缺血预适应和后适应的触发因子研究进展

1、缺血预适应和后适应的触发因子研究进展        【摘要】     预适应和后适应是心肌保护领域的热点，预适应是在20年前被发现的，由于预适应在实际应用方面存在不足，最近几年人们开始关注后适应的研究。随着对预适应和后适应研究的深入，人们逐渐发现，这两种适应存在许多共同的分子过程，特别是在早期触发分子方面，两者几乎完全一致，本文就心肌缺血预适应和后适应的触发因子做一简单回顾。     【关键词】  缺血；预适应；后适

2、应；触发因子        心肌缺血预适应已有20多年的研究历史，尽管对预适应的详细机制尚未完全明了，但对预适应过程中细胞外信号如何启动心脏保护的信号传导过程，人们已经有了比较清楚的认识1。目前，预适应的强大作用已经逐渐得到公认，但由于心肌缺血一般无法预期，使预适应在临床的实际应用受到一定限制。正是这个原因，心肌缺血后适应引起了人们的关注。2003年，Zhao等2首先提出后适应的概念，在短时间内引起国际上广泛关注。预适应和后适应在分子机制上存在许多类似之处。本文在简单回顾心肌缺血适应研究的基础上，重点介绍两者在触发分子方面的

3、研究结果。1  预适应和后适应    心肌缺血预适应是指心肌短时间反复缺血可缩小随后长时间缺血造成的心肌梗死范围1。大量研究表明，这种预适应是通过细胞外信号启动细胞内几种保护性蛋白激酶发挥作用的。虽然在一些可以预见的心脏手术，如心脏搭桥手术等，这种方法得到一定应用3，但由于大部分自发性心肌缺血具有不可预测性，限制了这种方法在临床上的广泛使用。后适应是指在缺血后再灌注早期阶段进行反复短时间的缺血再灌注处理。研究表明，后适应能产生与预适应同样的效果，后适应效应的发现，为适应方法走向临床提供了可操作性方案。越来越多的研究发现，这两种适应存在类似的细胞内机制。&

4、#160;   研究适应效应的指标很多，一般包括心肌梗死体积、内皮和中性粒细胞活化、细胞凋亡等。研究表明，预适应和后适应均可从这些反应心肌损伤的指标上显示良好的效果。产生这些效果的细胞内分子机制比较复杂。一般认为，线粒体通透性转运孔（MPTP）关闭是适应效应的最后通路。引起MPTP关闭的信号途径包括炎症反应、蛋白激酶、ATP依赖的K+通道（KATP通道)。启动这些信号途径的分子一般称触发因子。目前发现的触发因子包括活性氧（ROS）、炎症因子、肌苷、一氧化氮（NO）和阿片肽4。在这些过程中，触发因子是最早发生变化的，这一领域一直受到广泛的关注，后文就这些触发因子的研究进行总结

5、。2  触发因子2.1  ROS  众所周知，ROS在缺血再灌注损伤中发挥重要的作用，ROS过度增加可破坏蛋白和细胞膜脂质成分。在心脏缺血再灌注早期阶段，内皮、心肌和中性粒细胞会发生持续数分钟的“呼吸爆发”，在这一过程中，这些细胞大量产生ROS。尽管ROS会直接损伤细胞，但适度增加反而具有很多有益作用，特别是ROS能诱导心肌保护效应已经得到广泛认可。    Zhao等2和Kin等5发现，心肌缺血再灌注后，局部心肌和内皮细胞有大量超氧阴离子产生。缺血再灌注ROS的来源可能包括线粒体呼吸链、黄嘌呤氧化酶系统、中性粒细胞NADPH氧化酶系统

6、和非线粒体NADH氧化酶系统。在黄嘌呤氧化酶基因缺失动物和体外灌流心脏仍具有预适应效应，说明黄嘌呤氧化酶系统和中性粒细胞NADPH氧化酶系统不一定是预适应ROS的重要来源。虽然目前关于参与预适应的ROS来源尚不十分明了，但比较一致的看法是，参与预适应的ROS主要来源于线粒体呼吸链。    后适应是否能降低缺血再灌注过程中由呼吸爆发产生的ROS目前尚不清楚。血清丙二醛（MDA）是显示组织ROS升高的重要指标，当心肌发生缺血再灌注时，血清MDA明显升高。后适应后，心肌缺血再灌注后超氧阴离子明显降低，同时血清MDA也明显降低。提示，后适应能抑制缺血再灌注后ROS的升高。

