遠程缺血預處理對心肌保護的研究進展

雷紅濤，李田昌，阮煥鈞，徐洪濤

遠程缺血預處理對心肌保護的研究進展

雷紅濤，李田昌，阮煥鈞，徐洪濤

近年來，隨著遠程缺血預處理(remote ischemic preconditioning，RIPC)的心肌保護作用及機制研究的不斷深入，RIPC對心肌保護作用的臨床意義也逐漸受到重視。為此，作者就RIPC對心肌保護作用及其可能的機制研究進展作一綜述。

遠程缺血預處理；心肌保護作用

1986年，Murry等[1]首次發現心肌缺血前給予心臟1次或多次短暫、重復缺血再灌注，不僅沒有引起心肌損傷，反而明顯提高了心肌對較長時間缺血的耐受性，并由此提出了缺血預處理的概念。在此基礎上，2005年，Kerendi等[2]發現，在心肌缺血再灌注前將腎臟、四肢、肝臟及腸系膜動脈遠離心臟的器官短暫重復的缺血再灌注，則可減輕心肌缺血再灌注損傷，由此提出了遠程缺血預處理(remote ischemic preconditioning，RIPC)的概念。由于肢體缺血預處理簡便、易行和可重復性好而備受關注。作者重點綜述肢體缺血預處理對心肌保護作用有關的機制進展及其臨床應用。

1 RIPC的概念

1993 年Przyklenk等[3]通過對狗的心臟左旋支進行預處理時，發現其對之后左前降支的梗死能減少梗死面積，說明對血管的RIPC可以起到心肌保護作用。1997年，Oxman等[4]通過止血帶給家兔后肢持續加壓包扎10 min，可降低心肌缺血后再灌注性心律失常的發生率，從而進一步證實了RIPC對心肌的保護是有效的。于是在2005年，Kerendi等[2]根據上述實驗研究，提出了遠程器官缺血預處理的概念。RIPC是指通過對機體遠端的肢體實施缺血預處理來保護重要的器官，如腦、心臟、肺、腎臟、肝臟的缺血。

2 RIPC的心肌保護機制

RIPC是一種迄今為止發現的無創、有效并可產生內源性心肌保護作用的預適應。RIPC如同經典預適應機制一樣，它的機制尚不完全清楚，對其機制的研究仍在進行中。介紹幾種已證實會對RIPC產生影響的因素及其可能的機制。

2.1 神經機制 RIPC的心肌保護作用與神經機制有密切的關系。神經機制可能通過對自主神經末梢釋放的腺苷及緩激肽體液因子參與或影響RIPC對心肌保護作用的過程。神經機制的研究包括自主神經作用以及一些對神經系統有作用的體液物質(腺苷、緩激肽)。

Steensrud等[5]通過對兔的下肢進行30 min遠程缺血預處理后：如用神經阻滯劑阻斷股神經，可使RIPC的心肌保護作用減弱；如果進而給予兔的下肢注射腺苷，其心肌保護作用又逐漸恢復。其可能機制是腺苷通過股神經末梢釋放作用于自主神經，然后將信號傳到遠端的心臟，產生心肌保護作用。

Schoemaker和vanHeijningen[6]研究發現，對Wistar雄性大鼠的腸系膜動脈進行15 min的缺血處理后，再灌注180 min，發現其梗死面積/缺血面積之比明顯比對照組減小，說明對腸系膜動脈缺血預處理可以對心肌產生保護作用。這種缺血刺激可能通過感覺神經末梢釋放緩激肽作用于自主神經系統，然后自主神經將信號傳導到心臟，進而產生心肌保護作用。該實驗還發現這種心肌保護作用可以被神經阻滯劑六烴季銨阻斷，說明遠程預處理可能受神經機制調節。Merlocco等[7]發現對兔的下肢進行RIPC與經皮電神經刺激后，兩者均可使兔的心肌梗死面積顯著減少。進一步說明RIPC對心肌的保護作用是與神經機制有密切的關系。隨后有研究顯示，通過迷走神經切斷術也可以使肢體預處理的心臟保護作用消失[8]，說明RIPC的心肌保護作用與神經機制有關。

