丙泊酚抗心肌缺血/再灌注損傷相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展*

黃孔申,王白云,王 蒙 綜述,鐘煥暉 審校

南華大學(xué)衡陽(yáng)醫(yī)學(xué)院附屬南華醫(yī)院麻醉科,湖南衡陽(yáng) 421001

急性心肌損傷發(fā)生后,早期恢復(fù)冠狀動(dòng)脈血流進(jìn)行再灌注是挽救缺血心肌、改善預(yù)后和降低病死率的關(guān)鍵,然而,再灌流后由于氧化應(yīng)激損傷、鈣超載、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放、炎癥反應(yīng)、心肌細(xì)胞凋亡等機(jī)制,心肌損傷反而加重,這種現(xiàn)象被稱為心肌缺血/再灌注損傷(MIRI)[1]。我國(guó)的心血管疾病發(fā)病率處于持續(xù)上升階段[2],隨著人口老齡化程度加深、心臟病日趨年輕化及醫(yī)療水平的不斷提高,伴發(fā)心臟病接受心臟及非心臟手術(shù)的患者數(shù)量呈逐年增多趨勢(shì)[3]。MIRI不僅嚴(yán)重影響患者預(yù)后,還帶來(lái)了巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。丙泊酚是目前臨床應(yīng)用廣泛的靜脈全麻藥物之一,在心臟介入、開胸、移植等手術(shù)中均能提供良好的麻醉效果。目前,許多研究發(fā)現(xiàn)丙泊酚對(duì)MIRI有一定的保護(hù)作用,但具體作用機(jī)制仍在不斷探索中。本文針對(duì)丙泊酚抗MIRI的相關(guān)機(jī)制,尤其是近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)行總結(jié),為后續(xù)的相關(guān)研究提供參考。

1 抗氧化應(yīng)激、減少鈣超載、抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換、減輕炎癥反應(yīng)

丙泊酚對(duì)MIRI保護(hù)作用的此部分機(jī)制在較早時(shí)間研究相對(duì)較多,且互有聯(lián)系,故一同進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述。事實(shí)上,MIRI的機(jī)制是十分復(fù)雜的,并不是某一機(jī)制單獨(dú)造成了某些損傷,而是眾多機(jī)制相互交織、共同作用的結(jié)果;比如,氧化應(yīng)激是心肌細(xì)胞損傷后鈣超載的原因之一,細(xì)胞內(nèi)及線粒體內(nèi)的鈣離子升高后,過(guò)高濃度鈣離子又可以導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激狀態(tài)、釋放大量活性氧(ROS)反過(guò)來(lái)加重氧化應(yīng)激損傷。在信號(hào)通路調(diào)節(jié)方面,目前磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/p53(PI3K/Akt/p53)、絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)、核因子-κB(NF-κB)、核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)通路被發(fā)現(xiàn)是丙泊酚發(fā)揮抗MIRI作用的重要信號(hào)調(diào)節(jié)通路[4-6]。

在心肌細(xì)胞受到缺血再灌注損傷后,自由基水平驟增并攻擊細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu),與膜結(jié)構(gòu)上的磷脂、酶和膜受體相關(guān)的大分子物質(zhì)發(fā)生鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)產(chǎn)生丙二醛(MDA)、異前列腺素等脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物,繼而使心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能受到損傷。丙泊酚特異的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其具備抗氧化性,可以直接與自由基發(fā)生反應(yīng)生成活性較低的苯氧自由基來(lái)減輕氧化應(yīng)激損傷。此外,自由基從脂類中提取氫原子,生成中間體脂基,中間體脂基與氧結(jié)合形成的脂質(zhì)過(guò)氧基能繼續(xù)從另一個(gè)脂質(zhì)分子中提取氫原子,形成了脂質(zhì)過(guò)氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),丙泊酚可以干擾脂質(zhì)過(guò)氧基的攝氫過(guò)程從而中斷脂質(zhì)過(guò)氧化來(lái)減輕細(xì)胞的氧化損傷。XIA等[7]利用離體大鼠心臟制作MIRI模型,以15-F2t-異前列腺素為評(píng)估心肌氧化損傷的指標(biāo),發(fā)現(xiàn)心肌缺血時(shí)15-F2t-異前列腺素水平越低,缺血后心肌功能的恢復(fù)越好,在缺血前、缺血中及再灌流早期應(yīng)用丙泊酚,可顯著減少15-F2t-異前列腺素的生成,保護(hù)心肌功能。在結(jié)扎大鼠冠狀動(dòng)脈左前降支模擬MIRI的模型中,丙泊酚預(yù)處理可明顯降低MDA、乳酸脫氫酶(LDH)、肌酸激酶(CK)水平并呈劑量依賴性地減小心肌梗死的面積[4]。另外,丙泊酚良好的脂溶性使它易于分布在細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)上,也促進(jìn)了其抗氧化性能的發(fā)揮。

