七氟烷預處理及后處理對心肌缺血再灌注損傷的保護作用及其機制的研究進展

萬子琳 綜述 王小燕 審校

（昆明醫科大學附屬延安醫院 心外科，云南 昆明 650051）

體外循環（Cardiopulmonary bypass，CPB）下心臟手術極易誘發心肌缺血-再灌注損傷（Myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI），為對抗MIRI，臨床上已進行了大量研究。1986年Murry等[1]進行犬實驗發現預先反復、多次、短暫地阻斷犬的冠脈血供，可提高心肌細胞對未來長時間缺血的耐受性，從而減輕組織器官損傷，定義為“缺血預處理”。2003年Zhao 等[2]發現對心肌細胞進行單次或多次阻斷-灌注-再阻斷-再灌注處理，也具有良好的長期保護作用，稱為“缺血后處理”。此后研究發現應用藥物預處理及后處理，也具有相似的心肌保護效果，且具有更好的可操作性、可控性及安全性。作為目前臨床應用最廣的吸入性麻醉藥，七氟烷本身具有麻醉誘導迅速、深度易控制等優點，其預處理和后處理均能有效減輕心肌細胞損傷?，F就近年來七氟烷預處理及后處理的心肌保護作用及機制進行綜述。

1 心肌保護作用

1.1 對血流動力學的影響

既往研究發現，七氟烷能改善心肌舒縮功能，減少梗死面積，顯著改善心臟血流動力學，促進冠脈循環及心功能的恢復[3,4]。但七氟烷對血流動力學及心功能的影響并不一定，與其濃度、劑量密切相關。Harkin 等[5]給予犬不同濃度（1.0、1.25、1.5 和1.75 MAC） 七氟烷發現隨著濃度升高，犬的動脈血壓、心輸出量及冠脈血管阻力均顯著降低。李瓊等[6]發現吸入七氟烷MAC＜1.0 時，患者心收縮力顯著增加，后負荷降低，組織血流灌注和氧供均得到顯著改善，MACP＞1.5 時心功能卻受到抑制，也證實了七氟烷的劑量依賴性。在心瓣膜置換術中郭圣東等[7]發現2%濃度七氟烷預處理減輕MIRI 的作用優于1%和3%濃度，而張新科等[8]在小兒先心病矯治術中則觀察到3%濃度七氟烷全程吸入對心肌的保護作用最佳。因此，不同濃度七氟烷的心肌保護作用可能不同，既往報道仍存在爭議，與手術類型、研究對象及處理方法等不同有關，還需進一步探討。

1.2 對炎癥因子的影響

CPB 下心臟手術中，缺血再灌注（Ischemiareperfusion，I/R）過程、血液與非生理性異物接觸及操作的傷害性刺激等都能激活補體系統，引發內毒素血癥，誘發全身性炎癥反應綜合征（Syste-mic inflammatory response syndrome，SIRS），嚴重損害組織器官功能[9]。I/R 過程中，IL-6、IL-8 及IL-10等作為急性期炎癥反應的始動因子，介導了心肌細胞的結構破壞，加劇心功能損傷，其水平的高低反映了SIRS 的嚴重程度。既往研究發現CPB 下心臟手術患者血清中促炎因子IL-6 和IL-8，抗炎因子IL-10 等濃度均顯著升高，但七氟烷處理組炎癥水平較對照組顯著更低[9]。提示七氟烷具有顯著抗炎作用，能有效拮抗SIRS 減輕CPB 相關心血管不良反應。

2 心肌保護作用機制

1.1 激活線粒體ATP 敏感性鉀離子通道（Mitochondrial atp-sensitive k+channels，mKATP）

mKATP 是一種線粒體內膜上的內向整流鉀離子通道，正常生理情況下受細胞內外離子濃度調節，維持膜電位的穩定。mKATP 通道開放使K+內流進入線粒體，膜電位差降低可拮抗Ca2+內流，預防鈣超載，產生的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）可維持細胞的能量需求。研究顯示七氟烷預處理和后處理均可預防MIRI，聯合處理更為顯著，加用特異性mKATP 阻滯劑5-羥基癸酸鹽（5-hydroxydecanoate，5-HD）后心肌保護作用明顯被削弱[3]。進一步研究發現MIRI 過程大鼠心肌細胞線粒體中主要的縫隙連接蛋白43（Connexin43，Cx43）明顯減少，七氟烷后處理能有效上調Cx43 表達，而5-HD 消除了該作用，提示七氟烷可能通過激活mKATP 通道上調Cx43 的表達來減輕心肌損害[10]。

2.2 預防鈣離子（Ca2+）超載

正常情況下Ca2+參與多種電生理活動，細胞內外濃度處于動態平衡。心肌缺血缺氧時原儲存的ATP 迅速耗盡，Ca2+大量內流，隨后再灌注過程伴隨著氧化應激反應進一步加速Ca2+內流，加劇細胞損傷。Liu[11]等在兔的離體MIRI 模型發現，七氟烷預處理能顯著降低細胞線粒體內的Ca2+，增加ATP 濃度，給予5-HD 后該作用被抵消。提示七氟烷預處理可能通過抑制Ca2+超載實現心肌保護作用，且此途徑依賴mKATP 通道的開放。kojima 等人[12]發現I/R 后小鼠心肌細胞會出現明顯的氧化應激反應，激活鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II，L型鈣電流顯著增強。七氟烷能有效抑制鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II 磷酸化，并且將L 型鈣電流降至基礎值以下。表明七氟烷減輕氧化應激反應引起的Ca2+超載可能與抑制L 型鈣電流有關。

