心肌缺血损伤与缺血心肌保护

关于心肌缺血损伤与缺血心肌保护21.03.2023第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023心肌缺血损伤(Ischemicinjury)：心肌血液供应中断30min以上，会出现心肌细胞酸中毒、细胞器超微结构改变和功能障碍，导致不可逆性损伤甚至死亡，称为缺血损伤。心肌缺血/再灌注损伤(ischemicreperfusion,I/R)：在闭塞的冠脉再通、缺血区血运重建后的一段时间内，心肌细胞出现更严重的损伤，可导致血压骤降、心功能不全、心律失常甚至猝死等病情恶化的现象，即I/R损伤。心肌缺血与缺血再灌注损伤第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023对缺血心肌的保护措施可于缺血前、缺血中及缺血后三个时相施加，以减轻缺血和/或I/R损伤。缺血心肌保护的研究进展：心肌缺血预适应(preconditioning,Prec)和心肌缺血后适应(postconditioning,Postc)心脏保护作用。缺血心肌的保护第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023缺血心肌的保护——

减轻细胞凋亡和坏死心肌缺血和再灌注期间，存在两种形式的细胞死亡，即凋亡和坏死。二者在再灌注时相同时存在，但坏死在缺血期即已发生，而凋亡则由于其能量依赖性的原因，主要发生在再灌注期或于再灌注期明显加速。再灌注期间，用药物抑制凋亡信号级联可同时减少凋亡和坏死细胞数，提示凋亡在再灌注期间可进展为坏死，从而扩大心肌梗死范围。控制再灌注诱导的凋亡信号可同时减少两种形式的细胞死亡，进而缩小心肌梗死范围，改善心功能。第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023心肌缺血预适应(Prec)1986年由Murry

等首次提出Prec的概念：是指心脏经历几次反复短暂的I/R后，对随后长时间I/R损伤的耐受性增强，表现为缩小心肌梗死范围、减少细胞调亡、缓解心肌顿抑、减轻心律失常等。ReferenceMurryCE,JenningsRB,ReimerKA.Preconditioningwithischemia:adelayoflethalcellinjuryinischemicmyocardium.Circulation1986;74:1124–36.第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023Prec的方法动物开胸，反复结扎冠状动脉左前降支，5分钟缺血，5分钟再灌注，重复3-4个周期。动物开腹，反复结扎肠系膜动脉。无创方法，反复结扎远端肢体。药物预适应，用药物代替动脉结扎，模拟预适应的保护效应。第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023

24h

Shamgroup

24h

PCgroup

ischemia

reperfusionshamoperationExperimentalprotocolofdelayedpreconditioning

第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023实验方法实验分组：NDM+I/R组：NDM+IPC组：柠檬酸柠檬酸NSNS4w4w1w1w第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023DM+I/R组：DM+IPC组：RAM+DM+I/R组：RAM+DM+IPC组：实验方法NSNSRAM4w1w4w1w1w4w4w1wSTZSTZSTZSTZRAM第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023Prec的研究进展Prec通过激活某些信号级联反应，赋予心肌一种防御表型，增强其对缺血和/或缺血再灌注损伤的耐受性。Prec在缺血损伤前实施，故可对缺血和再灌注两个时相产生干预，同时减轻缺血和再灌注损伤，产生强大的心脏保护作用。各种Prec干预措施必须在缺血前实施才能使病人获得保护，而心肌缺血事件很少能够被提前预知，从而限制了Prec的临床应用。第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.20232003年由Zhao等首次提出Postc的概念：是指长时间缺血后再灌注开始时，反复短时间的I/R可产生与Prec相似的心脏保护作用。虽然仅干预再灌注损伤，但由于再灌注较心肌缺血更容易预测，且多在临床医师控制下进行，因此Postc提供了较Prec更具吸引力、更容易实施的心脏保护策略。ReferenceZhaoZQ,CorveraJS,HalkosME,KerendiF,WangNP,GuytonRA,etal.Inhibitionofmyocardialinjurybyischemicpostconditioningduringreperfusion:comparisonwithischemicpreconditioning.AmJPhysiolHeartCircPhysiol2003;285:H579–88.心肌缺血后适应(Postc)第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023ExperimentalprotocolforwildtypeandCYP-D-/-micesubjectedto30minLADcoronaryarteryocclussionfollowedby120minreperfusion.Thearrowindicatestheadministrationoftreatment.Dzx,diazoxide;CsA,cyclosporin-A;SfA,sanglifehrin-A

第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023Prec关键性的保护作用可能发生在缺血后的再灌注早期，且Prec和Postc在再灌注时相具有某些相同的作用机制，从而为研究再灌注早期心脏保护的药物治疗策略提供了共同靶点。氧自由基和抗氧化防御系统腺苷及腺苷受体再灌注损伤营救激酶途径线粒体ATP敏感性钾通道线粒体通透性转换孔道Prec与Postc再灌早期的共同作用靶点

