心肌缺血再灌注损伤机制及治疗研究进展

陈 辉，郑 敏，叶华山

(湖北科技学院，湖北 咸宁 437100)

再灌注治疗为急性心肌梗死的治疗提供了高效的治疗方式。但心肌缺血再灌注减少急性心肌梗死面积的同时由于冠状动脉的骤然开通与血流恢复，引起血管内皮细胞功能异常、激活炎症因子等，导致再灌注损伤［1］。由于心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)极高的发病率以及致死率，其损伤机制及治疗成为研究者关注的焦点。本文就目前国内外对于MIRI 的主要发生机制以及针对每一种损伤机制提出的最新治疗方法做一综述。

1 MIRI 机制

1960 年，Jennings 等［2］利用犬科动物的心脏进行冠状动脉结扎实验，首次发现心肌缺血再灌注后加重了心肌坏死。1985 年，由Braunwald 等［3］人首次提出了“MIRI”的概念，对于其损伤机制，目前已获得普遍认可的原因具有以下几方面。

1.1 自由基损伤机制组织细胞在缺血时，机体内完整的抗氧化防御系统功能降低或者丧失，生成大量的氧自由基，一旦再灌注恢复供血和供氧，氧自由基大量累积，活性氧对细胞内DNA，蛋白质、脂肪有直接的损伤，除了激活氧化通路外，这种非特定的损伤会激发细胞因子介导的级联反应，导致肿瘤坏死因子ɑ(TNFɑ)的产生。过多的TNFɑ 表达以及心肌细胞TNF受体累积将导致心肌收缩性功能障碍，心肌肥厚、纤维化以及细胞凋亡，从而造成心肌细胞急性或者慢性损伤［4］。

1.2 细胞内钙超载和线粒体损伤 目前一般认为MIRI 细胞内钙超载形成机制极为复杂，主要与心肌细胞膜通透性增加引起大量胞外钙顺浓度梯度内流(心肌细胞膜钙漏)、肌浆网钙泵摄钙功能障碍致胞内钙离子回流钙库受阻、胞内H+浓度骤增激活Na+/H+交换使大量Na+内流进而激活Na+/Ca2+交换导致钙内流增加等因素有关。有研究者认为钙超载对心肌的损害主要来自于线粒体功能的障碍，Ca2+可在线粒体内形成磷酸钙盐沉积破坏线粒体结构和功能，干扰线粒体氧化磷酸化，使能量代谢障碍，ATP 生成减少并引起Ca2+依赖性的线粒体渗透性转运孔道(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)持久性改变［5］。

1.3 能量代谢障碍 心肌缺血时，心肌细胞由有氧代谢转为无氧代谢，ATP 产量减少。由于ATP 是细胞代谢能量的直接来源，心肌细胞长期处于缺血缺氧状态，ATP 不足将导致细胞凋亡，从而引起一系列代谢异常和紊乱。在上述自由基损伤、线粒体钙超载两种病理过程中，能量代谢障碍可能是再灌注损伤发生的导火索［6］。

1.4 炎症反应 再灌注损伤诱导的心功能障碍中中性粒细胞具有举足轻重的地位。正常情况下，其处于静止状态，缺血时，中性粒细胞被激活，致使20 多种蛋白水解酶以及氧自由基的释放，进入心肌缺血区，产生炎症反应并引起心肌组织损伤［7］。临床上，C 反应蛋白(C-reactive protein，CRP)常作为炎症反应的代表指征，刘玲玲等［8］在研究中推测，肿瘤坏死因子受体超家族成员CD137 与其配体相互作用可促进中性粒细胞被激活、黏附并穿越血管壁，进入心肌缺血区，产生炎症反应并引起心肌组织损伤。附着于血管内皮细胞的中性粒细胞可促进中性粒细胞及血小板释放化学趋化介质和血小板激活因子等，最终造成毛细管机械堵塞，并通过释放损伤性介质直接扩散而致心肌细胞损伤。

