缺血后处理对缺血再灌注心脏保护的研究现状及展望

1、缺血后处理对缺血再灌注心脏保护的研究现状及展望    【关键词】  缺血后处理；缺血/再灌注损伤；心脏保护       缺血性心血管疾病是严重危害人类健康的常见病，多年来,医学界一直在探索有效的保护缺血心肌的疗法，溶栓、经皮穿刺冠状动脉腔内介入治疗（PTCA）和冠状动脉旁路移植术（CABG）等再灌注疗法通过恢复缺血心肌的血供挽救缺血心肌组织，是目前治疗心肌缺血及心肌梗死的主要措施，但是再灌注疗法受缺血组织血管再通时间的限制并存在缺血再灌注损伤等问题。血运重建应用于临床30多年来，针对如何进行再灌

2、注期心脏保护进行大量的实验研究，取得了令人鼓舞的结果。1986年,Murry等1首次提出心肌在经受了多次短暂的缺血再灌注后,能在随后的长时间缺血中延迟并减轻心肌损伤, 即缺血预处理(缺血预适应；ischemic preconditioning ,IPC)，这一现象在活体动物和离体细胞模型上都得到了证实,且IPC具有普遍性,它存在于不同种属的不同组织器官中。1999年我国学者高峰等2在研究成年大鼠心肌培养细胞的缺氧/复氧模型时发现，如果在长时间复氧之前经过3次短暂的复氧、缺氧处理会比直接长时间的复氧/缺氧处理在细胞存活率和细胞凋亡方面均有明显的改善，从而提出了缺氧后处理（hypoxic post

3、condition）的概念，国内外学者对此发现非常重视，进行了深入的研究。2003年，赵志清等3在对犬的缺血再灌注研究中发现, 在心肌较长时间缺血后、开始再灌注前,对心脏进行3个短周期再灌、停灌处理, 即30 s再灌- 30 s再阻断, 总时程达3 min,可以缩小梗死面积、减轻细胞水肿,改善心功能,出现与IPC相似的心脏保护作用,他把这种现象称之为缺血后处理（ischemic postconditioning，IP），并用实验证实IP与IPC对再灌注后心肌具有类似的保护效果，是机体另一种内源性抗再灌注损伤的保护措施。本文就IPC作用机制和临床应用前景作一综述。   

4、60; 1   IPC和IP比较     IPC与IP在心脏保护作用及其机制方面有许多相似之处。两者共同的心脏保护相关的配体与受体信号机制包括腺苷、缓激肽、红细胞生成素、阿片肽、肾上腺素和胆碱类等物质，其细胞信号转导途径涉及细胞凋亡与存活相关的丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）和磷酸肌醇3激酶（PI3K）等系统，共有的细胞保护效应包括抑制中性粒细胞活化和氧自由基产生、抑制心肌细胞钙超载、减少缺血再灌注后心肌坏死和凋亡等。     IPC是迄今已知最强的缺血心肌保护方案。IPC的作用包括两个时相，即IPC后即刻出现并持

5、续13 h的早期保护和IPC后1224 h再度出现并持续数小时的延迟保护作用；而IP不仅可限制3 h再灌注，亦可以限制24 h和72 h再灌注所致心肌梗死范围，提示IP的保护作用不仅限于再灌注早期，可能存在于再灌注的全过程。     2  缺血后处理的心肌保护机制     2.1  磷酸肌醇3激酶（PI3K）蛋白激酶B（Akt）途径  PI3K是细胞内重要的信号转导分子，Akt是一种Ser/Thr蛋白激酶,是PI3K最主要的靶酶。在PI3K途径中,当上游信号刺激细胞膜表面时,PI23、4P2 和PI3、4

