【热点文章】卢长林：心肌保护作用机制的研究进展
作者:卢长林(首都医科大学附属北京朝阳医院心脏中心-燕达院区)
急性心肌梗死是引起冠心病死亡的主要原因[1,2]。再灌注治疗（包括溶栓、经皮冠状动脉介入和冠状动脉搭桥术）能使闭塞的血管再通，可挽救缺血心肌、减少坏死面积，已成为急性心肌梗死最重要的治疗策略。但是，急性心肌梗死患者在接受了最佳再灌注治疗后仍有很高的死亡率和心力衰竭发生率 [3]。其中，一个重要原因是再灌注治疗在恢复了缺血心肌的血流后，也可以引起心肌的损伤，也就是所谓的缺血再灌注损伤 [4]。
从最初的动物研究到当前的人体研究，人们一直在不断探索如何来减少心肌缺血再灌注损伤。迄今为止，已经发现了许多具有减轻心肌缺血再灌注损伤的心肌保护措施。总体上，心肌保护措施可以分为：1．药物措施：如b受体阻滞剂、钙离子拮抗剂、抗炎和抗氧化药物、他汀类药物、极化液、促红细胞生成素等；2．非药物措施：主要包括心脏缺血预处理、远距缺血预处理、心脏缺血后处理和远距缺血后处理。
尽管各种药物和非药物心肌保护措施实施的方法存在差异，但是，随着研究的逐渐深入，人们认为它们在发挥心肌保护作用时具有相似的作用机制。理解这些心肌保护措施的机制有助于我们更好地防治心肌缺血再灌注损伤，本文就心肌保护措施的机制及其最新进展进行综述。
一、目前公认的机制
关于心肌保护措施的发生机制，目前比较公认的为“触发物质-调节介质-终末效应器”理论体系。在心肌缺血再灌注时，心肌保护措施可以触发一些物质释放增加，这些触发物质到达心肌细胞后，通过作用于细胞表面的相应受体或其他靶点，激活细胞内的信号通路级联反应，然后作用于终末效应器（主要是线粒体上的一些关键通道或者蛋白），从而抑制细胞死亡，最终发挥心肌保护作用。
1.触发物质：迄今为止，研究发现许多种物质参与了心肌保护措施的触发机制，这些物质可以被分为两大类[5,6]，（1）内分泌激素：主要是腺苷、阿片类物质和缓激肽，通过自分泌和或旁分泌的方式发挥作用；（2）离子：一些离子聚集（生成增多或者清除减少），并在随后几分钟内引起细胞内和细胞间隙的pH值进展性下降。
2.调节介质：心肌保护措施发挥作用时的调节介质主要是指细胞内一些蛋白激酶组成的信号通路，它们是联系触发物质的作用受体和终末效应器之间的桥梁[4-6]。目前已经有许多信号通路被发现参与了心肌保护措施的心肌保护作用，其中认为比较关键的信号通路包括：（1）磷酸肌醇3激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K）/蛋白激酶B（Protein kinase B, PKB/AKT） 通路和细胞外信号调节激酶（Extracellular signal-regulated kinase 1/2, ERK1/2）通路共同组成的再灌注损伤补救激酶（Reperfusion injury salvage kinase, RISK）途径，（2）Janus激酶（Janus Kinase, JAK）/信号转导和转录激活因子（Signal transducer and activator of transcription-3, STAT3）组成的生存活化因子增强（Survivor activating factor enhancement, SAFE）通路，（3）鞘氨醇激酶（Sphingosine kinase, SPhK）、蛋白激酶C（Protein kinase C, PKC）和蛋白激酶G（Protein kinase G, PKG）。
3.终末效应器：目前的研究认为心肌保护措施发挥作用的终末效应器主要是指线粒体上的一些关键通道或者蛋白，其中研究的最为深入、并且公认的两个终末效应器为线粒体通透性转换孔（Mitochondrial permeability transition pore, mPTP）和线粒体ATP敏感的钾通道（Mitochondrial ATP-sensitive K+, mitoKATP）[7,8]。
二、最新的机制研究进展
随着生命科学研究的高速发展，人们对心肌保护措施的研究也与时俱进。目前，心肌保护措施在基础研究中的主要进展包括microRNA、线粒体、内质网应激和其他等。
1.microRNA