心肌細(xì)胞缺血缺氧后由于鈉離子/鈣離子交換增加、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞等原因,心肌細(xì)胞內(nèi)的鈣離子迅速升高,導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)和線粒體內(nèi)鈣超載,過(guò)高的鈣離子水平不僅激活相關(guān)酶類產(chǎn)生有毒物質(zhì)、促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生,還能誘發(fā)心律失常,對(duì)心肌造成損傷。研究證實(shí)丙泊酚能抑制L型鈣通道和T型鈣通道的鈣內(nèi)流,可減輕鈣離子超載而保護(hù)心肌細(xì)胞。另外,WANG等[8]還發(fā)現(xiàn)丙泊酚能夠直接抑制通過(guò)非選擇性陽(yáng)離子通道瞬時(shí)感受器電位香草醛受體亞型4(TRPV4)的鈣內(nèi)流而產(chǎn)生心肌保護(hù)效應(yīng)。

在氧化應(yīng)激損傷、細(xì)胞內(nèi)高鈣等因素的刺激下,心肌細(xì)胞在恢復(fù)血流灌注期間線粒體通透性發(fā)生轉(zhuǎn)變、通透性轉(zhuǎn)換孔mPTP開放,導(dǎo)致線粒體膜電位喪失、氧化磷酸化解偶聯(lián)、線粒體內(nèi)小分子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)而水涌入線粒體,基質(zhì)腫脹,無(wú)法維持修復(fù)細(xì)胞損傷所需要的能量,最終線粒體破裂死亡。mPTP開放的程度可以決定心肌細(xì)胞最終是恢復(fù)還是壞死或者凋亡。研究證實(shí),丙泊酚可以減少mPTP的開放,在JAVADOV等[9]的實(shí)驗(yàn)中,丙泊酚可以減少離體大鼠心臟缺血再灌注后心肌細(xì)胞線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放,但對(duì)于單獨(dú)分離的線粒體卻沒(méi)有作用,故推測(cè)丙泊酚抑制mPTP開放的作用不是直接作用于線粒體實(shí)現(xiàn)的,而是通過(guò)丙泊酚的抗氧化性、減少鈣超載等其他作用機(jī)制而間接實(shí)現(xiàn)的。

炎癥損傷也是MIRI的重要機(jī)制之一。心臟受到缺血再灌注損傷后,一方面,循環(huán)中的白細(xì)胞很容易通過(guò)受損的血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入間質(zhì)組織;另一方面,受損的心肌細(xì)胞釋放高遷移率族蛋白1(HMGB1)、白細(xì)胞介素(IL)-1α、熱休克蛋白、低分子透明質(zhì)酸、補(bǔ)體因子等物質(zhì),這些物質(zhì)與進(jìn)入間質(zhì)后的白細(xì)胞上的模式識(shí)別受體(PRRs)結(jié)合,進(jìn)而激活MAPK、NF-κB等通路使大量致炎因子表達(dá),包括炎癥細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-1β、IL-6、IL-18和中性粒細(xì)胞趨化因子等,造成進(jìn)一步損傷[10]。炎癥反應(yīng)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)最終可能導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡、心臟收縮功能受損、心臟破裂和纖維化等嚴(yán)重后果。丙泊酚可以抑制中性粒細(xì)胞引起的炎癥反應(yīng),使大鼠血清中促炎因子TNF-α、IL-6的水平降低,抗炎因子IL-10水平升高[11]。趙松等[12]研究發(fā)現(xiàn)丙泊酚可降低MIRI大鼠心肌組織中NF-κB的表達(dá)及活化從而減輕炎癥反應(yīng),還能下調(diào)促凋亡基因Caspase-3的表達(dá)、抑制心肌細(xì)胞凋亡。在另一項(xiàng)研究中,大鼠在結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支前以丙泊酚靜脈注射,結(jié)果顯示丙泊酚組較缺血再灌注組血清中TNF-α、IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)水平更低,心肌梗死的面積更小[13]。

