选择性激活线粒体ATP敏感性钾通道抗心肌缺血作用药理学特征

1、选择性激活线粒体ATP敏感性钾通道抗心肌缺血作用药理学特征                             作者：褚波，龙超良，汪海，孟庆义 【关键词】  线粒体ATP敏感性钾通道；心肌缺血 冠心病严重危害人类健康，是影响生存率和死亡率的主要原因之一，人们一直试图寻找一种能对冠心病心肌缺血产生确切保护

2、作用的药物。目前使用的抗心肌缺血药物主要有硝酸酯类、钙离子拮抗剂、-受体阻滞剂，由于这些药物不同程度的具有耐药、低血压、和负性肌力作用，使临床应用受到一定限制。80年代以来有关ATP敏感性钾通道（KATP）的研究证明，KATP 是急性心肌缺血的重要治疗靶点，KATP 开放剂在心肌缺血模型上具有保护作用。近年来研究发现KATP调节的心脏保护作用靶点并非在细胞膜，而是位于细胞内线粒体膜上，线粒体膜KATP（mitoKATP）可能是心脏保护作用的靶点1。 1986年Murry等首次提出缺血预适应的概念，即多次短时间缺血，可使随后长时间缺血所致心电图，心肌超微结构的改变程度减轻。心肌缺血预适应的保护作

3、用呈双相过程，第一相称预适应的快速相，出现在预适应的数分钟，持续13h，又称经典预适应。第二相称预适应的延迟相，它出现在24h之后，并可持续数天。在不同种属动物（狗、大鼠、兔等）和人类均已证明mitoKATP阻断剂能取消缺血预适应引起的心脏保护作用24。支持mitoKATP介导的缺血预适应。 苯丙噻二嗪类衍生物二氮嗪，曾作为一种强效降压药，用于临床高血压危象的治疗。近年来，随着mitoKATP的发现，研究表明二氮嗪不仅扩张血管，降低血压，同时还是一种心肌mitoKATP开放剂，具有抗心肌缺血缺氧损伤的心脏保护作用，并无致心律失常及负性肌力等副作用，有望成为一类新型的抗心肌缺血药物。 1

4、0; 以二氮嗪为工具药选择性激活mitoKATP产生心脏保护作用的特征 1.1  选择性作用于心肌mitoKATP，激活内源性心脏保护机制。 在纯化和功能重组的牛心肌细胞膜和线粒体膜KATP标本中，二氮嗪激活细胞膜KATP（(sarcKATP)电流的K1/2（50%最大K+电流时的药物浓度）为840 umolL, 而激活mitoKATP电流的K1/2仅为0.8 umolL，两者相差1000倍。说明二氮嗪主要作用于mitoKATP。 最近liu等在家兔心肌细胞同时测定黄素蛋白荧光（代表线粒体的氧化还原状态）和细胞膜KATP活性，结果二氮嗪可增加黄素蛋白荧光，即增加线粒体氧化活性，但不激

5、活细胞膜KATP ，二氮嗪与对照组相比明显降低缺氧细胞的死亡率，这种保护作用可被mitoKATP阻断剂5-HD阻断，说明二氮嗪的心肌保护作用是通过mitoKATP介导的。 1.2  选择性激活mitoKATP引起心脏保护作用的具体表现 刘蔚等在兔的心肌缺血再灌注模型上发现二氮嗪3mg/kg和5mg/kg可以明显降低缺血心肌梗死面积，与对照组相比分别降至对照组的34.9±13.7%和23.8±9.4%。 在异丙肾上腺素诱发的大鼠心肌缺血损伤模型上发现，二氮嗪1020mg/kg (口服)，可显著逆转异丙肾上腺素引起的LDH、CK和乳酸的升高，并可降低异丙肾上腺素引起的

6、心电图ST段抬高。 在大鼠离体心脏缺血再灌注模型上发现，二氮嗪1100 umol/L持续灌注可使浓度依赖性增加冠状动脉血流量，抑制乳酸脱氢酶活性，降低脂质过氧化产物丙二醛的含量。提示二氮嗪对大鼠离体心脏缺血再灌注损伤具有保护作用。 Mizutani S5等发现二氮嗪可逆转中度低渗损伤引起的兔心肌细胞肿胀。在急性心肌缺血期间，心肌细胞连接处产生电分离（Cellular electrical uncoupling at gap junctions）被认为是不可逆的缺血损伤，Yue-liang SHEN6等在大鼠离体心脏缺血再灌注模型上发现，二氮嗪(60umol/L)能明显延迟缺血引起的心肌细胞电分