2.2 體液機制 研究已經證實，體內有許多血源性體液因子參與到RIPC的心肌保護作用[8]。因此，體液機制也是RIPC對心肌保護作用的重要機制之一。體液機制可能通過影響腺苷、緩激肽、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、線粒體三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)敏感性鉀通道(ATP-sensitive potassium channel，KATP)、活性氧的參與或影響RIPC的過程。

2.2.1 腺苷 腺苷不僅在RIPC的神經機制中有重要的作用，而且在RIPC的體液機制中的作用也是無可替代的。腺苷是由腺嘌呤的N-9與D-核糖的C-1通過β糖苷鍵連接而成的化合物，其磷酸酯為腺苷酸。Cohen等[9]研究發現，當心肌出現低灌注時，由于心肌細胞內ATP消耗增加，心肌間質內腺苷水平升高，而腺苷作為一種神經遞質，與G蛋白偶聯A1受體結合，促進KATP開放，細胞膜超極化，減少鈣離子內流和興奮性氨基酸的釋放，保護心肌缺血損傷。腺苷還可以直接激活PKC，進而激活再灌注損傷補救酶通路和血管內皮的一氧化氮合酶/蛋白激酶G(nitric oxide synthase/protein kinase G，NOS/ PKG)通路，從而產生心肌保護作用[10]。用外源性腺苷AMP579可以模擬缺血預處理效應，而腺苷拮抗劑則可以阻斷預處理的效應[11]。

2.2.2 緩激肽 緩激肽是通過溶蛋白性裂解其激肽原前體而產生的[12]。有研究顯示，在缺血再灌注中，血管中的緩激肽會快速增加，激活含有G蛋白的心肌細胞表面緩激肽受體2，進而激活下游內皮中NOS/PKG和再灌注損傷補救酶通路，從而產生心肌保護作用[13]。Schoemaker和van Heijningen[6]研究發現，在大鼠腸系膜動脈內注射緩激肽可模擬腸缺血預處理的心肌保護作用，而緩激肽β2受體阻斷劑能取消腸缺血預處理的心肌保護作用。進一步說明緩激肽不僅是RIPC的神經機制的主要神經因子，也是重要的內源性體液因子，參與體液機制對RIPC的心肌保護作用。

2.2.3 PKC PKC是G蛋白偶聯受體系統中的效應物，激活后成為與膜結合的酶。PKC的激活是依賴膜酯二酰甘油和Ca2+濃度升高。當在質膜中出現二酰甘油時，胞質溶膠中的PKC就與質膜結合，然后在Ca2+的作用下被激活[14]。Churchill和Mochly-Rosen[15]研究發現，缺血預處理是通過ATP依賴的26S蛋白酶體的功能來保護再灌注時的心肌，這期間促凋亡酶PKC的積累減少，而促進生存酶PKC的積累增多，進而產生心肌保護作用。其心肌保護作用可以被PKC的選擇性阻斷劑取消或減弱。

2.2.4 線粒體 線粒體KATP是心肌保護藥物的靶點，有調節信號傳遞的功能。Patel等[16]研究證實，RIPC的心肌保護作用與線粒體中的KATP誘導途徑有關，雖然其機制可能與線粒體中多蛋白K+通道受體作用有關，而線粒體KATP可以釋放氧自由基，同時也是激活NO、PKC、PKG等信號分子的作用靶點，從而產生心肌保護作用。研究發現，下肢4次5 min缺血預處理能減少心臟局部缺血再灌注損傷后的梗死面積，改善心功能，其心肌保護作用可被非選擇性KATP劑格列本脲和線粒體KATP阻滯劑5-羥葵酸阻斷而減弱或消失[17]。

