中医药对缺血再灌注线粒体损伤的保护作用

2011-02-11陈瑞娟审校芮庆林

中国中医急症 2011年9期

陈瑞娟审校芮庆林

南京中医药大学附属医院（江苏南京210029）

机体组织器官正常代谢、功能的维持，有赖于良好的血液循环。各种原因造成的局部组织器官的缺血，常常使组织细胞发生缺血性损伤。但在动物试验和临床观察中也发现，在一定条件下恢复血液再灌注后，部分动物或患者细胞功能代谢障碍及结构破坏不但未减轻反而加重，因而将这种血液再灌注后缺血性损伤进一步加重的现象称为缺血再灌注损伤。凡能使组织或器官缺血后血流重新恢复的因素皆可成为再灌注损伤的原因，常见的有心脏停搏后心肺复苏、休克纠正、心脑卒中后血运重建和组织器官移植术后复流等。

线粒体是存在于大多数真核生物细胞中的细胞器，为细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所，有细胞 “动力工厂”之称。作为细胞内主要的能量形成所在，线粒体不论在生理上或病理上都具有十分重要的意义。近年来，诸多研究显示线粒体的结构和功能受损是缺血再灌注细胞损伤的重要机制，线粒体保护途径已成为预防缺血再灌注损伤新的研究热点。国内学者对中医药对缺血再灌注损伤线粒体的保护作用方面进行了大量积极的探索，本文就相关研究进行综述。

1 缺血再灌注线粒体损伤的机制

1.1 自由基生成增多自由基是指电子轨道上有不配对电子的原子、分子或基因，包括氧自由基（OFR）系列［超氧阴离子（O2-）、羟自由基（·OH）、过羟自由基等］和脂质自由基系列（烷自由基、烷基自由基、脂质过氧化物自由基等）。自由基通过多种机制参与细胞损伤过程，包括（1）引起脂质、蛋白质和核酸的过氧化，使膜结构遭到破坏、蛋白降解、核酸主链断裂；（2）促使花生四烯酸单向转化为血栓烷A2，诱导缺血区血管痉挛、血管内血小板聚集，使梗死范围扩大；（3）损伤内皮细胞，引起组织的微循环障碍；（4）通过刺激细胞因子和黏附分子的表达，介导炎症和免疫反应，加重组织损伤。缺血缺氧导致线粒体结构功能受损，氧利用障碍可产生过量的自由基，造成细胞损害。受损线粒体同样难以充分利用再灌注带来的氧生产ATP，多余的氧会被转化成为更多的自由基加重细胞损害。此外，自由基还会直接损伤线粒体，包括对线粒体DNA、呼吸链和膜的脂质过氧化。围绕线粒体途径的自由基恶性循环是缺血再灌注损伤的重要原因。

1.2 钙超载细胞内钙作为第2信使、代谢调节因子和膜稳定剂在细胞正常机能活动中起重要作用，亦可介导多种病理情况下的细胞死亡。生理情况下，钙在细胞内外存在很大的浓度差，这依赖于细胞膜正常通透性及胞浆钙离子外排机制来维持，后一过程需消耗能量。缺血缺氧时主要由于ATP供应不足、N-甲基-D-门冬氨酸（NMDA）受体过度兴奋介导与其偶联的钙通道开放、膜通透性增大及封阻机制障碍而致细胞外钙内流增加、胞浆钙外排障碍，造成细胞内Ca2+浓度增高。细胞内Ca2+超载，一方面使血管收缩、加重缺血缺氧；同时引起细胞代谢、结构与功能多方面的异常改变，从而导致细胞死亡。线粒体被认为是细胞内最大的钙池之一，可以有效地缓冲细胞内钙离子浓度变化。缺血再灌注后，细胞外Ca2+进入胞浆，线粒体能从胞浆摄取大量Ca2+使得胞浆钙超载缓解，但线粒体内钙离子的过度聚积使膜通透性转运孔开放，引起线粒体功能障碍和启动细胞死亡事件相关蛋白释放。线粒体受损可导致钙超载而后者又进一步加重线粒体受损，所以保护线粒体途径被视为阻断此不良循环的关键。

如上所述，缺血时线粒体氧化磷酸化不能有效进行，ATP生成减少而水解增多，细胞由于能量不足发生功能障碍，随着缺血时间延长，线粒体功能和结构受损，ATP耗竭细胞功能进一步损害。再灌注时线粒体产生大量自由基，同时线粒体钙转运紊乱，发生永久性通透性改变，胞浆钙急剧升高，在 Bcl-2家族、半胱天冬酶、细胞色素C等凋亡相关因子的作用下，导致细胞凋亡发生。线粒体受损致ATP生成障碍是缺血再灌注损伤始动和加重的核心环节，故寻找线粒体保护药物对于缺血再灌注损伤的早期干预保护意义重大。

