心肌缺血分子信号通路研究进展1

1、心肌缺血分子信号通路研究进展1    摘 要：信号通路在心肌缺血中的作用极其重要，为此，本文总结了近五年有关心肌缺血心脏病的信号通路的作用机制的文献，并加以整理和分析。结果发现，多条分子通路均与心肌缺血有关，包括MAPK 信号通路、JAK/STAT 信号通路、NO-cGMP 通路、PI3K/Akt 信号通路及-肾上腺素通路等等，其中MAPK 通路在心肌缺血发生发展中的作用尤为重要。关键词：心肌缺血再灌注损伤；信号通路；细胞凋亡；MAPK；JAK/STAT中图分类号：R96冠心病是由于冠状动脉功能或器质性病变导致冠状动脉供血和心肌需求之间不平所致的心肌损害

2、，又称为缺血性心脏病。心肌缺血再灌注损伤是其重要的病理过程，在再灌注的过程中会加速细胞的凋亡。最近几年研究报道发现，心肌缺血再灌注损伤过程中心肌细胞与某些非心肌细胞的凋亡与各种心脏病的发生发展密切相关。由于各分子信号通路在心肌缺血发生发展，尤其是细胞凋亡的发生中的重要作用，本文试对抗心肌缺血再灌注损伤时的信号通路做一综述，以期为深入研究心肌缺血分子机制作为基础。1 MAPK 信号通路在心肌缺血再灌注损伤时，涉及的分子通路途径很多，其中以MAPK 通路最为重要。MAPK 是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，它的靶蛋白是丝氨酸或苏氨酸，贯穿于整个细胞的生长，发育，分化和凋亡等一系列生理病理过程。它的激活

3、是在MAPK 的激酶MAPKK作用下完成的，而MAPKK 又是由MAPKKK 激活的，由此构成一个三级级联反应。其中MAPK 的亚家族JNK，p38MAPK 和ERK 在细胞凋亡过程中有重要的作用。其中ERK 被称为胞外信号反应性激酶是对有丝分裂刺激产生的MAPK，它与抑制心肌细胞凋亡有关，而JNK 和p38MAPK 则与细胞凋亡有着密切的联系。1.1 JNK 信号通路和p38MAPK 信号通路JNK 和p38MAPK 是MAPK 应激信号通路。JNK 又被称为应激蛋白激酶，它与应激反应和细胞死亡有关。JNK 细胞凋亡通路的重要激活剂包括TNF-，它在细胞的增殖和凋亡过程中均有重要作用。而p3

4、8MAPK 是1993 年新发现的一类MAPK 通路，也与细胞凋亡有着密切的联系。有相关文献报道大鼠离体心脏缺血预处理时p38MAPK 被磷酸化，其中它的磷酸化程度与蛋白MAPKAP 激酶2 有关，而MAPKAP 激酶2 能够被染料木黄酮和SB-203580所抑制。磷酸化的p38MAPK 又使MAP-MAPK2 活化，进而使热休克蛋白HSP25/27 磷酸化，磷酸化的HSP25/27 能使细胞构型保持完整，从而保护细胞1。Tomohiko Sumida 等研究了p38MAPK 的抑制剂SB203580 在缺血再灌注时的作用。加入SB203580 再灌注10min 后测定HSP-27 的磷酸化程

5、度与再灌注组相比明显降低，而磷酸化的HSP-27 具有保护细胞的作用；而JNK 的抑制剂SP600125 同样作用后HSP-27 的磷酸化程度与SB203580 组相比明显升高。当用SB203580 单独处理时，再灌注5min 时CK 的释放量显著增加（P <0.05）。再灌1本课题受高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20060063002）的资助。-2-注时加入SB203580 作用30min 而不加入JNK 的抑制剂SP600125 时，心肌收缩力会提高但是肌酸激酶的释放量不会增加，梗死面积也不会减小2。A. Lochner 的研究发现p38MAPK在心脏缺血预处理时有保护心

6、脏的作用。研究先在心脏缺血前评价心脏各功能，随后评价心脏局部缺血时的心脏功能，研究发现心肌缺血后冠脉血流量，心输出量，心率和总功明显降低（P <0.001），而经过缺血预处理的组与缺血组相比心输出量和总功明显升高。而Anisomycin（MAPK 激动剂）预处理组与模型组相比梗死面积明显缩小，并且同时加入JNK的抑制剂SP600125 共同预处理时梗死面积也明显缩小3。缺氧时心肌内钙与损伤的发生密切相关。相关文献报道JNK 的活化与线粒体有关，实验中发现复氧时Pyk2 和JNK 的激活会被PKC 抑制剂抑制，而JNK 的激活又需要Pyk2 的磷酸化，并且会受到钙离子螯合剂和钙离子通道阻滞

7、剂的抑制。也就是说Pyk2 和JNK 的激活是依赖于钙离子的。当缺氧复氧时会激活PKC，而PKC 的抑制剂Calphostin C 也会抑制缺氧复氧时Pyk2 和JNK 的活性，但是它不影响Anisomycin 对JNK 的激活作用，而且心肌细胞在有氧环境里Calphostin C 也能激活JNK，这与缺氧复氧时的激活机制不相同4。研究发现钙敏感受体激动剂作用于离体心肌细胞缺血再灌注损伤模型时，心肌细胞活性明显低于对照组（P <0.05）。而SB203580 和SP600125 组能显著抑制钙敏感受体激动剂和缺血再灌注损伤引起的细胞凋亡。通过Western Blot 实验发现在模型组和激

