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七氟醚心肌保护作用与线粒体和糖尿病之间的关系〔1〕

更新时间:2009-03-28

如今临床上心血管疾病及各种溶栓、再通再灌等技术大量增加,心肌缺血再灌注损伤(MIRI)也越来越被大家所重视,而如何减轻MIRI也成为当前心血管医学研究的热点之一。Kersten等[1]研究发现,吸入麻醉药具有减轻MIRI、保护心肌组织的作用。七氟醚就由于其可控性强、循环抑制轻微等优点逐渐广泛运用于临床。线粒体在心肌梗死、心力衰竭、扩张型心肌病(扩心病)等心脏疾病的生理病理过程中扮演了重要角色,其功能和形态的改变同样在MIRI中发挥着重要作用[2]。维持线粒体结构和功能的完整对于七氟醚心肌保护作用的发挥具有重要的生理意义[3]。糖尿病是冠心病重要的危险因素之一,临床调查显示糖尿病患者遭受缺血性心脏病的概率大大增加,包括急性心肌梗死和心肌梗死后的并发症。具有糖尿病并发症的急性心肌梗死患者预后也更差[4]。通过不同的动物模型研究证实糖尿病可以取消或者减轻七氟醚后处理的心肌保护作用[5]。本文将对七氟醚的心肌保护作用及其与线粒体和糖尿病因素三者之间的关系综述如下。

1 七氟醚的心肌保护作用

Zhao等[6]研究发现,缺血后处理(Ipost)即在缺血发生后短时间内给予相应的保护措施可以减少心肌缺血再灌注损伤过程中氧自由基的释放,在一定程度上可以避免心肌组织损伤,一些药物的后处理同样具有保护心肌的作用,其中七氟醚对于心血管疾病患者的保护具有重大意义。七氟醚可以降低缺血不良事件的发生率,稳定血流动力学,改善心室的顺应性,减轻心肌细胞的氧化应激损伤,增加心肌灌流,减少心肌细胞凋亡等[7],主要通过以下途径发挥作用。

1.1 与磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B及丝氨酸-苏氨酸激酶/有丝分裂原活化蛋白激酶-细胞外信号调节激酶1/2信号通路的关系

多方实验证实,由磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B/丝氨酸-苏氨酸激酶(PI3K-PKB/Akt)及有丝分裂原活化蛋白激酶-细胞外信号调节激酶1/2(MEK-ERK1/2)组成的再灌注损伤拯救激酶(RISK)通路在麻醉药物缺血预/后处理的保护机制中发挥着重要的调节作用[8]。同时有实验表明,MEK-ERK1/2和PI3K-PKB/Akt同时激活参与了七氟醚对离体大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用[9]

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活性氧自由基(ROS)是ERK 1/2的上游活化激活因素[10]。七氟醚可直接促进ROS生成,进而激活ERK 1/2,通过磷酸化作用使GSK-3β失活,随即减少复灌时线粒体通透性转运孔(mPTP)的开放,减轻心肌组织的损伤。过多的ROS是心肌损伤的驱动危险因素,但七氟醚如何促进生成适量的ROS而不至于加重损害,其中的机制还有待于进一步研究。

实验研究证实糖尿病因素可以取消或者减轻七氟醚的心肌保护作用[21]。高糖因素介导线粒体分裂增多,引起ROS生成增多,细胞凋亡加重,而线粒体分裂是细胞氧化应激反应和细胞凋亡的上游因素[22]。糖尿病大鼠通过七氟醚后处理后心肌缺血再灌注损伤细胞的线粒体形态破坏较非糖尿病大鼠更为严重。实验证明,七氟醚后处理对缺血再灌注心肌细胞凋亡的影响可通过线粒体动力学的改变而发挥作用,而关于糖尿病因素对七氟醚心肌保护机制在线粒体动力学方面的研究寥寥无几。有研究表明在糖尿病大鼠缺血再灌注损伤模型中线粒体融合蛋白1(Mfn1)表达减少,同时有研究分别通过抑制线粒体分裂蛋白Drp1[23]和过表达线粒体融合蛋白Mfn2[24]可以恢复七氟醚后处理对糖尿病大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用,提示糖尿病因素削弱七氟醚心肌保护作用的线粒体动力学机制,更多结论还有待于进一步的研究证实。

