心肌肽对缺血再灌注损伤后心肌保护的机制研

心肌肽对缺血再灌注损伤后心肌保护的机制研究

作者单位:福建医院心脏外科,福建福州市

■董疑　福建医科大学级硕士研究生

董　疑■,陈良万

关键词:心肌;心肌缺血;心肌再灌注损伤

文章编号:-()04--03中图分类号:R.2文献标识码:A

心肌肽是国内单位首先从乳猪心室肌中提取的小分子多

肽。许多动物实验证实,该肽具有显著的生物活性,对多种

原因尤其急性缺血所致的心肌损伤具有明显的防治作用。近

年来,许多研究结果表明,热休克蛋白(HSP)70具有抗

心肌缺血作用,提示多肽或蛋白质物质可望成为一类新的抗

心肌缺血药物[1～3]。研究表明[4,5]能量代谢障碍是缺血再灌

注的主要发病基础,自由基的作用是发病的重要环节。一系

列的动物实验发现[6～8]:心肌肽能够通过减轻缺血再罐注后

心肌酶的释放,抑制心室肌细胞内向钙电流,降低缺血再灌

注后严重心律失常的发生率,增强心肌清除氧自由基的能

力,改善缺血再灌注损伤心肌能量代谢,提高膜脂质流动

性,有利于维持细胞膜的功能,减轻受损心肌的变性、坏死

反应,故对心肌缺血再灌注有防治作用。本文将从以下几方

面分析心肌肽对心肌缺血再损伤后心肌保护的机制研究。

1心肌肽对心肌酶的影响

CK,LDH是参与体内能量代谢的一种酶,绝大部分存

在于心肌细胞浆内。当细胞受损时,释放到细胞外,使血清

酶升高。故CK,LDH的检测可做为心肌损伤诊断方法。血

清CK含量受较多因素影响,其同工酶CK-MB更具心肌特

异性。心肌酶学的动态观察,可反映心肌损伤的程度。缺血

再灌注损伤时,心肌细胞出现变性坏死,使细胞膜功能受

损,细胞内CK外逸,致心肌酶活性增高。心肌缺血后无氧

代谢加强,诱导LDH升高,加之细胞膜通透性增大,导致

LDH活性明显升高。临床试验中,对健康受试者和患风湿

性心脏病并进行心脏瓣膜置换术的患者进行心肌肽治疗对比

研究,于用药前后测定血清CK,CK-MB,LDH,比较心

肌肽对心肌酶活力的影响。研究结果显示,心肌肽用药后血

清心肌酶活力比用药前显著降低。复极化液GIK临床上普

遍应用,尤其是用于再灌注治疗。它是医学界公认的心肌保

护药物。徐德民等[9]在心肌肽在心脏瓣膜置换术中的应用研

究中,心肌酶学检测指标结果显示心肌肽在心肌保护效果方

面与传统心肌保护药物GIK差别不明显。张明辉,许新林

等对大鼠缺血再灌注损伤与心肌肽的保护作用进行动物研

究[10],实验结果心肌肽用药组血清心肌酶显著低于缺血再

罐注组。临床试验和动物实验证实:心肌肽能够减轻心肌缺

血再灌注后心肌酶的释放,起到心肌保护作用。

2心肌肽对心肌能量代谢的影响

心肌的高能磷酸盐(主要是ATP)的产生、转移、储

备和利用是决定心肌功能的关键因素。ATP的明显下降可

进一步引起一系列代谢的异常和紊乱:(1)依赖ATP的细

胞膜泵活性降低,引起膜电位及心电图ST段改变;(2)心

脏周期不同阶段依赖能量的Ca2+隔室化机制活性降低,使

Ca2+内流增加,并激活膜磷酶,导致缺血性肌挛缩,并产生

氧自由基,进一步产生损害作用;(3)缺血涉及的心肌纤维

收缩性降低,部分是由于酸中毒和肌钙蛋白C亲和力降低的

缘故,此外,酸中毒又可直接损害细胞的超微结构;(4)阻

碍ATP的降解并进一步阻断ATP的合成;(5)缺血区同非

缺血区形成代谢梯度,成为引发恶性心律失常的主要因素之

一,甚至最近有观点认为,能量代谢障碍可造成心肌细胞基

因结构及表达的异常,细胞内的ATP水平是决定细胞发生

凋亡或坏死的主要因素。

细胞线粒体的结构和功能状态直接决定ATP的生成,

它是心肌的主要产能细胞器,当其受到损伤,结构、功能出

现问题时,氧化磷酸化功能受损,ATP生成减少。心肌缺

血再灌注损伤引起了一系列的病理改变,这一切改变均源于

心肌细胞内能量的耗竭。目前研究已显示:心肌出现缺血再

灌注损伤后,其相应超微结构显示了程度不一的线粒体受损

表现,线粒体出现肿胀、内外膜模糊不清,嵴变形凝聚、断

裂消失,空泡化。心肌肽对受损线粒体有明显的保护作用,

万华印等[6]在心肌肽对缺氧-再给氧损伤心肌细胞的保护作

用动物研究试验中,发现心肌肽组心肌细胞线粒体损伤较对

照组明显减轻,改善了心肌能量代谢。阿霉素主要损伤心肌

细胞线粒体,使心肌细胞的有氧代谢能力下降和能量供应不

足。杨联萍等[11]采用MTT比色法,观察不同浓度的心肌肽

对阿霉素损伤心肌细胞活力的影响,表明心肌肽在一定剂量

浓度范围内均有促进阿霉素损伤心肌细胞琥珀酸脱氢酶活力

作用,减轻线粒体的损伤,使损害的心肌细胞尽快得到修

复,但未显示出量效关系,其原因在于心肌肽调节酶活力作

用,有个阈值,高于此值,可以促进酶活力,与增加剂量无

心血管康复医学杂志年8月第16卷第4期ChinJCardiovascRehabilMed,Aug,Vol16No.4

直接关系。研究结果说明心肌肽通过减轻心肌缺血再灌注损

伤后线粒体的结构破坏,改善心肌能量代谢,对缺血再灌注

损伤后心肌有保护作用。

3心肌肽对自由基致心肌细胞损伤的影响

正常生物体内有一定的自由基水平,同时存在内原性氧

自由基清除系统,氧自由基可以被内源性自由基清除系统所

清除,使机体的氧化与抗氧化处于一种动态的平衡之中,使

细胞免遭其毒性损伤[12]。然而当组织细胞缺血、缺氧时,

氧自由基清除系统功能降低,生成系统活性增强,一旦恢复

组织血液供应和氧供,氧自由基便大量产生与急剧“堆积”,

以不同方式造成细胞急性或慢性损伤[13]。

在心肌缺血再灌注损伤过程中,产生大量氧自由基,使

缺血心肌产生再灌注损伤:(1)大量的氧自由基抑制线粒体

的氧化磷酸化,能量合成不足;(2)灭活NO,使中性粒细

胞粘附于血管壁后活化,刺激内皮释放血小板活化因子;