microRNA是一类内源性19-25个核苷酸大小的非编码RNA分子，能够与靶基因的3’非翻译区结合，从而引起靶基因的翻译抑制和或直接降解靶基因。迄今为止，越来越多的microRNA先后在生物体内被鉴定出来，其数量约占整个基因组总数的2％，调节着大部分（估计60％）蛋白质编码基因及非蛋白质编码基因的表达。
最新的研究显示microRNA在心肌缺血再灌注损伤的发生和发展中发挥了重要的作用。有研究发现心肌缺血再灌注时可以引起心肌一些microRNA表达的明显改变，而这些microRNA通过作用于其靶蛋白发挥减少心肌细胞死亡和改善心功能的作用[9,10]。此外，有研究报道心肌缺血再灌注时心脏缺血预处理和缺血后处理能够引起心脏microRNA表达的改变，并且这些microRNA通过作用于其靶蛋白介导了心脏缺血预处理和缺血后处理在心肌缺血再灌注时候的保护作用[11-13]；此外，远距缺血预处理也可以引起血液中的microRNA含量增加，并通过循环作用于心脏而发挥心肌保护作用[14]。
2.线粒体
线粒体作为机体细胞能量产生的中心和控制细胞生死的“开关”，其上的mKATP和mPTP作为各种心肌保护措施的终末效应器发挥了重要的作用。最新的一系列研究也开始关注线粒体的其他结构和功能与心肌缺血再灌注损伤和心肌保护措施的关系，这主要包括线粒体内部的信号通路如AKT、PKC-e、ERK和GSK-3b。这些线粒体内部的信号通路可以接受细胞浆分子的信息，并作用于mKATP和或mPTP，从而使心肌细胞抵抗缺血再灌注损伤。此外，线粒体的形态的动态变化（分裂和融合）[15]、线粒体与其他细胞器如内质网的交互作用[16]、线粒体内的乙醛脱氢酶[17]等也与心肌缺血再灌注损伤和心肌保护措施密切相关。
3.内质网应激
内质网作为真核细胞中调控蛋白质折叠、钙离子稳态和应激反应最重要的细胞器之一，对应激刺激非常敏感。一定程度的内质网应激（Endoplasmic reticulum stress, ERS）可诱导葡萄糖调节蛋白类、钙网蛋白、折叠酶等ER伴侣分子表达上调，增强ER处理未折叠蛋白的能力,促进ER功能恢复；ERs持续存在或过强时将诱导Caspase-12，CHOP/GADD153等促凋亡因子的表沟活化,触发ER相关性凋亡信号途径,诱导细胞凋亡。缺血缺氧、葡萄糖营养物质匾乏、ATP耗竭、大量自由基的产生及钙离子稳态破坏等均可引起内质网功能障碍，触发内质网应激，主要表现为葡萄糖调节蛋白类、钙网蛋白、蛋白质折叠酶等物质表达上调和促凋亡因子的表达及活化过度，并通过破坏钙离子稳态，诱导细胞凋亡而加重心肌缺血再灌注损伤[18,19]。因此，心肌缺血再灌注损伤的发生发展与内质网功能状态密切相关[18,20]。此外，心肌保护措施包括缺血后处理可以的短暂缺血可能触发适当的内质网应激，诱导内质网伴侣蛋白的表达，促进应激状态下内质网功能的恢复，从而激发机体的内源性心肌保护作用[18,20-22]。
4.其他
此外，一些研究也关注心肌细胞膜上的相关受体参与各种心肌保护措施的作用。机体参与非特异性免疫（天然免疫）的Toll样受体（Toll-like receptors, TLR）通过结合内源性配体物质心肌在缺血-再灌注损伤和心肌保护也具有重要的作用，其中TLR2和TLR4具有促进心肌缺血再灌注损伤的作用，而抑制TLR2和TLR4则可以减轻心肌缺血再灌注损伤[23]。此外，最新的研究也显示缺血预处理也可以激活感觉神经末梢上的非选择性的阳离子通道瞬时受体电位香草醛亚型1（Transient receptor potential vanilloid 1, TRPV1）使其释放神经递质CGRP和SP，神经递质通过与心肌细胞上的相应受体结合来发挥心肌保护作用[24]。MG53是一种新的肌肉细胞膜修复蛋白，也被发现对心脏损伤具有重要的保护作用，它是心肌缺血预处理这一重要内源性心脏保护机制的关键信号分子，其主要通过激活RISK信号通路参与心肌保护[25]。
三、小结
由于急性心肌梗死对人类健康的巨大危害，有关减轻缺血再灌注损伤的心肌保护措施研究仍将是未来研究的焦点。随着生命科学的快速发展和临床转化医学的出现，在基础研究中应用生命科学的最新技术和方法以进一步阐明心肌保护的机制将是重要的研究方向，阐明这一机制对今后加快心肌保护措施向临床应用转化的步伐也具有非常重要意义。