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1.2 与线粒体通透性转运孔(mPTP)的关系

mPTP是位于线粒体内外膜之间的非特异性通道,其开放可以消除线粒体膜电位,抑制氧化磷酸化,导致线粒体肿胀,并将线粒体膜间隙的细胞色素C及多种caspase凋亡蛋白等释放至胞浆,激活线粒体的凋亡程序,mPTP的开放是缺血再灌注损伤过程中细胞坏死和凋亡的终末效应器[12]。缺血再灌注发生时,线粒体内的Ca2+超载,氧自由基减少和无氧代谢产生的大量无机磷堆积等都可导致mPTP开放,从而导致心肌细胞的坏死和凋亡。而七氟醚可通过激活PI3K-Akt及MEK-ERK 1/2信号通路及抑制Ca2+超载等抑制mPTP开放,减少线粒体损伤及心肌细胞的坏死凋亡[13]

1.3 与线粒体膜ATP敏感性钾离子通道(mKATP)的关系

线粒体mKATP通道存在于线粒体内膜,在缺血时开放,从而对线粒体及细胞发挥一定的保护作用。七氟醚可激活mKATP,抑制细胞内Ca2+超载,减少缺血时氧自由基的生成和细胞色素C的释放,促进ATP的生成,同时mKATP通道的开放直接影响线粒体的内稳态,继而抑制mPTP,减少线粒体及心肌细胞凋亡[14]

1.4 GSK-3β的作用

[6]Zhao Z Q,Corvera J S,Halkos M E,et al.Inhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion:comparison with ischemic preconditioning[J].Am J Physiol Heart Cire Physiol,2003,285(2):H579-588.

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2 线粒体动力学及其与心肌缺血损伤的关系

随着实验检测技术和设备的发展,人们逐渐发现线粒体是一种不断进行融合和分裂的高度动态的细胞器,而静态技术观察到的线粒体形态实际上是这种融合和分裂动态平衡的瞬间形态,这种动态平衡也是维持正常线粒体和细胞功能所必需的,而且受多种调控因素的影响[17]。介导线粒体融合的主要调节蛋白是位于线粒体外膜的Mfn1(mitofusin1)、Mfn2(mitofusin2)和位于内膜的Opa1(optic atrophy protein 1),介导其分裂的主要调节蛋白是位于胞质的Drp1(dynamin related protein 1)和存在于线粒体外膜的Fis1(fission protein),线粒体的分裂是通过Drp1移位到线粒体外膜,与Fis1通过一系列复杂的反应共同作用实现的。正常情况下,线粒体通过不断的融合和分裂来调节其结构和功能,从而应对复杂生理环境的变化,这种线粒体融合和分裂的动态过程被称为线粒体动力学。线粒体动力学的紊乱会导致ATP生成的减少、线粒体膜电位降低、钙稳态破坏、氧自由基生成增多、细胞功能紊乱以及细胞坏死和凋亡等改变,这种改变影响许多疾病的发生和发展过程[18]。在对心脏疾病的研究中发现,线粒体融合分裂的失衡在心脏疾病心肌损伤中同样具有重要意义,比如大鼠急性心梗模型诱导的心室重构研究中,线粒体融合蛋白Mfn2、Opa1的蛋白水平下降,而分裂蛋白Fis1、Drp1的蛋白水平上升[19]。Ong等[20]研究发现,体外转染心肌细胞Mfn1、Mfn2和Drp1的突变体Drp1K38A,诱导线粒体融合,可抑制mPTP开放、降低缺血再灌注后细胞的凋亡和死亡,同样在体水平上给小鼠Drp1的药物抑制剂后,也可通过抑制mPTP开放,降低心肌梗死面积而保护心肌细胞免受缺血再灌注损伤,这就为心脏疾病的防治研究提供了一定的指导价值。