1.5 血管内皮细胞功能障碍 心肌缺血再灌注时，内皮细胞产生大量的活性氧从而引起心肌的损伤。除此，再灌注期血管内皮细胞分泌的内皮源性舒张因子(主要是一氧化氮)障碍，而分泌血管收缩物质增加，导致冠脉血管收缩、血小板聚集，加重心肌缺血和损伤［9］。

1.6 心肌细胞凋亡 心肌细胞凋亡是导致缺血再灌注组织损伤的重要机制。细胞凋亡发生在心肌持续缺血以及缺血后再灌注的情况下，再灌注后心肌细胞凋亡增加，而且随缺血以及再灌注时间延长凋亡细胞显著增多，其可能机制为增加了细胞内活性氧以及Ca2+水平，从而促进细胞凋亡［10］。

2 MIRI 治疗方法

2.1 清除心肌细胞氧自由基 心肌缺血再灌注过程中，缺血区产生大量的氧自由基，是目前比较认可的导致再灌注损伤的机制之一，因此针对清除缺血区产生的氧自由基为再灌注损伤治疗提供了可行的思路。Zhao 等［11］研究了中药四逆汤对小鼠再灌注损伤的保护作用，结果发现四逆汤能够明显增强心肌组织和线粒体内超氧化物歧化酶(SOD)的活性，减轻再灌注损伤。Liu 等［12］采用SD 大鼠再灌注损伤模型，发现槲皮素可显著抑制丙二醛(MDA)、提高谷胱甘肽、SOD、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶的活性，从而抑制心肌细胞的氧化应激反应达到保护心脏的作用。Braunersreuther 等［13］通过小鼠MIRI 模型，研究了各种NADPH 氧化酶亚型(Nox1 基因、Nox2 基因、Nox4 基因)在MIRI 病理生理中的作用。研究结果显示，在缺乏Nox1、Nox2、以及Nox1/Nox2双基因的小鼠模型中心肌梗死面积显著减少，由此说明再灌注期间Nox1、Nox2 基因会介导氧化损伤。所以，Nox1、Nox2 可作为药物靶点用于减轻MIRI。

2.2 减轻线粒体损伤和细胞内钙超载

2.2.1 阻止细胞内钙超载 细胞膜内Na+/H+交换(NHE1)在心脏衰竭以及心脏保护方面具有重要的作用。Wakabayashi 等［14］通过研究NHE1 与其上下游导致心肌肥厚的靶标蛋白的关系，发现激活NHE1、通过改变Na+浓度以及pH 梯度可改变Ca2+依赖性的信号通路。由此可看出，对NHE1 和靶标分子之间的定向干预，可能减少细胞内Na+/Ca2+的交换，对MIRI提出了一种新的治疗策略，并且这种机制不会抑制细胞内基本离子的交换活性，不影响离子生理稳态的维持。Fauconnier 等［15］提出了以2型Ryanodine 受体(RyR 受体)作为MIRI 治疗的新靶标。RyR 受体能够迅速将Ca2+从心肌肌浆网(SR)中释放出来，从而发挥一系列生理功能，且对维持细胞内钙水平具有重要作用。在急性缺血时，RyR 受体的结构和功能受到导致严重受损，导致舒张期的Ca2+泄露。使用RyR 受体阻滞药可防止大量Ca2+从心肌肌浆网中释放。同时，在缺血再灌注过程中减少RyR 受体依赖性的心肌肌浆网Ca2+的泄露是缺血再灌注损伤的防治靶点。在这种情况下，使用特定的RyR 受体变构调节剂可以降低舒张期Ca2+的渗漏而不改变兴奋收缩偶联。