7、离，并认为与二氮嗪开放mitoKATP有关。 二氮嗪给予时间的不同，所产生的心肌保护作用也不同。Tsuchida A等发现，在兔心肌缺血模型上，在心肌缺血前和缺血早期应用二氮嗪与对照组相比有明显的心肌保护作用（减少心肌梗死面积），在再灌注期应用二氮嗪则丧失心肌保护作用。Wei K7等发现，在兔离体心脏缺血模型上，在心肌缺血期间给予二氮嗪比在缺血前给予有更好的心肌保护作用。 大量实验研究证明，二氮嗪对急性心肌缺血有保护作用，有学者对二氮嗪引起的晚期预适应也作了研究。Takashi E等在鼠心肌缺血模型上发现，在心肌缺血前24h给予二氮嗪（7mg/kg iv）与对照组相比明显降低心肌梗死面积。而该

8、作用可被5-HD阻断，说明二氮嗪通过开放mitoKATP可以引起晚期预适应。 二氮嗪对成年动物的心肌缺血有确切的保护作用，有学者对未成年和年老的动物也作了相关的研究。Wei K等在未成年兔（34 week）心肌缺血模型上发现，二氮嗪对未成年兔心肌缺血有明显的保护作用。Schulman D等发现二氮嗪对老年鼠（1820 month）心肌缺血与对照组相比没有明显保护作用而对3月龄大鼠心肌缺血有明显保护作用。说明老年鼠缺血预适应信号传导存在缺陷。 Bogomaz SA8等发现应用二氮嗪会提高心室纤颤阈值，从而保持了缺血心肌的电稳定性。Asemu G等发现二氮嗪能明显减少适应高原（5000m）缺氧大鼠

9、心肌缺血引起的心律失常。 2  以二氮嗪为工具药的非选择性作用 2.1  扩张血管作用：二氮嗪能直接松弛小动脉平滑肌降低血管阻力而产生降压作用。刘蔚等在异丙肾上腺素诱发的大鼠心肌缺血损伤模型上发现二氮嗪20mg/kg可使大鼠血压一过性下降（给药后2h），6h 后恢复。 2.2  对sarcKATP的作用：Tannom等发现二氮嗪（100umol/L）能明显缩短鼠的缺血心肌动作电位时程，sarcKATP阻断剂可阻断该作用， 5-HD能阻断二氮嗪的心肌保护作用，因此认为二氮嗪的心肌保护作用与mitoKATP和sarcKATP均有关。 2.3  其它作用 刘蔚

10、等在谷氨酸所致大鼠肾上腺嗜铬细胞株PC12细胞损伤模型上发现，二氮嗪能明显减轻谷氨酸引起的PC12 细胞损伤,使存活细胞数量增加,LDH 活性降低,提示二氮嗪具有保护兴奋性氨基酸所致神经元损伤的作用。 汪群力等在大鼠肢体缺血再灌注损伤模型上发现二氮嗪10mg/kg可对大鼠肢体缺血再灌注损伤有延迟保护作用。 有研究表明，二氮嗪5mg/kg能减轻低灌注引起的鼠大脑白质损伤9。二氮嗪50umol/L预处理能显著增强原代培养新生wistar大鼠海马神经元对缺氧复氧损伤抵抗力。Nakagawa I 10等在静脉栓塞致大鼠脑梗死模型上发现二氮嗪（2mmol/l）与对照组相比可明显减少梗死面积。Lenzse

11、r G11等在大鼠脑缺血再灌注损伤模型上发现二氮嗪有明显的血脑屏障保护作用。Sawada K等发现二氮嗪可明显抑制有孕子宫的收缩12。 Raju B13等发现，二氮嗪（1.0mg/kg ,2.0 mg/kg iv）可使健康青年人血浆胰岛素水平降低，血糖与未酯化的脂肪酸升高，血浆肾上腺素和去甲肾上腺素水平升高。 Broadhead MW14等发现，二氮嗪可以改善缺血再灌注损伤引起的人类血管内皮功能障碍。 有研究表明，二氮嗪（57.5mg/kg）可以暂时保存儿童1型糖尿病患者细胞功能15。二氮嗪（100 mg /d ，63d）可以提高2型糖尿病患者细胞功能16。 3  选择性激活mito

12、KATP抗心肌缺血的作用机制 选择性激活mitoKATP抗心肌缺血的机制尚不清楚，可能的机制有以下几个方面： 3.1  激活mitoKATP与ATP：二氮嗪能保护缺血大鼠心肌线粒体功能，缺氧使心肌线粒体的氧耗率降至缺氧前40%, 而采用二氮嗪治疗保护了缺血时线粒体正常的氧耗率, 使再灌注期缺血心肌ATP含量增加。Dos Santos P17等发现二氮嗪可减少心肌缺血期间ATP的丢失，降低嘌呤核苷酸降解速度，使缺血心肌在再灌注期间利用ADP生成ATP。 3.2  激活mitoKATP与Ca2+：二氮嗪激活mitoKATP的心肌保护作用能通过降低线粒体中Ca2+超载进行介导。M

