心肌梗死后交感神经重构的研究进展及其法医学意义

于天水，葛鲁邹，曹济民

（1.司法文明协同创新中心，北京 100088；2.中国政法大学 证据科学教育部重点实验室，北京 100192；3.威海市公安局高区分局，山东 威海 264200；4.山西医科大学生理学系 细胞生理学教育部重点实验室，山西 太原 030001）

急性心肌梗死后心肌结构会发生一系列病理生理改变，如心肌细胞坏死、肥大，炎症细胞浸润，心肌纤维化及瘢痕，心室壁变薄及扩张等，统称为心肌重构。以往研究主要聚焦于心肌重构及其引发的电重构[1]，但值得注意的是，急性心肌梗死后不仅发生心肌重构，而且支配该区域的交感神经也会出现类似的病理变化，即交感神经重构，表现为去神经支配、交感神经芽生及交感神经分布密度增高[2-3]。2000年，CAO等[4-5]提出心肌瘢痕周边区交感神经芽生及交感神经分布密度增高可以造成交感神经不均一性重构，与心肌梗死患者恢复期发生室性快速心律失常甚至心脏性猝死密切相关。同时，心肌梗死后交感神经重构还可直接或间接地影响心肌重构及心电重构，引起心电不稳定或心功能恶化[6-7]。目前认为，心脏交感神经重构是心肌梗死后心脏病理生理发展的重要环节。本文就心交感神经解剖结构、心肌梗死后交感神经的形态和功能重构及其法医学意义进行综述。

1 心交感神经支配

心脏具有精细完备的交感神经解剖学网络，该网络对心脏具有独立的局部调节与控制作用。下丘脑室旁核（paraventricular nucleus，PVN）是大脑皮层下调节心血管活动的高级中枢，其下游的延髓头端腹外侧区（rostral ventrolateral medulla，RVLM）和孤束核（solitary tract nucleus）则是初级中枢，三个核团之间存在着密切联系。外周压力感受器和化学感受器传入神经终止于孤束核。孤束核将冲动通过神经纤维传递至PVN。RVLM接受来自PVN的神经纤维，孤束核也可直接将神经纤维投射至RVLM。后由RVLM投射至第1～5胸段脊髓的中间外侧核，即心交感神经第一级神经元（节前神经元）[8]。再由中间外侧核发出节前纤维，与脊髓前角运动细胞的轴突一起组成前根，从前外侧沟离开脊髓，在椎间孔处与后根汇合成脊神经。脊神经干很短，出椎间孔后立即穿过白交通支，分别到达交感干的颈上神经节、颈中神经节及颈下神经节（颈下神经节常与第1胸神经节合并成星状神经节，也称颈胸神经节）内的第二级神经元（节后神经元）[9]。节后神经元发出节后纤维组成心上、心中、心下神经，并于主动脉弓凹侧右肺动脉前方及主动脉弓和气管杈间形成心浅、深神经丛，并发出分支进入心脏。到达心脏的交感神经广泛分布在心外膜脂肪垫内，并伴随冠状动脉进入心肌内部，沿着心肌细胞的长轴定向分布，最后终止在心内膜。

2 心肌梗死后交感神经的形态重构

心肌梗死后坏死区周围交感神经近端肿胀并发生逆行变性。当施万细胞和巨噬细胞迁移至坏死区并清除髓鞘物质，轴突也随即以芽生的方式向坏死区组织延伸。再生神经的直径更粗，数量更多，神经纤维可单独存在或聚集成网呈丛状结构，空间分布紊乱，与附近未损心肌的神经截然不同。到第四周时成熟的心肌瘢痕周围可见大量神经纤维复合体[10]。NORI等[11]对心肌梗死大鼠的研究指出，再生神经纤维大多数呈酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase，TH）阳性，表明再生神经以成熟的交感神经为主。临床上，通过核素闪烁扫描等无创方法也证实，心肌梗死后梗死灶周围确实存在交感神经再生，并且在心肌梗死后3个月内神经再生最明显[12]。大量的交感神经芽生使心肌梗死周围区交感神经分布密度增高，相比之下，心肌坏死区或瘢痕区的交感神经缺失或减少，从而使这些区域的心肌交感神经呈不均一性分布。