第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023氧自由基(oxygenfreeradical,OFR)的种类：OFR是细胞呼吸产能过程中的副产物，包括超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢等，也称之为活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)。OFR的双重作用：适量的OFR是触发Prec和Postc保护作用所必需的起始因素。过量的OFR可引起脂质过氧化，降低细胞膜流动性，增加其通透性，损伤细胞膜离子泵，引起细胞能量和离子稳态的异常，最终导致细胞损伤甚至死亡。一、氧自由基及其作用第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023OFR清除系统：正常情况下，机体存在超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等内源性抗氧化防御系统，可将其及时清除。缺血缺氧情况下，OFR清除系统功能减弱或丧失，而生成系统潜在活性增强，恢复供血供氧后，呼吸爆发生成大量OFR，超过抗氧化防御系统的清除能力，导致细胞结构和功能损伤。抗氧化防御系统第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023Prec和Postc减少再灌注早期OFR的生成。Prec和Postc减少再灌注早期增强抗氧化防御系统对OFR的清除能力。若OFR清除剂在Postc前或Postc期间给予，则取消其缩小心肌梗死范围的保护效应，若在Postc后给予则不影响其保护效应，提示OFR可能是Postc的触发因子，OFR具有双重作用。Prec和Postc与OFR第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023再灌注前5min或再灌注开始后10min给予非选择性腺苷受体拮抗剂，持续20min，取消Prec缩小心肌梗死范围的作用，提示Prec保护作用的实现需要于再灌注开始前及再灌注期间激活腺苷受体，此腺苷受体的活化至少在再灌注的前10min内是保护作用所必需的。再灌注早期参与Prec保护作用的腺苷受体是A1和/或A2B受体亚型。二、腺苷、腺苷受体与Prec第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023在大鼠心脏，Postc推迟再灌注早期内源性腺苷及其他嘌呤中间代谢产物的释放，其缩小心肌梗死范围的作用被非选择性腺苷受体拮抗剂及A2A和A3受体选择性拮抗剂取消，提示内源性腺苷及其受体的激动也是Postc保护作用所必需的。再灌注早期参与Postc保护作用的腺苷受体是A2A和A3受体亚型。腺苷、腺苷受体与Postc第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023腺苷心肌保护作用的可能机理再灌注开始时给腺苷受体激动剂AMP579，持续1h，心肌梗死范围缩小，若将给药时间推迟10min，则不产生保护作用，提示腺苷受体的激动在再灌注早期有重要作用。内源性腺苷可能通过与其G蛋白偶联受体相互作用，活化冠状血管内皮细胞和心肌细胞，减少氧化产物和细胞因子的释放，抑制中性粒细胞的聚集和粘附，从而减轻缺血再灌注损伤。

第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023再灌注损伤营救激酶(reperfusioninjurysalvagekinase,RISK)途径：是指在再灌注期间发挥抗细胞死亡心脏保护作用的磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol3-kinase,PI3K)-Akt和细胞外信号调节激酶(extracellularsignal-regulatedkinase1/2,ERK1/2)前生存激酶的信号级联。再灌注早期RISK途径的激活可通过各种抗凋亡机制减轻再灌注损伤。PI3K-Akt信号级联ERK1/2信号级联PI3K-Akt和ERK1/2信号级联之间的对话再灌注早期RISK成员的变化三、再灌注损伤营救激酶途径

第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023

PKC第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023PI3K-Akt信号级联：是一条细胞生存途径，可减少细胞凋亡、调节糖原合成和葡萄糖转运。PI3K的激活：PI3K是一种脂质激酶，可被受体酪氨酸激酶、细胞因子或G-蛋白偶联受体激活。Akt的激活：PI3K激活Akt、磷脂酰肌醇依赖性激酶1、单体G蛋白（如Rac-GTPases），进而磷酸化其下游靶分子。PI3K-Akt信号级联第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023磷脂酰肌醇-3激酶催化生成各种

磷酸化磷脂酰肌醇PIPIPPIP2

PI-3-PPI-3,4-P2PI-3,4,5-P3

磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3K）催化亚基（P110）调节亚基（P85）PI-3K第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023Akt下游靶分子的激活：糖原合成酶激酶-3β(glycogensynthasekinase-3beta,

GSK-3β)雷帕霉素哺乳动物靶点(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)70KDa核糖体蛋白S6激酶(70KDaribosomalproteinS6kinase,p70S6K)内皮一氧化氮合酶(endothelialnitricoxidesynthase,eNOS)抗凋亡效应因子活化的Akt通过磷酸化一系列底物，如前凋亡Bcl-2家族成员Bad、Forkhead转录因子等，发挥抗凋亡作用。PI3K-Akt信号级联第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023多种形式的Prec均在再灌注早期激活PI3K-Akt信号级联。用药物抑制PI3K的活性，取消Prec心脏保护作用。再灌注早期PI3K-Akt信号级联的活化在Postc保护作用中同样是不可缺少的。Postc后，心肌组织中磷酸化的Akt、eNOS、p70S6K增多，再灌注开始时用药物抑制PI3K活性，取消Postc缩小梗死范围的作用。PI3K-Akt信号级联与缺血心肌保护第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023ERK1/2是有丝分裂原激活蛋白激酶家族的成员之一，该家族主要参与调节细胞增殖分化和生存。该信号级联亦在再灌注早期活化。多种药物的药理性Prec在再灌注早期引起ERK1/2磷酸化增强，从而产生心脏保护作用，而抑制其活性则取消保护作用。Postc亦在再灌注早期激活ERK1/2信号级联，其抑制剂取消保护作用。ERK1/2信号级联与缺血心肌保护

