1、心肌缺血损伤与缺血心肌保护 对缺血心肌的保护措施可于缺血前、缺血中及缺血后三个时相施加,以减轻缺血和/或I/R损伤。缺血心肌保护的研究进展:心肌缺血预习惯(preconditioning,Prec)和心肌缺血后习惯(postconditioning,Postc)心脏保护作用。缺血心肌的保护缺血心肌的保护 减轻细胞凋亡和坏死 心肌缺血和再灌注期间,存在两种形式的细胞死亡,即凋亡和坏死。二者在再灌注时相同时存在,但坏死在缺血期即已发生,而凋亡则由于其能量依赖性的原因,主要发生在再灌注期或于再灌注期明显加速。再灌注期间,用药物抑制凋亡信号级联可同时减少凋亡和坏死细胞数,提示凋亡在再灌注期间可进展为坏
2、死,从而扩大心肌梗死范围。控制再灌注诱导的凋亡信号可同时减少两种形式的细胞死亡,进而缩小心肌梗死范围,改善心功能。心肌缺血预习惯(Prec)1986年由Murry 等首次提出Prec的概念:是指心脏经历几次反复短暂的I/R后,对随后长时间I/R损伤的耐受性增强,表现为缩小心肌梗死范围、减少细胞调亡、缓解心肌顿抑、减轻心律失常等。Reference Murry CE,Jennings RB,Reimer KA、Preconditioning with ischemia:a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium、Circulation
3、 1986;74:112436、Prec的方法 动物开胸,反复结扎冠状动脉左前降支,5分钟缺血,5分钟再灌注,重复3-4个周期。动物开腹,反复结扎肠系膜动脉。无创方法,反复结扎远端肢体。药物预习惯,用药物代替动脉结扎,模拟预习惯的保护效应。24 hSham group 24 h PC group ischemia reperfusion sham operationExperimental protocol of delayed preconditioning 实验方法 实验分组:NDM+I/R组:NDM+IPC组:柠檬酸柠檬酸NSNS4 w4 w1 w1 wDM+I/R组:DM+IPC组:R
4、AM+DM+I/R组:RAM+DM+IPC组:实验方法NSNSRAM4 w1 w4 w1 w1 w4 w4 w1 wSTZSTZSTZSTZRAMPrec的研究进展 Prec通过激活某些信号级联反应,赋予心肌一种防御表型,增强其对缺血和/或缺血再灌注损伤的耐受性。Prec在缺血损伤前实施,故可对缺血和再灌注两个时相产生干预,同时减轻缺血和再灌注损伤,产生强大的心脏保护作用。各种Prec干预措施必须在缺血前实施才能使病人获得保护,而心肌缺血事件特别少能够被提早预知,从而限制了Prec的临床应用。2003年由Zhao等首次提出Postc的概念:是指长时间缺血后再灌注开始时,反复短时间的I/R可产生
5、与Prec相似的心脏保护作用。尽管仅干预再灌注损伤,但由于再灌注较心肌缺血更容易预测,且多在临床医师控制下进行,因此Postc提供了较Prec更具吸引力、更容易实施的心脏保护策略。Reference Zhao ZQ,Corvera JS,HalkosME,Kerendi F,Wang NP,Guyton RA,et al、Inhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion:parison with ischemic preconditioning、Am J Physiol Heart C
6、irc Physiol 2003;285:H57988、心肌缺血后习惯(Postc)Experimental protocol for wild type and CYP-D-/-mice subjected to 30 min LAD coronary artery occlussion followed by 120 min reperfusion、The arrow indicates the administration of treatment、Dzx,diazoxide;CsA,cyclosporin-A;SfA,sanglifehrin-A Prec关键性的保护作用估计发生在缺血