2.2.2 抑制mPTP 开放 再灌注期间，细胞的存活大多由线粒体膜透化程度决定。线粒体膜通透性轻度改变，细胞可恢复正常;中度透化会引起细胞程序性死亡;重度透化，细胞将会由于能量供应不足而坏死。mPTP 抑制剂环孢霉素A(CsA)，能够抑制mPTP 的开放并有效的减弱MIRI。Huang 等［16］通过研究不同剂量的环孢素霉A 在缺血再灌注损伤的大鼠模型体内的剂量-效应关系，以确定最佳的剂量(2.5mg/kg)来减少MIRI。刘春伟等［17］通过观察阿托伐他汀(ATV)后处理对离体大鼠MIRI 的作用发现，阿伐他汀后处理可通过激活PI3K-Akt 通路，促进mito-KATP 通道开放，最终抑制mPTP开放，产生心肌保护作用，其中mPTP 是终末效应器，而PI3K-Akt 通路及mito-KATP 通道是其上游调节途径。因此，抑制mPTP 开放作为可望成为预防MIRI 损伤的新靶点。

2.3 调节细胞内能量代谢机制 磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是一种重要的协调代谢和能量需要的应激蛋白激酶，特别是在能量供应不足时维持机体代谢平衡。研究表明，腺苷酸蛋白激酶(AMPK)在抵制MIRI 中具有保护心脏的作用。Jooyeon 等［18］通过采用敲除Cereblon(CRBN)基因的小鼠模型，测定小鼠心肌梗死面积以及纤维化程度，来评价切除CRBN 基因对MIRI 的心脏保护作用。研究发现CRBN 是AMPK 的内源性调节剂，切除CRBN 在提高AMPK 活性的同时减少对心肌缺血再灌注的损伤。因此，抑制CRBN 活性或者干扰CRBN-AMPK 间的相关关系为缺血再灌注损伤提供了可能的保护机制。Yoshioka 等［19］采用离体大鼠MIRI 模型，通过对敲除硫氧还蛋白-相互作用蛋白(TXNIP)基因的多重分析，发现虽然TXNIP 基因的消除抑制了线粒体的功能，但是由于其增强了无氧代谢，又为机体活动提供了另一种能量来源，致使抑制TXNIP 基因可以降低缺血再灌注后心肌梗塞面积达到保护心脏的作用。

2.4 抗炎症反应

2.4.1 抑制中性粒细胞活性机制 中性粒细胞被证实参与再灌注损伤的始发机制。多形核中性白细胞在IR 引起的心功能障碍中起关键作用，包括引起氧自由基产生炎性产物释放、蛋白激酶脱颗粒与释放、炎性产物释放进而增强大量中性粒细胞募集并激活进入受损心肌组织中［20］，因而抑制中性粒细胞浸润为再灌注损伤提供了另一种治疗方法。补体系统激活是MIRI 重要机制之一，抑制补体系统活性是缺血再灌注损伤治疗方法之一，而Lu 等［20］发现采用补体C1 抑制剂防治MIRI 效应不仅只是源于补体系统的抑制，同时与其抑制中性白细胞募集到缺血组织有关，该效应并非由于蛋白激酶的抑制所致。

2.4.2 抑制NF-κB 及促炎性细胞因子的释放MIRI 细胞内Ca2+浓度的增加以及焦磷酸钙复合物、尿酸的形成是导致炎症的强效刺激物，能够介导白细胞介素-1(IL-1)β 生成和分泌的增加。另外，TOLL 样受体累积最终更进一步通过激活NF-κB 刺激促炎性细胞因子和趋化因子的累积。Ding 等［21］研究了Toll 样受体4(TLR4)及其配位体高迁移率族蛋白B1(HMGB1)在MIRI 中的作用机制，结果发现HMGB1-TLR4 轴在MIRI 细胞凋亡的触发中起关键性病理作用，其机制主要是由于HMGB1/TLR4 相关通路引起的细胞因子释放和炎性反应所致。Liang 等［22］研究发现，17-甲氧基-7-羟基-苯并呋喃查尔酮(MHBFC)预处理可有效降低MIRI 大鼠梗死面积、MDA、IL-1β 和IL-6 水平、NF-κBp65 及caspase-3 表达、细胞粘附分子水平;并可有效提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，白细胞介素-10 的释放等。以上均提示抑制HMGB1/TLR4 的活性、减少促炎性细胞因子的释放可望成为一种MIRI的新治疗方法。