2.3 活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的生成與介導

正常情況下人體內僅產生少量的ROS，且很快被體內抗氧化酶清除。I/R 導致機體內環境紊亂，氧化-抗氧化系統失衡，ROS 過度生成破壞細胞組織的結構及功能。2002年Droge[13]報道稱ROS 的作用其實具有濃度-效應關系。高濃度的ROS 及衍生物能破壞所有主要細胞成分，但中等濃度的ROS 在信號傳導過程中起介導作用，參與減輕氧化應激損害。有研究發現，七氟烷既能顯著抑制ROS 生成從而減輕心肌細胞損傷，又能促進ROS 作為上游信號分子參與介導心肌保護通路。Li 等[14]發現七氟烷預處理可以顯著增加自噬體含量及腺苷酸活化蛋白激酶（Amp-activated protein kinase，AMPK） 的磷酸化從而實現心肌保護，而AMPK 磷酸化依賴ROS 的產生，即ROS 很可能在信號途徑上游介導AMPK 磷酸化反應。

2.4 抑制線粒體膜通透性轉運孔（Mitochondrial permeability transition pore，mPTP）開放

mPTP 是位于線粒體內膜上的一種非特異性孔道，通常只能選擇性通過一些分子和離子。I/R 氧化應激狀態下，mPTP 異常開放引起線粒體外膜破裂，導致膠體滲透壓改變、線粒體腫脹，釋放細胞色素c 等加速細胞凋亡和壞死。Zhang 等[15]在I/R初期，單獨對大鼠應用七氟烷觀察到其心肌乳酸脫氫酶釋放顯著減少，心肌梗死面積減少，加入mPTP 開放劑蒼術苷可以部分或完全取消七氟烷的心肌保護作用，提示七氟烷可能通過阻斷mPTP 開放，產生心肌保護作用。

2.5 抑制心肌細胞凋亡

I/R 過程中細胞線粒體受損，細胞色素c 從線粒體釋放后與凋亡相關因子結合，激活Caspase 家族等相關蛋白直接裂解吞噬細胞，誘導細胞凋亡。Bcl-2 具有阻止細胞色素c 釋放、抗細胞凋亡的作用，Bax 蛋白通過與Bcl-2 結合拮抗其作用，Bcl-2/Bax 的比例對細胞凋亡進程有重要影響。研究發現七氟烷預處理及后處理會顯著增加Bcl-2，減少Bax 的表達。核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）在其中起觸發和介質作用，能夠上調Bcl-2，下調炎癥因子，阻止caspase-3 及Caspase9 的活化表達，抑制心肌細胞凋亡[16]。因此七氟烷可能通過上調抗凋亡因子，下調促凋亡因子，改變細胞凋亡進程實現心肌保護。

2.6 激活G 蛋白-磷酯酰肌3 激酶絲/蘇氨酸蛋白激酶（Phosphatidylinositol-3-kinase-serine/threonine，PI3K-Akt）

G 蛋白是在細胞信號傳導途徑中起重要作用的GTP結合蛋白，具有傳遞加強信號的作用，G蛋白-PI3K-Akt 信號通路參與調節細胞增殖、分裂、分化、凋亡等，對其生命活動有重要作用。Zaugg 等[17]研究發現，七氟烷可以通過激活腺苷受體，傳遞信號至胞內，激活G 蛋白偶聯受體，促mKATP 通道開放來發揮心肌保護作用。七氟烷預處理及后處理均可通過激活PI3K-Akt 信號通路，增加Akt的磷酸化，在I/R 中發揮心肌保護作用。

2.7 激活酪氨酸激酶- 信號轉錄（Janus kinasesignal transducer and activator of transcription，JAKSTAT）

JAK 是一類非受體酪氨酸激酶家族，已發現成員有JAK1、JAK2、JAK3 及TYK1 等。JAK-STAT信號通路參與了多種重要細胞生命活動。Wu[18]等對成年大鼠單獨使用2.4%濃度的七氟烷后處理，顯著減少了其心肌梗死面積，并且增加了p-JAK2，p-STAT3 的表達。聯合使用JAK2 抑制劑后作用被完全抵消。提示七氟烷后處理的心肌保護可能與JAK2-STAT3 的激活有關。

2.8 激活細胞外信號調節激酶1/2（Extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）

ERK1/2 屬于細胞外信號調節激酶，參與細胞增殖、分化和存活等生理過程的調控。在大鼠MIRI 模型研究中發現，使用七氟烷預處理及后處理時，p-ERK1/2 及ERK1/2 活性明顯增加，大鼠心功能得到明顯改善，而增加pd9809（ERK1/2 抑制劑）后，七氟烷的心肌保護作用被消除，提示七氟烷可能通過上調p-ERK1/2，激活ERK1/2 途徑實現心肌保護作用[19]。

2.9 其它相關機制

除上述機制外，七氟烷還可能通過調節血管活性因子一氧化氮（NO）的合成與釋放抑制炎癥反應及細胞凋亡[20]。上調缺氧誘導因子-1（Hypoxia inducible factor-1，HIF-1）改善線粒體功能[21]等其它途徑發揮心肌保護作用，還需未來更多深入相關研究幫助闡明。

2.10 心肌保護機制間聯系

如前所述，七氟烷的不同心肌保護作用機制間有一定關聯性，相互促進或拮抗，實現共同作用，見圖1。

圖1 心肌保護機制間聯系

3 結語

綜上所述，七氟烷預處理和后處理的心肌保護作用已經得到大量研究的證實，與上述多種不同機制相關。但目前仍存在不少模糊甚至相互矛盾的地方尚未闡明，可能與不同實驗對象（動物或人）、七氟烷處理方式和時長不一等因素有關。未來的研究方向除了進一步明確病理生理學機制，繼續尋找更加有力的基礎證據外，還應該更加注重臨床的實際應用研究，為今后臨床工作提供更為可靠的指導方案，進一步改善患者的預后。