心肌缺血患者再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制及臨床治療

朱明輝，朱駿昌，殷珺妹，劉迎午

（天津市第三中心醫(yī)院心臟中心，天津 300170）

心肌缺血（myocardial ischemia）為心血管內(nèi)科的常見病，是由于心臟血流灌注減少而引起的病理狀態(tài)。心臟供氧的減少可導(dǎo)致心肌能力代謝異常，從而無法保證心臟的正常工作，對(duì)患者生命健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1]。目前，再灌注仍然是治療心肌缺血的主要方式[2]，該方案可以及時(shí)恢復(fù)心臟缺血區(qū)域的血液循環(huán)，保證心腦組織的血液供應(yīng)；但是再灌注方案的實(shí)施也可引發(fā)心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI），導(dǎo)致心腦損傷進(jìn)一步加重，最終危及患者生命[3]。在此背景下，如何能有效減輕心肌缺血患者的再灌注損傷已成為該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題之一。近年來，隨著相關(guān)研究的不斷深入，關(guān)于心肌缺血再灌注損傷的防治研究也獲得了初步進(jìn)展。本文現(xiàn)對(duì)心肌缺血再灌注損傷的主要發(fā)生機(jī)制，以及治療措施進(jìn)行總結(jié)，旨在為后續(xù)相關(guān)研究及臨床治療提供參考，現(xiàn)綜述如下。

1 心肌缺血再灌注損傷發(fā)生機(jī)制

1.1 氧化應(yīng)激 缺血再灌注期間，心肌細(xì)胞線粒體、黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase from buttermilk，XOD）及中性粒細(xì)胞（Neutrophil）的呼吸爆發(fā)，可促使活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的大量生成，當(dāng)其超出細(xì)胞內(nèi)源性ROS 清除能力，可進(jìn)一步引發(fā)心肌細(xì)胞損害[4]。其損傷機(jī)制主要包括以下幾點(diǎn)[5，6]：①過量ROS 可攻擊脂質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致心肌細(xì)胞膜受損，進(jìn)而影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性與通透性，介導(dǎo)心肌損傷；②ROS 可攻擊結(jié)構(gòu)蛋白與酶，破壞心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的同時(shí)，抑制酶的活性，損傷心肌細(xì)胞；③ROS 可攻擊核酸，導(dǎo)致DNA、RNA 交聯(lián)斷裂，阻礙心肌細(xì)胞基因表達(dá)，引起心肌細(xì)胞凋亡；④ROS 的過量釋放可促使線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）開放，進(jìn)一步增加線粒體ROS 的釋放，導(dǎo)致正反饋回路的形成，引發(fā)惡性循環(huán)。以上機(jī)制均可造成再灌注性心律失常（reperfusion arrhythmia，RA），導(dǎo)致心肌頓抑、細(xì)胞凋亡、血管結(jié)構(gòu)功能受損等不良情況。除此之外，缺血再灌注期間，氧化應(yīng)激反應(yīng)可促使血管內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮（Nitricoxide，NO）的過量生成，大大增加了過氧亞硝基陰離子（ONOO-）的轉(zhuǎn)化量，進(jìn)一步引發(fā)氧化應(yīng)激損傷[7]。近年來，隨著臨床研究的不斷證實(shí)，氧化應(yīng)激已成為心肌缺血再灌注損傷機(jī)制的重要危險(xiǎn)因素。

1.2 鈣離子超載 人體心肌缺血期間，心肌細(xì)胞無氧代謝增強(qiáng)，可促進(jìn)氫離子的大量生成，對(duì)此，再灌注期間，細(xì)胞需通過鈉離子-氫離子交換體與鈉離子-碳酸氫根離子轉(zhuǎn)運(yùn)體，排出多余氫離子，以保證胞內(nèi)pH 值[8]。但該過程可造成細(xì)胞外鈉離子內(nèi)流，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈉離子升高，繼而誘發(fā)鈉離子-鈣離子交換體的激活，造成鈣離子內(nèi)流，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載[9]。同時(shí)，肌漿/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP 酶（sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase，SERCA）功能障礙可進(jìn)一步加重細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載程度[10]。據(jù)研究指出[11]，細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載可激活蛋白酶與鈣依賴性磷脂酶活性，進(jìn)而破壞生物膜結(jié)構(gòu)完整性，引發(fā)肌原纖維強(qiáng)收縮、線粒體超微結(jié)構(gòu)破壞、細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）耗竭及心肌頓抑等不良后果。此外，心肌缺血時(shí)，細(xì)胞內(nèi)氫離子、鈉離子與鈣離子聚集現(xiàn)象可導(dǎo)致組織酸中毒，通過再灌注可迅速改變其細(xì)胞內(nèi)離子流量，糾正pH 值；但該過程可導(dǎo)致鈣離子內(nèi)流增加，進(jìn)一步加重細(xì)胞內(nèi)鈣超載現(xiàn)象，繼而引發(fā)鈣離子介導(dǎo)的心肌細(xì)胞毒性作用，導(dǎo)致細(xì)胞毒性不斷加重[12，13]。由此可見，細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載是引發(fā)心肌缺血患者再灌注損傷的重要原因。