6、、5P3可与Akt结合,导致Akt从细胞浆转位到细胞膜,并促进Akt的Ser473和Thr308 位点的磷酸化。Ser473或/和Thr308位点的磷酸化是Akt激活的必要条件,而Akt激活是其发挥促细胞生存功能的重要前提。激活的Akt对细胞周期、凋亡和血管新生等产生调节作用。Tsang 等4研究报道IP通过诱导Akt的磷酸化而发挥作用。在Zhao等5给予通过永久冠状动脉结扎梗死后重塑的心肌和通过单肾结扎致高血压性心脏病的雄性Wistar鼠实验中,IP组使心肌梗死范围减小,心肌酶释放减少等显著的心脏保护作用。使用LY294002阻断PI3K途径缺血后处理的这些保护效果无论在健康心脏还是病理性心

7、脏都被抵消了,IP增加了重塑后心脏PKB/Akt下游靶产物eNOS、GSK3beta和p70S6K。此实验为IP介导的心脏保护主要通过激活PI3KPKB/Akt再灌注损伤补救酶途径发挥作用提供了依据。     22  细胞外信号调节激酶（ERK）途径  ERK是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族中的一员,MAPK酶属于酪氨酸激酶系列,是信号从细胞外转到细胞内的传递者。Darling等6在兔离体心脏缺血后处理模型(30 min的冠脉闭塞后进行四个循环的30 s缺血30 s再灌注)持续再灌注前25 min给予ERK1/2抑制剂PD98059后,IP

8、诱导的心肌梗死面积减少的作用被抑制,但在实验中给予PI3K抑制剂LY294002后处理诱导的保护作用依然存在,这与Zao等的结果不一致。Yang等7用PD98059或NOS抑制剂L2NAME也阻断了心肌保护作用,提示ERK1/2和NOS都参与了后处理的心肌保护作用。     2.3  ATP敏感性钾通道(KATP)途径  心肌细胞中存在两种KATP通道,一种是位于线粒体上的线粒体KATP通道, 而另一种是位于心肌细胞表面的肌膜KATP通道。线粒体KATP的开放,引起K+的内流,使线粒体膜发生了去极化, 降低了线粒体外Ca2+内流的驱动力,从而减

9、少了Ca2+超载所引起的损伤。肌膜KATP 开放,可以缩短动作电位的时间,也减少Ca2+内流。研究发现IPC与KATP 活化机制存在密切相关性。Yang等7在兔在体心模型研究中,给IP组分别加入非选择性KATP抑制剂格列本脲和选择性线粒体KATP抑制剂5羟基葵酸盐(5hydroxydecanoate,5HD),发现均能抵消缺血后处理减少心肌梗死面积的效应,证实缺血后处理与KATP通道的开放有关,KATP通道的开放可能既发挥终末效应器的作用,又是信号传导的机制之一。但肌膜上的ATP敏感性钾通道是否参与保护作用尚不清楚。     24  线粒体通透性转换孔道

10、（MPTP）途径  MPTP是近年来发现的位于线粒体膜上的电压门控通道，正常时仅短暂开放,只允许分子量1.5 kD的小分子物质通过，以致线粒体内外可进行离子交换和排出多余的Ca2+ 和各种代谢产物。在缺血期间MPTP处于关闭状态,在再灌注初始几分钟,由于氧自由基等毒性作用,使MPTP持续开放,引起线粒体膜内钙离子超负荷、氧化应激和ATP缺乏等, 是导致再灌注损伤和心肌细胞死亡(坏死和凋亡)的重要环节。     MPTP在再灌注初期的开放是心肌损伤从可逆转变为不可逆的关键因素，其开放的范围决定再灌注损伤的程度。IP可抑制缺血心肌细胞的线粒体通透性转移孔道的