7、后的再灌注早期,且Prec和Postc在再灌注时相具有某些相同的作用机制,从而为研究再灌注早期心脏保护的药物治疗策略提供了共同靶点。氧自由基和抗氧化防御系统 腺苷及腺苷受体 再灌注损伤营救激酶途径 线粒体ATP敏感性钾通道 线粒体通透性转换孔道Prec与Postc再灌早期的共同作用靶点 氧自由基(oxygen free radical,OFR)的种类:OFR是细胞呼吸产能过程中的副产物,包括超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢等,也称之为活性氧(reactive oxygen species,ROS)。OFR的双重作用:适量的OFR是触发Prec和Postc保护作用所必需的起始因素。过量的OFR可引
8、起脂质过氧化,降低细胞膜流动性,增加其通透性,损伤细胞膜离子泵,引起细胞能量和离子稳态的异常,最终导致细胞损伤甚至死亡。一、氧自由基及其作用 OFR清除系统:正常情况下,机体存在超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等内源性抗氧化防御系统,可将其及时清除。缺血缺氧情况下,OFR清除系统功能减弱或丧失,而生成系统潜在活性增强,恢复供血供氧后,呼吸爆发生成大量OFR,超过抗氧化防御系统的清除能力,导致细胞结构和功能损伤。抗氧化防御系统 Prec和Postc减少再灌注早期OFR的生成。Prec和Postc减少再灌注早期增强抗氧化防御系统对OFR的清除能力。若OFR清除剂在Postc前或Pos
9、tc期间给予,则取消其缩小心肌梗死范围的保护效应,若在Postc后给予则不影响其保护效应,提示OFR估计是Postc的触发因子,OFR具有双重作用。Prec和Postc与OFR 再灌注前5 min或再灌注开始后10 min给予非选择性腺苷受体拮抗剂,持续20 min,取消Prec缩小心肌梗死范围的作用,提示Prec保护作用的实现需要于再灌注开始前及再灌注期间激活腺苷受体,此腺苷受体的活化至少在再灌注的前10 min内是保护作用所必需的。再灌注早期参与Prec保护作用的腺苷受体是A1和/或A2B受体亚型。二、腺苷、腺苷受体与Prec 在大鼠心脏,Postc推迟再灌注早期内源性腺苷及其他嘌呤中间代
10、谢产物的释放,其缩小心肌梗死范围的作用被非选择性腺苷受体拮抗剂及A2A和A3受体选择性拮抗剂取消,提示内源性腺苷及其受体的兴奋也是Postc保护作用所必需的。再灌注早期参与Postc保护作用的腺苷受体是A2A和A3受体亚型。腺苷、腺苷受体与Postc腺苷心肌保护作用的估计机理 再灌注开始时给腺苷受体兴奋剂AMP579,持续1 h,心肌梗死范围缩小,若将给药时间推迟10 min,则不产生保护作用,提示腺苷受体的兴奋在再灌注早期有重要作用。内源性腺苷估计通过与其G蛋白偶联受体相互作用,活化冠状血管内皮细胞和心肌细胞,减少氧化产物和细胞因子的释放,抑制中性粒细胞的聚集和粘附,从而减轻缺血再灌注损伤。
11、再灌注损伤营救激酶(reperfusion injury salvage kinase,RISK)途径:是指在再灌注期间发挥抗细胞死 亡 心 脏 保 护 作 用 的 磷 脂 酰 肌 醇 3 激 酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)-Akt和细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)前生存激酶的信号级联。再灌注早期RISK途径的激活可通过各种抗凋亡机制减轻再灌注损伤。PI3K-Akt信号级联 ERK1/2信号级联 PI3K-Akt和ERK1/2信号级联之间的对话 再灌注早期RISK成
12、员的变化三、再灌注损伤营救激酶途径 PKC PI3K-Akt信号级联:是一条细胞生存途径,可减少细胞凋亡、调节糖原合成和葡萄糖转运。PI3K的激活:PI3K是一种脂质激酶,可被受体酪氨酸激酶、细胞因子或G-蛋白偶联受体激活。Akt的激活:PI3K激活Akt、磷脂酰肌醇依赖性激酶1、单体G蛋白(如Rac-GTPases),进而磷酸化其下游靶分子。PI3K-Akt信号级联磷脂酰肌醇-3激酶催化生成各种磷酸化磷脂酰肌醇PIPIPPIP2 PI-3-PPI-3,4-P2PI-3,4,5-P3 磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3K）催化亚基（P110）调节亚基（P85）PI-3K Akt下游靶分子的激活:u糖
