线粒体通透性转换孔与心脑血管缺血性疾病关系的研究进展

邢 菁 付 于

(天津中医药大学,天津 300193)

线粒体(mitochondrion)是真核细胞重要的细胞器，具有氧化磷酸化、传递电子、贮存Ca2+、能量代谢、抗活性氧等重要生理作用。线粒体上存在一种线粒体通透性转换孔(MPTP)。MPTP开放导致了线粒体膜通透性转换(MPT)，MPT参与了线粒体在生理及病理条件下对自身功能的调节。

1 MPTP的组成与生理功能

2 引起MPTP开放与关闭的因素

引起MPTP开放的因素主要分为细胞外源性损伤与细胞自身衰老。外源性损伤因素中最主要是细胞缺血再灌注导致的线粒体内Ca2+超载，破坏电子传递链的复合物I，影响ATP的合成，增加细胞毒性自由基的释放，从而激活膜上MPTP的蛋白，改变其构象，开放MPTP。氧化应激过度、pH升高、线粒体Δφm下降、能量衰竭、游离脂肪酸增高以及药物诱导等因素同样可以导致MPTP的开放。细胞自身衰老因素主要是由于线粒体正常呼吸链溢出的ROS对线粒体内外膜的攻击，导致线粒体膜损伤，增加了线粒体对Ca2+的敏感性而引发MPTP开放〔5〕。而引起MPTP闭合的因素主要是环孢素A(CsA)，它是主要的MPTP阻断剂，它与ANT相关，能与亲环素相连。除此之外，Mg2+增加、pH下降、磷酸酯酶抑制剂，辛可卡因、米帕林、钌红等均可阻断MPTP的开放〔6〕。

3 MPTP与心脑血管疾病的关系

3.1缺血后处理对MPTP开合的影响 缺血后处理能减轻缺血再灌注损伤，即缺血后、在经历长时间的再灌注之前进行反复、短暂的缺血再灌注的循环，可以缩小梗死面积，保护血管内皮功能，具有与缺血预处理相同的保护效应，但是缺血后处理的保护机制目前并不是十分明确。MPTP开放导致再灌注的细胞坏死及凋亡，在再灌注损伤过程中起关键作用。Argaud等〔7〕在New Zealand兔心肌缺血再灌注模型研究中发现，心肌缺血后处理可以增加线粒体对Ca2+超载的抵抗能力、延迟Ca2+诱导的MPTP开放而起到心肌保护作用。康少平等〔8〕研究证明，从心肌缺血后处理心肌模型分离得到的线粒体增加了对Ca2+超载的抵抗性，即缺血后处理延迟了Ca2+诱导的MPTP开放，从而减少线粒体细胞色素C释放，缩小心肌梗死面积，对心肌起到保护作用。李富强等〔9〕发现活性氧促发和Ca2+超载是影响MPTP开放关键因素，而脑缺血后处理能抑制Ca2+诱导的MPTP开放，但这种处理方式的保护作用有时间依赖性。

