缺血后处理与糖尿病心肌的研究进展

祝红丽，王海英

(1.遵义医学院麻醉医学院，贵州 遵义 563000； 2.遵义医学院附属医院麻醉科，贵州 遵义 563000)

糖尿病是一种全球流行病，近年来糖尿病患者的数量急剧上升，其中2型糖尿病约占90%[1]。糖尿病是以高血糖和内源性胰岛素分泌不足或抵抗为特点的代谢性疾病。糖尿病是心血管疾病的独立危险因素，常伴随冠状动脉微血管病变，可导致心肌供血不足，使心肌更容易发生缺血损伤，其诱发的糖尿病心肌病是患者死亡的主要原因。对心脏起保护作用的刺激反应会在高血糖的长期刺激下受到抑制或消除。与非糖尿病患者相比，糖尿病患者发生心肌缺血再灌注损伤的风险更高[2]。Zhao等[3]首次提出缺血后处理(ischemic postconditioning，IPO)的概念并发现IPO可明显减轻炎症反应和缩小心肌梗死面积，产生心肌保护效应。IPO是心肌缺血后采取的保护策略，可控性强、临床实用价值高，故成为国内外研究的热点。目前，大多数研究是围绕IPO对健康心肌的心肌缺血再灌注损伤的对抗作用，而对病理性心肌的研究甚少，且糖尿病可弱化IPO对心肌的保护作用。现对IPO与糖尿病心肌缺血再灌注损伤的相关研究予以综述。

1 糖尿病对心肌缺血再灌注损伤的影响

1.1糖尿病对心肌缺血期的影响 糖尿病存在不同程度的胰岛素缺乏或胰岛素抵抗，使葡萄糖氧化受到抑制，脂肪酸成为心肌细胞的主要能量来源，导致血糖、血脂和胰岛素升高，损伤机体正常蛋白，增加心肌氧化应激，导致能量代谢障碍和炎症反应的发生，使心肌更易受到缺血损伤[4]。研究表明，高血糖会抑制依赖线粒体复合物Ⅱ的呼吸作用，使琥珀酸为作用底物呼吸率降低40%左右，引起线粒体能量储备能力下降[5]。Montaigne等[6]研究发现，糖尿病患者心肌细胞中线粒体融合蛋白1表达下降，显著破坏心肌细胞的内部收缩，增加心肌氧化应激，降低线粒体容量，导致能量代谢紊乱。此外，高血糖还可增加钙酶蛋白1的表达，通过下调ATP合酶α和抑制ATP合成酶的活性，引起能量供应不足和氧化应激损伤，最终引起心肌细胞凋亡[7]。糖尿病引起的脂代谢紊乱还会升高低密度脂蛋白水平，进而引起氧化应激和炎症反应，从而加重冠状动脉内皮细胞和心肌细胞的损伤，最终导致心肌缺血加重[8]。可见，高血糖状态会增加心肌对缺血损伤的敏感性。

1.2糖尿病对心肌再灌注期的影响 临床试验发现，心肌缺血再灌注损伤更容易危及糖尿病患者[9]。但在糖尿病动物模型中却没有统一的结论。首先，糖尿病心肌对缺血再灌注损伤的敏感性与糖尿病类型有关。研究显示，在大鼠缺血再灌注模型中，1型糖尿病模型的心肌对缺血再灌注损伤的耐受性增加，而2型糖尿病模型则表现为损伤加重，这可能与2型糖尿病的病程长且伴有胰岛素抵抗或高血压，从而造成心肌损伤加重有关，但具体机制尚不清楚[10]。其次，糖尿病心肌对缺血再灌注损伤所表现出来的差异性还与糖尿病病程的长短有关。研究表明，糖尿病初期对心肌缺血再灌注损伤的抵抗性增加可能与糖尿病早期阶段可激发心脏对抗心肌缺血再灌注损伤的代偿性机制有关，如促进抗氧化作用、上调生成通路、下调凋亡基因和促进炎性因子等[11]。Li等[12]的研究却得到相矛盾的结果，糖尿病早期缺血再灌注表现为心肌的氧化应激增加、抗氧化能量下降、糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase，GSK)3β、信号转导及转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3的激活受损，使缺血再灌注损伤更易危及糖尿病心肌，并且在糖尿病心肌缺血时间达到45 min时才表现为心肌梗死面积增大，这种矛盾结果可能与模型的差异有关。但在糖尿病晚期的心肌更易受到缺血再灌注介导的损伤，可能与高血糖长期刺激下心肌的炎症反应加剧有关[13]。可见，糖尿病心肌对缺血再灌注损伤的耐受性不同，并与糖尿病类型以及所处的阶段有一定关系。