8、动剂组的JNK 磷酸化程度明显高于对照组和SP600125 组（P <0.05），进而说明JNK 的磷酸化是依赖于钙离子的。而p38MAPK 在钙敏感受体激活后磷酸化程度也明显高于对照组和SB203580 组5。一些研究也针对JNK 和p38MAPK 通路来考察药物的作用通路。李健6等用吡格列酮处理大鼠心肌缺血再灌注损伤模型，通过RT-PCR 实验发现模型组的p38MAPK 和JNK 的mRNA 明显高于对照组（P<0.05），而吡格列酮预处理组的p38MAPK 和JNK 的mRNA 与模型组相比明显降低(P<0.05)，说明吡格列酮有延迟保护心肌缺血再灌注损伤的作用，这一作

9、用有可能与p38MAPK 和JNK 降低有关，但是其作用机制并不明确。曹红7等采用大鼠离体心脏Langendorff 灌注模型探讨二氮嗪对缺血再灌注损伤中JNK 的影响。缺血预处理组与二氮嗪预处理组的JNK 的表达明显低于对照组（P <0.05），而缺血预处理组和二氮嗪预处理组的LVDP、+dp/dtmax、-dp/dtmax 的恢复率均显著高于对照组(P <0.05)，说明在缺血预处理组JNK 的降低会改善心功能。1.2 ERK 信号通路细胞外调节蛋白激酶ERK 也是MAPK 的一个亚家族，在哺乳动物体内含有5 种ERK，分别是ERK 1-5，我们最常见的ERK1/2 的蛋白的苏

10、氨酸及相邻的酪氨酸残基均在一个双重特异性模序中由MEK1/2 直接磷酸化。它不仅存在于心肌细胞的生长过程中，还与细胞凋亡有一定联系。ERK1/2 有保护心肌细胞的作用。有文献报道再灌注早期注入异氟醚能够对抗心肌的坏死，而ERK 的抑制剂PD98059 可以消除这种保护作用，从而证实ERK1/2 在心肌缺血再灌注损伤中对心肌细胞起着保护作用8。有研究发现心肌缺血再灌注损伤时ERK 磷酸化表达增加，同时ERK 活性提高，心肌细胞凋亡减少，当阻断ERK 通路时心肌细胞凋亡会增多9。在缺血期和再灌注10min 时会增强ERK 活性，而ERK 的不同亚型有不同的表达，p44ERK 只有在再灌注2h 时的

11、轻馏分中表达活性而p42ERK 在轻馏分和重馏分中均被磷酸化10。郭永强11等经过实验研究发现缺血后处理对心肌细胞有一定的保护作用，而ERK 的抑制剂PD98059 组的血清LDH 和CK-MB 的含量和血清MDA 的含量与缺血后处理组相比有明显的升高趋势（P <0.05），SOD 活性明显降低（P <0.05），说明在一定程度上ERK 的-3-抑制剂与缺血后处理的保护作用相互抵消。在药物的作用通路研究中，刘慧荣12等研究发现贝尼地平能够明显降低心肌细胞凋亡，并且可以减少缺血再灌注损伤时线粒体细胞色素c的释放，运用Western Blot 法检测，当加入贝尼地平时，心肌缺血再灌注损

12、伤组织中的ERK1/2 的磷酸化表达增加，并且用ELISA 法检测发现ERK1/2 的活性也得到提高，但是并不提高Akt，JNK，p38MAPK 的活性。2 JAK/STAT 信号通路JAK 是一类新的，可溶性胞质酪氨酸蛋白激酶家族，它包括四种亚型，即JAK1，JAK2，JAK3 及Tyk2。而JAK 磷酸化后可与一种新的信号转导蛋白STAT 结合，STAT 活化后可由受体解离并通过SH2 形成STAT 二聚体，然后穿过核膜结合到特定的DNA 序列上调节各种基因表达。上述细胞因子的信号传导途径称为JAK/STAT 通路。JAK/STAT 信号通路广泛参与了细胞应激、生长、增殖、分化和凋亡等多种

13、生物学效应，同时这条通路在LPS、TNF- 等炎性因子介导的炎症反应中发挥着重要作用13。有相关文献报道JAK/STAT 信号通路与缺血再灌注损伤有一定关系。其中STAT1 在再灌注5min 时磷酸化表达才开始升高，而STAT3 的磷酸化是在缺血30min 时就开始升高，它们之间的比例可能决定了再灌注损伤的严重程度14。有研究发现心肌组织NF-B 活性和TNF- 含量在缺血再灌注后与对照组比较均有显著性增加(P <0.05)，而在使用JAK 抑制剂AG490 和STAT 抑制剂RMP 处理后再行缺血再灌注，NF-B 活性和TNF- 含量与模型组相比有明显下降(P<0.05)。由此可

14、以抑制JAK/STAT 通路从而降低心肌缺血再灌注时的损伤15。TNF- 和IL-6是心肌缺血再灌注损伤时产生的主要炎症因子，沈城等16研究发现缺血心肌应用JAK 抑制剂AG490 和STAT 抑制剂RMP 处理后再进行再灌注时，TNF- 和IL-6 的含量显著降低（P<0.01）。应当注意的是，STAT 有不同的亚型，不同的亚型发挥着不同的作用。Kyuho Jeong等17发现儿茶酚胺刺激心肌肥厚时，细胞核里的pY705-STAT3 磷酸化表达明显升高，而线粒体上的pS727-STAT3 磷酸化表达明显降低，细胞核内和线粒体中STAT3 活性的表达比例不同对心肌肥厚的保护作用也不相同。3 NO-cGMP 通路NO-cGMP 通路可能与缺血预适应的保护作用相关。NO 能减轻前负荷，增加冠脉侧支血管血流量，抑制血小板黏附，它的有利