埃他卡林對低氧性肺動脈高壓患者某些血清酶活性及自由基代謝的影響*

崔建華,高 亮,張東祥,肖忠海,楊海軍,李 彬,馬廣全,汪 ?！?/p>

(1.解放軍第18醫院全軍高山病防治研究中心,新疆 葉城 844900;2.軍事醫學科學院衛生學環境醫學研究所,天津 300050)

低氧性肺動脈高壓(hypoxic pulmonary hypertension,HPH)多發生于移居高原(海拔3 000 m以上)者,移居3個月以上發病,發生機制包括低氧性肺血管收縮、繼發性紅細胞增多癥導致血液粘滯度增加以及肺血管結構重建等。隨著肺動脈高壓發病機制研究的不斷深入、分子生物學日新月異的發展,已有越來越多的證據提示,任何原因引起的肺動脈高壓均可導致肺血管結構重建(remodeling)、管壁增厚、管腔狹窄以致閉塞[1]。在HPH的治療中血管擴張劑的療效不僅取決于藥物的藥理作用,而且也取決于病變的性質及程度。目前有關治療HPH的特效藥物不多,埃他卡林(iptkalim,Ipt)是我國自行設計、合成、具有我國自主知識產權的新型KATP開放劑(KATPCO)[2],在不影響正常體循環血壓的劑量下,產生選擇性抗肺動脈高壓作用。本文應用Ipt在海拔5 000 m(5 070 m、5 200 m和5 380 m)以上高原治療HPH,觀察血清酶活性的變化以及血中與過氧化反應關系密切的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性和過氧化脂質的最終分解產物丙二醛(malonaldehyde,MDA)的含量,以及一氧化氮(nitric oxide,NO)含量及其合酶(nitric oxide synthase,NOS)的活性變化,以便為其發展為新型治療HPH的藥物提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 受試對象

受試者為年齡18～24歲,男性,平原出生,進入高原5 070～5 380 m 1年以上。進駐高原前體檢確認健康,均自愿參加本次研究,并簽署知情同意書。納入標準[3]:(1)經超聲心動圖診斷有肺動脈高壓;(2)心電圖電軸右偏及明顯右心室肥厚。超聲、心電檢查由專業人員操作。

1.2 方法

1.2.1 主要儀器與藥物 便攜式超聲診斷儀(美國通用電氣LOGIQ BOOK XP,探頭頻率2.5 MHz);Ipt及安慰劑由北京恩華醫藥研究院提供,規格分別為5 mg/tab和0 mg/tab。安慰劑與埃他卡林片色、香、味相同,經檢驗符合國家安慰劑規定的相關要求。

1.2.2 分組與給藥:試驗采用隨機雙盲安慰劑對照設計。初次進入高原5 070～5 380 m 6個月以上的受試者,經體檢確診為肺動脈高壓者,進入該臨床研究。臨床試驗分為Ipt治療組(試驗組,n=74)與安慰劑對照組(n=36)。試驗藥物每日清晨9∶00～10∶00口服一次,Ipt每片5 mg,每日1次,安慰劑每片0 mg,每日1次,連續口服6個月。

1.2.3 檢測指標 服藥前和服藥6個月后分別采空腹靜脈血檢測血清酶活性和自由基代謝相關指標。血清心肌酶活性檢測的指標有:丙氨酸氨基轉移酶(alanine aminotransferase,ALT)、門冬氨酸氨基轉移酶(aspartate aminotransferase,AST)、γ-谷氨酰轉肽酶(γ-glutamyltransferase,γ-GT)、肌酸激酶 (creatine kinase,CK)和乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)試劑盒由南昌百特生物高新技術有限公司提供。自由基檢測的指標有:MDA、NO的含量、SOD和NOS的活性,試劑盒由南京建成生物工程研究所提供。所有標本的處理及檢測均由專人負責。

1.3 統計處理

2 結果

2.1 Ipt對海拔5 000 m以上HPH患者某些血清酶含量的影響

服藥前試驗組與對照組 ALT、AST、γ-GT、CK、LDH含量均無統計學差異(P＞0.05)。服藥6個月后試驗組較對照組ALT、AST、γ-GT、CK、LDH 含量均降低,差異有統計學意義(P＜0.05,表1)。

