吸入麻醉药对心肌缺血再灌注损伤保护作用的研究进展

杨 英 杨 俊 杨 简 刘晓雯 王辉波

(三峡大学心血管病研究所 三峡大学第一临床医学院心内科，湖北 宜昌 443003)

吸入麻醉药对心肌缺血再灌注损伤保护作用的研究进展

杨 英 杨 俊 杨 简 刘晓雯 王辉波

(三峡大学心血管病研究所 三峡大学第一临床医学院心内科，湖北 宜昌 443003)

吸入麻醉药；心肌缺血再灌注损伤；自噬；蛋白激酶C

缺血性心脏病(IHD)是当前最常见的慢性非传染性疾病之一。近年来，随着药物溶栓、冠脉介入、冠脉搭桥等再灌注治疗技术的开展，缺血心肌能及时恢复血流，明显降低了IHD的致残致死率。但缺血心肌在恢复血流后可出现组织损伤加重、甚至发生不可逆性损伤，即心肌缺血再灌注损伤(MIRI)，是增加围术期并发症和死亡率的主要原因之一，因此，减少MIRI具有重要的临床意义。

缺血预处理的概念最早于1986年由Murry等〔1〕提出，即在急性缺血前，短暂、多次的缺血/再灌注可激活心、脑、肾等多种器官的内在防御机制，提高其对随后的急性缺血的耐受性。1997年Kersten等〔2〕首次发现缺血前给予短暂的吸入麻醉药也能产生缺血预处理相似的心肌保护作用。缺血前/后给予吸入麻醉药有明显降低心肌梗死面积、减少肌钙蛋白的释放和改善血流动力学等作用。吸入麻醉药预处理是指在缺血前给予短暂的、一次或数次小剂量吸入麻醉药，适用于择期手术前诱导机体预适应；吸入麻醉药后处理是指在再灌注早期给予短暂的、小剂量吸入麻醉药，可作为不可预见事件(如急性心肌梗死)后的挽救措施。吸入麻醉药七氟醚、异氟醚因其具有快速诱导、停药后快速复苏和对呼吸影响小等优点，目前广泛应用于临床麻醉领域。大量离体与在体动物实验表明吸入麻醉药可以通过多条途径发挥心肌保护作用。因此，本文就吸入麻醉药对MIRI的保护作用机制进行相关综述，为吸入麻醉药在IHD中的应用提供理论依据。

1 吸入麻醉药对MIRI的保护作用机制

缺血心肌在恢复血流供应后，激活一系列信号途径出现损伤加重甚至出现心肌细胞坏死、凋亡，而在缺血前/后给予吸入麻醉药，发现吸入麻醉药可通过减少自噬小体的堆积、蛋白激酶(PK)C系统、细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2信号通路减少MIRI，此外，吸入麻醉药还可通过调节炎症反应、NO的生成、活性氧(ROS)的生成等多种途径参与心肌保护作用。

1.1 减少自噬小体的堆积 研究证实，过度自噬在心肌缺血再灌注阶段是有害的，因为实验表明用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤、下调或敲除Beclin-1抑制自噬可降低缺血再灌注后心肌细胞的死亡率〔3，4〕。目前研究证实七氟烷后处理(SPC)可通过抑制自噬的过度激活和恢复自噬流两条途径减少自噬小体堆积。

1.1.1 抑制自噬的过度激活 在适宜条件下，I型PI3K-AKT-mTOR信号通路处于激活状态，而活化的mTOR能抑制诱导细胞自噬的关键信号分子自噬相关基因(Atg)1的表达，从而起到抑制细胞自噬的作用。当缺血缺氧时，I型PI3K-AKT-mTOR信号通路不能被激活，解除Atg1的抑制，自噬被激活。Yu等〔5〕在建立在体大鼠MIRI模型中证明，SPC能使p-AKT、p-mTOR的水平明显升高，说明SPC是通过激活缺血再灌注心肌的Ⅰ型PI3K-AKT-mTOR信号通路抑制自噬发挥其心肌保护作用。此外，在哺乳动物中，Ⅲ型PI3K Vps34的激活及Beclin1/Vps34复合物的形成在自噬的激活中起重要作用，而Bcl2可通过干扰Beclin1/Vps34复合物的形成抑制自噬〔6〕，Yu等〔5〕的研究证实七氟烷后处理可通过上调Bcl2的表达，同时使Ⅲ型PI3K Vps34失活，减少Beclin1/Vps34复合物的形成抑制自噬发挥心肌保护作用。