2.5 改善血管内皮细胞代谢机制 调节内皮舒张因子(NO)表达，改善血管内皮细胞代谢促进心肌梗死区新血管的生成可有效防治MIRI。适量的NO 在MIRI 中具有很重要心肌细胞保护作用的，但是过量的NO 会与氧反应产生氧自由基，造成心肌细胞损伤。Zander S 等［23］通过分析血细胞中一氧化氮合酶在小鼠心肌损伤再灌注模型中的表达发现，一氧化氮合酶在MIRI 急性模型中具有减少心肌梗死面积，保护心血管功能，提高NO 生物利用度的作用。间充质干细胞(MSC-CM)能够增加缺血再灌注后心肌细胞的存活率，而且MSC-CM 促进心肌梗死区新血管的生成［24］。褪黑素具明显的拮抗血管内皮细胞氧化应激损伤而产生MIRI 的保护作用［25］。

2.6 抑制心肌细胞凋亡 研究［26］表明，冠心舒通胶囊可通过抗氧化以及抗细胞凋亡机制来减弱MIRI。Xu 等［27］报道了木犀草素在MIRI中通过抗细胞凋亡对心脏的保护发挥重要作用。Miyazaki 等［28］研究发现CHOP(C/EBP 同源蛋白)介导的信号通路加剧了MIRI 过程诱发细胞凋亡和心肌炎症。

3 总结与展望

上述的诸多方法在动物模型或者体外具有一定的效果，但是只有小部分应用于临床，其效果也需进一步的考证。如何充分有效的利用已知的MIRI 机制来预防和治疗心血管疾病，需要更多的临床实践。在传统方法的基础上，采用基因治疗的方法越来越受到广大科研工作者的重视。

［1］Hausenloy DJ，Yellon DM.Myocardial ischemia-reperfusion injury:a neglected therapeutic target［J］.The Journal of Clinical Investigation，2013，123(1):92

［2］Jennings RB，Sommers HM，Smyth GA，et al.Myocardial necrosis induced by temporary occlusion of a coronary artery in the dog［J］.Arch Pathol，1960，70:68

［3］Braunwald E，Kloner R A.Myocardial reperfusion:a double-edged sword?［J］.Journal of Clinical Investigation，1985，76(5):1713

［4］Eltzschig H K，Eckle T.Ischemia and reperfusion from mechanism to translation［J］.Nature Medicine，2011，17(11):1391

［5］Garcia-Dorado D，Ruiz-Meana M，Inserte J，et al.Calciummediated cell death during myocardial reperfusion［J］.Cardiovascular Research，2012，94(2):168

［6］Frank A，Bonney M，Bonney S，et al.Myocardial ischemia reperfusion injury from basic science to clinical bedside［J］.Seminars in Cardiothoracic and Vascular Anesthesia.SAGE Publications，2012，16(3):123

［7］Schofield Z V，Woodruff T M，Halai R，et al.Neutrophils-a key component of ischemia-reperfusion injury［J］.Shock，2013，40(6):463

［8］刘玲玲，颜永进，潘闽，等.CD137 与心肌缺血-再灌注损伤［J］.南通大学学报(医学版)，2014，(6):70

［9］McDonald B，et al.Intravascular danger signals guide neutrophils to sites of sterile inflammation［J］.Science，2010，330(6002):362

［10］Przyklenk K，Dong Y，Undyala VV，et al.Autophagy as a therapeutic target for ischaemia/reperfusion injury?Concepts，controversies，and challenges［J］.Cardiovascular Research，2012，94(2):197

［11］Zhao DY，Zhao MQ，Wu WK.Study on Activity and mechanism of sini decoction anti-mitochondrial oxidation injury caused by myocardial ischemia/reperfusion［J］.Jorunal of Chinese Medicinal Materials，2008，31(11):1681

［12］Liu H，Guo X，Chu Y，et al.Heart protective effects and mechanism of quercetin preconditioning on anti-myocardial ischemia reperfusion (IR)injuries in rats［J］.Gene，2014，45(1):1