2.2 Ipt對海拔5 000 m以上HPH患者自由基代謝的影響

服藥6個月后試驗組較對照組SOD活性增高、NO含量、NOS活性增高,MDA含量降低,差異有統計學意義(P＜0.05);服藥前無統計學差異(P＞0.05,表 2)。

Tab.1 Effect of Ipt on the HPH enzymes of men living above 5 000m altitude(U/L,±s)

Tab.1 Effect of Ipt on the HPH enzymes of men living above 5 000m altitude(U/L,±s)

ALT:Alanine aminotransferase;AST:Aspartate aminotransferase;γ-GT:γ-Glutamyltransferase;CK:Creatine kinase;LDH:Lactate dehydrogenase;Ipt:Iptkalim;HPH:Hypoxic pulmonary hypertension*P＜0.05 vs placebo group

Group n ALT AST γ-GT CK LDH Before treatment Placebo 36 46.20±5.10 46.80±6.93 60.70±9.46 175.00±15.90 243.08±46.95 Experiment 74 45.10±6.38 44.60±6.39 60.40±8.76 173.00±14.30 243.45±43.22 After treatment Placebo 36 65.90±10.40 66.47±9.73 74.97±6.51 222.60±30.21 309.92±38.18 Experiment 74 56.70±9.87* 56.30±11.40* 66.53±8.96* 200.90±25.38*285.85±25.97*

Tab.2 Effect of Ipt on the HPH free radicals of men living above 5 000m altitude(±s)

Tab.2 Effect of Ipt on the HPH free radicals of men living above 5 000m altitude(±s)

SOD:Superoxide dismutase;MDA:Malonaldehyde;NO:Nitric oxide;NOS:Nitric oxide synthase;Ipt:Iptkalim;HPH:Hypoxic pulmonary hy pertention*P＜0.05 vs placebo group

Group n SOD(u/ml)MDA(nmol/ml)NOS(u/ml)NO(μ mol/L)Before treatment Placebo 36 79.37±8.36 5.80±1.35 50.71±10.99 63.26±13.76 Experiment 74 78.93±6.76 5.73±1.15 51.96±14.01 64.89±16.34 After treatment Placebo 36 64.18±7.28 8.67±1.77 34.40±7.01 48.10±7.99 Experiment 74 71.09±8.78* 6.74±1.64* 40.24±6.64* 57.70±12.80*

3 討論

HPH是慢性高原病(chronic mountain sickness,CMS)中最常見的一類疾病,如果不及時治療,嚴重者可發展為嚴重的心臟病、心衰、甚至危及生命。目前治療HPH的藥物主要是通過舒張肺血管平滑肌達到降低肺動脈壓的目的,新近的研究資料表明,肺血管收縮在肺動脈高壓的發病機理中的作用遠沒有肺血管重構重要[4]。作為這些肺血管活性物質的共同作用部位,鉀ATP通道在低氧性肺血管收縮和重構中發揮重要作用。Ipt為ATP敏感性鉀通道開放劑,可增強機體內源性耐缺氧能力,減輕機體低氧性損傷[5,6],改善持續低氧引起肺動脈高壓時肺內動脈重構的作用,從而改善通氣功能,有利于HPH的糾正。

機體在高度缺氧狀態下,致使機體細胞線粒體功能不全,ATP合成不足,鈉泵功能障礙,細胞腫脹以致細胞膜通透性增加;細胞內二磷酸腺苷和三磷酸腺苷水解造成細胞內酸中毒致使溶酶體膜不穩定,溶酶體內的水解酶釋出,損傷細胞膜使細胞膜的通透性增高;ATP減少,細胞蛋白合成與分解負平衡也影響到機體的合成與修復過程,組織或器官細胞會受到損傷,細胞膜的通透性增高,使酶釋放入血導致血清酶ALT、AST、γ-GT、CK 、LDH 含量不同程度的升高,預示機體尤其是心肌受到損傷。實驗表明,心臟低氧過程中細胞內的鈉增多,形成鈉超載;細胞鈉超載,則引起鈣超載,通過細胞內的鈣超載引起細胞的各種損傷[7]。細胞內的鈣超載是心肌細胞低氧損傷的關鍵,其次細胞內鉀的丟失對細胞低氧的電生理學改變起重要作用。低氧期間,細胞外鉀離子的蓄積對心肌細胞電生理影響很大,主要表現為動作電位時程(APD)縮短和動作電位輻度縮小。因此,低氧鉀外流的主要原因可能是ATP敏感性鉀通道的開放。低氧狀態下,KATP通道對細胞內ATP敏感性降低,從而提高KATP通道的活性,KATP通道開放,外向性鉀電流增加,通過加快動作電位復極化而縮短APD。