交感神经芽生的机制尚不完全清楚，但可以肯定的是，大量细胞和神经营养因子参与了诱发交感神经芽生的过程，其中以施万细胞和神经生长因子（nerve growth factor，NGF）最为重要。

2.1 施万细胞在神经芽生中的作用

神经损伤会诱发远端施万细胞产生两种变化。第一种变化为伤后髓鞘化施万细胞立即去分化，一些编码髓鞘重要的转录因子如早期生长反应因子2（early growth response-2，Egr2）、胆固醇合成酶、髓鞘结构蛋白［如P0蛋白、髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）］以及膜相关蛋白（髓鞘相关糖蛋白和轴周蛋白）等基因快速下调[13-14]。该变化能促进受损神经适应新的环境，有利于神经元存活及轴索再生。接着再生神经中的幼稚施万细胞开始表达与髓鞘形成相关的一些特征分子，如神经细胞黏附分子（neural cell adhesion molecule，NCAM）、p75神经营养因子受体（p75 neurotrophin receptor，p75NTR）以及胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）[13-14]。另一种变化则是髓鞘化施万细胞变为修复型施万细胞，神经修复完毕后修复型施万细胞又重新转变为髓鞘化施万细胞。因此，修复型施万细胞是为了满足神经修复而形成的一种过渡型细胞，其功能如下：（1）神经营养因子和表面蛋白的表达上调，有助于轴索的延长和损伤神经元的存活，包括胶质细胞源性神经营养因子（glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF）、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、青蒿琥酯、神经营养因子-3（neurotrophic factor-3，NT-3）、NGF、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、红细胞生成素、多效蛋白及N-钙黏着蛋白等[15-18]。（2）修复型施万细胞呈细长的双极性形态，形成再生通道，有助于引导轴突生长。（3）固有免疫应答的活化，包括肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、IL-1a、白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）和单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）表达上调[19-20]。该免疫应答能够通过多种方式促进神经再生，如各种细胞因子（IL、LIF）不仅会将巨噬细胞趋化至神经损伤处，还可以直接作用于神经元，促进轴索再生[21-22]。损伤处的巨噬细胞也可以释放大量细胞因子，有助于远端神经的血管形成[23-25]，并与修复型施万细胞一起降解髓鞘物质。伤后5～7 d，主要是由修复型施万细胞破坏、降解本身多余的髓鞘，大约50%的髓鞘在该阶段（第一阶段）被清除[24]。第二阶段的髓鞘清除则主要是由巨噬细胞完成[26]。

2.2 NGF在神经芽生中的作用

事实上，正常心室组织中NGF表达是相对较低的[27]，用于维持交感神经稳态。但心肌梗死灶及周边区域的肌成纤维细胞[28]、巨噬细胞[29]以及施万细胞[30]都会分泌大量NGF。NGF通过与交感神经末端上的两种受体结合起到了促进神经芽生的作用，这两种受体分别是原肌球蛋白相关激酶（tropomyosin-related kinase，Trk）受体和低亲和力 p75NTR。NGF 通过TrkA使轴索线粒体内信号转导和转录激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）的丝氨酸727位点磷酸化，从而诱导了活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生和轴突生长，提示STAT3同样具有非转录作用[31-32]。而STAT3的酪氨酸705位点磷酸化后与动力蛋白（dynein）和输入蛋白 α5（importin α5）相结合，然后从轴索远端逆行至神经元细胞核内，参与DNA转录，促进轴突生长[33]。此外，NGF/TrkA复合物通过内吞作用进入轴突内，也能从轴突远端逆行至星状神经节的神经核内，从而引起心肌神经芽生（包括远离梗死灶的心室肌和心房肌）[34-35]。p75NTR对于轴索生长的作用比较复杂，不同研究结果不一[36-38]，未来还需进一步探讨。

