腺苷在心肌缺血及遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中的作用

董昊晨，藺雪峰，韓軒茂，曹洪帥

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)一科，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

急性心肌梗死是全球死亡率和致殘疾的最主要原因[1]。血運(yùn)重建技術(shù)，包括經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)和溶栓治療，使缺血心肌組織血液循環(huán)重建，功能得到恢復(fù)。但有時(shí)缺血后再灌注不僅未能使心肌組織功能恢復(fù)，反而會加重心肌組織功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷[2]。這種在心肌缺血基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后心肌組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆損傷的現(xiàn)象稱為心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI)。如何減輕MIRI成為目前主要的難題[3]。隨著對腺苷參與缺血預(yù)適應(yīng)研究的深入，腺苷對心臟產(chǎn)生的保護(hù)作用及其作用機(jī)制逐漸明確。

缺血預(yù)適應(yīng)是指多次短暫的缺血、再灌注可保護(hù)心臟免受隨后長時(shí)間的缺血。許多學(xué)者已經(jīng)證實(shí)腺苷可能參與缺血預(yù)適應(yīng)[4-5]。遠(yuǎn)程缺血預(yù)適應(yīng)是指除心臟外的其他器官(遠(yuǎn)端器官)在受到短暫的、可逆性的局部缺血后，可誘導(dǎo)心臟對隨后發(fā)生嚴(yán)重或致命的缺血產(chǎn)生保護(hù)作用[6-7]。腺苷作為內(nèi)源性嘌呤核苷酸，是腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)的分解產(chǎn)物，腺苷在遠(yuǎn)程缺血預(yù)適應(yīng)中通過不同的作用機(jī)制發(fā)揮關(guān)鍵作用。現(xiàn)就腺苷在參與缺血遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中對心臟的保護(hù)作用進(jìn)行綜述。

1 腺苷在MIRI中的作用機(jī)制

MIRI是指缺血心肌恢復(fù)血流后，病情反而加重，引起心肌組織發(fā)生不可逆性損傷。MIRI潛在的病理生理機(jī)制尚未完全闡明[1]。介導(dǎo)MIRI的常見機(jī)制有Ca2+超載、活性氧類(reactive oxygen species，ROS)增多、白細(xì)胞的激活和細(xì)胞凋亡程序的啟動[8]。

1.1鈣超載 1972年Shen和Jennings[9]發(fā)現(xiàn)犬的心臟冠狀動脈短暫閉塞后，再灌注會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+大量聚集，首次提出了“鈣超載”之說。隨后有研究進(jìn)一步表明[10]，細(xì)胞內(nèi)鈣超載的主要原因是Ca2+內(nèi)流增加，而不是Ca2+外流減少。正常情況下，心肌細(xì)胞外鈣濃度高出細(xì)胞內(nèi)約1萬倍，而在缺血期間會出現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙，嚴(yán)重時(shí)可造成心肌細(xì)胞的死亡。細(xì)胞內(nèi)Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂降解，進(jìn)一步增加細(xì)胞膜對Ca2+的通透性，Ca2+內(nèi)流增加，聚集于胞質(zhì)內(nèi)的Ca2+被線粒體攝取時(shí)消耗大量ATP，進(jìn)入線粒體的Ca2+與含磷酸根的化合物結(jié)合，形成不溶性磷酸鈣。而大量鈣鹽沉積于線粒體造成呼吸鏈中斷、氧化磷酸化障礙，使ATP生成減少。再灌注使線粒體滲透性轉(zhuǎn)導(dǎo)孔開放，既使線粒體呼吸功能抑制，又使細(xì)胞色素C及胱天蛋白酶(caspase)增加，啟動細(xì)胞凋亡。

