心肌细胞凋亡与心肌缺血再灌注损伤
张弓 （中国民航总局民用航空医学中心，北京１ＯＯＯ２５）
１概述
持续的心肌缺血必然导致大量的心肌细胞死
亡，虽然在早期进行再灌注治疗尽快恢复缺血区心
肌的血供是拯救濒临死亡的心肌细胞的较好方法，
但是有充足的实验证据证实再灌注过程可以对心肌
细胞造成损害，导致心肌细胞的非缺血性功能障碍
甚或死亡，有研究者证实在再灌注的起始阶段采取
一些干预措施可以削弱这种再灌注损伤［１。］。实验
表明心肌细胞在缺血一再灌注过程中主要有两种死
亡方式：坏死和凋亡。坏死是心肌细胞在持续性缺
血状态下的主要死亡形式，其可以在短时间内导致
大量的心肌细胞丢失 ］，Ｚｈｉ—Ｑｉｎｇ Ｚｈａｏ等人证实缺
血状态下心肌细胞坏死是一个随时间发展的动态过
程［＝５］。凋亡是细胞的程序性死亡（ｐｒｏｇｒａｎｍｍｅｄ
ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ，ＰＣＤ）过程，在胚胎发育、内环境稳态、重
构、免疫监视和后天宿主反应中起重要的作用［６］，最
近有报道凋亡参与了心肌细胞缺血一再灌注损伤过
程 ，有研究者提出心肌细胞凋亡于缺血时即发
生，但是越来越多的实验证据表明凋亡主要发生于
再灌注过程［７，８，１３，１４］。
近２０年人们一直在探索如何减少心肌缺血一再
灌注损伤，阻止再灌后心肌梗死面积的扩大。许多
研究都把目光集中于药物干预上，但都未达到预期
效果［２ ］。１９８６年Ｍｕｒｒｙ等人首先描述了缺血预
适应现象（ｉｓｃｈｅｍｉｃ ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ＩＰ），其指出在持
续４ｏ分钟阻塞狗的冠状动脉前进行一系列短暂的
冠状动脉阻塞再开通的过程，可以明显减小心肌梗
死面积＿１ 。随后的研究证实ＩＰ可能通过抑制氧化
应激反应、保护内皮细胞功能、减少中性粒细胞聚
集、抑制凋亡来起到心肌保护作用。２００３年Ｚｈｉ—
Ｑｉｎｇ Ｚｈａｏ于Ｖｉｎｔｅｎ－Ｊｏｈａｎｓｅｎ实验室首先发现在
致命的心肌缺血事件发生后进行一系列短暂的冠状
８３６ 河北医药２００８年６月第３０卷第６期Ｈｅｂｅｉ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｊｕｎ ２００８，Ｖｏｌ ３０，Ｎｏ．６
一氧化氮与心肌缺血再灌注损伤
武宏敏张建新
ＮＯ在心肌缺血再灌注损伤（ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ ｉｓｃｈｅｍｉａ－ｒｅｐｅｒｆｕｓｉｏｎ
ｉｎｊｕｒｙ，Ｍ１ＲＩ）中起着十分重要的作用。ＮＯ对冠脉血管舒缩具有
调控作用，能够有效维持冠脉循环血流，抑制血管平滑肌细胞
增殖，防止血栓形成，对缺血再灌后心肌的转归及心肌功能的
恢复起重要作用。然而，ＮＯ生成过多对心肌缺血会产生显著
的不良作用，尤其是ＮＯ与氧结合生成大量的氧自由基，如过氧
亚硝酸阴离子（ｐｅｒｏｘｙｎｉｔｒｉｔｅ，ＯＮＯＯ一），这是一种氧化性很强、毒 性很大的物质，其可导致细胞膜脂质过氧化及细胞其他成分的
氧化损伤，直接损害心肌细胞和血管，而引起心肌细胞凋亡、坏
死，使得心功能受损。所以，ＮＯ在心肌缺血再灌注损伤中是一
把“双刃剑”，现将ＮＯ的这种双重作用综述如下。
１正常机体的ＮＯ代谢
动物体内ＮＯ生物合成的唯一途径是一氧化氮合酶（ＮＯＳ） 的酶促反应，体内ＮＯ主要由ＮＯＳ催化Ｌ－ａ￣ｇ和分子氧，并在
ＮＡＤＰＨ、ＢＨ４等辅基存在的条件下生成。此外，硝基扩血管物
质等ＮＯ供体（如硝酸甘油、硝普钠）亦在体内通过一系列生化
反应释放ＮＯ…。ＮＯＳ是一种与细胞色素Ｐ－４５０还原酶相似的
含铁血红蛋白酶。目前已确知ＮＯＳ的亚型有３种 Ｊ，在血管内
发现的ＮＯＳ，被称为内皮型ＮＯＳ（ｅＮＯＳ），在脑、脊髓和外周神经
系统中发现的称为神经元型（ｎＮＯＳ），ｅＮＯＳ和ｎＮＯＳ在细胞处于
生理状态下即有表达，故将二者合称为结构型ＮＯＳ（ｃＮＯＳ）。由
