促红细胞生成素保护心肌缺血再灌注损伤的研究进展

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1 促红细胞生成素(EPO)概述

EPO是细胞因子的一种，在骨髓造血微环境下促进红细胞生成，为分子量6万～7万的糖蛋白。临床上主要用于慢性肾衰竭、人类免疫缺陷病毒感染、恶性肿瘤及手术后所导致的贫血的治疗。EPO通过与红系祖细胞的细胞膜上的跨膜受体(erythroietin-recetor，EPOR)结合后调节红系祖细胞的分化与凋亡。EPOR是由507个氨基酸组成的、相对分子量为55 000的跨膜蛋白质。EPOR在除红系祖细胞膜上的其他组织细胞中均有少量表达，如神经元和星形胶质细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞及心肌细胞表面。EPO与EPOR结合相互作用，进而激活磷脂酰肌醇-3-蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/AKT)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)、蛋白酪氨酸激酶2 (janus kinase-2，JAK2)、信号转导和转录激活因子-5(signal transducer and activator of transcription 5，STAT5)等[1-3]发挥抗细胞凋亡、抑制炎症反应及稳定细胞超微结构作用。但近年来研究表明，EPO除具有促红细胞生成的作用外，其对心肌细胞的保护作用成为研究热点。EPO对心肌的保护作用体现在许多方面，包括缩小心肌梗死面积，减轻缺血再灌注损伤时的炎症反应，抑制凋亡，促进新生血管形成等多方面的保护作用，使其具有很好的研究应用前景。

2 心肌缺血再灌注损伤概述

心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI)是在1986年由研究学者首次提出。心肌缺血再灌注损伤是指在心肌梗死(myocardial infarction，MI)后的一个临界时间内使冠状动脉血流再恢复，而再灌注过程中反而导致心肌组织损伤加重甚至坏死的现象[4]。据统计，冠心病是目前临床上心血管科的重点疾病之一，严重威胁着人类的生命健康，有着较高的致残率和死亡率。随着医学知识及医疗技术的不断进步，现对冠心病已有较成熟的治疗方式，如药物溶栓、经皮冠状动脉介入(PCI)治疗及冠状动脉搭桥术(CABG)等。在各种有效血运重建技术下及时恢复冠状动脉血流、减轻心肌缺血导致的心肌损伤及坏死，但仍有部分病人治疗效果不佳。目前心肌缺血再灌注损伤的机制尚不十分清楚，考虑其可能是与心肌细胞凋亡、炎症反应、钙超载、氧自由基的生成及微循环障碍等有关。

3 EPO与心肌缺血再灌注损伤

3.1 EPO与细胞凋亡(apoptosis) 细胞凋亡是心肌细胞损伤的一种表现形式，是由基因控制的细胞自主的有序死亡。在心肌缺血再灌注损伤情况下，有2种细胞死亡形式参与，即细胞凋亡与细胞坏死，且凋亡的细胞会在心肌再灌注时逐渐增加。心肌组织中，Bcl-2家族参与和保护机制已被广泛的研究，且抗凋亡基因Bcl-2和促凋亡基因Bax在再灌注诱导的细胞凋亡中起重要作用[5]。动物实验研究表明，治疗剂量的EPO可通过减少细胞凋亡，促进心脏功能恢复等作用保护心肌缺血再灌注损伤[3]。EPO与EPOR结合激活PI3K-AKT、MARK、STAT5等信号通路，从而有效下调促凋亡蛋白及Caspase酶家族，抑制相关细胞凋亡信号通道的激活，阻断其过程中的下传信息发挥抗细胞凋亡效应。有研究报道，EPO可通过激活PI3K促进磷酸化-AKT蛋白表达，激活AKT抗细胞凋亡信号通路，进而通过减少心肌细胞凋亡及梗死面积发挥有效保护作用[6-7]。同时也有研究证实，EPO可以通过激活PI3K-AKT、ERK1/2信号通路来降低caspase-3和caspase-9活性、减少活性氧的数目来抑制心肌细胞凋亡，且AKT的抑制剂能阻止这一作用[7-9]。Burger等[10]研究表明，EPO可增加缺血再灌注后血液中的一氧化氮(NO)，提高内皮型一氧化氮合酶(eNOS)活性，进而减少心肌细胞凋亡，发挥心肌保护作用。有研究表明，肿瘤坏死因子α(TNF-α)作为炎症因子也可以诱导心肌细胞凋亡并参与心室重构过程，而EPO能抑制心肌缺血再灌注损伤过程中TNF-α的产生从而达到抗细胞凋亡作用[11]。另有研究证实，心肌缺血过程存在自噬(autophagy)，且在缺血过程中通过上调自噬已被证明对心脏是有利的。在缺血过程中，自噬通过降解损伤的、有害的蛋白质和细胞器而减少心肌细胞凋亡的水平发挥保护心脏的作用[12]。但有研究认为，在再灌注阶段，自噬上调加重心肌细胞死亡。郑巧等[13]研究表明，EPO可能通过减少心肌自噬从而减轻心肌缺血再灌注损伤。这将为治疗心肌缺血再灌注损伤提供一个新的治疗靶点。