1.2ROS 生理情況下，體內(nèi)存在兩大抗氧化防御系統(tǒng)(酶性抗氧化劑和非酶性抗氧化劑)可以及時(shí)清除ROS，對機(jī)體并無有害影響。研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激是介導(dǎo)MIRI的重要發(fā)病環(huán)節(jié)。在心肌缺血再灌注時(shí)，尤其是再灌注階段，由于黃嘌呤氧化酶形成增多、中性粒細(xì)胞聚集和激活、線粒體電子傳遞鏈損傷等多重機(jī)制使ROS生成增加，引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)[11]。過度增加的ROS通過發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，形成造成心肌細(xì)胞損傷的丙二醛，加重細(xì)胞內(nèi)鈣超載、線粒體損傷，進(jìn)一步激活與凋亡相關(guān)的蛋白，如細(xì)胞色素C釋放和caspase的激活，從而發(fā)生心肌細(xì)胞的凋亡。總之，當(dāng)線粒體完整性破壞和通透性改變可導(dǎo)致過量的ROS產(chǎn)生，ROS是導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡的主要危險(xiǎn)因素。缺血再灌注過程中，線粒體電子傳遞鏈會產(chǎn)生過量的有害ROS，并引發(fā)線粒體氧化損傷和心肌細(xì)胞中一系列凋亡事件，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[12-13]。

1.3白細(xì)胞的激活 白細(xì)胞聚集、活化介導(dǎo)的微血管損傷在MIRI中起重要作用。正常情況下，血細(xì)胞位于血管中心流動，與血管內(nèi)皮細(xì)胞基本不接觸，保證血液的高速流動。研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞發(fā)生缺血再灌注時(shí)內(nèi)皮結(jié)構(gòu)會受到嚴(yán)重?fù)p傷，促使中性粒細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮上。以犬心肌缺血為例，再灌注僅5 min，心內(nèi)膜中性粒細(xì)胞增加25%，而缺血較輕的組織白細(xì)胞聚集較少[14]。缺血和再灌注時(shí)中性粒細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的多種黏附分子表達(dá)增強(qiáng)，引起中性粒細(xì)胞與受損血管內(nèi)皮細(xì)胞之間廣泛黏附、聚集。白細(xì)胞黏附血管內(nèi)皮細(xì)胞后不易分離，極易嵌頓、堵塞微循環(huán)。同時(shí)，激活中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞本身釋放大量的致炎物質(zhì)，如自由基、蛋白酶、溶酶體酶等和許多具有趨化作用的炎癥介質(zhì)，使微循環(huán)中白細(xì)胞浸潤進(jìn)一步增加，且氧自由基使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)交聯(lián)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變并喪失活性，還可引起核酸堿基改變或脫氧核糖核酸斷裂，使整個(gè)細(xì)胞喪失功能。

1.4細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是指由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的過程，這被稱為程序性細(xì)胞死亡的形式之一。凋亡是多因素、多階段和多基因嚴(yán)格控制的過程，多種蛋白參與其中。包括與促進(jìn)凋亡相關(guān)的蛋白caspase家族、內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶，其中caspase是一組對底物天冬氨酸部位有特異水解作用的蛋白酶，而caspase-9又是細(xì)胞凋亡信號的主要執(zhí)行[15]；抗凋亡蛋白主要有Bcl-2 家族等,其家族成員包括抗凋亡成員Bcl-2、Bcl-xL和促凋亡成員Bax、Bak，它們之間的相互作用決定了細(xì)胞死亡的閾值。總之，這些蛋白家族分別參與不同的細(xì)胞凋亡調(diào)控途徑，發(fā)揮不同的作用，導(dǎo)致細(xì)胞呈現(xiàn)凋亡特征性的形態(tài)和生化改變。缺血心肌再灌注后，血液供應(yīng)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)，但缺血期間細(xì)胞內(nèi)氧自由基生成增多和鈣離子超載將會啟動心肌細(xì)胞凋亡程序[16]。

2 腺苷在缺血和遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中的釋放

缺血預(yù)適應(yīng)期間釋放腺苷在心臟保護(hù)中起關(guān)鍵作用。內(nèi)源性釋放(或其外源性給藥)后5 min非常重要，這個(gè)短時(shí)間段是心臟保護(hù)的重要時(shí)間窗[17]。在缺血預(yù)適應(yīng)中由胞內(nèi)ATP分解產(chǎn)生的腺苷也起到心臟保護(hù)作用。而胞外形成的腺苷在防止心肌局部缺血性損傷中作用較小[18]。缺血預(yù)適應(yīng)過程中也可能會激活迷走神經(jīng)系統(tǒng)[19]，這可能會增加細(xì)胞內(nèi)腺苷水平[20]。

