遠隔缺血預處理的作用機制及其臨床研究進展

楊祥 吳吉明 陳德祥

摘要：臨床上缺血性疾病十分常見，及時重新恢復血流能有效的修復缺血器官的結構與功能，是治療缺血性疾病最基本也是最重要的措施;但與此同時，再灌注又可能加重缺血組織和器官的功能與代謝障礙，即缺血-再灌注損傷（Ischemia-Reperfusion Injury，IRI）。體外循環(huán)下心臟直視手術過后，心肺等臟器均經歷了缺血-再灌注的過程。再灌注可以減輕組織器官缺血造成的不良后果，但最關鍵的還是如何減輕IRI。因此，如何減輕或防止缺血-再灌注損傷成了近幾十年來國內外學者研究的重點。

關鍵詞：

【中圖分類號】R743.1?? 【文獻標識碼】A?? ?【文章編號】2107-2306（2020）02-274-03

一、遠隔缺血預處理的由來

遠隔缺血預處理（RIPC）是指在心臟手術前，通過對遠端器官或組織進行多個短程、非致死性的缺血/再灌注處理，來保護心肺或其他臟器免受致命的急性缺血再灌注損傷^1-3。1986年，Murry等人發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)持續(xù)冠狀動脈阻斷前給予心臟進行短暫的缺血再灌注處理可減少75%的心機梗死面積（相較于對照組），由此提出了缺血預處理（Ischemic preconditioning，IP）的概念⁴。1993年，Przyklenk發(fā)現(xiàn)間斷左回旋支短暫缺血處理能減少其后持續(xù)左前降支阻斷所致的相應供血區(qū)域心肌梗死面積，從而提出了遠隔缺血預處理（Remote ischemic preconditioning，RIPC）⁵。隨后的實驗研究證實，這種鄰近組織間的保護作用在不同器官間仍然存在，非心肌組織或器官包括小腸骨骼肌等缺血預處理同樣可以減少心肌梗死面積，更進一步提出了RIPC⁶。但由于倫理方面的約束，極大的限制了IP及RIPC在臨床的應用。1997年，Oxman等人證明了調節(jié)刺激可以非侵入性地應用，使用止血帶應用于下肢，這也極大地促進了RIPC轉化為臨床⁷。2001年，Kharbanda等人在正常人志愿者身上發(fā)現(xiàn)：一側上肢RIPC對對側肢體的缺血有保護作用，并且由于其處理措施的無創(chuàng)、簡單，極大的促進了PIPC在臨床上的發(fā)展^8-9。2006年，Cheung等人的研究第一次將RIPC應用于臨床，結果表明，在先心病心臟矯正術后，與遠隔缺血預處理組相比，對照組術后肌鈣蛋白水平明顯較高，同時，對照組的氣道阻力也偏高¹⁰。由此拉開了RIPC在臨床上研究的序幕，此后的十余年，有了大量的關于RIPC的臨床研究，結果各有差異。而關于RIPC的時間特性也有相應的說法，相關研究認為，1次性缺血時間的下限是2-5分鐘，低于2分鐘的短暫缺血不能啟動RIPC;1次性缺血時間的上限為10-15分鐘，超過15分鐘的缺血可能造成組織或器官（心臟）的局灶性壞死;再灌注的時間在5-10分鐘;而盲目的增加預處理次數(shù)并不能肯定產生累加性的保護效果^11-12。

二、遠隔缺血預處理的心臟保護作用

相關的動物實驗及臨床研究表明，RIPC所引起的短暫性缺血-再灌注處理可以減輕此后心臟長時間缺血-再灌注的損傷，可以減少心肌梗死面積，改善左室重構，降低惡性心律失常的發(fā)生率。

①減少心肌長時間缺血后的梗死面積

心肌梗死包括非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI）和急性ST段抬高型心肌梗死（STEMI），是臨床上死亡率較高的疾病之一，而心肌梗死的面積則是判斷患者預后的重要指標，減少心肌梗死的面積是提高心梗患者預后的關鍵。

