七氟烷对心肌缺血再灌注损伤下冠状动脉微循环中非心肌细胞的影响

宋思宜，李瑜，臧圆圆

1 青岛大学附属医院，山东青岛266000；2 贵州医科大学附属医院

无论是发达国家还是发展中国家，急性心肌梗死的发病率和病死率一直居高不下[1-2]。为了减少急性心肌梗死中的心肌不可逆性损伤，临床上通常会采取溶栓、经皮冠状动脉介入治疗(PCI)、冠状动脉搭桥术等重建心脏血液供应，维持心脏正常的舒缩功能，延缓心力衰竭进展。但部分患者心脏恢复血液供应后，心肌损伤反而进一步加重，这种现象被称为心肌缺血再灌注损伤(MIRI)。七氟烷由于血气分配系数低，很少引起心律失常，在临床上被广泛用于心脏外科手术。大量基础研究表明，七氟烷通过缺血前或缺血后处理能够抑制MIRI发生，但在高脂血症、糖尿病的影响下，七氟烷会失去对MIRI的抑制作用[3]。以往关于七氟烷对MIRI抑制作用的研究大多集中在心肌细胞上，虽然投入大量人力物力，但收效甚微。冠状动脉微循环作为调节组织氧合和营养交换的关键部位，近年来备受关注。在心肌缺血再灌注中，如果存在微循环损伤，即使能够及时恢复冠状动脉血流，也无法对心肌提供有效的血液灌注和正常的氧气供应，从而导致患者预后不良[2]。近年来，随着对内皮细胞、白细胞、血小板等非心肌细胞在冠状动脉微循环中作用的认识，这些非心肌细胞在MIRI中的作用越来越受到关注[4]。现结合文献就冠状动脉微循环中非心肌细胞对MIRI的作用及七氟烷对MIRI下冠状动脉微循环中非心肌细胞的影响作一综述。

1 冠状动脉微循环对MIRI的影响

急性心肌梗死多数是由冠状动脉粥样硬化斑块破裂后血栓形成并堵塞冠状动脉造成的。开通血管是挽救即将梗死心肌的唯一方法。缺血和再灌注这两个步骤不仅会对心肌细胞产生损伤，还会对冠状动脉微循环中的非心肌细胞产生损伤。在心肌缺血再灌注后，冠状动脉微循环与心肌组织一起受到破坏，并且冠状动脉微循环障碍可能是引起MIRI的主要原因。过去由于检验技术有限，在仍存活的心肌中无法观察冠状动脉微循环改变，常将缺血与再灌注后心肌梗死区域中的微血管栓塞当作结果，而非起因，忽略了冠状动脉微循环障碍对MIRI的作用[5]。随着对冠状动脉微循环障碍在MIRI中的作用认识不断深入，发现在对缺血心肌恢复血液再灌注后，冠状动脉微循环中的非心肌细胞可出现内皮细胞水肿，内皮细胞完整性破坏，导致血管通透性增加；血小板、白细胞过度激活，释放促炎症细胞因子和缩血管物质增多的同时，还可与内皮细胞相互作用，阻塞微血管正常血流，破坏微血管的结构和功能，使缺血心肌无法恢复有效的血液灌注和氧气供应，从而加剧MIRI。

2 七氟烷对MIRI下冠状动脉微循环中非心肌细胞的影响

七氟烷作为临床常用的挥发性麻醉药，在缺血前或缺血后处理能够抑制MIRI发生。以往研究对其抑制MIRI的机制通常定位于心肌细胞，但收效甚微。近年越来越多研究发现，七氟烷可能通过作用于冠状动脉微循环中的非心肌细胞，发挥抑制MIRI的作用。

2.1 七氟烷对MIRI下冠状动脉微循环中内皮细胞的影响 在MIRI中，小微动脉内皮细胞通过增加与血小板、白细胞的黏附作用，升高胞质内钙离子浓度，增加血管通透性，使冠状动脉微循环中内皮细胞的屏障功能受损，从而减少冠状动脉血流的有效灌注。七氟烷不仅可促进内皮细胞自身结构和功能稳定，还能增加对维持内皮细胞结构和功能完整性具有重要作用的物质在MIRI中的表达和平衡，如血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)、一氧化氮合酶(NOS)、糖萼等。