7、采用新生动物心肌体外培养进行低氧后适应研究发现，伴随着超氧阴离子的明显降低，乳酸脱氢酶活性明显降低3。Serviddio等6进行的低氧后适应研究也发现类似的结果。后适应为什么能降低再灌注后ROS的升高，目前尚不明确，有人认为与抗氧化系统功能增强有关。    预适应的研究表明，ROS能介导心肌保护效应7。最近Penna等8对离体心脏的研究结果表明，ROS也是后适应效应的重要介质，后适应前给自由基清除剂能反转后适应效应。但在后适应后给自由基清除剂不能反转后适应效应。该研究结果表明，ROS的作用具有“当时”性，也就是说ROS发挥作用只在适应过程，而非在适应后持续作用。这

8、也是为什么大多数学者把ROS作为适应效应触发因子的重要原因。值得注意的是，目前还没有在体的直接证据证明这一观点。    ROS发挥触发效应的重要途径是线粒体KATP。大量证据表明，线粒体KATP通道的开放是心肌保护的重要条件，是通过释放ROS发挥作用。Krenz等9证明，线粒体KATP通道开放后，K+进入线粒体能引起线粒体释放ROS。而线粒体KATP通道又可以受ROS的反馈调节，线粒体KATP被氧化后失活。ROS发挥触发效应的重要途径可能是通过细胞内几种重要信号分子，已证明PKC、MAPK和PKA参与适应的调节，而这些信号分子都存在氧化还原调节位点，ROS可直接调

9、节这些分子的活性，启动适应效应。2.2  炎症因子 Zhao等5和Halkos等10认为，后适应的效应是通过抑制再灌注损伤时炎症反应实现的。但这种观点受到体外实验结果的质疑，因为体外实验不存在炎症反应的问题，同样能诱导出后适应效应，说明存在不依赖炎症反应的其他途径。2.3  组织因子Sevastos等11推测，凝血酶通过组织因子诱导内皮细胞激活参与缺血再灌注损伤过程。凝血酶能刺激内皮细胞表面表达P-选择素，内皮细胞表面表达P-选择素是中性粒细胞募集的第一步。另外，凝血酶也能通过细胞内钙超载直接诱导细胞死亡。最近有人发现，后适应发挥作用时，缺血局部组织因子蛋白表达和

10、凝血酶活性明显下调，另外后适应心脏的血管内皮细胞上的P-选择素免疫活性明显下降2。这些研究表明，组织因子也可能介导后适应效应。2.4  肌苷 大量文献证明，肌苷可通过受体介导心脏缺血再灌注保护效应。Kin等12推测，后适应时，由于缺血使局部组织肌苷得以保存一段时间，从而产生心肌保护效应；另外，还发现后适应确实能延迟局部组织肌苷的清除，使用肌苷受体阻断剂能明显减弱后适应的心肌保护效应。早期研究发现，肌苷能通过受体抑制内皮细胞激活和中性粒细胞募集。实际上，肌苷不仅是后适应的重要介质，而且可能在远隔后适应中也具有重要作用。远隔后适应是通过远隔组织的缺血处理来降低缺血再灌注组织损伤

11、的。有学者报道13，阻断肾动脉5 min能有效预防心肌缺血再灌注损伤，给予肌苷受体阻断剂也能反转该效应。2.5  阿片肽 阿片肽参与缺血预适应和后适应效应。Iatta等14最近报道，非选择性阿片受体阻断剂纳络酮能反转后适应效应。进一步研究表明，这一效应是通过和受体实现的。PKC的激活和KATP通道的开放可能与阿片受体的作用有关。后适应时阿片肽释放或阿片受体活性是否发生改变，目前尚未见报道。2.6  NO NO在缺血再灌注损伤过程中发挥重要作用，参与多种生化反应。NO可以与超氧阴离子反应，产物是过氧亚硝酸根，具有强氧化作用，可产生细胞毒性。在缺血再灌注早期