2.2.5 活性氧 活性氧是化學性質很活潑的含氧化合物，包括自由基、H2O2、NO等。而氧自由基可以引起脂質過氧化，降低細胞膜流動性，增加其通透性，損傷細胞膜離子泵，引起細胞能量和離子穩態的異常，最終導致細胞損傷甚至死亡。在心肌缺血再灌注中，心肌細胞釋放少量的氧自由基、硫化氫經典配體可以激活心肌細胞膜上的受體，起到心肌保護作用[18]。而過量的氧自由基可以導致心肌細胞的不可逆損傷。例如其可以誘導線粒體KATP或線粒體通透性轉換孔狀態的激活或失活，從而產生心肌保護作用[19]。NO在缺血預處理中是一種重要的信息和傳遞分子，其具有抑制中性粒細胞和血小板在局部的黏附、聚集，抑制中性粒細胞釋放毒性介質，抑制自由基的形成和脂膜脂質過氧化反應，從而對心肌起到保護作用[20]。在RIPC中，NO是一種重要參與的體液因子。但是并不是所有的NOS都是通過增加環鳥苷酸的形成和介導激活下游PKG而形成心肌保護作用[21]。事實上，亞硝基化作用可以使半胱氨酸殘基不被氧化，而NO是直接通過亞硝化或亞硝基化作用來改變幾個特殊的蛋白質的結構和功能。同時，研究發現，心肌細胞中存在可以被亞硝基化的蛋白質，特別是線粒體中縫隙連接蛋白43為硝基化的靶點[22]。亞硝基化作用通過減少活性氧的產生而增強RIPC的心肌保護作用，而實驗表明肢體缺血預處理后誘導型NOS的轉錄及表達增強，NO合成增多，從而產生心肌保護作用[23]。

2.3 其他可能的機制 微小RNAs(microRNAs，mi-RNAs)是一類大小為18～24個堿基的單鏈小分子RNA，由具有發夾結構的70～90個堿基大小的單鏈RNA前體經過核糖核酸內切酶(Dicer酶)加工后生成的非編碼小分子RNA。這些非編碼小分子RNA不僅對心血管的發育和分化有重要的作用，而且還是心肌缺血/再灌注不可缺少的信號分子[24]。miRNAs可能通過影響程序性細胞凋亡基因、有關信號通路的表達來參與或影響RIPC的心肌保護作用。Duan等[25]在對雄性SD大鼠下肢進行缺血預處理5 min，然后再灌注5 min，循環3次實驗過程中發現，心肌梗死面積減少并且檢測出miRNA-1和miRNA-21的表達減少。其機制可能通過miRNA-1和miRNA-21對程序性細胞凋亡基因4的抑制表達，從而對心肌細胞的凋亡過程產生負向調節作用，使缺血預處理的產生對心肌細胞起到保護作用。Li等[26]在對大鼠進行短暫的肢體缺血5min、再灌注5 min循環4次的RIPC實驗，大鼠體內注射miRNA-144抑制劑，研究發現沒有注射miRNA-144抑制劑的2個實驗組大鼠心梗面積明顯減小，表明miRNA-144可以增強心肌的保護作用。miRNA-144一方面通過增加磷酸化蛋白激酶B、磷酸化糖原合成酶激酶、磷酸化p44/42絲裂原活化蛋白激酶信號通路的表達，另一方面通過減少磷酸化西羅莫司靶蛋白和誘導啟動細胞自噬信號來增強RIPC的心肌保護作用。mi-RNAs在血液循環中穩定存在，miRNAs可能是促進心臟疾病發生的有害因素，但也可能是心臟的保護因素，同時還可能成為心血管疾病診斷指標[27]。

另有研究顯示，缺血預處理對心肌的保護作用和抑制心肌細胞凋亡的關系密切[28]。RIPC的調控機制包括B淋巴細胞瘤2基因家族、p53基因、熱休克蛋白、凋亡相關因子(factor-relater apoptosis，Fas)基因的表達減輕心肌細胞的凋亡，對缺血心肌產生保護作用。Cheng等[28]研究發現，野生型p53基因具有誘導細胞凋亡的作用，突變型p53基因可以抑制凋亡。在心肌缺血時p53基因表達升高，但是經過缺血預處理后可以發現p53基因表達降低，說明預適應可能與降低凋亡基因p53的表達有關?；騪53在細胞凋亡中起著重要的作用。Gauthaman等[29]研究表明，熱休克蛋白70水平升高可能通過下調細胞凋亡相關的基因、蛋白、蛋白酶活性，抑制線粒體損傷、核碎裂發揮作用，從而抑制細胞凋亡。經過缺血預處理后，熱休克蛋白表達增多，說明可能參與缺血預處理的心肌保護作用。Fas具有誘導細胞凋亡的能力，細胞膜表面Fas配體蛋白陽性的細胞可將細胞死亡信號傳遞給Fas蛋白陽性的細胞并激活此細胞的凋亡基因。Sahinarslan等[30]將169例分為正常冠狀動脈組(n＝53)和動脈粥樣硬化組(n＝116)，研究發現動脈粥樣硬化組細胞膜表面Fas配體蛋白陽性的細胞數明顯多于正常冠狀動脈組。證實在缺血再灌注時心肌細胞凋亡與Fas基因表達密切相關，Fas系統參與了心肌缺血再灌注時細胞凋亡的發生。