由此可见，糖尿病与健康心肌相比更易加重心肌损伤，严重影响患者预后。因此，寻找减轻糖尿病心肌缺血再灌注损伤的方法对提高患者生存率和改善预后具有重大的经济意义和社会价值。IPO与缺血预处理具有相同的心肌保护效应，具有可控性和可操作性，一直是国内外研究的热点，并已成功应用于临床。有研究表明，临床急性心肌梗死经皮冠状动脉介入术中实施IPO策略能明显减轻心肌的炎症反应并缩小心肌梗死面积，加快患者术后恢复[14]。可见，IPO是健康心肌对抗心肌缺血再灌注损伤的有效干预策略。

2 IPO对健康心肌的保护作用

IPO作为健康心肌对抗心肌缺血再灌注损伤的经典手段，减轻心肌缺血再灌注损伤可能的相关机制可抑制中性粒细胞活化和介导的损伤、抑制心肌细胞的凋亡、激活抗氧化通路来抑制再灌注时氧自由基介导的损伤、抑制细胞内钙超载、增强内源性腺苷的心肌保护作用、激活线粒体ATP敏感性钾通道的开放，从而减轻心肌缺血再灌注损伤[15-21]。IPO还可诱导腺苷、阿片类等内源性触发因子的释放，触发细胞表面受体，然后激活再灌注损伤补救激酶途径和生存活化因子增强途径等信号通路，激活线粒体ATP敏感性钾通道的开放，减轻氧化应激和抑制钙超载，从而抑制线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)的开放，减少心肌细胞坏死[22]。研究发现，IPO可抑制琥珀酸脱氢酶-黄蛋白亚基的表达量，调节能量代谢，增强心肌功能，减小心肌梗死面积，发挥抗心肌缺血再灌注损伤的作用[23]。由此可见，IPO对健康心肌有保护作用，但对糖尿病心肌的保护作用较弱。

3 糖尿病状态下心肌保护作用弱化的机制

高血糖状态下，IPO对心肌的保护作用减弱或消失，但具体机制尚不清楚。IPO保护手段在糖尿病心肌的临床应用较局限，其抗糖尿病心肌缺血再灌注损伤弱化的可能机制主要有自噬作用、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3 kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)与酪氨酸激酶2(janus kinase 2，JAK2)/STAT3信号通路、GSK3β、MPTP和能量代谢等。

3.1自噬作用 自噬是细胞内一种保守而重要的自我消化过程，主要介导细胞质成分和不需要的大分子物质等蛋白质的降解以及细胞器的更新，也为细胞器的构建和细胞结构的再循环提供原料[24]。对于维持正常细胞稳态和不利条件下细胞的保护反应必不可少，而过度或不充分的自噬作用都不利于细胞的新陈代谢和生存，故维持适当水平的自噬作用有助于减少目标器官的损害。有充分证据表明，适当的自噬水平对维持心血管稳态和功能至关重要，过量或不足的自噬均可能是导致心脏疾病的发病机制[25]。但糖尿病心肌细胞的自噬作用却受到抑制。Zhou等[26]研究发现，腺苷酸活化蛋白激酶的激活剂可恢复IPO对糖尿病心肌的保护作用，而这种保护作用可被自我吞噬抑制剂逆转，可能与高血糖抑制腺苷酸活化蛋白激酶的磷酸化和消除心肌细胞的自我吞噬作用有关；同时还发现，高血糖会减少心肌自噬调节剂的表达，使下游AMP活化的蛋白激酶/哺乳动物雷帕毒素靶蛋白信号通路的激活受损，从而消除心肌的自噬作用，导致糖尿病心肌损伤加重[27]。可见，糖尿病使心肌的自噬作用消除或抑制，打破细胞新陈代谢平衡，导致细胞异常甚至死亡，这可能是糖尿病心肌对IPO反应迟钝的原因之一。