第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023再灌注早期PI3K-Akt和ERK1/2信号级联的激活在Prec和Postc中都具有重要作用，而且它们之间存在着相互作用和相互影响。抑制PI3K-Akt信号级联的活性，可发现ERK1/2信号级联磷酸化作用加强；反之，抑制ERK1/2信号级联的活性，可见PI3K-Akt信号级联的磷酸化作用加强。前凋亡蛋白Bad是这两条途径的共同作用靶点，它们通过磷酸化Bad的不同位点使之失活，从而发挥抗凋亡作用。两条不同激酶途径的互补调节可以使Prec和Postc保护作用即使在一条途径被抑制时仍可以实现。PI3K-Akt和ERK1/2信号级联间的对话第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023GSK-3β磷酸化失活mTOR和p70S6K磷酸化激活eNOS磷酸化激活前凋亡蛋白Bad、Bax及p53磷酸化失活再灌注早期RISK成员的变化

第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023GSK-3β在未受刺激的细胞中活性较高，参与调控细胞代谢、转录、分化等重要过程。Prec及Postc在再灌注早期激活PI3K-Akt信号级联，活化的Akt催化GSK-3β磷酸化失活。药理性抑制GSK-3β活性可缩小心肌梗死范围，改善缺血后心功能的恢复。GSK-3β磷酸化失活的心脏保护作用可能与其抑制线粒体渗透性转换孔道(mitochondrialpermeabilitytransitionpore,mPTP)开放有关。GSK-3β失活与缺血心肌的保护第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023mTOR可被抗真菌药雷帕霉素抑制，被Akt磷酸化激活。活化的mTOR可磷酸化激活p70S6K，后者通过磷酸化40S核糖体亚基的S6蛋白调节转录蛋白的合成，在细胞生长中有重要作用。p70S6K

是PI3K-Akt和ERK1/2两个信号级联共同的下游靶点，可磷酸化Bad

使之失活，抑制细胞凋亡。Prec使大鼠心脏磷酸化的p70S6K在再灌注早期明显增加，抑制PI3K和ERK1/2活性，取消p70S6K磷酸化和Prec缩小心肌梗死范围的作用。大鼠心脏Postc诱导再灌注早期p70S6K磷酸化，缩小心肌梗死范围，此作用被PI3K抑制剂取消。mTOR和p70S6K激活与缺血心肌的保护第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023Prec诱导eNOS表达及磷酸化增加，再灌注期间一氧化氮的增加亦与Prec保护作用密切相关。再灌注早期，eNOS被PI3K/Akt信号级联磷酸化激活，抑制eNOS活性取消Postc保护作用。eNOS的活化可促进血管内皮细胞释放一氧化氮，减少中性粒细胞黏附，改善乙酰胆碱引起的血管舒张反应，抑制mPTP开放，减轻再灌注损伤。eNOS激活与缺血心肌保护第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023磷酸化的Bad嵌入在14-3-3蛋白的结合位点上，而被隔离在胞浆中，失去其促凋亡活性。脱磷酸作用将激活Bad，使其转位到线粒体，与抗凋亡蛋白Bcl-xl或Bcl-2形成异二聚体，使其失活，诱导细胞凋亡。Bad、Bax及p53失活与细胞凋亡第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023Prec和Postc均促进再灌注期Bad磷酸化，缩小心肌梗死范围。凋亡信号刺激后，Bax发生构象改变而转位到线粒体，在线粒体外膜形成孔道或与mPTP相互作用，诱导细胞色素C(cytochromeC,cytC)的释放，从而诱发细胞凋亡。活化的PI3K-Akt途径或ERK1/2途径可抑制Bax的构象转变，阻止凋亡发生。PI3K-Akt途径亦可通过磷酸化Mdm2促进p53降解，发挥抗凋亡作用。Bad、Bax及p53失活与缺血心肌的保护第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023线粒体ATP敏感性钾通道(mitochondrialKATPchannel,mitoKATP)mitoKATP是Prec的终末效应因子。阻断mitoKATP取消Postc缩小心肌梗死范围的作用，提示mitoKATP在Postc中也具有重要作用。mitoKATP主要有两方面的生理作用：一是维持线粒体内K+平衡，从而控制线粒体基质容积的改变。二是在线粒体氧化磷酸化过程中，通过K+的再摄取可以部分补偿质子泵产生的电荷转移，从而维持线粒体跨膜电位和pH梯度。推测再灌注期间mitoKATP的开放可降低线粒体膜电位，从而降低Ca2+内流的驱动力，减轻Ca2+超载，抑制线粒体渗透性转换孔道mPTP的开放，保护心肌细胞。四、线粒体ATP敏感性钾通道

第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期一21.03.2023mPTP

生理情况下mPTP处于关闭状态，应激情况下mPTP开