巨噬细胞和其它细胞受内毒素或不同的细胞因子刺激后，诱
导产生的ＮＯＳ，称为诱导型ＮＯＳ（ｉＮＯＳ）。但不能简单地认为这
三种ＮＯＳ只分别与内皮、神经元、诱导性具有相关性。如ｎＮＯｓ
缺血再灌注
近年来．随着休克治疗的进步以及动脉搭桥术、溶栓疗法、经皮腔内冠脉血管成形术、心脏外科体外循环、心肺脑复苏，断肢再植和器官移植等方法的建立和推广应用，使许多组织器官缺血后重新得到血液再灌注。多数情况下，缺血后再灌注可使组织器官功能得到恢复，损伤的结构得到修复，患者病情好转康复；但有时缺血后再灌注．不仅不能使组织、器官功能恢复，反而加重组织、器官的功能障碍和结构损伤。这种在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血再灌注损伤(ischemi-a-reperfusion injury)。
凡是在组织器官缺血基础上的血液再灌注都可能造成缺血再灌注损伤的发生。常见的有：
1组织器官缺血后恢复血液供应如休克时微循环的疏通，冠状动脉痉挛的缓解等。
2一些新的医疗技术的应用如动脉搭桥术、溶栓疗法、经皮腔内冠脉血管成形术等。
3体外循环下心脏手术。
4心脏骤停后心、肺、脑复苏。
5其他断肢再植和器官移植等。
但并不是所有缺血的器官在血流恢复后都会发生缺血一再灌注损伤，许多因索可以影响其发生及其严重程度，常见的有：
1缺血时间首先影响再灌注损伤的是缺血时间。缺血时间短，恢复血供后可无明显的再灌注损伤．因为所有器官都能耐受一定时间的缺血。缺血时间长，恢复血供则易导致再灌注损伤。若缺血时间过长，缺血器官会发生不可逆性损伤，甚至坏死，反而不会出现再灌注损伤。例如，阻断大鼠左冠状动脉5~10min．恢复血供后心律失常的发生率很高．但短于2min或超过20min的缺血，心律失常较少发生。另外，不同动物、不同器官发生再灌注损伤所需的缺血时间不同，小动物相对较短，大动物相对较长。如家免心肌再灌注损伤所需的缺血时间一般为40min，脑一般为30min(全脑血流阻断)，肝脏一般为45min(部分肝血流阻断)，肾脏一般为60min，小肠大约为60min，骨骼肌甚至为4小时。
• 文献综述 •63２０１３ 年 １ 月第 １１ 卷 第 １ 期 中 国 医 药 指 南
心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemic reperfusion injury，MIRI）指心肌缺血恢复血流供应后，造成代谢功能障碍及结构损伤加重的现象[1]。MIRI是临床上常见的疾病，其病理过程与冠状动脉血管形成术，冠状动脉重建术，心脏移植等术后并发症密切相关[2]。MIRI涉及的机制复杂，尚有待更深入的研究阐述。近年来，由于电生理学、基因组学和蛋白组学等技术的应用，对MIRI机制的研究也获得了一定的进步，其主要机制概述如下：1 氧自由基与MIRI自由基（free radical），又称游离基，指在外层电子轨道上具有不配对的单个电子、原子、原子团或分子的总称[3]。由机体内氧诱发化学性质活泼的自由基称为氧自由基，包括羟自由基和超氧阴离子。生理状态下自由基存在较少，在细胞缺血时，其氧自由基清除能力下降[4]。当组织恢复血液供应时，触发氧自由基“爆增”并累积，攻击自身和周围细胞，造成损伤[5]。自由基损伤细胞膜，致其结构破坏造成心肌酶溢漏；自由基氧化破坏机体蛋白，改变蛋白酶表面结构使功能受损；自由基诱导遗传物质DNA、RNA断键或破损，影响核酸正常功能[6]。自由基可导致心律失常，心肌损伤，细胞凋亡等事件[7]。2 炎症反应与MIRIMIRI发生时心脏组织内皮结构受损触发功能障碍，而中性粒细胞趋集、黏附血管内皮是炎症“级联”反应的诱发阶段[8]。激活的中性粒细胞合成释放肿瘤坏死因子、IL-1、IL-6 等炎症介质，介导其他炎症细胞共同攻击心肌组织[9]。此外，白细胞浸润在MIRI中涉及的主要机制为，MIRI使细胞膜受损和膜磷脂降解，具有很强趋化作用的白三烯等代谢产物增多，使更多白细胞循环浸润，对心肌细胞造成多次损伤。