1.3 線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放 心肌細(xì)胞中含有充足的線粒體，是保證收縮能量的重要條件[14]。其中，mPTP 是線粒體內(nèi)膜的非選擇性通道，而缺血再灌注引發(fā)的氧化應(yīng)激、心肌細(xì)胞鈣超載及pH 快速重整現(xiàn)象，均可促使mPTP 的開放，導(dǎo)致多種離子與蛋白分子在線粒體中自由出入，引發(fā)線粒體跨膜電位崩解，造成線粒體膜的去極化與氧化磷酸化，導(dǎo)致ATP 缺失，最終引起細(xì)胞死亡[15，16]。同時(shí)，mPTP開放可造成線粒體中活性介質(zhì)及促凋亡分子的大量釋放，致使心肌細(xì)胞損傷或凋亡[17]。可見，mPTP開放在心肌缺血再灌注損傷中具有承上啟下的作用，可作為該病治療的重要靶點(diǎn)。

1.4 內(nèi)皮細(xì)胞功能受損 在缺血再灌注誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激狀態(tài)下，內(nèi)皮細(xì)胞極易受到ROS 的攻擊，可誘發(fā)內(nèi)皮素（Endothelin，ET）等縮血管活性物質(zhì)的釋放，促使冠脈收縮，引發(fā)冠脈循環(huán)障礙，導(dǎo)致心肌損傷[18]。同時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞還可通過細(xì)胞因子、趨化因子及黏附因子等物質(zhì)的表達(dá)，激活免疫系統(tǒng)，包括Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）激活、補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)（complement cascade）及T 細(xì)胞/巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答等，進(jìn)一步加重了心肌缺血再灌注損傷[19]。除此之外，缺血再灌注狀態(tài)下，血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的NO 可促使高反應(yīng)性物質(zhì)的持續(xù)增加，導(dǎo)致ROS、蛋白酶等毒性因子介導(dǎo)的細(xì)胞毒性增強(qiáng)，加重心肌細(xì)胞受損[20]。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)皮受損時(shí)，炎性細(xì)胞的聚集可增加血管通透性，而內(nèi)皮細(xì)胞釋放的黏附分子則可通過炎癥反應(yīng)進(jìn)一步侵襲組織，導(dǎo)致心肌受損加重。現(xiàn)階段，心肌缺血再灌注損傷多發(fā)生于心肌梗死患者中，而此類患者常伴有血栓堵塞等現(xiàn)象；其中，白細(xì)胞（white blood cell，WBC）與血小板（platelet）碎片堵塞微血管可能是導(dǎo)致心梗患者缺血再灌注損傷的重要原因之一[21]。研究指出[22]，中性粒細(xì)胞等炎性細(xì)胞產(chǎn)生的ROS 及蛋白酶，可阻塞微血管系統(tǒng)，嚴(yán)重?fù)p害到心肌細(xì)胞。因此，內(nèi)皮細(xì)胞功能受損是引發(fā)心肌細(xì)胞損害的重要原因。

2 心肌缺血再灌注損傷的治療措施

2.1 缺血預(yù)適應(yīng) 研究發(fā)現(xiàn)[23]，心肌在經(jīng)歷冠脈短暫多次缺血再灌注后會(huì)產(chǎn)生一定的保護(hù)功能，缺血預(yù)適應(yīng)（ischemic preconditioning，IPC）概念在此基礎(chǔ)上被提出，通過反復(fù)、短暫的缺血預(yù)適應(yīng)訓(xùn)練，激發(fā)人體免疫系統(tǒng)的應(yīng)急機(jī)制，誘發(fā)腺苷（Adenosine）、緩激肽（Bradykinin,BK）、一氧化氮等內(nèi)源性保護(hù)物質(zhì)的產(chǎn)生與釋放，以此增強(qiáng)缺血耐受性，發(fā)揮心肌保護(hù)作用[24]。研究顯示[25]，IPC 早期保護(hù)階段可于再灌注后迅速產(chǎn)生，持續(xù)時(shí)間為2～3 h，可在緩激肽、腺苷受體信號(hào)的介導(dǎo)下，激活G 蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPCRs）通路，而IPC 遲發(fā)保護(hù)階段多于再灌注12～24 h 后產(chǎn)生，持續(xù)時(shí)間為4 d 左右，此階段可通過熱休克蛋白70（Heatshockprotein70，HSP70）、過氧化氫酶（Hydroperoxidasecatalase，CAT） 及超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）等內(nèi)皮性抗氧化酶物質(zhì)，發(fā)揮缺血保護(hù)作用，減輕機(jī)體再灌注損傷。主動(dòng)脈橫斷鉗閉術(shù)（aortic cross-clamping）是常用IPC 手段，但此類IPC 方案可引起疾病性動(dòng)脈粥樣硬化斑塊脫落及冠狀動(dòng)脈破裂等情況，損傷心臟功能[26]。因此，其應(yīng)用前需給予缺血預(yù)處理刺激，適用范圍有限。