2 中医药在缺血再灌注线粒体损伤中的保护作用

2.1 单味中药提取物（1）川芎嗪。川芎嗪可保护缺血再灌注后线粒体功能，机制包括提高大鼠脑缺血再灌注损伤时脑组织线粒体膜脂流动性，可显著提高脑缺血再灌注大鼠脑组织线粒体膜脂质堆积密度；减少心肌细胞ATP的分解及增加ATP的生成而延缓ATP的衰竭，加强心肌细胞能量的储备以及恢复线粒体的呼吸功能，部分减轻缺血再灌注时的线粒体损害；减少自由基生成和钙超载的程度［1-2］。（2）黄芪。研究表明黄芪预处理组、超氧化物歧化酶（SOD）活性明显高于心肌缺血再灌注组，而Ca2+浓度、丙二醛（MDA）含量则低于心肌缺血再灌注组，黄芪预处理组同心肌缺血再灌注组和线粒体ATP敏感性钾通道特异性阻滞剂5-羟葵酸加黄芪预处理组相比较，线粒体超微结构损伤明显减轻，提示黄芪可降低线粒体氧自由基水平、减轻线粒体钙超载，从而改善缺血再灌注心肌的线粒体结构及功能，发挥心肌保护作用，且其很可能通过线粒体ATP敏感性钾通道发挥作用［3］。（3）葛根素。葛根素可使脑缺血再灌注后大鼠脑线粒体内游离 Ca2+、MDA 含量明显下降，SOD、Na+/K+-ATP 酶、Ca2+-ATP 酶活性明显升高，证明其可抑制线粒体氧自由基的产生，并且增强对脂质过氧化物的清除，恢复ATPase活性，对脑缺血再灌注线粒体损伤有保护作用［4］。此外，葛根素预处理可明显减轻大鼠心肌缺血再灌注损伤，其心肌保护效应可能部分通过开放线粒体ATP 敏感性钾通道（mito K-ATP ）的途径产生［5］。（4）三七总皂苷。研究显示三七总皂苷在大鼠肝脏缺血再灌注早期主要通过直接清除自由基及提高线粒体SOD活力而减轻和预防大鼠IR肝细胞线粒体的损伤［6］。三七总皂苷能抑制脑缺血再灌注引起的海马区细胞内Ca2+浓度升高，抑制线粒体跨膜电位下降，保护海马区细胞线粒体功能，这可能是其抗脑缺血再灌注损伤作用机制之一［7］。在肾缺血再灌注损伤中，三七总皂苷能直接清除自由基，提高琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶活性，升高血清降钙素基因相关肽水平，降低钙超载，从而减轻线粒体损伤，缓解缺血再灌注损伤［8］。（5）银杏叶提取物。形态学观察显示银杏叶提取物可减轻缺血再灌注小鼠海马神经元的损伤，这可能与其抑制谷胱甘肽过氧化物酶活性抗氧化的作用和升高线粒体膜蛋白结合Ca2+减轻细胞内钙超载有关［9］。银杏内酯能够改善大鼠缺血再灌注引起的脑功能和组织损伤，但此作用可被预先给予的线粒体mito K－ATP阻滞剂5－羟基癸酸减弱，银杏内酯抗脑缺血再灌注损伤作用与mito K－ATP开放有关［10］。（6）苍术。研究显示关苍术乙酸乙酯提取物通过增加心肌组织中谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）酶的活力，降低Mit-Ca2+的含量，增加心肌细胞膜Na+-K+-ATP酶、Mg2+-ATP酶的活力，来发挥对大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用［11］。（7）水芹。水芹为伞形科植物，全草性味甘辛，凉，功能清热利水。在心肌缺血再灌注时，水芹提取物能够增加心肌组织GSH-Px活力；降低心肌线粒体Ca2+的含量；增加心肌细胞膜Na+-K+-ATP酶和Mg2+-ATP酶活力，考虑保护心肌缺血再灌注损伤心肌的主要机制之一［12］。

2.2 中药复方（1）补阳还五汤。本方出自清代王清任著《医林改错》，由黄芪、赤芍、川芎、当归、地龙、桃仁、红花组成。方中重用黄芪补气，与活血化瘀药配伍，功在益气活血，主治气虚血瘀之中风。现代研究证实补阳还五汤可使大鼠脑缺血再灌注损伤的线粒体肿胀减轻，梗死面积减少，其作用可能是通过上调Bcl-2/Bax比值，抑制线粒体通透性转变，减少细胞凋亡实现的［13］。（2）四逆汤。四逆汤是汉代张仲景在《伤寒杂病论》中所载主治少阴病的经典名方，由附子、干姜、甘草组成，具有温中祛寒、回阳救逆之功效。研究显示四逆汤对心脏缺血再灌注具有较好的清除脂质过氧化物，增加血循环中NO水平，全面保护心脏的作用［14］。进一步深入研究表明四逆汤通过防治线粒体的氧化损伤，保护线粒体膜稳定性，进而防治整个心肌组织发生氧化损伤，起到保护心肌的作用，其机制为增强线粒体SODmRNA的表达［15］。（3）益心康胶囊。由丹参、川芎、黄芪等组成的益心康胶囊预先灌注给药可明显减轻心肌脂质过氧化程度，抑制磷脂酶A2活性，抑制线粒体磷脂降解和游离脂肪酸生成，改善线粒体膜脂流动性。对呼吸功能及Ca2+-ATP酶活性也具有明显的保护作用［16］。研究还发现，益心康含药血清对氧应激致大鼠心肌线粒体呼吸链酶损伤及心肌线粒体H+－ATP酶活性损伤也有保护作用［17-18］。

2.3 针灸针刺治疗中风在我国已有数千年的临床验证，早在《黄帝内经》中已有记载。由于时间治疗窗的提出，针刺疗法已经从对缺血性中风后遗症和恢复期的治疗转到了对其急性期的治疗研究。张莉［19］发现在脑缺血再灌注时自由基产生增加，自由基清除系统的功能低下导致脂质过氧化作用增强。自由基可以过度消耗抗氧化酶谷胱甘肽，并生成大量的脂质过氧化物代谢终产物MDA，介导神经元不可逆损伤。在大鼠脑缺血再灌注后的6、24、48、72h不用时间点内，脑组织的 MDA含量明显增加，24h以后升高明显；GSH的活性显著下降，在脑缺血再灌注6h时最低。针刺有助于降低MDA水平和提高 GSH活性，尤其对再灌注较长时相组作用明显。针刺可以降低MDA水平和提高GSH活性，因而说明抑制自由基生成、整合内源性抗氧化系统，促进自由基清除、抗脂质过氧化。