体外心脏震波治疗缺血性心肌病的研究进展

尚雷雷 王启贤,2 综述 杨萍,2 审校

(1.昆明医科大学，云南 昆明 650500； 2.昆明医科大学第一附属医院心内科，云南 昆明 650032)

1 缺血性心肌病概况

缺血性心肌病属于冠心病的晚期阶段，患者常有冠状动脉多支病变，长期的心肌缺血导致心肌变性坏死、心肌纤维化、心室重构、心脏扩大、心室收缩力及心室顺应性下降导致心功能不全。随着冠心病诊疗水平的提高，药物、急诊溶栓和经皮冠脉介入术等梗死后再灌注治疗的广泛开展使急性心肌梗死(AMI)患者早期存活率明显改善；但这些患者通常存在严重的左心室功能不全,在疾病后期发生缺血性心肌病的病例数增多。据统计，中国及欧美国家心力衰竭死亡患者的主要病种均以缺血性心力衰竭死亡占首位，中国冠心病患者1 100万，每年中国心血管病耗费近3 000亿人民币，2030年可能达1.3万亿人民币[1-2]。体外心脏震波疗法(CSWT)作为一种治疗缺血性心肌病的新方法有广泛的应用前景。

2 CSWT治疗系统的原理

CSWT治疗系统是一种低能、高压强、宽频电磁超声脉冲，可在瞬间产生巨大压力声波，经间质反射后精细聚集，经机载实时超声心动图精确定位心肌缺血靶区，经体表心电图R波触发体外震波在心电活动绝对不应期发放，滴定式释放脉冲声波能量到靶区，体外导入心肌的低能震波在心肌组织细胞内产生机械切应力、空穴效应、超微气流、内向爆炸力，导致组织亚细胞结构改变，上调血管内皮生长因子mRNA及其受体的表达，刺激新生血管形成，提高局部心肌血流和毛细血管密度[3-4]，产生抗炎因子、血管活性物质，从而软化组织、增加渗透、增进血循环，促进治疗靶区的血管生成及侧支循环的建立，有助于增加心肌血液供应，防止心室重构，改善心肌缺血[5]。这可能是CSWT治疗缺血性心脏病的机制(图1)。

图1 CSWT治疗缺血性心肌病可能的作用原理

3 CSWT治疗缺血性心肌病的作用机制

3.1 促进血管再生

血管再生是指机体生长发育过程中或创伤修复、缺血缺氧和炎症等情况下，原有微血管内皮细胞经过生芽、迁移、增殖与基质重构等形成新毛细血管的过程。目前，研究认为内皮型一氧化氮合酶(eNOS)、血管内皮生长因子(VEGF)、基质细胞衍生因子-1(SDF-1)、趋化因子受体4(CXCR4)等是人体最为有效的促血管生成因子。

3.1.1 CSWT对VEGF水平的影响

VEGF是内皮细胞特异性的促有丝分裂原，有促进内皮细胞增生，加速新生血管形成的作用。Cai等[6]入选冠心病患者26例，通过监测CSWT治疗前后VEGF、白介素(IL)-8的变化，CSWT治疗前后VEGF[(20.26±19.85)pg/mL vs(155.19±24.67)pg/mL]、IL-8[(21.81±5.94)pg/mL vs(149.70±44.11)pg/mL]，差异有统计学意义(P<0.05)；在CSWT 3个月后，心功能6分钟步行试验和西雅图心绞痛量表评分结果显著增加(P<0.01)，结果表明CSWT通过促进VEGF和IL-8的分泌来调节血管内皮祖细胞的增殖，从而促进血管的生成，改善难治性缺血性心肌病患者的心功能。Wang等[7]研究发现CSWT促进新血管形成的启动子(VEGF-A，VEGF-B，趋化因子CXCL1、CXCL2、CXCL3)的显著表达和降低细胞凋亡介质(丝裂原活化蛋白激酶-9)的表达。CSWT通过促进新生血管形成和抑制细胞凋亡改善缺血性心力衰竭。

3.1.2 CSWT促进NO生成

NO对血管有很强的扩血管作用，是迄今为止最有力的血管扩张因子。NO在新生血管方面有决定作用，可促进血管再生和抑制炎症因子，参与抑制单核细胞、血小板与血管内皮细胞的黏附、聚集。由eNOS催化生成的NO具有：舒张血管使冠状动脉血流增加；抗氧化使内皮细胞免受自由基的损伤；维持内皮细胞的完整性，减少中性粒细胞的黏附；减少再灌注心肌组织内中性粒细胞浸润，保护心肌组织[8]。eNOS的过表达有促进小鼠急性缺血性心肌损伤的修复作用[9]。华宝桐等[10]探讨CSWT对人心脏微血管eNOS与VEGF表达的影响，通过聚合酶链式反应、蛋白质印迹法检测eNOS与VEGF的表达量。发现对照组与震波组eNOS mRNA 表达[(1.00±0.09)vs(3.99±0.17)]、VEGF mRNA 表达[(1.00±0.11)vs(4.61±0.19)]、eNOS 蛋白表达[(0.50±0.01)vs(0.63±0.02)]、VEGF 蛋白表达[(0.35±0.01)vs(0.43±0.02)],差异均有统计学意义(P<0.05)。CSWT可上调人心脏微血管内皮细胞eNOS和VEGF表达，促进血管生成。