(3)诱导血浆中产生中性粒细胞趋化物,进而吸引更多的中

性粒细胞,合成组织因子并暴露于内皮细胞,形成微血栓。

聚集的中性粒细胞加上微血栓的堵塞,造成无复流现象,加

重再灌注损伤;(4)氧自由基可以抑制机体氧化防御系统,

使体内抗氧化酶减少;(5)缺血期间产生的氧自由基可以抑

制机体表达氧应激蛋白、HSP,并抑制机体SODmRNA的

表达,使超氧化物歧化酶(SOD)合成减少;(6)氧自由基

具有极强的化学特性,通过与细胞膜不饱和脂肪酸发生脂质

过氧化反应,破坏细胞的结构和功能,同时形成脂质过氧化

物产物丙二醛(MDA)。MDA上升能引起蛋白质交联变性、

DNA断裂,破坏组织结构[14]。

由于氧自由基的半衰期极短,实验中常将脂质过氧化的

终产物MDA作为其标志物,MDA含量的高低反映了自由

基的产量,也即心肌缺血再灌注损伤的程度。SOD是“抗

氧化防御体系”中最重要的一种保护性酶,其活性升高有助

于清除和抑制自由基及衍生物对心肌的侵害,是机体清除氧

自由基的酶,Jolly等首先在犬的缺血再灌注模型中报道了

SOD的抗氧化作用,当机体内氧自由基生成增加时,可导致

SOD消耗增加。Agrawal等报道在基因治疗鼠心肌缺血再灌

注损伤模型实验中发现线粒体SOD高表达削弱了心肌损伤,

改善再灌注后心肌的功能[15]。SOD活性的降低和MDA的

增加,表明氧自由基的大量生长,也间接反映了细胞损伤的

程度。孔祥平等[16]实验观察小鼠心肌肽抗脂质过氧化损伤

的影响。其实验结果心肌肽用药组MDA含量明显下降,

SOD活性显著升高,并且该作用具有剂量依赖性,此外他在

观察心肌肽素对缺氧一再给氧损伤心肌细胞的保护作用研究

中[17],发现心肌肽可剂量依赖性地降低MDA的含量,提高

SOD活性。系列研究结果都说明心肌肽能够通过增强心肌

清除氧自由基的能力而发挥抗脂质过氧化损伤作用,减轻缺

血再灌注后心肌细胞损伤,起到心肌保护作用。

4心肌肽对心肌细胞凋亡的影响

年,Gottlieb和Kawan在右室发育不良性心律失

常的病人心肌上发现了细胞凋亡的直接证据,首次证明人类

心肌也存在细胞凋亡。Fliss等采用原位末端标记和琼酯糖

凝胶电泳技术也肯定了缺血再灌注大鼠心肌细胞中有典型的

细胞凋亡。

心肌缺血再灌注损伤中凋亡的发生可能与缺血再灌注损

伤大量氧自由基产生、钙超载、线粒体损伤等直接或问接激

活细胞凋亡的信号途径,启动凋亡相关基因的表达有关。

(1)氧自由基:心肌缺血再灌注过程中产生大量自由基。它

可通过以下途径诱导细胞发生凋亡:①作用于细胞膜,引起

膜发生脂质过氧化,从而影响细胞信号转导系统;②直接损

伤DNA,诱导细胞凋亡;③影响核基因转录,改变细胞的

表型特征,诱导细胞发生凋亡;④攻击蛋白质,使具有酶活

性的蛋白质活性丧失或减弱;(2)钙超载:钙超载引起细胞

凋亡的可能机制是:①钙超载可激活钙依赖性核酸内切酶,

降解DNA链;②激活谷氨酰胺转移酶,催化细胞内肽链间

的转移,在肽链间形成共价键,使细胞骨架蛋白分子间发生

广泛交联。有利于凋亡小体形成;③激活核转录因子,加速

细胞凋亡相关基因的转录;④Ca2+在ATP的配合下使DNA

链舒展,暴露出核小体之间的连接区内的酶切位点,有利于

核酸内切酶切割DNA;(3)线粒体损伤:在细胞凋亡期间,

线粒体功能发生显著改变,表现为线粒体内膜通透性增大,

线粒体内膜的跨膜电位下降,能量合成水平显著降低。线粒

体功能改变引起细胞凋亡其依据是:抑制线粒体的三羧酸循

环或呼吸链功能即可引起细胞凋亡;在细胞核出现凋亡性改

