MitoKATP通道对重症急性胰腺炎心肌的保护机制

田 影，尤胜义

综述

MitoKATP通道对重症急性胰腺炎心肌的保护机制

田 影，尤胜义

重症急性胰腺炎；MitoKATP通道；心肌保护

重症急性胰腺炎(severe acute pancreatitis，SAP)是一种病情凶险、并发症多的急腹症，常并发胰外脏器损害，包括心血管失代偿、急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)、消化道出血、急性肾功能衰竭、胰性脑病，甚至多脏器功能障碍综合症(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)。SAP时的心肌损伤、心功能失代偿，是导致死亡率最高的并发症。近年的研究表明，线粒体是心肌细胞内完成心肌保护的重要细胞器[1-2]。因此，从某种程度上说，保护好心肌缺血中细胞线粒体的功能，就保存了心肌细胞的功能。而线粒体上的ATP敏感性钾通道(mitochondrial KATPchannel,MitoKATP通道)在心肌保护中起着重要作用。

1 概述

线粒体ATP敏感性钾通道最初由Inoue等在大鼠肝细胞线粒体内膜发现，以后研究证实，该通道也存在于骨骼肌、平滑肌、胰腺β细胞和细胞器(线粒体),已被证实与缺血预适应(IPC)、凋亡和线粒体基质肿胀等过程相关。各种药理学相关研究都指出，心肌细胞保护与MitoKATP密切相关。MitoKATP通道具有双重生理作用：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[3]；二是在线粒体氧化磷酸化产生能量的过程中，通过K+的再摄取，可以部分补偿质子泵产生的电荷转移，从而维持跨膜电位差和pH梯度的稳态。MitoKATP通道开放，K+内流，膜去极化，减轻线粒体内Ca2+超载，基质容积增加，后者可增加ATP合成、促进线粒体呼吸[4-5]。生理条件下，该通道基本处于关闭状态．当心肌细胞发生缺血、缺氧时，通道开放。KATP通道的结构较复杂，它是由内向整流钾通道(Kir)和磺酰脲受体(SUR)两个亚基组成，SUR为KATP通道的调节体，调节通道对ATP、其他腺苷及激动剂、拮抗剂的敏感性。Kir亚基有Kit 6.1和Kit 6.2，形成通道的离子孔道。SUR又分为SUR1、SUR2。心肌细胞为SUR2A和Kir 6.2、血管平滑肌为SUR2B和Kir 6.1。

MitoKATP通道开放具有心脏保护作用，MitoKATP是心脏保护的重要靶点。二氮嗪(diazoxide，DZ)是一种苯并噻二嗪类衍生物，近来研究表明，DZ是一种高选择性作用于心肌MitoKATP开放剂，具有抗缺血缺氧损伤的心脏保护作用[6]，为MitoKATP开放剂作为抗心肌缺血药的应用提供理论和实验基础。

2 心肌保护机制

2.1 MitoKATP和心肌的Ca2+超载 近年来的研究发现，线粒体ATP敏感钾通道的开放可能参与了预适应的全过程，即触发、介导及效应阶段[7]。在预适应组，利用mitoKATP特异性阻断剂5-羟基葵酸盐(5-HD)预先阻断钾通道的开放实验中[8]，预适应的保护作用明显减弱，提示mitoKATP的确参与了缺血预适应的保护作用。而mitoKATP参与心肌保护作用的机制，目前研究多认为，mitoKATP的开放使K+内流进入线粒体，降低了跨线粒体膜电位差，膜去极化后减小Ca2+内流动力，抑制了Ca2+内流,从而有效防止线粒体内的钙超载。

SAP早期，低血容量、缺氧、疼痛和应激等，可使心肌β-肾上腺素能神经兴奋性增加；SAP大量渗液进入腹腔后，刺激腹腔神经丛反射性引起包括冠状动脉在内的广泛血管痉挛。这些都导致心肌缺血缺氧。缺血心肌能量代谢发生变化，ATP减少，pH值降低，细胞Na+-H+交换增多，细胞内Na+增加，从而激活细胞膜上Na+-Ca2+交换，细胞内Ca2+升高。另外，由于ATP减少，肌浆网、胞膜钙泵功能障碍，也导致细胞内钙增加，细胞内Ca2+升高可以激活磷脂酶，从而水解膜磷脂导致细胞膜结构受损。MitoKATP的开放可促进K+内流，使膜超极化(-195 mv)，降低膜电位，减少线粒体膜Ca2+通道对Ca2+内流的驱动力，抑制Ca2+内流，减轻钙超载。在大鼠心肌细胞，Holmuhamedov等[9]发现，MitoKATP开放剂二氮嗪和吡那地尔可抑制膜对Ca2+的摄入，同时伴有渗透性转移孔的打开，激活线粒体内的Ca2+释放，减轻线粒体内Ca2+负荷，从而达到心肌保护的作用，且这些作用可被5-羟葵酸（5-hydroxydecanoate，5-HD）阻断[10]。