［13］Braunersreuther V，Montecucco F，Ashri M，et al.Role of NADPH oxidase isoforms NOX1，NOX2 and NOX4 in myocardial ischemia/reperfusion injury［J］.Journal of Molecular and Cellular Cardiology，2013，64:99

［14］Wakabayashi S，Hisamitsu T，Nakamura T Y.Regulation of the cardiac Na+/H+exchanger in health and disease［J］.Journal of Molecular and Cellular Cardiology，2013，61:68

［15］Fauconnier J，Roberge S，Saint N，et al.Type 2 ryanodine receptor:a novel therapeutic target in myocardial ischemia/reperfusion［J］.Pharmacology ＆ Therapeutics，2013，138(3):323

［16］Huang K，Lu S J，Zhong JH，et al.Comparative analysis of different cyclosporine A doses on protection after myocardial ischemia/reperfusion injury in rat［J］.Asian Pacific Journal of Tropical Medicine，2014，7(2):144

［17］刘春伟，丛洪良，于雪芳，等.PI3K-Akt、mito-KATP 通道及mPTP 在阿托伐他汀后处理减轻大鼠心肌缺血再灌注损伤中的作用［J］.天津医药，2015，43(1):49

［18］Kim J，Lee KM，Park CS，et al.Ablation of cereblon attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury［J］.Biochemical and Biophysical Research Communications，2014，447(4):649

［19］Yoshioka J，Chutkow WA，Lee S，et al.Deletion of thioredoxin-interacting protein in mice impairs mitochondrial function but protects the myocardium from ischemiareperfusion injury［J］.The Journal of Clinical Investigation，2012，122(1):267

［20］Lu F，Fernandes SM，Davis III AE.The effect of C1 inhibitor on myocardial ischemia and reperfusion injury［J］.Cardiovascular Pathology，2013，22(1):75

［21］Ding HS，Yang J，Chen P，et al.The HMGB1-TLR4 axis contributes to myocardial ischemia/reperfusion injury via regulation of cardiomyocyte apoptosis［J］.Gene，2013，527(1):389

［22］Liang X，Huang J，Lin X，et al.The effect of 17-Methoxyl-7-Hydroxy-Benzene-Furanchalcone on NF-κB and the inflammatory response during myocardial ischemia reperfusion injury in rats［J］.Journal of Cardiovascular pharmacology，2014，63(1):68

［23］Zander S，Van De Sandt A，Cortese-Krott M，et al.Blood cell NOS3 improves cardiac function in an acute murine model of myocardial ischemia/reperfusion［J］.European Heart Journal，2013，34(suppl 1):774

［24］Arslan F，Lai RC，Smeets MB，et al.Mesenchymal stem cell-derived exosomes increase ATP levels，decrease oxidative stress and activate PI3K/Akt pathway to enhance myocardial viability and prevent adverse remodeling after myocardial ischemia/reperfusion injury［J］.Stem Cell Research，2013，10(3):301

［25］于立明，杨阳，刘丽君，等.褪黑素减轻心肌缺血/再灌注损伤的作用及机制［J］.心脏杂志，2015，27(3):255

［26］Cao Y，He X，Lui F，et al.Chinese medicinal formula Guanxin Shutong capsule protects the heart against oxidative stress and apoptosis induced by ischemic myocardial injury in rats［J］.Experimental and Therapeutic Medicine，2014，7(4):1033

［27］Xu T，Li D，Jiang D.Targeting cell signaling and apoptotic pathways by luteolin:cardioprotective role in rat cardiomyocytes following ischemia/reperfusion［J］.Nutrients，2012，4(12):2008

［28］Miyazaki Y，Kaikita K，Endo M，et al.C/EBP homologous protein deficiency attenuates myocardial reperfusion injury by inhibiting myocardial apoptosis and inflammation［J］.Arteriosclerosis，Thrombosis，and vascular Biology，2011，31(5):1124