有許多研究表明，遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用也可能是通過釋放腺苷實(shí)現(xiàn)的，如在遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)刺激前使用特異性腺苷受體拮抗劑或使用靶向消除A1受體的轉(zhuǎn)基因動物，闡明了腺苷在遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中的作用，為腺苷在遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中起關(guān)鍵作用提供了強(qiáng)有力的證據(jù)[21-23]。Leung等[15]證明在缺血預(yù)適應(yīng)后分離兔的心臟，收集冠狀動脈液，以遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)的方式作用于另一動物的體內(nèi)，產(chǎn)生了心臟保護(hù)作用，腺苷受體阻斷劑則消除冠狀動脈流出物在遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中的作用，提示腺苷可能是心臟的一種保護(hù)性體液因子。

外源性給予腺苷受體激動劑可模擬在缺血和遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中心臟保護(hù)作用[24-26]。在Langendorff系統(tǒng)中，給予離體大鼠腺苷能減輕其MIRI，同時(shí)靜脈內(nèi)給予腺苷可保護(hù)大鼠腸缺血再灌注損傷后引發(fā)的心臟損傷[27]。藥物預(yù)處理相對于缺血預(yù)適應(yīng)的潛在優(yōu)勢在于局部缺血預(yù)適應(yīng)功效降低的情況下，外源性給藥可以引起預(yù)適應(yīng)。有證據(jù)表明在心絞痛和糖尿病患者中，缺血預(yù)適應(yīng)的心臟保護(hù)作用被顯著消除；腺苷藥物預(yù)處理對糖尿病和穩(wěn)定型心絞痛患者療效顯著[28]。

3 腺苷介導(dǎo)心臟保護(hù)作用的機(jī)制

腺苷可通過激活不同的腺苷受體產(chǎn)生多種生理效應(yīng)，如調(diào)節(jié)血流量，心率和心臟收縮力[29-30]。目前已經(jīng)在不同的組織中克隆和證實(shí)了4種類型的腺苷受體A1，A2A，A2B和A3，并且都是G蛋白偶聯(lián)受體，包括Gi和Gs兩類[3,31]。

研究顯示，在缺血預(yù)適應(yīng)過程中冠狀動脈血液樣本(靜脈和動脈)和心臟灌注樣本會有腺苷水平的升高。腺苷在遠(yuǎn)程缺血預(yù)適應(yīng)中起關(guān)鍵作用，學(xué)者采用不同腺苷受體的選擇性激動劑和拮抗劑來探索腺苷預(yù)適應(yīng)的機(jī)制。腺苷可通過各種途徑誘導(dǎo)對心臟的保護(hù)作用，包括激活A(yù)TP敏感性鉀通道(ATP-sensitive potassium channel，KATP)[32]，增加抗氧化酶水平(谷胱甘肽過氧化物酶，過氧化氫酶)[25]，與阿片受體之間的相互作用[33]和一氧化氮水平的增加[32]。

3.1KATP腺苷通過KATP通道產(chǎn)生心臟保護(hù)作用。Pell等[21]報(bào)道A1受體介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用是通過KATP通道開放實(shí)現(xiàn)的。在冠狀動脈阻塞30 min和再灌注120 min前用A1受體激動劑2-氯環(huán)戊腺苷(cyclopentine adenosine，CCPA)預(yù)處理兔可減少心肌梗死面積。用KATP通道阻斷劑格列本脲或5-羥基癸酸酯完全消除了CCPA的心臟保護(hù)作用，這表明KATP通道可通過A1受體介導(dǎo)心臟保護(hù)作用。Tracey等[34]闡明了KATP通道開放在A3受體介導(dǎo)的心臟保護(hù)中的作用。局部缺血30 min和再灌注120 min前用選擇性A3受體激動劑[N6-(3-chlorobenzyl)-5′-N-methylcarboxamidoadenosine，CB-MECA]灌注并分離的兔心臟產(chǎn)生限制梗死面積的作用。用劑量依賴性A1受體拮抗劑(BWA1433)預(yù)處理后并不改變CB-MECA限制梗死面積的作用，證實(shí)CB-MECA通過激活A(yù)3受體引起限制梗死面積的作用。用格列本脲和5-羥基癸酸酯預(yù)處理消除了A3受體激動劑CB-MECA限制梗死面積的作用。這表明KATP通道開放從而激活A(yù)3受體產(chǎn)生限制梗死面積的作用。