3.2PI3K/Akt和JAK2/STAT3信号通路 PI3K/Akt和JAK2/STAT3信号通路是心脏的内源性保护途径，参与缺血后处理的心肌保护作用机制，而高血糖会引起心肌一些调节因子水平的改变，最终导致保护信号通路受损。研究发现，糖尿病心肌的第10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物的表达量增加，而这种蛋白同源物作为PI3K/Akt的主要负调节因子，其表达异常可引起PI3K/Akt和JAK2/STAT3信号通路受损，最终引起细胞凋亡，导致糖尿病心肌对IPO不敏感[28]。对糖尿病大鼠心肌的研究发现，患糖尿病4周的大鼠心肌脂联素表达受到抑制，导致脂联素受体1/小窝蛋白3通路受损，引起线粒体STAT3的失活，使线粒体功能受损，激活或恢复脂联素信号通路可恢复糖尿病大鼠的心脏保护作用；而患糖尿病8周的大鼠心脏，由于脂联素受体1/小窝蛋白3信号通路严重受损，丧失的保护作用已不能逆转，可见，通过恢复脂联素信号激活STAT3可能是治疗早期糖尿病心肌缺血再灌注损伤的有效途径[29]。糖尿病大鼠心肌中PI3K/Akt信号蛋白的改变会增加心肌梗死面积和过度的氧化应激，从而加重心肌缺血再灌注损伤[30]。因此，长期糖尿病刺激下，内源性保护通路受损可能是导致IPO对糖尿病心肌弱化的原因。

3.3GSK3β GSK3β是一种蛋白激酶，在细胞凋亡、氧化应激和线粒体损伤等病理过程中起重要作用，并且还与糖尿病、老年痴呆症、缺血性疾病等的病理过程有关。Badalzadeh等[31]发现，糖尿病组心肌GSK3β(Ser9)的磷酸化程度明显低于正常对照组，而IPO对糖尿病心肌保护作用的弱化可能与糖尿病状态抑制GSK3β磷酸化并增加心肌的氧化应激有关。研究发现，单独IPO或环孢素A均不能保护1型糖尿病心肌免受缺血再灌注损伤，而环孢素A 处理结合IPO才可激活GSK3β的磷酸化，从而减少细胞凋亡和减轻炎症反应，恢复IPO的保护作用[32]。由此可见，糖尿病心肌中GSK3β的磷酸化受损可能影响IPO对糖尿病心肌的保护效应。

3.4MPTP MPTP是线粒体内膜的一种非特异性孔。缺血期间细胞pH降低，MPTP保持闭合状态，再灌注一旦开始就会迅速打开，而MPTP的开放会导致线粒体去极化、肿胀、细胞凋亡和坏死。MPTP是心肌缺血再灌注损伤条件下的关键效应器[33]。同时，MPTP也是IPO保护作用机制的终末效应器，故MPTP被认为是IPO减轻心肌缺血再灌注损伤的重要作用靶点。Najafi等[34]研究发现，慢性1型糖尿病单独应用IPO不能改善心肌的循环动力学、减小心肌梗死面积以及心肌酶大量释放导致的组织损伤，而MPTP抑制剂环孢素A却可以恢复IPO的保护作用效力。由此推断，通过有效抑制MPTP的过度开放，可以克服IPO在糖尿病状态下心肌保护作用的丧失，也为减轻糖尿病心肌缺血再灌注损伤提供了新的治疗途径。