11、过度开放，可减轻心肌再灌注损伤。Argaud等8通过兔在体心模型研究报道,IP组诱导MPTP开放所需的钙离子量较对照组明显下降,而和IPC组无明显差别。IP能抑制心肌危险区的MPTP开放，减轻心肌损伤，且和IPC组效果相似，但IP抑制MPTP的开放的具体机制尚不清楚，值得进一步研究。     2.5  腺苷与腺苷受体途径  腺苷的释放和腺苷受体的激活也参与了IP的心肌保护作用,腺苷受体有A1、A2、A3三种亚型,属于G蛋白耦联受体,它们是许多跨膜信号的转导蛋白。腺苷通过这些受体激活胞浆面的G蛋白,G蛋白通过增加磷脂酶C(PLC)和磷脂酶D(PL

12、D)的活性,使二磷酸脂肌醇(PIP2)分解为三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG),DAG 能使蛋白激酶C（PKC）激活,预先激活了PKC的心脏或离体心肌细胞对后续的缺血再灌注损伤有明显的抵抗。     Kin等9在离体大鼠心脏进行20 min的全心缺血和30 min的再灌注,在再灌注前给予10 s的短暂缺血和再灌注36个循环进行后处理,结果IP减小了心肌再灌注后的心肌梗死面积,并且在再灌注早期(5 min)和晚期(30 min)降低了心室舒张压和收缩压。在分别给予非选择性腺苷受体阻断剂8SPT、A2受体阻滞剂ZM41385和A3受体阻滞剂MRS1523后IP

13、的保护作用被抵消,但给予A1受体阻滞剂DPCPX后保护作用依然存在,说明IP是通过延迟腺苷的清除并激活腺苷A2、A3受体发挥其抗心肌再灌注损伤作用。     3  缺血后处理与改良缺血后处理     3.1  渐处理  我国学者范谦等10对犬实施渐处理（逐渐恢复冠状动脉血流50% 2 min，80% 2 min，之后再灌注3 h）与IP进行比较，得出缺血后处理和渐处理均促进再灌注后心功能的恢复，降低再灌注后心律失常的发生，并降低再灌注后血清心肌酶活性，两者差异无统计学意义。渐处理作为一种改良的后处理方式，

14、由于不附加额外的缺血，可能有更广阔的临床应用前景。     3.2  远程缺血后处理  远程缺血后处理，指在冠脉再灌注前给予肾脏、肝脏、肠系膜动脉及四肢等远离心脏的器官短暂的结扎造成缺血、复灌,心肌冠状动脉再灌注时能够起到使心肌梗死面积减少、心肌酶峰值降低等心脏的保护作用。Kerendi等11在麻醉后的活体鼠模型中证实,在冠状动脉再灌注前立刻闭塞肾动脉5 min,此措施使梗死面积减少了50% , CK也显著降低;Zhang等12在冠脉再灌注之前给予肢体单次5 min的股骨动脉闭塞再灌注有着和缺血后适应相似的强大的减少心肌梗死面积的作用。近来又有

15、研究利用止血带致肢体缺血，进行非创伤性双下肢缺血后处理（NWIPTC），观察其对大鼠心肌再灌注/损伤的影响13，结果提示，NWIPTC 组与缺血预适应（IPC）组的心肌梗死组织重量百分比比较无显著性差异，而与缺血再灌（I/R）组比较则显著减小，表明NWIPTC 也具有减少大鼠心肌梗死面积的作用。     4  临床展望     1986年提出的缺血预适应（IPC）理论被证明是目前最强大的内源性心肌保护机制，但由于心肌缺血和心肌梗死的不可预测性，其临床应用受到一定的限制；而缺血后处理(IP)与之不同，缺血再灌注时间的临床可控性

16、,说明IP可能具有更广泛的临床应用范围和实用价值。     2005 年,Staat等14在既往动物实验研究理论基础上,首次报道了在急性心肌梗死(AMI)患者施行介入治疗时进行缺血后处理的临床研究结果。作者观察了30 例因AMI 施行直接冠脉支架置入术的患者,随机分为两组, 对照组在置入支架后不予其他干预；后适应组在支架置入再灌注的1 min内, 在支架上方血流处用经皮腔内冠脉成形术球囊反复低压充气(46 大气压)和放气4 次(每次充气或放气均历时1 min) 结果后处理组较对照组心肌酶峰值明显降低 , ST段回落幅度增大,反常性运动区域减少；且在球囊反复充气和放