13、urata M等研究认为，在分离的成年兔心肌细胞模拟缺血再灌注模型上，以二氮嗪为工具药，激活mitoKATP，可减少模拟缺血再灌注时Ca2+超载，使膜电位去极化而产生保护作用。 3.3  激活mitoKATP与ROS（活性氧自由基）：Pain等在兔的在体模型中发现，ROS清除剂可阻断二氮嗪预处理的心肌保护作用，认为mitoKATP不是缺血预适应的最终效应器，而是诱发活性氧释放触发心脏保护机制。而Ozcan等在分离的大鼠心肌线粒体缺氧复氧模型上发现二氮嗪（100umol/L）可减少ROS的产生，保护线粒体R3（第三状态呼吸）及RCR（呼吸控制率），减少复氧时细胞色素C的释放，保护线粒体

14、结构的完整性。 3.4  激活mitoKATP与细胞色素C：细胞色素C从线粒体流向细胞浆是伴随细胞凋亡出现的一个备受关注的现象。呼吸链细胞色素C含量的减少会使线粒体氧自由基代谢平衡向产生活性氧自由基的方向偏移，所以线粒体有可能通过对呼吸链电子漏的调控而启动细胞凋亡。有报道分离的兔及大鼠心肌线粒体在模拟缺血条件下，二氮嗪（2550umol/L）可阻止线粒体的渗透性转换及减少膜间隙细胞色素C的丢失。 3.5  激活mitoKATP与PKC （蛋白激酶C）、PKG、P38MAPK（促细胞分裂剂激活性蛋白激酶）：众多的研究表明二氮嗪引起的缺血心肌保护作用与PKC有关，但是他们之间的

15、内在联系尚存在争议。Wang Y等在鼠的离体心脏缺血再灌注模型上发现二氮嗪引起的心肌保护作用可被PKC阻断剂chelerythrine所阻断，还发现缺血心肌线粒体PKC-含量明显增加，PKC-抗体存在，认为二氮嗪激活mitoKATP产生心肌保护作用需要PKC参与。 最近Wang Y18等又发现二氮嗪可通过激活PKC（也可直接激活激活iNOS）激活iNOS（可诱导型一氧化氮合成酶），使NO（一氧化氮）生成增加，激活mitoKATP通道产生心肌保护作用，二氮嗪也可通过激活Akt（癌基因表达产物）激活eNOS（内皮一氧化氮合成酶），使NO（一氧化氮）生成增加，激活mitoKATP产生心肌保护作用。C

16、osta AD19等发现二氮嗪可通过激活PKG激活PKC，后者再激活mitoKATP产生心肌保护作用。 Loubani M等在人类右心耳心肌缺氧复氧模型上发现， 二氮嗪（100umol/L）、PKC激动剂PMA（1umol）、P38MAPK激动剂anisomycin（1nmol）对心肌缺血有相同的保护作用。二氮嗪引起的心脏保护作用可被PKC阻断剂chelerythrine 和P38MAPK阻断剂SB203580所阻断。PMA引起的心脏保护作用可被SB203580所阻断，不能被5-HD阻断，anisomycin引起的心脏保护作用不能被5-HD和chelerythrine阻断。因此认为二氮嗪开放m

17、itoKATP后，激活PKC，活化的PKC再激活P38MAPK从而产生心肌保护作用。 3.6  其它：Peter J20等在研究中，采用从猪心中提取出来的线粒体颗粒，发现不同剂量的二氮嗪（10100 umol/L）不同程度地降低了琥珀酸氧化而不影响NADH氧化，认为二氮嗪的心肌保护作用可能与呼吸链复合物的部分抑制有关。曾源在急性分离的大鼠心肌线粒体模型上发现二氮嗪（10100 umol/L）可降低大鼠心肌线粒体琥珀酸链的R3、R4速率，而不降低NADH呼吸链的R3、R4速率，不影响呼吸控制率（RCR），认为与其抗心肌缺血有关。 刘蔚等在异丙肾上腺素诱发的大鼠心肌缺血损伤模型上发现,

18、二氮嗪20mg/kg可明显逆转心肌缺血引起的线粒体琥珀酸链R3速率和呼吸控制率（RCR）的降低 ，部分改善线粒体膜的流动性，部分降低磷脂酶A2的活性，部分恢复线粒体膜磷脂的含量。 Dzeja21等认为二氮嗪可作用于心肌细胞核苷所需酶，尤其是线粒体琥珀酸脱氢酶及ATP酶，减少ROS的产生及核苷的降解，从而在应激状态下保存心肌细胞的能量，产生心肌保护作用。 Alcindor D22等在狗的缺血再灌注模型上发现环加氧酶-2（cyclooxygenase-2）阻断剂celecoxib能阻断二氮嗪（2.5mg/kg iv）引起的缺血心肌保护作用，认为环加氧酶-2在二氮嗪引起的心肌保护作用中起重要作用。 Xu Z23等在大鼠离体心脏缺血再灌注模型上发现，二氮嗪可引起缺血心肌ROS产生增加，ROS使ERK（细胞外信号调节的蛋白激酶）磷酸化，从而产生心肌保护作用。 Hausenloy D J24等在大鼠离体心脏缺血再灌注模型上发现，在再灌注期应用线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore）开