1.1.2 恢复自噬流 自噬流，即自噬小体的形成到与溶酶体融合降解细胞内物质成分过程，自噬流受损将引起自噬小体在心肌细胞内聚集。Yu等〔5〕在建立在体大鼠MIRI模型中，通过检测自噬流标记物p62、Lamp2发现缺血再灌注心肌自噬流受损，但给予SPC后，缺血再灌注细胞自噬流有所恢复；Zhang等〔7〕在体大鼠MIRI模型中证明，SPC能通过改善溶酶体功能恢复自噬流的完整性，但给予溶酶体功能抑制剂氯喹(CQ)后，SPC的抗MIRI作用消失。因此，SPC对缺血再灌注心肌细胞的保护作用可能与恢复自噬流完整性，减少自噬小体的堆积有关，为研究SPC的心肌保护作用提供了新思路。

然而，目前关于SPC是如何恢复缺血再灌心肌细胞的自噬流以及过多的自噬小体的堆积是通过何种机制损伤心肌细胞的研究甚少，尚需进一步研究。

1.2 激活PKC系统 PKC为Ca2+依赖性的丝氨酸、苏氨酸蛋白激酶，是细胞磷脂酰肌醇信号转导途径的重要组成部分。正常情况下，当心肌细胞受到外界信号刺激后，位于细胞膜上的磷脂酶水解膜磷脂产生的二脂酰甘油(DAG)与胞质中Ca2+协同活化PKC。PKC通过磷酸化位于胞膜和胞质内的底物蛋白而发挥广泛的生理作用，调节心肌细胞的代谢和生理功能。迄今，在哺乳动物组织内已确定有11种PKC亚类，目前研究表明PKC-δ、PKC-ε亚型的激活与抗MIRI有关〔8〕。

1.2.1 促进PKC-δ磷酸化 Inamura等〔8〕在建立的离体豚鼠实验中证明，SPC能使PKC-δ磷酸化水平升高，但给予接受SPC的缺血再灌注心肌细胞抑肽酶后，PKC-δ磷酸化水平降低，且SPC的抗心肌(IR)损伤作用消失；同时，在离体大鼠MIRI模型中证明异氟烷预处理(IPC)也能促进PKC-δ磷酸化，主要与643位丝氨酸残基磷酸化有关，磷酸化的PKC-δ易位至线粒体ATP敏感性钾通道(mitoKATP)，给予PKC-δ特异性抑制剂楸毒素(rottlerin)或mitoKATP通道特异性抑制剂5-羟基癸酸(5-hydroxydecanoate)后，IPC的抗心肌IR损伤作用消失，说明IPC对缺血再灌注心肌细胞的保护作用可能与促进PKC-δ磷酸化和激活下游的mitoKATP有关；此外，还证实IPC可促进PKC易位至细胞核，可能参与基因的表达调控。

1.2.2 促进PKC-ε易位 离体大鼠实验中发现IPC虽然不能明显促进PKC-ε的磷酸化，但可以促进其向肌膜和闰盘易位，Garcia-Dorado等〔9〕发现易位到闰盘和缝隙链接(主要是间隙连接蛋白43)的PKC-ε参与抑制心肌细胞间的相互作用和调节缺血诱导的细胞凋亡。然而，目前关于PKC-ε与肌膜和闰盘间相互作用的确定机制尚不明确。