MIRI时，心肌缺血细胞生成大量的促炎介质如补体C5a、LPS、IL-8等，激活并诱导心肌细胞多种黏附如ICAM-1，ICAM-2等分子表达[10]。膜表面的黏附分子作为受体和配体介导白细胞与内皮细胞、心肌细胞的黏附，并为炎性浸润提供物质基础。3 钙超载与MIRI由于细胞内钙浓度显著升高并造成心脏功能代谢障碍的现象称为钙超载（Ca2+超载）[11]。生理条件下，钙浓度稳态维持着正常心功能。当心肌缺血时，钠泵功能障碍，Na+与Ca2+的交换紊乱，使细胞内Ca2+大量积累，触发线粒体功能障碍、钙泵障碍等[12]。Ca2+超载与细胞损伤有相关性。其可引起：①减少线粒体ATP生成。②激活钙依赖性降解酶，损伤细胞结构。③诱导自由基生成，损害心肌细胞。④促使 Ca2+与CaM结合，影响细胞内信号转导。⑤引起心律失常。4 能量代谢障与MIRIMIRI发生时，心肌细胞依赖无氧代谢途径供能，但其生成ATP的能力有限。而ATP的明显不足会触发一系列代谢的异常和紊乱：①依赖性ATP的细胞膜泵活性下降，膜电位改变。②Ca2+内流增加，激活膜磷酶导致缺血性肌挛缩，并产生氧自由基进一步损害细胞。③酸中毒，破坏细胞的生存环境。④严重阻碍ATP的生成[13]。研究表明，能量代谢障碍可造成有关基因及蛋白表达的异常，同时细胞内的ATP含量是触发细胞凋亡促进因素之一。5 细胞凋亡与MIRI细胞凋亡，又称程序性细胞死亡，指由促凋亡因素触发细胞内死亡程序而发生的细胞死亡过程[14]。细胞凋亡调控着机体中细胞稳态，并摒除体内有害的细胞、无功能的细胞、突变的细胞以及受损的细胞。而过度活跃的细胞凋亡进程会加重MIRI病情。MIRI中的细胞凋亡的机制涉及的凋亡途径多种途径，以多方式、多水平的交叉联系，构成复杂的信号通路网络。线粒体途径、细胞因子信号转导途径、JAK-STAT途径、LOX-1通路、MAPKs通路等均可介导心肌MIRI发生发展，造成的心肌细胞凋亡。提示抗凋亡作用或特异性对抗有关信号通路是治疗MIRI的有效措施之一。6 小 结综上所述，心肌缺血再灌注损伤（MIRI）的发生机制涉及多因素的复杂过程，需要广大科研攻关者更全面、更深入的科学研究，积极寻求更有效的防治措施，为MIRI造福。近年来，随着科学技术的不断发展，在基因调控、细胞凋亡、信号转导等角度的深层次研究也在逐步开展，期待对MIRI机制研究取得重要的突破。 参考文献[1] 赵亚玲,敖虎山.心肌缺血再灌注损伤的研究进展[J].中国循环杂志,2011,26(5):396-398.[2] Castedo E,Segovia J,Escudero C,et a1.Ischemia-reperfusion injury during experimental heart transplantation. Evaluation of trimetazidine's cytoprotective effect[J].Rev Esp Cardiol. 2005,58(8):941-950.[3] Chen AF,Chen DD,Daiber A,et a1.Free radical biology of the cardiovascular system[J].Clin Sci (Lond),2012,123(2):73-91.[4] Valko M,Leibfritz D,Moncol J,et a1.Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease [J].Int J Biochem Cell Biol, 2007,39(1):44-84.[5] Dröge W.Free radicals in the physiological control of cell function[J].Physiol Rev, 2002,82(1):47-95.[6] 林灼锋,李校坤,孟娟.活性氧自由基对心肌细胞损伤效应研究[J].心肌缺血再灌注损伤的机制研究进展