1986年，Murry等人報道，給狗在體心臟進行反復四次5分鐘冠脈結扎，每次間隔5分鐘再灌，隨后40分鐘冠脈結扎所造成的心肌梗死面積比對照組減少了75%⁴。2004年，Li G等人報道稱，在大鼠心臟離體灌注之前，對大鼠進行下肢短暫多次的缺血再灌注處理，結果發(fā)現(xiàn)對照組心肌梗死面積為35%，而遠隔缺血預處理組的大鼠心肌梗死面積為24%，減少約10%的梗死面積¹³。有大量的動物實驗作為基礎，2010年，Kharbanda等人進行了一個前瞻性對照研究，發(fā)現(xiàn)在行PCI治療STEMI患者之前應用RICP，比對照組有更大的挽救指數(shù)和平均殘留指數(shù)（P<0.05），從而證實了RICP可以有效減少心肌梗死面積¹⁴。但是要想確定RICP對臨床結果的影響，還需要更大樣本量是實驗。

②改善心梗后心肌重構，保護心室功能

左心室重構在心肌梗死后數(shù)小時內即已出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為梗死區(qū)變薄并膨展。梗死膨展是梗死區(qū)不成比例的變薄和拉長，導致局部室壁變形和內腔擴大，梗死段膨展、非梗死段心肌反應性肥厚及擴張導致心室擴大和幾何形狀改變一起構成早期重構的結構特點^15-16。王兵等人通過對室壁運動狀態(tài)與左心室容積和功能兩方面觀察發(fā)現(xiàn)，觀察組左心室重構的程度較對照組明顯減輕¹⁵。證實RIPC存在延遲保護能減少梗死面積、減輕心室重構。

③減少冠脈缺血/再灌注期間惡性心律失常的發(fā)生

冠狀動脈缺血再灌注期間往往會導致嚴重的惡性心律失常，許多動物實驗證明，當結扎冠狀動脈后再恢復灌注，會導致嚴重的惡性心律失常，死亡率極高。Oxman等人研究發(fā)現(xiàn)，通過對大鼠后肢進行短暫性缺血再灌注處理可以降低心肌缺血再灌注期間心律失常的發(fā)生率⁷。Bhandari A等人研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血前1個小時，下肢的缺血預處理可以降低心肌缺血再灌注期間心律失常的發(fā)生;而心肌缺血前2天，下肢的缺血預處理對心肌缺血再灌注期間心率失常的發(fā)生無明顯保護¹⁷。從而證實，急性RIPC能降低心肌缺血再灌注期間心律失常的發(fā)生率，而延遲性的RIPC是否能起到同樣的作用還存在爭議。

三、遠隔缺血預處理的作用機制

大量的動物及臨床試驗證明RICP是通過激發(fā)扶持機體內源性抗損傷能力來增強細胞對缺血缺氧的抵抗力，其具體機制尚不清楚。多數(shù)學者認為，RICP的作用是多種機制、多種介質、多種通路的作用。

1.神經體液通路

主要有兩種理論解釋RIPC的心臟保護作用。一種是體液假說提出物質在RIPC后從遠端器官或組織釋放，并通過血液循環(huán)轉移到心臟。另一種是神經假設的倡導者提出，RIPC保護通過軀體感覺神經從遠端器官或組織轉導至脊髓，然后通過自主神經轉導至心臟¹⁸。一些動物研究表明神經通路在RIPC后向心臟傳遞保護性刺激的作用。例如，2010年，Steensrud T等人研究發(fā)現(xiàn)，在遞送到兔子后肢的RIPC之前橫切股神經，取消了RICP對心臟I/R損傷的保護作用¹⁹。在大鼠中，給予六甲銨（一種煙堿乙酰膽堿神經節(jié)阻滯劑）減輕了RIPC介導的心肌IR損傷后梗死面積的減少作用²⁰。還有人提出，阿片受體可能參與RIPC相關的神經通路^21-22。

2.循環(huán)介質

2.1諸多實驗結果證明，經歷過RIPC的動物的血漿可以用于心臟保護作用并轉移到其他動物和物種之間，這表明循環(huán)中有保護因子^21-23。一些關于體液介質的研究，表明這些介質可能是疏水的、耐冷凍的，分子量在15-30kDa之間^21、24。