Takano等[35]證明在兔冠狀動脈閉塞30 min和再灌注72 h前，用CCPA或A3受體激動劑(A3 adenosine receptor agonist，IB-MECA)預(yù)處理可減少梗死的面積，而應(yīng)用A2A受體拮抗劑(CGS-21680)并不能阻斷上述作用，表明A1和A3受體而不是A2A受體參與缺血預(yù)適應(yīng)。在冠狀動脈閉塞 30 min 前立即用5-羥基癸酸酯干預(yù)，完全消除了CCPA和IB-MECA減少梗死面積的作用，從而揭示了通過KATP通道開放激活A(yù)1和A3受體以產(chǎn)生心臟保護(hù)作用[25]。Gopalakrishnan等[36]研究也證實(shí)，用腺苷預(yù)處理豚鼠膀胱細(xì)胞和用KATP通道開放劑(P1075)預(yù)處理同樣可以打開KATP通道，進(jìn)一步支持腺苷是通過打開KATP通道而產(chǎn)生效應(yīng)。Husain和Somani[37]證實(shí)腺苷作為藥物預(yù)處理灌注小鼠心臟，通過保留表面KATP通道亞基可顯著減弱缺血性損傷。腺苷預(yù)處理可顯著防止缺血所造成肌肉KATP通道表達(dá)下降。

3.2激活抗氧化機(jī)制 腺苷還可以通過增加抗氧化酶的水平發(fā)揮心臟保護(hù)作用。Dana等[24]報(bào)道了A1受體的激活可以使錳超氧化物歧化酶的活性增加。在局部缺血35 min和再灌注2 min前用CCPA預(yù)處理減少大鼠的梗死面積。錳超氧化物歧化酶反義寡核苷酸卻消除了CCPA減少梗死面積的作用，揭示A1受體的激活增強(qiáng)錳超氧化物歧化酶活性以產(chǎn)生心臟保護(hù)作用。

Hochhauser等[25]證明在局部缺血再灌注前灌注A1受體激動劑CCPA和A3受體激動劑2-氯-N6-(3-碘芐)-腺苷-5′-N-甲基酰胺增加了抗氧化酶的水平，包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶，表明A1和A3受體的激活可能會增加抗氧化酶的水平以產(chǎn)生心臟保護(hù)作用。Maggirwar等[38]證明用A1受體激動劑R-苯基異丙基腺苷預(yù)處理大鼠會增加超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和還原型谷胱甘肽的水平。

用非選擇性腺苷受體阻斷劑茶堿預(yù)處理可阻斷R-苯基異丙基腺苷介導(dǎo)的抗氧化酶水平升高，表明腺苷受體的激活可增加抗氧化酶水平[37]。另一項(xiàng)研究證明，在培養(yǎng)內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞時(shí)用A1受體激動劑R-苯基異丙基腺苷預(yù)處理會增加超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶的水平，用茶堿預(yù)處理后逆轉(zhuǎn)R-苯基異丙基腺苷介導(dǎo)的抗氧化酶水平升高，證明了A1受體活化可能會增加抗氧化酶的水平[38]。

3.3一氧化氮生成增加 一氧化氮的前體是L-精氨酸，在一氧化氮合酶的作用下生成。一氧化氮合酶有3種類型：內(nèi)皮型一氧化氮合酶,主要存在于內(nèi)皮細(xì)胞；神經(jīng)元型一氧化氮合酶,主要存在于神經(jīng)元；誘生型一氧化氮合酶,主要存在于單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)。一氧化氮具有高度的脂溶性，可擴(kuò)散至血管平滑肌細(xì)胞并激活胞內(nèi)可溶性鳥苷酸環(huán)化酶,使胞內(nèi)環(huán)鳥苷酸水平增高，降低胞質(zhì)內(nèi)游離Ca2+濃度，使血管舒張。