3.2 CSWT抑制氧化应激和炎症的作用

CSWT能有效抑制氧化应激和炎症的研究相对较少，这并不影响这些证据的权威性和对其治疗机制的完善。 Fu等[11]研究体外震波对炎症、细胞凋亡及氧化应激等反应的整体研究。在震波组CXCR4、SDF-1α、血管性血友病因子、IL-8/Gro等抗炎因子及促血管新生因子的mRNA表达明显高于非震波组。免疫荧光染色发现CXCR4、SDF-1α、血管性血友病因子和CD31阳性细胞的表达也高于对照组，eNOS的表达在非震波组显著减低。免疫组织化学染色发现CD40阳性细胞(炎症反应指标)，在非震波组表达显著，这些都为CSWT能有效降低炎症反应提供了依据。Abe等[12]研究低能体外震波是否在猪AMI模型中发挥抗炎作用，通过结扎猪冠状动脉前降支来建立AMI模型。实验分为震波组和对照组，震波组明显抑制中性粒细胞和巨噬细胞的浸润，增加了毛细血管密度[(183±70)/mm2vs(949±247)/mm2，P<0.05]，增强了eNOS的表达，抑制转化生长因子-β1阳性细胞的浸润，从而抑制其介导的心肌纤维化。CSWT上调抗炎细胞因子和下调促炎性细胞因子(IL-12p70、IL-1α、IL-4、IL-6、IL-13、IL-17、γ干扰素)，实验28 d后，震波组与对照组左心室纤维化比例为(12.4±3.9)% vs(18.5±4.7)%，P<0.05，震波组左心室纤维化明显减少，CSWT抑制了左心室的重构，与血管生成和抗炎作用有关，对AMI的治疗开创了一个新方向。

3.3 CSWT抗细胞凋亡的作用

细胞凋亡是细胞死亡的一种重要形式，即程序性死亡，是在基因控制下的有序化的主动死亡过程。Yu等[13]在CSWT通过激活Akt信号通路来减弱H9c2细胞凋亡，通过流式细胞术检测H9c2细胞凋亡率，在缺血缺氧组，选用0.06 mJ/mm2、0.09 mJ/mm2、0.12 mJ/mm2震波给予相应处理，相对于单纯缺血缺氧组，细胞的凋亡明显下降，在0.12 mJ/mm2能量下细胞凋亡率最低。与单纯的缺血缺氧组相比，0.12 mJ/mm2能量震波组凋亡蛋白Bax(属于Bcl-2基因家族蛋白)、Cleaved-Caspase-3(切割后活化半胱氨酸蛋白酶3)蛋白表达水平明显降低，有显著的统计学差异(P<0.001)，抗凋亡蛋白Bcl-2的表达水平明显升高，有统计学差异(P<0.01)。CSWT增加Akt的磷酸化，通过磷酸肌醇3-激酶/丝氨酸-苏氨酸激酶(PI3K/Akt)途径的激活，抑制细胞凋亡。Akt信号通路与细胞生长、增殖和凋亡的抑制密切相关，在维持细胞的生存扮演着重要的角色[14]。目前认为可能的机制(图2)是：磷酸化的Akt可直接磷酸化前凋亡基因Bad和Bax(属于Bcl-2基因家族蛋白)，激活抗凋亡蛋白Bcl-2，可以使半胱氨酸蛋白酶9(Caspase-9)磷酸化而失活，抑制细胞线粒体膜孔道(mPTP)的开放(mPTP是心肌损伤从可逆转变不可逆的关键因素)，抑制其促凋亡作用。磷酸化的Akt通过激活下游的糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)，开放线粒体膜上ATP敏感的钾离子通道(mitoKATP)[15]，或作用内质网Ca2+-ATP酶促进肌质网对Ca2+的摄取，减轻钙诱导的mPTP的开放，或通过作用eNOS或其产物NO，抑制mPTP的开放，防止线粒体释放凋亡因子[16-17]。Li等[18]发现启动细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)通路可有效抑制缺氧复氧诱导的心肌细胞凋亡的发生。ERK1/2信号通路对细胞凋亡的调节非常复杂，作为上游的调控激酶ERK1/2能够激活核因子κB，进而调控心肌抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-xL(属于Bcl-2基因家族蛋白)的表达，同时降低促凋亡蛋白Bad磷酸化，促进Bad、Bax降解；另外，激活的ERK1/2还能抑制线粒体释放细胞色素C触发的Caspase-9级联反应，进一步抑制下游的效应分子。张云鹤[19]发现CSWT可能通过抑制JNK信号通路，从而抑制大鼠AMI后凋亡信号的激活，达到保护心肌的作用。