2.1.1 七氟烷对内皮祖细胞(EPCs)的影响 当心肌缺血后，骨髓源性EPCs被大量定向招募至血管损伤处，促进微血管形成和相应内皮细胞再生。目前，EPCs移植已被证实可改善心脏功能和急性心肌梗死患者预后。体外细胞实验发现，2%七氟烷预处理可提高EPCs活性并促进其增殖[6]。其中，EPCs在缺血组织中发挥血管生成作用可能是由CLC-3/CXCR4/JAK-2信号通路介导的[7]。因此，七氟烷可能通过作用于EPCs维持微血管的结构和功能，从而对MIRI发挥抑制作用。

2.1.2 七氟烷对VE-cadherin的影响 VE-cadherin能够维持血管内皮细胞完整性，心肌缺血再灌注后刺激内皮细胞产生血管内皮生长因子(VEGF)，通过VEGF受体激活酪氨酸激酶Scr，破坏VE-cadherin介导的正常细胞连接，损伤微血管内皮细胞屏障[8]，而内皮型NO(eNOS)参与合成的NO可抑制VEGF介导的血管通透性增加。HUANG等[9]研究发现，七氟烷可通过抑制RhoA/ROCK信号通路，减少VE-cadherin生成，从而阻止肺微血管内皮细胞损伤。DONG等[10]研究报道，七氟烷预处理可通过激活Akt/HIF-1α/VEGF信号通路，抑制氧化应激，减少大鼠心肌缺血再灌注后的梗死面积。因此，七氟烷可通过不同信号通路，抑制VE-cadherin生成，从而抑制MIRI。

2.1.3 七氟烷对NOS的影响 NOS对维持内皮细胞的结构和功能稳定至关重要。NOS有3种不同亚型：神经元型NOS、eNOS和诱导型NOS(iNOS)。不管是七氟烷预处理还是后处理均被证实可通过下调iNOS表达，提高eNOS磷酸化水平，改善eNOS活性，增加NO生成，抑制微循环中内皮细胞与白细胞、血小板黏附，减轻炎症反应，从而抑制MIRI[11]。因此，调节MIRI中eNOS与iNOS的表达平衡，减少内皮细胞损伤，可能是七氟烷在MIRI中保护冠状动脉微循环的重要途径。

2.1.4 七氟烷对糖萼的影响 糖萼是覆盖在内皮细胞与周细胞上的一种多糖蛋白复合物，可保护内皮细胞的屏障功能，减少内皮细胞与血小板、白细胞的相互作用，并调节微循环中血管的舒缩功能。YU等[12]认为，糖萼从血管壁脱落是MIRI最早发生的结构损伤形式。七氟烷不仅可通过抑制氧化应激反应，减少豚鼠离体心脏缺血再灌注后内皮细胞表面糖萼的脱落[13]；七氟烷还可通过上调唾液酸转移酶ST6Gal-1表达，促进大鼠动脉内糖萼再生，从而改善内皮细胞依赖性血管舒缩功能[14]。在炎症反应中，活化的中性粒细胞可增加活性氮产生与髓过氧化物酶释放，从而破坏糖萼自身的稳定性。七氟烷通过抑制中性粒细胞活化，减轻炎症反应，降低对内皮细胞表面糖萼的破坏，维持内皮细胞结构和功能稳定，从而发挥心脏保护作用[13]。但目前临床鲜见七氟烷对心脏手术中血管内糖萼脱落与降解影响的报道。七氟烷能够减少糖萼脱落、保护糖萼免受破坏，从而保护内皮细胞的正常屏障功能，这可能亦是七氟烷在MIRI中保护冠状动脉微循环的重要途径。

2.2 七氟烷对MIRI下冠状动脉微循环中炎症反应相关细胞的影响

白细胞激活在炎症反应发生过程中起主导作用。白细胞引起冠状动脉微循环损伤的原因一方面与白细胞过度激活有关，另一方面与白细胞激活后释放过多的炎症介质、促炎症细胞因子、黏附分子等有关。在缺血再灌注早期，由于白细胞合成的黏附分子水平增加，使白细胞黏附于血管内皮细胞上，阻塞冠状动脉微循环；同时，激活的白细胞还可释放大量促炎症细胞因子和缩血管物质，破坏微血管通透性，进一步加剧冠状动脉微循环损伤。