有研究表明腺苷可能會增加一氧化氮的水平從而產(chǎn)生心臟保護(hù)作用；而一氧化氮水平的增加可能在缺血預(yù)適應(yīng)介導(dǎo)的心臟保護(hù)中起重要作用[39]。Li等[40]報(bào)道用A2A受體激動劑(CGS-21680)預(yù)處理人髂動脈內(nèi)皮細(xì)胞和豬頸動脈內(nèi)皮細(xì)胞后培養(yǎng)基中一氧化氮水平增加。此外，用非選擇性A1和A2A受體拮抗劑(CGS-15943)或A2A受體拮抗劑(ZM-241385)預(yù)處理可逆轉(zhuǎn)CGS-21680所介導(dǎo)的一氧化氮水平升高，表明A2A受體的活化可導(dǎo)致一氧化氮產(chǎn)生增加。Vials和Burnstock[41]報(bào)道腺苷受體的活化可增強(qiáng)一氧化氮介導(dǎo)的血管舒張效應(yīng)，而用一氧化氮抑制劑N-硝基-L-精氨酸甲酯預(yù)處理后可抑制腺苷受體活化所介導(dǎo)的一氧化氮舒張血管的效應(yīng)。研究表明，用A1受體激動劑N6-環(huán)己基腺苷進(jìn)行藥物預(yù)處理會導(dǎo)致內(nèi)皮型一氧化氮合酶磷酸化并對小鼠心臟起保護(hù)作用[42]。此外，由一氧化氮介導(dǎo)的蛋白質(zhì)亞硝基化而形成的S-亞硝基硫醇蛋白質(zhì)增加，表明腺苷可以通過增加一氧化氮水平產(chǎn)生心臟保護(hù)作用[42]。

3.4與阿片受體之間的相互作用 阿片受體可能參與腺苷介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用。Surendra等[33]證實(shí)在遠(yuǎn)端缺血預(yù)適應(yīng)介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用中δ和κ阿片受體和腺苷A1受體之間相互作用。在遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)刺激后從兔體內(nèi)獲得的血漿透析液可以保護(hù)離體心肌細(xì)胞免受缺血性損傷。δ和κ阿片受體激動劑給藥后也產(chǎn)生心臟保護(hù)作用。A1受體拮抗劑給藥阻斷了阿片受體活化所介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用。此外，Surendra等[33]采用免疫沉淀法證明了A1受體與δ和κ阿片受體物理分子之間的關(guān)聯(lián)。基于這些研究結(jié)果，提出腺苷是通過與阿片受體(尤其是δ和κ)之間相互作用從而介導(dǎo)心臟保護(hù)作用。另一項(xiàng)研究描述了腺苷預(yù)處理介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用是通過阿片受體介導(dǎo)的，顯示對正常大鼠腺應(yīng)用腺苷后可以提供缺血再灌注損傷之后的心臟保護(hù)作用[43]。

然而，在同樣劑量下，腺苷未能保護(hù)糖尿病大鼠的心臟免受缺血性損傷。但是腺苷再攝取阻滯劑雙嘧達(dá)莫和腺苷共同給藥卻恢復(fù)了糖尿病大鼠腺苷預(yù)處理所介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用。腺苷在糖尿病大鼠中缺乏心臟保護(hù)作用可能是由于腺苷的可用性降低。雙嘧達(dá)莫導(dǎo)致腺苷可用性增加，可能是恢復(fù)腺苷預(yù)處理對糖尿病大鼠的心臟保護(hù)作用的重要原因。用阿片受體拮抗劑納洛酮預(yù)處理可以消除腺苷預(yù)處理對正常大鼠和同時(shí)應(yīng)用雙嘧達(dá)莫的糖尿病大鼠的心臟保護(hù)作用，表明腺苷預(yù)處理介導(dǎo)的心臟保護(hù)通過阿片受體的激活而介導(dǎo)[43]。

4 小 結(jié)

血運(yùn)重建后的再灌注損傷常會使原有的心肌組織惡化。腺苷預(yù)處理有望成為保護(hù)心臟強(qiáng)有力的工具，其在MIRI中的作用越來越受人們的關(guān)注。隨著對腺苷逐漸深入的研究，發(fā)現(xiàn)其主要激活A(yù)1和A3受體來產(chǎn)生保護(hù)效應(yīng)，這些途徑包括增加KATP通道的開放，增加抗氧化酶和一氧化氮的水平，增強(qiáng)與阿片受體之間的相互作用從而實(shí)現(xiàn)對心臟的保護(hù)。因此，明確腺苷在缺血和遠(yuǎn)程預(yù)適應(yīng)中具體作用機(jī)制的研究顯得尤為重要，從而為心肌梗死的患者提供更多的治療新思路。