2.2對人體血漿蛋白質組學譜的研究發(fā)現(xiàn)，51種蛋白質在RIPC反應中出現(xiàn)差異表達，包括白蛋白，α1-抗胰蛋白酶，載脂蛋白A1，觸珠蛋白，脂蛋白B100和轉鐵蛋白的上調²⁵。在同一項研究中，發(fā)現(xiàn)抗凝血酶III復合物，補體C1r和免疫球蛋白M以及其他蛋白質在RIPC后被下調。2015年，Hepponstall M等人對接受心臟手術的兒童進行的RIPC研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，RIPC組對應6種蛋白質的48種肽的上調²⁶。RIPC和對照組之間血漿蛋白質組的差異在手術后6小時最顯著，并在24小時返回基線。這些蛋白質組學研究證明了RIPC引起的廣譜變化以及難以鑒定單一介質。可能涉及多種途徑以提供針對IR損傷的心臟和其他器官保護。

2.3同樣在人和動物研究中，遠程缺血預處理還可能增加了諸如腺苷，載脂蛋白A1，亞硝酸鹽和基質細胞衍生因子-1a（SDF-1a）等因子的水平。用這些因子預處理實驗動物可以模擬RIPC誘導的IR損傷心臟保護^27-28。

2.4另一種被提議作為RICP的介質稱為外泌體，是細胞來源的微粒或細胞外囊泡的亞群，其大小為50-100nm²⁹。 RIPC可增加血漿外泌體，并可將RIPC介導的心臟保護從一種動物轉移到另一種動物³⁰。與RIPC相關的外泌體含有熱休克蛋白-70（HSP-70）³⁰。在體外向心肌細胞中添加外泌體導致細胞激酶的快速激活，例如ERK 1/2（細胞外信號調節(jié)的激酶）和ERK 1/2的藥理學抑制劑阻斷心肌細胞對IR損傷的保護³⁰。

2.5有相關證據(jù)表明miRNA有助于RIPC介導的保護作用。它們在血漿中自由地（與蛋白質結合）或在微泡中循環(huán)，并且已經證明了它們的攝取方式和隨后的生物效應³¹。而在預處理后顯示差異表達的鑒定的miRNA中，miR-144似乎是促成預處理保護作用的最引人注目的miRNA。在預處理動物和人類的血漿中發(fā)現(xiàn)它的含量較高，最可能作為介質釋放^31-32。而在同一研究中，內源性和外源性（通過注射）升高的miR-144水平顯示實驗證實對凋亡相關蛋白的影響³¹。提供了miR-144保護途徑的證據(jù)。除了miR-144，miR-1及miR-206也吸引了多數(shù)學者的注意，它們都是進化高度保守的miRNA家族的一部分。miR-206在缺氧或缺血預處理后始終表現(xiàn)出較低的表達³⁶;在RIPC研究中，miR-1水平持續(xù)下降^33-34。盡管影響miR-1表達的機制尚未在任何已發(fā)表的研究中進行過研究，但還是引起了國內外學者極大地興趣，因為miR-1是心臟中表達水平最高的miRNA³⁵。還有一種miRNA是miR-26，它最近被命名為急性心肌梗死中調節(jié)的大多數(shù)基因的關鍵調節(jié)因子³⁷。雖然進行了相關的研究，但miRNA介導RIPC的途徑仍然很難實現(xiàn)，但因為循環(huán)miRNA顯示出成為這一因子或這些因子的良好潛力，因此需要更多關于miRNA介導的RIPC效應的研究。

3.當然，還有一些體液因子譬如GDF-11，GHRH，IL-1α，IL-6，IL-8和IL-17等，RICP的濃度大于對照組，對于這些因素，尚不清楚這種差異是否真正與心肌缺血/再灌注損傷和保護作用有關。體外循環(huán)會對整個身體造成全身性炎癥性損傷，并對各種實質器官造成損害³⁸。反過來，RIPC也是一種系統(tǒng)性反應，為許多實質器官提供保護^39-40。因此，觀察到的上述體液因子濃度的差異可能源于心臟以外的其他器官。

四、總結

RIPC作為誘發(fā)自身保護的全新方法，其機制十分復雜，還需要在未來的研究中進一步深入，但以其簡單易操作、基本無副作用，為心肌保護的臨床應用開辟了新的思路，其臨床應用前景十分廣泛。

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通訊作者：吳吉明，漢族，湖南省常德市，學士，主任醫(yī)師，研究方向：胸心血管外科