有研究指出，不管患者有无冠状动脉疾病史，随着全身炎症反应程度升高，冠状动脉微循环功能破坏程度亦逐渐升高，此时即使心肌有血液再灌注，冠状动脉对心脏的有效灌注也会降低[15]。可见，抑制异常激活的炎症反应对保护冠状动脉微循环结构和功能至关重要。七氟烷后处理可通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路相关因子表达，减少炎症细胞因子产生，从而抑制炎症反应，减轻MIRI。当七氟烷后处理与远程缺血预处理联合时，其减少心肌炎症细胞因子和心肌酶产生的作用更加显著[16]。在心肌缺血再灌注后，七氟烷不仅可抑制白细胞过度激活，还可抑制炎症细胞因子释放[17]。

2.2.1 七氟烷对中性粒细胞的影响 缺血心肌恢复再灌注后，在心肌中累积的中性粒细胞可介导组织损伤。在体外细胞实验中发现，浓度为2.3%或4.6%的七氟烷可抑制脂多糖和TNF-α联合激活的中性粒细胞脱颗粒反应，减少中性粒细胞释放髓过氧化物酶和弹性蛋白酶[18]；在小鼠体内实验中发现，七氟烷可减轻脂多糖在TLR-4/NF-κB/TNF-α信号通路上激活中性粒细胞介导的器官功能障碍[19]。除了七氟烷对中性粒细胞调节的确切作用外，对其机制的研究亦引起广泛关注。MULLER-EDENBORN等[20]研究发现，七氟烷通过作用于CXCR2下游位点或CXCR2诱导PKC表达的上游位点，下调β2整合素CD11b表达，减少中性粒细胞的跨内皮细胞移动和在损伤组织中累积所致的MIRI。以上研究表明，七氟烷通过调节中性粒细胞向受损组织募集，抑制活性酶从中性粒细胞上脱颗粒，表现出一定的免疫调节能力，从而发挥对MIRI的抑制作用，但其具体机制尚不清楚。

2.2.2 七氟烷对单核—巨噬细胞的影响 先天性和获得性免疫反应在缺血心肌恢复再灌注后被激活，中性粒细胞在心肌再灌注部位累积并活化后很快凋亡、坏死，此后单核细胞开始发挥作用。当外周血单个核细胞迁移到组织成为巨噬细胞时，可在先天性免疫反应中发挥噬菌作用，并招募其他效应细胞。在猪通气模型中，1 MAC七氟烷能够显著降低支气管肺泡灌洗液中巨噬细胞和淋巴细胞数量。WATANABE等[21]研究认为，七氟烷可通过抑制肺泡上皮细胞产生单核细胞趋化蛋白，保护肺缺血再灌注损伤。然而，在进行机械通气的大鼠肺泡巨噬细胞中，1.5 MAC七氟烷作用2 h却使促炎症细胞因子水平显著增加，如MIP-2、IL-1β、TNF-α等。在一项前瞻性临床研究中，选择疝修补术或静脉曲张切除术患者，术中接受七氟烷麻醉，手术结束时单核细胞凋亡数量明显增加，术后6 h逐渐恢复至正常水平[22]。尽管七氟烷表现出免疫调节潜力，但在不同应激条件下，对中性粒细胞与单核—巨噬细胞存在不同的调节作用，最终引导机体朝向有益的方向倾斜。

2.2.3 七氟烷对淋巴细胞的影响 炎症反应必定伴随免疫反应。中性粒细胞与淋巴细胞比值(NLR)是心血管疾病患者预后的独立预测因子。临床研究发现，PCI后NLR较高的急性心肌梗死患者微循环障碍更重，心脏梗死面积更大，主要不良心血管事件的发生率更高[23]。在非体外循环冠状动脉搭桥手术中，与中性粒细胞或单核细胞过度活化不同，围术期淋巴细胞总数降低，患者预后不良更常见。但一项前瞻性临床研究发现，与七氟烷维持麻醉相比，在非体外循环冠状动脉搭桥手术中丙泊酚维持麻醉，循环中淋巴细胞数量减少较少[24]。结果表明，在MIRI中淋巴细胞激活可发挥心脏保护作用。尽管七氟烷可调节辅助性T细胞中Th1、Th2型细胞的动态平衡，增加单个核细胞对肿瘤的杀伤作用[25]，但在心肌缺血再灌注中，七氟烷对T、B淋巴细胞除了在数量上影响外，对不同淋巴细胞间、NLR的影响还有待于进一步研究。