2.2 藥物治療

2.2.1 減輕氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是導(dǎo)致心肌缺血再灌注損傷的主要原因。研究顯示[27]，別嘌呤醇（Allopurinol）與腺苷（Adenosine）等均可促使中性粒細(xì)胞激活，減少超氧陰離子的產(chǎn)生，是緩解機(jī)體氧化應(yīng)激的重要措施。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[28]，新型褪黑素受體激動(dòng)劑Neu-P11 可減少心肌細(xì)胞凋亡與氧化損傷，降低心肌細(xì)胞中丙二醛（Malondialdehyde）等氧化產(chǎn)物的生成，同時(shí)減少肌酸激酶（Creatine kinase，CK）及乳酸脫氫酶（Lactate dehydrogenase，LD）的血清含量，增加心肌Bcl-2 蛋白（B-cell lymphoma-2）表達(dá)，下調(diào)Bax 蛋白表達(dá)，減少心肌細(xì)胞凋亡率，發(fā)揮心肌保護(hù)作用。基于此，可通過預(yù)防性應(yīng)用Neu-P11，抑制心肌細(xì)胞的凋亡與氧化損傷，發(fā)揮防治作用。另有研究指出[29]，丙酮酸（Pyruvic acid）、天門冬氨酸（Aspartic acid）、谷氨酸（Glutamic acid）等代謝添加劑可減少脂肪酸氧化供能，進(jìn)而減輕再灌注期間的氧化應(yīng)激損傷，但該研究受限于小規(guī)模試驗(yàn)，尚需臨床的進(jìn)一步擴(kuò)展研究。

2.2.2 抑制鈣離子超載 針對(duì)缺血再灌注期心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載機(jī)制，臨床主張將2 型Ryanodine受體（type 2 ryanodine receptor，RyR2）作為治療新靶標(biāo)[30]，RyR 受體為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌漿網(wǎng)上的鈣釋放通道，可迅速釋放鈣離子，對(duì)胞內(nèi)鈣離子平衡具有重要作用。當(dāng)心肌缺血時(shí)，RyR 受體結(jié)構(gòu)及功能可受到一定損壞，進(jìn)而引起舒張期鈣離子泄露。對(duì)此，應(yīng)用RyR 受體阻滯藥物可有效防治心肌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌漿網(wǎng)鈣離子的大量釋出，阻礙鈣離子內(nèi)流，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣離子平衡。據(jù)Gong D 等[31]研究顯示，在各種調(diào)節(jié)劑中，鈣調(diào)蛋白（CaM）可參與細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，并于鈣離子依賴性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過鈣離子依賴性方式調(diào)節(jié)RyR2。通過CaM 的外源性補(bǔ)充，可有效阻滯RyR 受體，進(jìn)而改善缺血再灌注期心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載現(xiàn)象，達(dá)到治療目的。但此類研究仍處于研究階段，其可行性尚有待進(jìn)一步完善與證實(shí)。

2.2.3 抑制mPTP 開放 心肌細(xì)胞mPTP 開放現(xiàn)已被證實(shí)為諸多上游細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的共同效應(yīng)器，是心肌缺血再灌注損傷的重要治療靶點(diǎn)[32]。目前，腺苷與硝普鈉均是臨床應(yīng)用較為成熟的心血管保護(hù)藥，其中，腺苷不僅可舒張血管，還可阻礙血管內(nèi)皮細(xì)胞的激活，抑制mPTP 開放，發(fā)揮心肌保護(hù)作用。在此基礎(chǔ)上，嘌呤類似物阿卡地辛（Acadesine）可有效增加組織中的腺苷水平，促進(jìn)心肌保護(hù)效果的提升。此外，低氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）可通過增強(qiáng)氧糖酵解，緩解線粒體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而抑制mPTP 開放，達(dá)到保護(hù)心肌細(xì)胞的目的。另有研究發(fā)現(xiàn)[33]，靜脈注射mPTP非選擇性抑制劑環(huán)孢菌素A（Cyclosporine A）可抑制再灌注早期mPTP 的開放，為該領(lǐng)域治療提供了有效參考。

2.3 藥物后處理 藥物后處理是在再灌注后，通過注入生物活性物質(zhì)模擬缺血后適應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，屬于外源性介入方案，但其保護(hù)機(jī)制與內(nèi)源性缺血后適應(yīng)具有較大相似性，具有操作方便、可控性高、安全性好等應(yīng)用優(yōu)勢。張?jiān)剖⒌萚34]通過大鼠實(shí)驗(yàn)指出，藥物后處理可減輕心肌缺血再灌注損傷，保護(hù)缺血心肌，效果理想，具有較強(qiáng)參考價(jià)值。

3 總結(jié)

心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生與氧化應(yīng)激、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、mPTP 開放及內(nèi)皮細(xì)胞受損等原因有關(guān)，可將其作為治療靶點(diǎn)，通過相應(yīng)措施防治心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生。目前，缺血預(yù)適應(yīng)、藥物治療及藥物后處理等方案均為該領(lǐng)域重點(diǎn)研究方向，雖取得較大進(jìn)展，但部分措施仍不成熟，尚需大規(guī)模臨床試驗(yàn)的進(jìn)一步探究，以完善心肌缺血再灌注損傷的防治。