慢性低氧可導致過量氧自由基產生,體內蓄積的氧自由基不能及時消除,進而誘發一系列連鎖性脂質過氧化反應,破壞細胞膜完整性,造成細胞內鈣超載,引起細胞損傷,其后果是血管內皮依賴的血管舒張反應減弱,血管收縮反應增強[8],NO合成釋放減少,促進血管平滑肌和膠原增殖[9]。同時細胞內氧化還原代謝的改變,還可抑制肺動脈平滑肌電壓門控鉀通道(Kv)的活性,激活電壓門控性鈣通道,增強平滑肌興奮性,導致低氧性肺血管收縮反應,肺動脈壓增高[10]。

本研究表明,HPH患者服用Ipt治療6個月后ALT 、AST 、γ-GT 、CK 、LDH 含量均不同程度的降低,表明Ipt能夠通過開放線粒體KATP通道,對低氧應激所致的心肌細胞損傷產生保護作用,一方面可能是由于Ipt可調節細胞膜上ATP酶活性和細胞內外電介質含量,防止細胞內Na+、Ca2+超載所致的細胞毒性損傷;另一方面,Ipt可增加紅細胞膜脂流動性,降低微粘度,改善缺氧損傷[11]。同時,SOD活性明顯增高,MDA含量降低,揭示氧自由基參與了HPH的發生發展過程。Ipt降低肺動脈高壓作用可能與其改善微循環障礙、對肺血管選擇性擴張作用、降低血粘度有關。胞漿游離Ca2+濃度([Ca2+]i)的增加是內皮細胞合成和分泌NO等血管活性物質的一個重要的細胞信號,尤其是跨膜Ca2+內流而引起胞內[Ca2+]i增加是NO釋放所必備的[12]。Ipt顯著地增高細胞內游離Ca2+濃度,進而促使NO合成增加。表明Ipt可通過上調NOS活性的表達使NO生成增多,使肺血管舒張,有效地對抗了低氧的影響,發揮了保護肺血管內皮細胞的功能。Ipt通過激活肺血管內皮細胞KATP通道,通道開放而增加其胞內游離Ca2+濃度,進而促使NO合成增加;減少與細胞增殖相關基因的表達,促進內皮細胞凋亡,抑制內皮細胞增殖,緩解肺血管重構。因此,Ipt可以通過增加NOS活性表達和合成,以及NO的釋放保護肺血管內皮細胞,逆轉低氧性肺動脈高壓。靶向內皮細胞KATP通道,保護肺血管內皮細胞,說明Ipt減輕脂質過氧化反應,是對HPH發揮保護作用的重要機制。本研究對照組服藥前后有差異可能與隨在高原居駐時間的延長,體內脂質過氧化反應增強有關。

高原心臟病發生和發展的關鍵性病理生理學環節為HPH,其特征為肺動脈血壓異常增高,但體循環血壓正常。Ipt靶向ATP敏感性鉀通道,它在生理狀態下處于關閉狀態,藥物作用弱,在能量代謝異常低下的病理狀態下開放,藥物作用強。HPH時,Ipt在不影響正常體循環血壓的劑量下,產生選擇性抗肺動脈高壓作用。本實驗結果闡明了其抑制低氧氧化應激損傷的可能作用途徑,為進一步研究Ipt的作用機制提供了有力依據。因此,Ipt可以有效治療低氧引起的慢性肺動脈高壓,為治療慢性肺動脈高壓開辟了新思路。

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