經介質、蛋白質等調節血管收縮，減少微循環灌注，加重心肌梗死。從健康大鼠體內提取血小板，對急性心肌缺血大鼠心臟灌注，可減輕MIRI，增強冠狀動脈微血管屏障功能，這可能與血小板可釋放生長因子有關。OZAWA等[28]研究證實，小鼠經歷缺血心肌血流再灌注后，黏附分子vWF表達增加，血小板—內皮細胞聚集，通過損傷冠狀動脈微循環使心肌梗死面積明顯增加。以上研究表明，抑制心肌缺血再灌注中過度激活的血小板，對維持冠狀動脈微循環穩定至關重要。七氟烷除了能夠抑制血小板自身形成血栓外，還能抑制血小板與內皮細胞、中性粒細胞的相互作用，減少血流受阻和炎癥反應發生。

2.3.1 七氟烷對血小板自身相互作用的影響 血小板自身活化和聚集是介導微血管栓塞和炎癥反應損傷的關鍵。七氟烷通過保護糖萼，抑制血小板中α顆粒釋放P-選擇素以及表面GPⅡb/Ⅲa受體表達等，影響血小板黏附、聚集、釋放和止血栓形成。最近有研究報道，具有促凝血潛力的血小板活化脫落顆粒，即PMPs，在STZ誘導的1型糖尿病中表達增加，且可通過mTORC1信號通路介導早期血管損傷，而mTORC1抑制劑雷帕霉素可阻止PMPs誘導的LDLr上調和內皮細胞炎癥損傷，從而發揮對心血管疾病的抑制作用[29]。盡管七氟烷能夠抑制血小板參與止血栓形成，但其具體作用機制尚不清楚。

2.3.2 七氟烷對血小板與循環血液細胞相互作用的影響 心肌缺血再灌注后，血小板通過與內皮細胞、中性粒細胞結合，不僅能阻礙正常血流通過，還能通過激活炎癥反應介導的血管損傷，破壞微血管的屏障功能。一項前瞻性臨床研究報道，七氟烷預處理可降低血小板—內皮細胞黏附分子1表達，并能降低行冠狀動脈搭橋術患者術后6、12個月心臟事件的發生率。在小鼠心肌缺血再灌注模型中，血小板—中性粒細胞復合物(PNCs)表達增加，可促進炎癥反應的起始與進展，破壞正常微循環功能，加劇心肌損傷；血管舒張劑刺激磷蛋白磷酸化可通過抑制PNCs生成，減輕MIRI。七氟烷不僅可發揮延遲性抑制血小板—中性粒細胞聚集的作用，還可通過增加腺苷A2b受體的轉錄和表達，減少PNCs生成[30]。以上研究表明，七氟烷通過抑制血小板與內皮細胞、中性粒細胞的相互作用，維持血管正常的屏障功能和血流穩定，從而減輕MIRI。

綜上所述，冠狀動脈微循環作為影響缺血心肌再灌注臨床預后的重要因素，不僅能決定心肌缺血再灌注后的有效血液灌注，還能決定MIRI后最終的梗死面積。七氟烷能夠通過調節冠狀動脈微循環中的非心肌細胞，保護冠狀動脈微循環的正常結構和功能。目前，關于七氟烷對MIRI下冠狀動脈微循環損傷中的具體作用機制尚不完全清楚，還有待于今后進一步研究。