在观察二氮嗪对大鼠心室肌细胞的瞬间钙转运(Ca2+transients，CaTs)和线粒体内膜电位影响时发现，DZ可以增加CaTs的振幅，5-HD可以取消这一作用，DZ对线粒体膜内电位几乎没有影响。当用药物抑制肌浆网功能后，可以观察到线粒体膜通透性转换孔道的开放。故认为DZ通过开放线粒体膜通透性转换孔道，从而使CaTs增加，这种作用不依赖于线粒体内膜电位的改变而实现[11]。

2.2 MitoKATP和自由基损伤 SAP时产生大量氧自由基，引起瀑布式的自由基连锁反应，并引起细胞损伤。自由基使膜脂质流动性降低，膜通透性增高。线粒体膜通透性增高引起线粒体肿胀，细胞能量代谢障碍，加重细胞损伤，溶酶体膜受损，可以使大量溶酶外漏，加重细胞损伤。Cevher等发现，DZ预处理可以明显减少线粒体活性氧族(ROS)的产生，保持线粒体膜的完整性。MitoKATP通道开放剂可以保护线粒体呼吸链，保持ATP产量稳定，防止细胞色素C从线粒体释放。这些作用可被5-HD阻断。该实验还发现，自由基清除系统SOD、过氧化氢酶可以模拟DZ的保护作用，减少细胞色素C的释放，该作用也可被5-HD拮抗。实验认为，MitoKATP通道在抗自由基方面可能有一个独立的信号传导途径[12],推测由DZ诱导的ROS低水平增多可能是MitoKATP通道参与细胞保护的一个途径。

2.3 MitoKATP与心肌凋亡 目前关于SAP时心肌细胞凋亡的研究不多，陈维等[13]报道，SAP时出现明显心肌损害，心肌细胞凋亡明显增加，且随时间延长，凋亡逐渐加重，凋亡程度与心肌损害程度有明显相关性。近几年，细胞凋亡被证明是缺血心肌损伤的一种重要形式。研究发现，线粒体损伤在缺血引起的心肌细胞凋亡中起着重要作用，线粒体膜功能的破坏是细胞凋亡的共同通路，线粒体膜电位下降和通透性转换孔的开放是心肌细胞凋亡的早期重要特征。ROS过量生成及线粒体内凋亡因子和CytoC释放等一系列细胞学效应激活凋亡基因，启动凋亡偶联反应，发生细胞凋亡。缺血再灌注时线粒体膜电位差(△ψm)丢失是导致细胞凋亡的重要原因[14]。Xu等[15]的研究发现，线粒体转换孔开放，导致线粒体跨膜电位(△ψm)下降。△ψm下降是细胞凋亡的早期表现，一旦线粒体△ψm耗损，细胞就会进入不可逆凋亡过程。同时线粒体内细胞色素C外溢，释放到细胞浆的细胞色素C能与凋亡相关因子1(Apaf-1)结合，使其形成多聚体，并促使caspase-9与其形成凋亡小体，caspase-9被激活，再激活其他的caspase如caspase-3等，从而诱导细胞凋亡。MitoKATP通道开放剂还可以抑制caspase-3的活化，从而达到抗凋亡的目的。应用MitoKATP开放剂DZ，可以稳定△ψm和减少细胞色素C外溢，明显抑制凋亡。McCully等[16]在对猪体外循环时给予含DZ的停跳液，发现相对于普通停跳液，DZ组可以明显降低心肌的凋亡指数，降低caspase-3及bax蛋白水平。而bax为一种促凋亡蛋白，DZ通过降低bax来达到抗凋亡的目的，表明MitoKATP通道的开放可以抗凋亡。范莹等[17]在心脏保存液中添加DZ，可明显抑制促凋亡蛋白Fas／FasL的表达和心肌细胞凋亡的发生。

3 展望

心肌保护一直是心血管领域的研究热点，用DZ选择性激活MitoKATP通道，可以达到保护心肌细胞的作用，可以减少心肌凋亡，MitoKATP逐渐成为药物治疗和预防心肌缺血损伤的重要靶点。但其相关的信号通道及调控机制仍未明，而在抗凋亡方面则刚刚开始。MitoKATP通道在缺血再灌注心肌保护中的研究较多，而作为SAP心肌保护靶点的研究甚少报道，探索SAP是否可以通过药物的手段激活该内源性保护信号而达到心肌保护的目的，给SAP心肌保护的研究带来了新的希望。

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（收稿：2009-10-08）

（责任编辑 瞿 全 崔乃强）

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