另外,一些研究在探索丙泊酚對(duì)MIRI保護(hù)作用的同時(shí),也常常能發(fā)現(xiàn)促凋亡基因Caspase-3、Caspase-12的活性降低,Bcl-2等抑凋亡基因活性升高[13-14],故推測(cè)丙泊酚也有抑制心肌細(xì)胞凋亡的作用,這也從側(cè)面印證了丙泊酚發(fā)揮抗MIRI效應(yīng)的各種機(jī)制之間是存在緊密聯(lián)系的。在未來(lái)研究丙泊酚發(fā)揮保護(hù)作用機(jī)制的同時(shí),探索各機(jī)制之間的相互關(guān)系也許對(duì)于闡明丙泊酚對(duì)于MIRI的保護(hù)機(jī)制更有幫助。

2 抑制鐵死亡

鐵死亡是一種全新的細(xì)胞死亡方式,在形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)上與凋亡、焦亡、自噬等有著明顯的區(qū)別,它主要由細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)失衡引起,依賴于細(xì)胞內(nèi)富含可利用的鐵及細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的驅(qū)動(dòng),細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽耗竭、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4(GPX4)活性下降是鐵死亡發(fā)展過(guò)程中的重要因素。一些研究已經(jīng)證實(shí)鐵死亡參與了MIRI的病理生理進(jìn)程[15]。GAO等[16]在離體小鼠心臟缺血前10 min分別應(yīng)用去鐵胺(鐵螯合劑)及化合物968(谷氨酰胺酶抑制劑),再灌注后去鐵胺組、化合物968組較對(duì)照組的左室舒張壓恢復(fù)更好、心肌梗死面積更小,再灌流期間LDH的水平也更低,提示抑制心肌細(xì)胞鐵死亡可以減輕MIRI。近期的一項(xiàng)研究中,LI等[5]用鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin刺激H9C2細(xì)胞(大鼠心肌細(xì)胞)后,ROS、MDA、鐵水平升高,抗鐵死亡酶GPX4水平降低,丙泊酚預(yù)處理可以通過(guò)AKT/p53信號(hào)通路明顯減輕上述效應(yīng),并且在離體大鼠MIRI模型中也獲得了類似的結(jié)果。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,丙泊酚可以通過(guò)抑制鐵死亡來(lái)減輕小鼠/大鼠MIRI。目前,以鐵死亡為靶點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)器官保護(hù)是研究的熱點(diǎn)。鑒于細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)失衡在鐵死亡病理過(guò)程中的重要地位,丙泊酚發(fā)揮抑制鐵死亡的效應(yīng)也許與其本身的抗氧化性有關(guān)。后續(xù)研究丙泊酚在心肌細(xì)胞鐵死亡中發(fā)揮作用的具體機(jī)制或許也可以為其他器官的保護(hù)提供研究思路。

3 減輕心肌細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬是將細(xì)胞內(nèi)異常的蛋白質(zhì)及破損的細(xì)胞器運(yùn)輸?shù)饺苊阁w內(nèi)進(jìn)行消化、降解的過(guò)程,使有效成分得以循環(huán)利用,目前研究表明細(xì)胞自噬參與了MIRI病理生理進(jìn)程,微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(LC3)的加工修飾、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路的調(diào)節(jié)及Beclin1基因表達(dá)增強(qiáng)在其中發(fā)揮了重要作用。在MIRI中,缺血早期的自噬可以發(fā)揮保護(hù)作用,而再灌注期間過(guò)度的自噬會(huì)加重心肌損傷。NOH等[17]研究發(fā)現(xiàn),丙泊酚可以顯著減少缺血再灌注后大鼠心肌細(xì)胞中自噬空泡、LC3的生成,降低了Beclin1的表達(dá)及mTOR磷酸化水平。王平等[18]在SD大鼠心肌缺血前10 min至再灌注結(jié)束前20 min通過(guò)大鼠的股靜脈靜注丙泊酚,Western blotting檢測(cè)發(fā)現(xiàn)丙泊酚組較缺血再灌注組LCⅡ/LCⅠ的比值降低,并且LCⅡ/LCⅠ比值與心肌梗死面積存在顯著正相關(guān)。以上研究表明,丙泊酚可減少心肌細(xì)胞的過(guò)度自噬從而減輕MIRI。