3 糖尿病因素与心肌缺血损伤的关系

糖尿病是心血管疾病重要的危险因素,糖尿病患者更容易患缺血性心脏病,包括心肌梗死等严重并发症,合并有糖尿病的急性心肌梗死患者预后也更差。糖尿病时可发生胰岛素抵抗,PI3K-Akt通路被抑制,使得机体对葡萄糖的摄取和利用效率降低,代谢紊乱产生大量的氧自由基和钙超载,从而导致细小血管的损伤和细胞的坏死凋亡;同时糖尿病患者的交感和副交感神经纤维受损,神经功能失衡,导致其调控的心肌功能发生障碍且微血管功能失调,加重心肌缺血再灌注的损伤;糖尿病因素还可阻断促红细胞生成素(EPO)等通过PI3K-Akt通路产生心肌损伤保护的作用,降低保护效应,间接加重心肌的缺血再灌注损伤。

4 糖尿病因素七氟醚保护作用及线粒体动力学的关系

总之,低辐射的研究一直伴随着CT的发展,从设备的硬件不断升级,软件的功能不断完善,到图像算法的不断改进,被检查者所受到的辐射剂量越来越低,在CT辐射安全管理的模式下,三种肺部CT采集方式所得到辐射剂量有差异,70Kv有效剂量最低,双能方式的有效剂量次之,常规120Kv最高。

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综上所述,七氟醚的心肌保护作用已经证实,其作用途径涉及多个方面,糖尿病因素可削弱甚至取消其心肌保护作用,其机制可能通过介导线粒体的融合和分裂而实现,其具体机制及结论在国际上也少有报道,还有待于进一步的研究证实。

参考文献

PI3K在蛋白质的合成、代谢及细胞的存活中负责许多下游因子的磷酸化过程,PI3K的激活可以减少细胞坏死、抑制凋亡,从而减少因缺血和再灌注损伤导致的心肌梗死面积[11]。七氟醚激活PI3K可使Akt磷酸化,进而抑制多种凋亡相关蛋白的生成,减少对线粒体膜的损害和mPTP的开放,从而抑制凋亡的过程;同时PI3K也可以磷酸化凋亡过程执行蛋白caspase-9的前体前caspase-9蛋白并使其失活,抑制凋亡的发生。

观察组35例患者中显效21例、有效11例,治疗总有效率为91.4%, 而对照组35例患者中显效11例、有效15例,治疗总有效率为74.3%,两组比较,差异有统计学意义(P>0.05),见表1。

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GSK-3β作为PI3K/AKT信号传导通路的下游组成分子之一,通过负反馈磷酸化参与多种细胞的保护机制,七氟醚后处理通过激活PI3K/AKT信号传导通路引起GSK-3β磷酸化失活,进而通过减少mPTP的开放、减少caspase-3的生成、抑制P53等途径阻断细胞凋亡程序,减轻心肌的缺血再灌注损伤[15]。PI3K介导的GSK-3β的抑制所带来的心肌保护作用在糖尿病大鼠模型中有所减弱甚至消失,提示了糖尿病心肌组织对七氟醚后处理保护作用降低的可能机制。有研究表明,通过抑制GSK-3β的活性可以恢复七氟醚后处理对糖尿病大鼠心肌缺血再灌注的保护作用[16],提示七氟醚对糖尿病心肌缺血再灌注保护作用的减弱甚至消失可能是通过GSK-3β途径导致的。

z′x′=S51x2+S52xy+S53y2+S54yz+S55z2+(1+S56)zx+S57x+S58y+S59z+S60+o(h2)

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张一强,韩冲芳
《临床医药实践》 2018年第05期
《临床医药实践》2018年第05期文献

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