3.5能量代谢 ATP作为生物体内最直接的能量来源，可为细胞提供能量，大部分生物的ATP主要来源于线粒体的氧化磷酸化过程，在线粒体膜上存在4种与能量产生相关的酶，它们参与线粒体氧化磷酸化合成ATP的过程，因此这些酶结构或功能的异常都不利于能量代谢的平衡。2型糖尿病伴随胰岛素抵抗，葡萄糖氧化受到抑制，与能量合成相关的酶功能也受到影响。研究发现，IPO只能降低糖尿病大鼠心脏热激蛋白20的表达量，却不能下调线粒体蛋白F1亚基-ATP合成酶复合物和烯脂酰辅酶A水合酶短链1，故2型糖尿病大鼠的心肌缺血再灌注损伤无法避免[35]。线粒体蛋白可以调节细胞ATP的消耗和产生以及对缺血应激的防御反应，表明糖尿病心肌中酶功能紊乱[F(1)-ATP酶、烯脂酰辅酶A水合酶短链1、HSP20]可能是IPO保护作用丢失的潜在靶点。IPO对糖尿病心肌保护作用减弱的机制可能与使ATP产生和消耗的酶功能紊乱有关。

4 恢复IPO对糖尿病心肌保护作用的策略

4.1药物干预 IPO可激发内源性物质并通过细胞内的信号通路产生保护作用。糖尿病可引起保护通路受损，从而影响IPO的保护效应。使用药理性方法可恢复信号通路的保护作用，如使用AMP活化的蛋白激酶激活剂A-769662可逆转糖尿病对心肌细胞自噬作用的抑制作用；维达格列汀可以减少氧自由基的产生和恢复线粒体膜电位，改善线粒体功能，调节缺血再灌注心肌的自噬活性，从而恢复IPO对抗糖尿病心肌缺血再灌注损伤[26,36]。有研究显示，MPTP抑制剂环孢素A可抑制MPTP的过度开放，还可促进GSK3β的磷酸化和增加抗炎因子B细胞淋巴瘤2水平，从而减轻心肌炎症反应和细胞凋亡，恢复IPO对糖尿病心肌的保护作用[32,34]。使用阿托伐他汀钙也可增加磷酸化GSK3β和热激蛋白70的表达，减轻糖尿病心肌缺血再灌注损伤[37]。可见，药物可恢复糖尿病所阻断的保护信号通路，恢复IPO的保护作用，从而降低糖尿病患者心血管疾病的病死率。

4.2基因剔除 高血糖状态可引起一些内源性物质的异常表达，基因剔除可改变这些物质的DNA表达，从而恢复IPO的保护效应。Xue等[28]的研究发现，PTEN基因剔除可促进PI3K/Akt和JAK2/STAT3信号通路的磷酸化作用，恢复缺氧后处理的心肌保护效应。基因剔除可减轻心肌缺血再灌注损伤对糖尿病心肌的损伤作用。

5 小 结

心肌缺血再灌注损伤给患者造成不可忽视的危害，减轻其损伤一直是国内外研究的重点。IPO对健康心肌的保护作用具有重大的临床使用价值，但糖尿病心肌会弱化IPO的保护作用，目前具体机制尚不清楚，可能与ATP产生和消耗的酶功能紊乱有关。琥珀酸脱氢酶作为线粒体氧化磷酸化过程中最关键的酶，对电子传递、能量代谢调节起至关重要的作用。Cao等[23]研究发现，IPO能明显抑制大鼠缺血再灌注心肌细胞中SDHA琥珀酸脱氢酶-黄蛋白亚基的表达，发挥抗心肌缺血再灌注损伤的作用。糖尿病状态下，IPO对心肌的保护作用减弱与琥珀酸脱氢酶活性改变的关系有待深入研究，可为恢复IPO对糖尿病心肌的保护作用提供新的作用靶点。