3 心肌梗死后交感神经的功能重构

心肌梗死后交感神经的形态重构必然会引起相应的功能重构。近年来，心交感神经的功能重构与心脏性猝死之间的关系及其电生理机制已成为心血管领域的研究热点。

3.1 心交感神经功能重构与心脏性猝死的关系

CAO等[4]将51例心脏移植患者的心脏病变分为室性心动过速组与对照组，发现室性心动过速组的神经纤维密度为（19.6±11.2）/mm2、神经纤维总长度为（3.3±3.0）mm/mm2，而对照组分别为（13.5±6.1）/mm2、（2.0±1.1）mm/mm2，两者相比差异均有统计学意义。之后，CAO等[5]进一步建立了犬陈旧性心肌梗死合并完全性房室传导阻滞模型，所有犬即刻出现自发性室性心动过速（第一阶段），每天（5.8±2.0）次，经过2～20d后再次出现自发性室性心动过速（第二阶段），每天（13.1±6.0）次。为了快速诱发交感神经芽生，研究人员向犬左侧星状神经节内注入NGF，发现在第二阶段NGF组犬发生自发性室性心动过速的频率［（2.0±2.0）次/d］是未用NGF对照组犬［（0.2±0.2）次/d］的10倍。NGF组心室肌组织内有大量的神经增生，以交感神经为主，与对照组比较差异显著，比较发生室性心动过速时与猝死前的心电图，显示交感活动有明显增加的迹象。因此，NGF组犬第二阶段室性心动过速密集发作是由交感神经活性增强所触发。此外，在观察期间NGF组有44%的犬死于心室颤动，而对照组皆存活。研究[39-40]进一步证明，室性心动过速发作之前心交感神经功能重构会首先引发QT延长综合征（long QT syndrome，LQTS）和T波电交替（T-wave alternans，TWA），紧接着室性心动过速密集发作导致心肌动作电位时程（action potential duration，APD）和不应期的时空异质性，从而使室性心动过速变为心室颤动[41]。上述生理学及病理学实验结果表明，心交感神经的功能重构与心脏性猝死具有因果关系。

3.2 心交感神经功能重构所致心脏性猝死的电生理机制

3.2.1 电压门控钾通道

心肌细胞动作电位（action potential，AP）是细胞膜中多种离子通道顺序启动及关闭整体作用的结果。其中，钾离子运转的作用倍受重视，尤其是瞬时外向钾电流（Ito）、延迟整流钾电流（Ik）和内向整流钾电流（Ik1）分别在心肌细胞动作电位1～3期快速复极化过程中起着重要作用，其正常分布密度可维持正常的动作电位时程。一旦Ito、Ik和Ik1通道的结构或功能发生变化，会造成动作电位时程延长和复极离散度增大，从而增加心电不稳定性，易导致致命性室性心律失常[42]。Ito通道是一个大分子蛋白复合物[43]。其中，电压门控钾离子通道（Kv），如Kv1.4、Kv4.2及Kv4.3是构成Ito通道孔洞的亚单位。心肌细胞内还存在与Kv相互作用的蛋白质，即钾通道相互作用蛋白2（Kv channel interacting protein 2，KChIP2）。KChIP2不具备Kv的结构，因此不能形成功能性Kv，但却能协助Kv4运输到心肌细胞膜并共定位于膜上[44]。此外，Ik又分为超快激活的延迟整流钾电流（Ikur）、快速激活的延迟整流钾电流（Ikr）、慢激活的延迟整流钾电流（Iks），其中以Ikr和Iks最为重要。Ik1通道则由 Kir2.x亚家族构成[45]。研究人员[46]采用全细胞膜片钳技术记录心肌细胞的Ito和Ik1，发现交感神经芽生后Ito和Ik1的电流密度降低，Kv4.2、KChIP2及Kir2.1表达减少，从而增加了心室颤动的发生频率。同时，可以反映自主神经系统活性和定量评估心脏交感神经张力的指标—心率变异性也降低，说明交感神经活性升高[46]。此外，交感神经芽生还能够分泌过量的去甲肾上腺素。去甲肾上腺素通过激活β肾上腺素受体（β-adrenoreceptor，β-AR）增加心率和神经传导速度，并且增强心肌收缩和舒张功能。其中，活化β3-AR能够减少Iks，延长动作电位时程，易发生室性心律失常[47]。