3.2病理因素刺激MPTP开放 很多因素都能引起MPTP的开放，如线粒体内Ca2+超载、氧化应激过度、pH升高、线粒体膜电位下降、能量衰竭、游离脂肪酸增高以及药物诱导等。Freude等〔10〕研究发现心肌缺血再灌注后Caspase-3活性明显增强。MPTP开放后，线粒体内细胞色素C，还有凋亡诱导因子(AIF)会释放出来。细胞色素C与Apaf-1、procaspase-9共同形成“凋亡小体”，激活Caspase-9并触发蛋白分解级联，最终导致凋亡。AIF可直接激活Caspase-3,Caspase反过来又可以促使MPTP的开放。线粒体是氧自由基的主要产生来源，也是氧自由基损伤的主要目标，Kim等〔11〕经过实验证实氧自由基在电子转移链复合物Ⅰ和复合物Ⅲ部位产生。缺血阶段，低水平的氧自由基也能损害电子转移链。心肌缺血再灌注阶段产生大量氧自由基，它们导致心肌的损害的作用主要是由活化MPTP及损伤电子转移链来实现的。而抑制电子转移链，特别是复合物Ⅰ及电子解耦联体被证实能减少缺血再灌注损伤。Ferrer等〔12〕认为MPTP的开放可发生在脑缺血再灌注的各个阶段，但在不同的阶段激发MPTP的因素并不完全相同。缺血期，细胞内Ca2+超载，大量的Ca2+可以直接诱导MPTP开放;再灌注早期，大量的自由基生成调节了MTP；再灌注晚期，主要是Bcl-2家族表达水平或蛋白质结构改变，调节了MPTP的成分如电压依赖性阴离子通道(VDAC)或腺苷酸移位酶(ANT)，进而引起MPTP的改变。苏静等〔13〕通过实验研究发现脑线粒体通透性转换及细胞色素C的水平在脑缺血损伤中均见明显变化。膜受体和内质网通路的信号最终都汇聚在线粒体通路中，都转移到线粒体膜将凋亡信号传递至线粒体，促进细胞色素C释放，从而引起细胞凋亡。脑缺血缺氧可引起神经元坏死或凋亡，现代实验研究认为凋亡的早期信号转导主要通过线粒体途径。脑缺血时，神经元因为活性氧(ROS)大量生成和细胞内Ca2+浓度升高，线粒体膜通透性孔道打开，引起线粒体基质肿胀和外膜破裂，从膜间隙甚至基质释放出许多与凋亡有关的因子至胞浆中，引发级联反应，导致神经元凋亡〔14〕。

3.3保护因子抑制MPTP开放 CsA是主要的MPTP阻断剂，另外蛋白激酶C(PKC)，Mg2+增加、pH下降、磷酸酯酶抑制剂，辛可卡因、米帕林、钌红等均可阻断MPTP的开放。刘勇等〔15〕通过大鼠冠状动脉结扎模型发现采用预处理方式应用免疫抑制剂CsA作为MPTP特异性抑制剂，可以特异性结合在细胞内位于线粒体基质的结合蛋白CyP-D，由Ca2+触发后与ANT结合，抑制MPTP的开放，从而抑制线粒体通透性转换的发生，减轻心脏的再灌注损伤，从而保护心肌。Zatta等〔16〕研究发现PKC在缺血再灌注中对心肌有重要保护作用，研究表明PKC-δ在心肌再灌注开始5 min时快速进入线粒体，导致超氧阴离子产生增多，线粒体功能丧失以及加强了细胞色素C的释放和激活下游促凋亡因子。同时PKC-δ的易位抑制了MPTP的开放对缺血心肌保护效应的启动起到了十分重要的作用。心肌缺血后处理能激活PKC并抑制PKC进入线粒体，抑制MPTP的开放，进而减少心肌梗死面积。于宁等〔17〕使用线粒体肿胀法测定MPTP的开放程度，分别使用线粒体钙单向转运体抑制剂钌红、激动剂精胺和MPYP抑制剂环孢素处理分离的线粒体，观察吸光度的连续变化。结果发现离体大鼠大脑皮层线粒体中，线粒体钙单向转运体可能对MPTP有调控作用，这种调控机制在脑缺血再灌注脑保护过程中发挥作用。

3.4其他 吴盾等〔18〕在实验中发现，与对照组比较，缺血后1 h、3 h、6 h，实验组大鼠缺血后脑梗死缺血半暗带的线粒体内Rhodamine123荧光值(FL1)和反映线粒体内部精细结构和性状的90°侧向角散射值(SSC)下降，反映线粒体肿胀大小的前向散射角值(FSC)增高，均提示MPTP孔过度开放，证明在缺血引起的细胞凋亡机制中，MPTP具有重要作用。

4 小 结

对MPTP的研究发现MPTP的形成与开放受到了诸多因素的调控，另外随着缺血预处理及缺血后处理研究的深入，发现为达到心脑保护作用大都靠抑制MPTP开放，尽管还有许多机制没完全弄清，但现有资料已提供充足证据证实其在缺血性疾病中处于十分重要的地位。因此开发针对MPTP的抑制剂将会成为这一方面药物研究的新方向。

5 参考文献

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