图2 CSWT抑制细胞凋亡的可能机制

3.4 CSWT促进干细胞增殖和分化的功能

CSWT不仅影响细胞再生，还起到对干细胞潜在的保护和优化作用。Suhr等[20]通过体外震波的预处理，人骨髓间充质干细胞(MSCs)的潜能可能得到优化，体外震波疗法刺激后发现增加了人MSCs的生长速率、增殖和迁移能力，降低了凋亡激活率。Zhai等[21]研究体外震波对股骨头缺血性坏死患者MSCs的影响，发现中度能量的体外震波有助于提高MSCs增殖，诱导MSCs转化为成骨细胞，抑制MSCs分化为脂肪细胞，是治疗股骨头缺血性坏死的有效机制之一。Sheu等[22]研究CSWT和自体MSCs联合疗法(SW-bmdmsc)是否能抑制猪AMI心室重构。通过将小猪平均分为第1组(假对照组)、第2组(AMI)、第3组(AMI-震波)、第4组(AMI-bmdmsc)、第5组(AMI-SW-bmdmsc)组，60 d后，左室射血分数在第1组中最高，第2组最低，第5组显著高于第3组和第4组，第4组显著高于第3组(P<0.001)。VEGF、CXCR4、SDF-1α的蛋白表达水平从第1组到第5组显著增加(P<0.05)。CD31和eNOS的小血管数量和蛋白表达在第5组中最高，在第2组最低，在第4组中明显高于第3组(P<0.001)。SW-bmdmsc联合治疗优于单独治疗，抑制氧化应激，促进血管生成，减少梗死体积，抑制左心室重构，协同干细胞促进心功能改善，促进心肌干细胞的增殖、分化，还可能产生某种对干细胞的预处理作用，使得干细胞的外环境得到优化，协助其功能更容易实现。

3.5 CSWT抑制心室重构

心室重构是指在心功能受损、心腔扩大、心肌肥厚的代偿过程中，心肌细胞、胞外基质、胶原纤维网等均发生相应变化，心室重构是心力衰竭发生、发展的基本病理机制。Lei等[23]探讨体外震波是否改善了心肌纤维化，通过结扎猪冠状动脉前降支建立AMI模型。25头猪被分为3组：AMI+震波组、AMI组和对照组。与AMI组相比，AMI+震波组显著改善心肌纤维化的胶原面积分数[(27.21±8.13)% vs(10.13±4.96)%，P<0.05]和减少纤维细胞CD34/α-肌动蛋白[(35.40±11.72)vs(12.27±7.71)，P<0.05]、CXCR4/α-肌动蛋白[(40.80±8.96)vs(16.54±6.38)，P<0.05]。胶原蛋白面积分数与纤维细胞数呈正相关(r=0.936，P<0.05)。CSWT可减少纤维细胞生成，改善心肌纤维化，抑制心室重构。Yang等[24]通过研究CSWT治疗冠心病的随机双盲对照临床试验，研究共纳入25例冠心病患者，最终发现CSWT可以改善心肌灌注，抑制心室重构。

4 安全性研究

Cassar等[25]研究CSWT对难治性心绞痛患者的安全性和有效性。对所有患者进行了运动跑步机测试和单光子发射型计算机断层成像心肌显像检查，以评估运动能力和缺血性负担。患者接受9次缺血区CSWT治疗。15例有医学顽固性心绞痛患者，从基线(319.8±157.2)s 的运动跑步机时间到CSWT治疗后(422.1±183.3)s，患者的运动耐力明显提升，单光子发射型计算机断层成像灌注评分增加(P<0.01)，在心电图、超声心动图、肌钙蛋白、肌酸激酶或B型利钠肽中都未发现异常变化。CSWT治疗期间的疼痛最小。多中心的可行性研究中，CSWT是难治性心绞痛患者安全有效的治疗方法。Ito等[26]在对迷你猪心脏缺血模型震波治疗的基础研究实验中，未发现CSWT引起心血管事件发生或导致斑块破裂等事件。Myojo等[27]在治疗缺血性心肌病患者的研究中，也未发现震波组患者有突发心血管事件。

5 问题与展望

CSWT作为治疗缺血性心肌病的一种新手段，有其广阔的应用前景。作为一种非侵入性疗法，重复性好，技术上具有可行性，安全性高，可以改善患者心功能，提高患者的活动耐量，减少药物使用量，促进心脏侧支循环形成，改善心肌灌注；但CSWT有适应证和禁忌证[4]，目前研究也存在一些问题，纳入的样本数过少，无法总结不同病情下治疗的能量级别，对于严重缺血性心肌病疗效有限，CSWT应用于心力衰竭治疗缺乏足够的证据。总之，对于晚期缺血性心肌病、弥漫性血管病变、冠状动脉血流、无复流等用传统的医学方法不能治疗的患者，CSWT是一种很好的治疗方法。

[ 参 考 文 献 ]

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