13、原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase-3beta,GSK-3)u雷帕霉素哺乳动物靶点(mammalian target of rapamycin,mTOR)u70 KDa核糖体蛋白S6激酶(70 KDa ribosomalprotein S6 kinase,p70S6K)u内皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)u抗凋亡效应因子 活化的Akt通过磷酸化一系列底物,如前凋亡Bcl-2家族成员Bad、Forkhead转录因子等,发挥抗凋亡作用。PI3K-Akt信号级联 多种形式的Prec均在再灌注早期激活PI3K
14、-Akt信号级联。用药物抑制PI3K的活性,取消Prec心脏保护作用。再灌注早期PI3K-Akt信号级联的活化在Postc保护作用中同样是不可缺少的。Postc后,心肌组织中磷酸化的Akt、eNOS、p70S6K增多,再灌注开始时用药物抑制PI3K活性,取消Postc缩小梗死范围的作用。PI3K-Akt信号级联与缺血心肌保护 ERK1/2是有丝分裂原激活蛋白激酶家族的成员之一,该家族主要参与调节细胞增殖分化和生存。该信号级联亦在再灌注早期活化。多种药物的药理性Prec在再灌注早期引起ERK1/2磷酸化增强,从而产生心脏保护作用,而抑制其活性则取消保护作用。Postc亦在再灌注早期激活ERK1/
15、2信号级联,其抑制剂取消保护作用。ERK1/2信号级联与缺血心肌保护 再灌注早期PI3K-Akt和ERK1/2信号级联的激活在Prec和Postc中都具有重要作用,而且它们之间存在着相互作用和相互影响。抑制PI3K-Akt信号级联的活性,可发现 ERK1/2信号级联磷酸化作用加强;反之,抑制ERK1/2信号级联的活性,可见PI3K-Akt信号级联的磷酸化作用加强。前凋亡蛋白Bad是这两条途径的共同作用靶点,它们通过磷酸化Bad的不同位点使之失活,从而发挥抗凋亡作用。两条不同激酶途径的互补调节能够使Prec和Postc保护作用即使在一条途径被抑制时仍能够实现。PI3K-Akt和ERK1/2信号级
16、联间的对话 GSK-3磷酸化失活 mTOR和p70S6K磷酸化激活 eNOS磷酸化激活 前凋亡蛋白Bad、Bax及p53磷酸化失活再灌注早期RISK成员的变化 GSK-3在未受刺激的细胞中活性较高,参与调控细胞代谢、转录、分化等重要过程。Prec及Postc在再灌注早期激活PI3K-Akt信号级联,活化的Akt催化GSK-3磷酸化失活。药理性抑制GSK-3活性可缩小心肌梗死范围,改善缺血后心功能的恢复。GSK-3磷酸化失活的心脏保护作用估计与其抑制线粒体渗透性转换孔道(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)开放有关。GSK-3失活与缺血
17、心肌的保护 mTOR可被抗真菌药雷帕霉素抑制,被Akt磷酸化激活。活化的mTOR可磷酸化激活p70S6K,后者通过磷酸化40S核糖体亚基的S6蛋白调节转录蛋白的合成,在细胞生长中有重要作用。p70S6K 是PI3K-Akt和ERK1/2两个信号级联共同的下游靶点,可磷酸化Bad 使之失活,抑制细胞凋亡。Prec使大鼠心脏磷酸化的p70S6K在再灌注早期明显增加,抑制PI3K和ERK1/2活性,取消p70S6K磷酸化和Prec缩小心肌梗死范围的作用。大鼠心脏Postc诱导再灌注早期p70S6K磷酸化,缩小心肌梗死范围,此作用被PI3K抑制剂取消。mTOR和p70S6K激活与缺血心肌的保护 Pre
18、c诱导eNOS表达及磷酸化增加,再灌注期间一氧化氮的增加亦与Prec保护作用紧密相关。再灌注早期,eNOS被PI3K/Akt信号级联磷酸化激活,抑制eNOS活性取消Postc保护作用。eNOS的活化可促进血管内皮细胞释放一氧化氮,减少中性粒细胞黏附,改善乙酰胆碱引起的血管舒张反应,抑制mPTP开放,减轻再灌注损伤。eNOS激活与缺血心肌保护 磷酸化的Bad嵌入在14-3-3蛋白的结合位点上,而被隔离在胞浆中,失去其促凋亡活性。脱磷酸作用将激活Bad,使其转位到线粒体,与抗凋亡蛋白Bcl-xl或Bcl-2形成异二聚体,使其失活,诱导细胞凋亡。Bad、Bax及p53失活与细胞凋亡 Prec和Postc均促进再灌注期Bad磷酸化,缩小心肌梗死范围。凋亡信号刺激后,Bax发生构象改变而转位到线粒体,在线粒体外膜形成孔道或与mPTP相互作用,诱导细胞色素C(cytochrome C,cytC)的释放,从而诱发细胞凋亡。活化的PI3K-Akt途径或ERK1/2途径可抑制Bax的构象转变,阻止凋亡发生。PI3K-Akt途径亦可通过磷酸化Mdm2促进p53降解,发挥抗凋亡作用。Bad、Bax及p53失活与缺血心肌的保护感谢您的聆听！