3.2 EPO与炎症反应 炎症反应作为一个重要环节，参与了心肌缺血再灌注损伤这一过程[14-15]。Ren等[16]通过结扎小鼠左前降支冠状动脉血管30 min、再灌注3 h制造小鼠心肌缺血再灌注损伤模型，从而在血清及心肌组织中检测TNF-α、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)等炎症因子。此外，还检测到EPO对PI3K-AKT通路的效应及使EPOR磷酸化，进而证明了通过在再灌注前24 h给予腹腔注射一定剂量的EPO可显著减少以上炎症因子的释放，减少炎症反应保护心肌缺血再灌注损伤。且证实了EPO抑制炎症反应是通过EPOR激活，随后激活PI3K-ATK信号通路抑制产生和释放炎症调节因子。TNF-α被认为是心肌缺血再灌注损伤中炎症反应的触发点。核转录因子κB(NF-κB)是促炎症反应的中心调节因子，正常情况下，NF-κB与抑制因子IkB结合而呈非活性状态，炎症刺激时可引起相关炎症基因表达，产生TNF、白细胞介素-1(IL-1)、IL-6等炎性因子引起炎症反应。Wu等[17]通过实验研究证明，NF-κB通过介导内质网应激对缺血/再灌注(I/R)造成损伤，且其抑制剂可以减轻这种炎症反应。而另有研究显示，EPO可以对经典炎性因子NF-κB的活性进行调节，并下调TNF-α基因的表达进而起到抗炎症的作用，保护心肌缺血再灌注损伤[18-19]。且有研究还指出，EPO可通过IL-1受体抗体来减轻心肌缺血再灌注损伤[18]，进而为减轻心肌缺血再灌注损伤提供有效的治疗方向。

3.3 EPO与微循环及新生血管形成 微循环包括微动脉、微静脉、毛细淋巴管和组织管道内的体液循环，是循环系统中最基层的结构和功能单位。心肌灌注即冠状动脉微循环灌注，故微循环障碍是参与心肌缺血再灌注损伤的重要部分之一。PCI术及辅助药物使得约95%的心肌梗死病人恢复了正常(TIMI血流3级)的心外膜血流，然而，研究显示有多达40%的病人尽管恢复TIMI血流3级但不恢复微血管和心肌的血流灌注。这就是心导管室的“无复流”或“慢血流”现象。内皮细胞的完整性对于正常的血管功能很重要，并且心肌缺血再灌注损伤与微血管功能障碍是相关的。微血管功能障碍可导致微血管血流减少，从而致使内皮细胞介导产生的血管舒张物质障碍，如NO；并过多产生有效的血管收缩物质，如内皮素(ET)和氧自由基(OFR)。内皮损伤也促进促凝血和促炎性环境引起血小板活化、凝血级联反应、中性粒细胞和黏附分子活化，这些物质被认为参与了心肌损伤。有研究表明，EPO可通过刺激冠状动脉内皮细胞释放NO从而产生保护心肌的作用。血浆中高浓度的EPO可通过调节eNOS的表达，提高NO含量，而NO可扩张冠状动脉血管，改善内皮功能，增加冠状动脉血流，从而保护心肌缺血再灌注损伤[20]。研究表明，EPO可动员骨髓中的内皮祖细胞到外周血及刺激血管内皮生长因子(VEGF)基因表达，促使心肌血管内皮细胞增殖产生新生血管，改善冠状动脉微循环及心肌缺血[21-22]。

3.4 EPO与氧化反应 在心肌缺血再灌注早期，心肌细胞内线粒体活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的大量激活，细胞重新获得供氧，大量注入的血液氧短时间内不能充分利用，作为各种氧化酶的底物产生了有潜在损伤作用的氧自由基，造成细胞急性或慢性损伤。超氧化物歧化酶(SOD)是一种源于生命体的含有金属元素的活性蛋白酶，能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，具有抗氧化功能，是氧自由基的自然天敌，能避免氧自由基在体内过度蓄积，对抗与阻断因氧自由基对细胞造成的损害，及时修复受损细胞，从而保护细胞不受毒性氧自由基的损害。近年来，研究表明心肌缺血再灌注损伤时氧自由基大量产生，而 SOD生成减少，促发心肌细胞凋亡，进而影响心肌细胞的正常功能[11，22]。但是，Wu等[23]研究表明，EPO可通过增加心肌缺血再灌注损伤中SOD的表达，从而减少氧自由基产生，减少细胞凋亡，降低大鼠因心肌缺血再灌注损伤时心脏心电功能紊乱所致的心律失常的发生，对心肌细胞起到保护作用。

4 小 结

冠心病是心脏病的常见类型之一，也是严重危害中老年人身心健康的常见病，积极有效地治疗冠心病可提高病人的生活质量，节约医疗费用。而心肌缺血再灌注损伤所造成的病人预后差是人类面临的一大挑战。EPO除具有传统意义上的促红细胞生成作用外，在心肌细胞中还有着抗细胞凋亡、抑制炎症反应、抗氧化、促进新生血管形成及改善微循环等保护作用，在心肌缺血再灌注损伤中发挥着重要作用。EPO对心血管方面保护作用的发现，为临床心血管病防治提供了新的思路及方法。但EPO以上作用大多是在动物实验中得到验证的，因此，EPO对心肌缺血再灌注损伤的临床保护效果还有待进一步探讨。另EPO在发挥有利作用时，其副作用也是不容忽视的，特别是随着红细胞的生成，红细胞比容增高，血液黏滞度明显升高，从而导致血栓形成。故严格掌握EPO的给药剂量及时间窗也是需要着重解决的问题。