3 RIPC心肌保護作用的臨床應用

Cheung等[31]將37例接受心臟修復手術的先天性心臟缺損患兒隨機分為RIPC組和對照組，用手術前、后的血清肌鈣蛋白I的變化來評估RIPC是否有效，發現RIPC組中的肌鈣蛋白I比對照組低，說明RIPC對心臟修復手術的預后有積極的影響，可以對心肌產生保護作用。

Thielmann等[32]將329例接受冠狀動脈搭橋手術的患者隨機分為對照組(n＝167)和RIPC組(n＝162)，對RIPC組的患者進行3個缺血再灌注循環，每次5 min誘導左上肢缺血處理和5 min的袖帶松開再灌注，分別測定術后6 h的血清肌鈣蛋白I，研究發現RIPC組的肌鈣蛋白I比對照組低，說明RIPC對冠狀動脈搭橋手術患者的心肌有保護作用。

Xie等[33]通過對73例接受瓣膜手術的患者隨機分為RIPC組(n＝38)和對照組(n＝35)，再將RIPC組的患者上肢進行3組5 min缺血預適應，觀察并檢測不同時間段的血清肌鈣蛋白I含量，研究發現下肢進行RIPC組的肌鈣蛋白I比對照組低，這進一步說明RIPC可以對心肌有保護作用。

White等[34]對197例ST段抬高型心肌梗死患者進行經皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)前隨機分組，對RIPC組患者上肢進行4組5 min缺血再灌注的RIPC，試驗后發現對RIPC組的心肌梗死面積及PCI預后都有積極的影響。RIPC被證實對ST段抬高型心肌梗死進行PCI患者的心肌保護是有效的。Prunier等[35]進一步證實RIPC可以減少急性心肌梗死的面積。

隨后，越來越多的試驗研究證實RIPC對心肌有保護作用[36-37]。因此，對先天性心臟缺損、冠狀動脈搭橋手術及心臟瓣膜手術患者在手術前給予適當RIPC，將能不同程度地減輕缺血再灌注的損傷及后遺癥。

4 總結及展望

大量的實驗研究及初步觀察提示，RIPC對心臟和血管手術以及心肌梗死患者減輕缺血再灌注的損傷及并發癥方面是有效的[31-37]。然而，RIPC的心肌保護機制目前還不清楚，需進一步研究其具體機制及制定嚴格的臨床前研究和設計良好的臨床試驗來證實。

隨著對RIPC機制的進一步研究以及開發與RIPC心肌保護作用的新藥，對RIPC機制的認識將會越來越全面，相信RIPC定會為心臟缺血性的治療提供新的思路和更大幫助。

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The research progress of remote ischemic preconditioning on myocardial protection

LEI Hongtao1，2，LI Tianchang2，RUAN Huanjun2，XU Hongtao3
(1.Medical University of Anhui，Hefei Anhui 230032，China；2.Heart Center，Navy General Hospital，Beijing 100048，China；3.Navy General Hospital，Beijing 100048，China)

In recent years，with the deepening study of remote ischemic preconditioning on myocardial protection and its mechanism，the clinical significance of RIPC has gradually got more attention.Therefore，remote ischemic preconditioning and its mechanism of progress possible myocardial protection are reviewed here.

Remote ischemic preconditioning；Myocardial protection

R542.2

A

2095-3097(2015)06-0342-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2015.06.007

2015-05-28 本文編輯：馮 博)

230032安徽合肥，安徽醫科大學(雷紅濤)；100048北京，海軍總醫院心臟中心(雷紅濤，李田昌，阮煥鈞)，海軍總醫院(徐洪濤)

徐洪濤，E-mail：xuht11＠163.com