4 抑制肥大細(xì)胞的活化

肥大細(xì)胞是起源于骨髓的一種多分化細(xì)胞,它們的前體會(huì)遷移到富含結(jié)締組織的器官并分化為常駐的成熟肥大細(xì)胞。肥大細(xì)胞激活后脫顆粒釋放的組胺、5-羥色胺、過(guò)氧化物酶、類胰蛋白酶、糜蛋白酶、腎素等有毒介質(zhì)參與了MIRI的病理過(guò)程[19]。YU等[20]發(fā)現(xiàn)離體大鼠心臟在缺血前灌注丙泊酚可減少化合物48/80(肥大細(xì)胞促泌劑)導(dǎo)致的肥大細(xì)胞脫顆粒,同時(shí),心肌損傷標(biāo)志物L(fēng)DH、肌酸激酶同工酶(CK-MB)、肌鈣蛋白I(cTnI)的水平升高、心肌梗死面積增大等負(fù)面效應(yīng)也被丙泊酚部分逆轉(zhuǎn)。在最近的一項(xiàng)研究中,LI等[21]發(fā)現(xiàn)盡管丙泊酚對(duì)MIRI后肥大細(xì)胞的數(shù)量沒(méi)有明顯影響,但是抑制了肥大細(xì)胞的脫顆粒現(xiàn)象,使特異性產(chǎn)物類胰蛋白酶的表達(dá)降低,從而減輕MIRI,推測(cè)丙泊酚的上述效應(yīng)是通過(guò)抑制鈣庫(kù)操控性鈣通道而實(shí)現(xiàn)的。

因此,丙泊酚可通過(guò)抑制肥大細(xì)胞的活化來(lái)發(fā)揮抗MIRI作用。另外,由于肥大細(xì)胞釋放的眾多毒性介質(zhì)參與了多種疾病的病理過(guò)程,丙泊酚的抗肥大細(xì)胞激活作用也為其在麻醉鎮(zhèn)靜之外的應(yīng)用提供了新的可能性。

5 影響長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)和微小RNA(miRNA)的表達(dá)

lncRNA和miRNA都屬于非編碼RNA的一種,隨著研究者們對(duì)缺血再灌注損傷機(jī)制研究的深入,它們?cè)谄渲邪缪莸慕巧仓饾u引起關(guān)注。研究表明,丙泊酚可影響心血管系統(tǒng)miRNA的表達(dá),可通過(guò)上調(diào)miRNA-181a的表達(dá)減輕蒽環(huán)類藥物誘導(dǎo)的大鼠心肌損傷[22]。LI等[14]在研究中發(fā)現(xiàn),大鼠心臟在缺血再灌注損傷后,心肌組織中miRNA-451表達(dá)下降、HMGB1表達(dá)升高,丙泊酚預(yù)處理減輕心肌損傷的同時(shí)也上調(diào)了miRNA-451表達(dá)、下調(diào)HMGB1的表達(dá),使用miRNA-451抑制劑可部分逆轉(zhuǎn)丙泊酚的保護(hù)作用,在miRNA-451基因敲除的大鼠中,丙泊酚的相關(guān)保護(hù)效應(yīng)也被減弱。CHEN等[23]的研究也證實(shí),丙泊酚可以通過(guò)上調(diào)HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA(lncRNA HOTAIR)的表達(dá),下調(diào)miRNA-17-5p的表達(dá)減輕大鼠MIRI及缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的H9C2細(xì)胞損傷。此外,還有研究發(fā)現(xiàn)丙泊酚通過(guò)調(diào)節(jié)肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(lncRNA MALAT1)和miRNA-206的表達(dá)減輕MIRI[24]。

6 小 結(jié)

丙泊酚有著起效快、蘇醒迅速、并發(fā)癥少、安全性高等特點(diǎn),是目前臨床應(yīng)用最廣泛的靜脈全身麻醉藥物之一,它的器官保護(hù)作用也受到研究者們的持續(xù)關(guān)注。闡明丙泊酚對(duì)于MIRI的保護(hù)作用及其機(jī)制,可以為相關(guān)手術(shù)圍術(shù)期應(yīng)用丙泊酚提供確切依據(jù)的同時(shí),也為臨床防治MIRI提供新的方向和思路。然而,對(duì)于各種相關(guān)機(jī)制的研究,最終要回歸到疾病治療本身才能使廣大患者真正受益。目前,丙泊酚對(duì)MIRI保護(hù)效應(yīng)的相關(guān)探索還主要集中在體外和動(dòng)物實(shí)驗(yàn),在符合倫理學(xué)要求的情況下,有必要進(jìn)行人體和臨床的相關(guān)實(shí)驗(yàn),做更進(jìn)一步的驗(yàn)證和探索。