1.3 激活ERK1/2信号通路 ERK1/2是丝裂原活化蛋白激酶超家族成员，在介导细胞转录、分化、增殖和凋亡中起重要作用。核糖体蛋白S6激酶(p70S6K)是ERK下游靶蛋白，其激活依赖于ERL1/2的磷酸化。ERK1/2 /p-p70S6K通路可以通过调控凋亡蛋白的表达和线粒体膜通透性转换孔(mPTP)开放参与MIRI过程。Xie等〔10〕在离体大鼠模型中证实SPC能使缺血再灌注心肌ERK1/2和p70S6K磷酸化水平升高，但给予ERK抑制剂PD98059后ERK1/2和p70S6K磷酸化水平降低，同时抵消了SPC对缺血再灌注心肌的保护作用，说明SPC可通过激活ERK1/2/p-p70S6K通路发挥心肌保护作用。但目前Li等〔11〕研究表明ERK1/2活化参与钙诱导的上皮细胞凋亡，而当MIRI时，心肌细胞内出现钙超载，而SPC又能促进ERK1/2激活，此时能否诱导心肌细胞凋亡未见报道。

2 结 语

综上所述，吸入麻醉药预/后处理可通过减少自噬小体的堆积、激活PKC系统、激活ERK1/2信号等多条途径发挥抗MIRI作用。实验所用模型为健康雄性成年动物，心肌缺血30 min、再灌注2～3 h。然而，临床病人心肌缺血时间往往超过30 min，再灌注时间为数小时不等，而吸入麻醉药预/后处理对于这类缺血时间和再灌注时间不固定的心肌是否有抗MIRI作用尚不明确。此外，有研究表明吸入麻醉药预/后处理对雌性模型、老龄模型、糖尿病模型、高胆固醇模型的抗MIRI作减弱甚至消失〔12～15〕。然而，老龄、糖尿病、高胆固醇又是IHD的高危因素，往往合并存在，这使得吸入麻醉药预/后处理的抗MIRI作用机制更加复杂化。因此，后期应加强吸入麻醉药对复杂动物模型的作用机制研究，即动物模型应包含高血压、高血糖、高血脂、老龄、吸烟等一个或多个IHD危险因素，为吸入麻醉药在IHD中的应用提供理论依据。

1 Murry CE，Jennings RB，Reimer KA.Preconditioning with ischemia：a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium〔J〕.Circulation，1986；74(5)：1124-36.

2 Kersten JR，Schmeling TJ，Pagel PS，etal.Isoflurane mimics ischemic preconditioning via activation of K(ATP) channels：reduction of myocardial infarct size with an acute memory phase〔J〕.Anesthesiology，1997；87(2)：361-70.

3 Wang CW，Klionsky DJ.The molecular mechanism of autophagy〔J〕.Mol Med，2002；9(3-4)：65-76.

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6 Jaber N，Zong WX.Class Ⅲ PI3K Vps34 plays an essential role in autophagy and in heart and liver function〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2012；109(6)：2003-8.

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10 Xie H，Zhang J，Zhu J，etal.Sevoflurane post-conditioning protects isolated rat hearts against ischemia-reperfusion injury via activation of the ERK1/2 pathway〔J〕.Acta Pharmacol Sin，2014；35(12)：1504-13.

11 Li DW，Liu JP，Mao YW，etal.Calcium-activated RAF/MEK/ERK signaling pathway mediates p53-dependent apoptosis and is abrogated by alpha B-crystallin through inhibition of RAS activation〔J〕.Mol Biol Cell，2005；16(9)：4437-53.

12 Zheng Z，Yang M，Zhang F，etal.Gender-related differenceof sevofluranepostconditioning in isolated rat hearts：focus on phosphatidylinositol-3-kinase/Akt signalling〔J〕.J Surg Res，2011；170(1)：e3-9.

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〔2016-05-04修回〕

(编辑 袁左鸣)

国家自然科学基金(No.81170133，81200088，81470387);湖北省首届医学领军人才基金(鄂卫生计发〔2013〕4 号)；湖北省科技支撑计划(No.2015BKA340)

杨 俊(1962-)，男，教授，主任医师，博士生导师，硕士生导师，主要从事心血管疾病临床及基础研究。

杨 英(1992-)，女，在读硕士，主要从事心血管疾病临床及基础研究。

R541.4

A

1005-9202(2017)08-2055-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.08.104