2.3 七氟烷对MIRI下冠状动脉微循环中血小板的影响 在心肌缺血再灌注后，冠状动脉微循环中被激活的血小板不仅可通过增加黏附分子的表达形成血小板—内皮细胞聚集体，还可通过释放微粒和外泌体，促进血小板自身的聚集和凝固[26-27]，从而堵塞微循环。此外，血小板还可释放多种核苷酸、神经介质、蛋白质等调节血管收缩，减少微循环灌注，加重心肌梗死。从健康大鼠体内提取血小板，对急性心肌缺血大鼠心脏灌注，可减轻MIRI，增强冠状动脉微血管屏障功能，这可能与血小板可释放生长因子有关。OZAWA等[28]研究证实，小鼠经历缺血心肌血流再灌注后，黏附分子vWF表达增加，血小板—内皮细胞聚集，通过损伤冠状动脉微循环使心肌梗死面积明显增加。以上研究表明，抑制心肌缺血再灌注中过度激活的血小板，对维持冠状动脉微循环稳定至关重要。七氟烷除了能够抑制血小板自身形成血栓外，还能抑制血小板与内皮细胞、中性粒细胞的相互作用，减少血流受阻和炎症反应发生。

2.3.1 七氟烷对血小板自身相互作用的影响 血小板自身活化和聚集是介导微血管栓塞和炎症反应损伤的关键。七氟烷通过保护糖萼，抑制血小板中α颗粒释放P-选择素以及表面GPⅡb/Ⅲa受体表达等，影响血小板黏附、聚集、释放和止血栓形成。最近有研究报道，具有促凝血潜力的血小板活化脱落颗粒，即PMPs，在STZ诱导的1型糖尿病中表达增加，且可通过mTORC1信号通路介导早期血管损伤，而mTORC1抑制剂雷帕霉素可阻止PMPs诱导的LDLr上调和内皮细胞炎症损伤，从而发挥对心血管疾病的抑制作用[29]。尽管七氟烷能够抑制血小板参与止血栓形成，但其具体作用机制尚不清楚。

2.3.2 七氟烷对血小板与循环血液细胞相互作用的影响 心肌缺血再灌注后，血小板通过与内皮细胞、中性粒细胞结合，不仅能阻碍正常血流通过，还能通过激活炎症反应介导的血管损伤，破坏微血管的屏障功能。一项前瞻性临床研究报道，七氟烷预处理可降低血小板—内皮细胞黏附分子1表达，并能降低行冠状动脉搭桥术患者术后6、12个月心脏事件的发生率。在小鼠心肌缺血再灌注模型中，血小板—中性粒细胞复合物(PNCs)表达增加，可促进炎症反应的起始与进展，破坏正常微循环功能，加剧心肌损伤；血管舒张剂刺激磷蛋白磷酸化可通过抑制PNCs生成，减轻MIRI。七氟烷不仅可发挥延迟性抑制血小板—中性粒细胞聚集的作用，还可通过增加腺苷A2b受体的转录和表达，减少PNCs生成[30]。以上研究表明，七氟烷通过抑制血小板与内皮细胞、中性粒细胞的相互作用，维持血管正常的屏障功能和血流稳定，从而减轻MIRI。

综上所述，冠状动脉微循环作为影响缺血心肌再灌注临床预后的重要因素，不仅能决定心肌缺血再灌注后的有效血液灌注，还能决定MIRI后最终的梗死面积。七氟烷能够通过调节冠状动脉微循环中的非心肌细胞，保护冠状动脉微循环的正常结构和功能。目前，关于七氟烷对MIRI下冠状动脉微循环损伤中的具体作用机制尚不完全清楚，还有待于今后进一步研究。