12、，估计通过这一反应在激活的内皮细胞内会产生大量过氧亚硝酸根。而正常内皮细胞释放NO是无害的。在再灌注时增加NO可减少中性粒细胞募集、梗死体积和内皮细胞损伤。可能与ROS一样，NO在适应效应方面也有双面性，既有毒性，也有保护作用。另外，NO也能作为细胞内信号分子参与预适应效应。Yang等15首次发现，L-NAME能反转后适应的心肌保护作用，证明NO也参与后适应的心保护效应。NO参与适应效应可能也存在多种途径。例如，NO不仅具有抗炎症作用，而且可能通过信号传导开放KATP通道，关闭MPTP。3  展  望    随着后适应现象的发现和对该现象实质的

13、深入探讨，特别是对这些触发因子认识的提高，非常有希望寻找到有价值的心脏保护分子。尽管预适应和后适应都是在心脏保护方面最先报道的，但许多研究表明，适应现象存在更广泛更普遍的意义，多种器官均具有这样的现象，而且在处理因素方面也存在多样性。由于在心脏保护方面的研究比较系统，这些研究对于其他领域的研究也具有很强的指导意义。    【参考文献】  1Murry CE，Jennings RB，Reimer KAPreconditioning with ischemia：a delay of lethal cell injury in ischemic my

14、ocardiumJCirculation，1986，74（5）：1 124-1 1362Zhao ZQ，Corvera JS， Halkos MEet alInhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion：comparison with ischemic preconditioningJAm J Physiol Heart Circ Physiol，2003，285（2）：579-5883Rezkalla SH, Kloner RA. Preconditioning in humans

15、J. Heart Fail Rev， 2007, 12（3-4）:201-206.4Zhao ZQ, Vinten JJ. Postconditioning: reduction of reperfusion-induced injuryJ. Cardiovasc Res，2006，70（2）: 200-211.5Kin H, Zhao ZQ, Sun HY, et al. Postconditioning attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury by inhibiting events in the early minutes of

16、 reperfusionJ. Cardiovasc Res， 2004， 62（1）:74-85.6Serviddio G, Venosa N, Federici A, et al. Brief hypoxia before normoxic reperfusion （postconditioning） protects the heart against ischemia-reperfusion injury by preventing mitochondria peroxide production and glutathione depletionJ. FASEB J， 2005，19（

17、3）: 354-361.7Halestrap AP, Clarke SJ, Khaliulin I. The role of mitochondria in protection of the heart by preconditioningJ. Biochim Biophys Acta， 2007，1 767（8）:1 007-1 031.8Penna C, Rastaldo R, Mancardi D， et al. Postconditioning induced cardioprotection requires signaling through a redox- sensitive

18、 mechanism, mitochondrial ATP sensitive K+ channel and protein kinase C activationJ. Bas Res Cardiol，2006，101（2）:180-189.9Krenz M, Oldenburg O, Wimpee H, et al. Opening of ATP-sensitive potassium channels causes generation of free radicals in vascular smooth muscle cellsJ. Basic Res Cardiol， 2002，97

19、（5）:365-373.10Halkos ME, Kerendi F, Corvera JS, et al. Cardial protection with postconditioning is not enhanced by ischemic preconditioning. Ann Thorac SurgJ， 2004， 78(3): 961-969.11Sevastos J, Kennedy SE, Davis DR, et al. Tissue factor of deficiency and PAR-1 deficiency are protective against renal

20、 ischenia reperfusion injuryJ. Blood, 2007, 109(2):577-583.12Kin H, Zatta AJ, Lofye MT, et al. Postconditioning reduces infarct size via adenosine receptor activation by endogenous adenosineJ. Cardiovasc Res, 2005， 67（1）: 124-133.13Kerendi F, Kin H, Halkos ME, et al.Remote postconditioning: brief renal ischemia and reperfusion applied be