变之前,常常先有线粒体跨膜电位的降低。体内、外实验证

明,阻止线粒体的通透性的改变可以防止细胞凋亡。如前所

述心肌肽通过减轻心肌缺血再灌注损伤后线粒体的结构破

坏,并改善心肌能量代谢,增强心肌清除氧自由基的能力而

发挥抗脂质过氧化损伤作用,从而抑制了心肌细胞凋亡的发

生,对缺血再灌注后心肌细胞损伤起保护作用。张明辉

等[10]在探讨心肌肽对大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用

及作用途径实验中,心肌肽用药组的细胞凋亡指数显著低于

缺血再灌注组,表明心肌肽抑制了心肌细胞凋亡的发生。刘

荣国等在观察心肌肽预先给药对大鼠海马神经元缺氧复氧损

伤的影响实验研究中,通过Bcl-2蛋白表达测定表明,心

肌肽能通过上调Bcl-2蛋白的表达抑制细胞凋亡,其表达

能力与心肌肽剂量相关。Bcl-2位于细胞凋亡信号传导途径

的上游,是能特异地抑制凋亡的基因。以往的研究证实,激

活丝氨酸-苏氨酸激酶(Akt-kinase)和NF-κB是诱导Bcl

-2产生的两个主要途径。心肌肽是通过调控Akt-kinase途

径还是NF-κB途径,直接调控还是间接影响Bcl-2的表

达,均有待于进一步深入研究。

5减少心律失常的发生率

心律失常的原因之一是心肌细胞膜离子通道功能障碍,

近年来多肽类物质抗心律失常的报道日渐增多。一系列实验

研究[7,8]表明心肌肽具有心肌保护和抗心律失常的作用。

心肌缺血-再灌注损伤时,细胞内酸中毒,H浓度升

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高,通过H/Na交换和Na/Ca2+交换,导致细胞内Ca2+超

载,上述离子的异常活动容易诱发心律失常[4,6]。为进一步

研究其可能机制,孔祥平等[7]通过建立整体动物心肌缺血-

再灌流损伤模型,采用单细胞膜片钳技术,观察它对心肌细

胞两种主要离子通道的影响。结果发现心肌肽对心室肌细胞

内向钙电流有明显的抑制作用,且具有一定的电压依赖性,

但无典型的量效关系,即较高剂量(μg/ml)抑制作用反

不明显,其详细机制有待进一步研究。然而对内向整流钾电

流及延迟整流钾电流均无作用。这说明心肌肽可降低缺血-

再灌注损伤大鼠严重室性心律失常的发生率,这可能与其抑

制心室肌细胞内向钙电流有关,而与钾电流关系不明显。随

后,吴辉等采用全细胞膜片钳记录技术,观察心肌肽对单个

豚鼠心室肌细胞内向整流钾电流(Ik1)的影响,探讨心肌

肽抗心律失常的作用机制。结果显示心肌肽能抑制豚鼠心室

肌细胞Ik1,主要对Ik1内向电流成分有抑制作用,抑制Ik1

导致细胞膜3相复极化速率减慢,使得动作电位时程有所延

长而产生抗心律失常作用。

总之,心肌肽的抗心律失常作用的机理可能是多方面

的,其阻滞内向整流钾通道的作用与抑制心室肌细胞内向钙

电流可能是其机理之一。

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(收稿日期:-06-24)

第十五届全国心血管病康复学术交流会暨进展研讨班会议

紧急通知

由辽宁省康复医学会心血管病专业委员会承办,原定于今年8月在沈阳召开的第十五届全国心血管

病康复学术交流会暨进展研讨班有望与长城心血管康复会议联合举行,故会期延期。会议有关事项正积

极协调中,一旦确定,将立即通知。有参会投稿和报名研讨班者请尽快与本刊编辑部(E-mail:xxgljs

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