17、气时,病人均能耐受,没有发生并发症(如冠状动脉夹层、支架损坏、急性冠脉再闭塞)。Staat等的研究结果首次向人们展示了缺血后处理理论可应用于对心肌梗死患者的介入治疗, 并能显著地减轻缺血再灌注损伤和挽救濒死心肌, 因而被VintenJobansen等称为是里程碑式的研究15。后续的很多学者重复并验证了上述研究成果，Gross等16报道17例急性心肌梗死患者应用了缺血后处理方案使损伤性ST段明显改善。我国学者Ma等34报道94 例急性心肌梗死患者采用随机对照研究, 发现MIP 组的冠脉血流速度、血管内皮功能和左室室壁运动指数均较对照组明显改善(P0.050.01) 。   &

18、#160; IP应用于临床还需要进一步阐明其保护机制，针对关键环节进行干预，确立IP有效的时间窗, 以及IP对心肌保护的近期远期效果的确认,对临床不能溶栓和进行心脏介入治疗的患者,如何建立有效的药物药理后处理等问题,都将为防治心肌缺血再灌注损伤开辟新的探索领域。 【参考文献】   Murry CE , Jennings RB , Reimer KA. Preconditioning with ischemia : a delay of lethal cell injury in ischemic myocardiumJ.Circulation ,1986 , 74 (5) : 112

19、41136. 2 高峰，Yan WL,Geng YL,et al.“缺氧后处理”对大鼠缺氧-复氧心室肌细胞的保护作用J.心功能杂志，1999,11（4）:241242. 3 Zhao ZQ , Corvera JS, HalkosME ,et al. Inhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion : comparison with ischemic preconditioningJ.Am J Physiol Heart Circ Physiol,2003, 285: H579588

20、. 4 Tsang A , Hausenloy DJ , Mocanu MM ,et al.Postconditioning a form of “modified reperfusion” protects the myocardium by activating the phosphatidylinositol 3kinaseAkt pathwayJ.Circ Res ,2004 ,95(3) :230232. 5 Zhao JL, Yang YJ, You SJ,et al.Different effects of postconditioning on myocardial noref

21、low in the normal and hypercholesterolemic miniswinesJ.Microvasc Res, 2007, 73 (2) : 1371421. 6 Darling CE , Jiang R , Maynard M ,et al.Postconditioning via stuttering reperfusion limits myocardial infarct size in rabbit hearts : role of ERK1/ 2J.Am J Physiol Heart Circ Physiol ,2005,289 (4) :161816

22、26. 7 Yang XM , Proctor JB, CU IL ,et al.Multiple , brief coronary occlusions during early reperfusion protect rabbit hearts by targeting cell signaling pathways J.J Am Coll Cardiol,2004, 44 (5) : 11031110. 8 Argaud L, GateauRoesch O, Raisky O,et al.Postconditioning inhibits mitochondrial permeabili

23、ty transitionJ.Circulation, 2005,111(2):194197. 9 Kin H, Zatta AJ, Lofye MT,et al.Postconditioning reduces infarct size via adenosine receptor activation by endogenous adenosineJ.Cardiovasc Res, 2005 ,67 (1) :124133. 10 范谦, 杨新春, 王数岩, 等.“渐处理”降低了犬心肌缺血/再灌注损伤J.中华心血管病杂志, 2006,34（4）: 363366. 11 Kerendi F

24、, Kin H , Halkos ME ,et al.Remote postconditioning. Brief renal ischemia and reperfusion applied before coronary artery reperfusion reduces myocardial infarct size via endogenous activation of adenosine receptorsJ.Basic Res Cardiol, 2005,100 (5):404412. 12 Zhang XH, Li CM, Ma XJ,et al.Correlation of limb and myocardial ischemia postconditio