3.2.2 离子型谷氨酸受体

谷氨酸（glutamic acid，Glu）是中枢神经系统含量最多的兴奋性氨基酸神经递质，其受体分为离子型谷氨酸受体（ionotropic glutamate receptors，iGluRs）和代谢型谷氨酸受体（metabotropic glutamate receptors，mGluRs）两类。近年来研究[48]发现，iGluRs和mGluRs也存在于心脏等外周器官。其中，iGluRs是一类配体门控非选择性阳离子通道。根据通道结构、亚基组成与基因家族的不同，iGluRs可分为N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）、α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸受体（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor，AMPAR）和红藻氨酸受体（kainic acid receptor，KAR）。研究人员对陈旧性心肌梗死大鼠腹腔内注射NGF合成刺激因子4-甲基邻苯二酚，4周后交感神经高密度分布诱导心肌组织NMDAR和AMPAR表达上调[49]，并且激活NMDAR和AMPAR，不仅引起心肌细胞钙离子内流甚至超载以及钠离子、钾离子外流[50]，扰乱了心电稳定性，造成室性心动过速或心室颤动发生频率增加[49]，还可以造成心肌细胞凋亡，对室性心动过速或心室颤动的发生起到一定作用[51]。

4 展 望

在法医学实践中，根据形态学可以将冠心病猝死分为两种类型：急性心肌缺血或梗死、陈旧性心肌梗死。目前，国内外冠心病猝死的法医学鉴定要点主要是针对第一种类型。由于此类猝死客观证据较为充分，死者家属较少提出异议。但有时会发现死者心脏只存在陈旧性心肌梗死病变，即心肌瘢痕，未检见急性心肌缺血或梗死的病理学改变，即第二种类型的冠心病猝死。由于陈旧性心肌梗死缺乏引起猝死的直接证据，所以判定该类案件的死亡原因具有相当大的困难。长期以来，广大法医研究者试图利用形态学或分子病理学寻找除了心肌瘢痕之外急性心肌缺血的生物学指标，以期为该类案件提供形态学证据，但对于陈旧性心肌梗死的致死机制研究重视不够，只是推测可能与致命性心律失常有关。致命性心律失常的发生需要病变底物和触发因素两个基本条件[52]。目前认为，交感神经重构与心肌重构一样可以成为致命性心律失常发生的病变底物，来自体内外的某些异常刺激（如交感神经的传出冲动）可能成为触发因素。基于以上研究进展，YU等[53]收集整理了陈旧性心肌梗死标本，通过研究发现，交感神经芽生标志物生长相关蛋白-43（growth associated protein-43，GAP-43）和交感神经标志物酪氨酸羟化酶蛋白在心肌瘢痕周边区表达明显比高坠、感染性休克、缢死、支气管肺炎、颅脑损伤及羊水栓塞等对照组显著，从而验证了人心肌梗死后发生交感神经芽生及交感神经支配密度增高等重构现象，并且进一步提出交感神经重构所致致命性心律失常是陈旧性心肌梗死引起猝死的重要机制之一。该机制的建立不仅为心脏性猝死提供了新的科研方向，而且还能为此类鉴定提供客观解释和形态学依据。