氧化應(yīng)激與心肌

1、氧化應(yīng)激與心肌1957年美國克里夫蘭臨床中心，首先將大隱靜脈搭橋術(shù)應(yīng)用于冠心病病人，此后冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病血運(yùn)重建治療快速發(fā)展。冠狀動(dòng)脈溶栓術(shù)、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈成形術(shù)、冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)、冠狀動(dòng)脈旁路手術(shù)已成為挽救缺血心肌的重要治療方式。但血流恢復(fù)本身也會(huì)引起顯著的損傷，部分患者在血供恢復(fù)后，出現(xiàn)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)變化、細(xì)胞代謝障礙、細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境改變，導(dǎo)致缺血再灌注損傷（ischemiareperfusionassociatedtissue

2、injury，IRI），臨床表現(xiàn)為心律失常、心力衰竭等。IRI也出現(xiàn)在心臟手術(shù)、心臟移植、心肺復(fù)蘇等臨床情況后。目前研究表明細(xì)胞IRI的機(jī)制主要包括：氧自由基含量增多、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、線粒體膜去極化等。氧化還原失衡是IRI發(fā)生的重要起始因素，但其機(jī)制和細(xì)胞中存在的保護(hù)機(jī)制尚不完全明確，本文重點(diǎn)對氧化應(yīng)激與心肌IRI的研究進(jìn)展做一綜述。1.氧化應(yīng)激和ROS氧化應(yīng)激（oxidativestress，OS）主要是由于內(nèi)源性和(或)外源性刺激引起

3、機(jī)體代謝異常而驟然產(chǎn)生大量活性氧簇（ROS）。ROS是指在外層電子軌道含有一個(gè)或多個(gè)不配對電子的原子、原子團(tuán)或分子，包括超氧陰離子（O2）、過氧化氫（H2O2）、過氧亞硝酸鹽（ONOO）和羥基自由基（OH）。ROS作為第二信使介導(dǎo)了許多生理性與病理性細(xì)胞事件，包括細(xì)胞分化、過度生長、增殖及凋亡。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶作為體內(nèi)清除自由基的重要物質(zhì)，在維持體內(nèi)氧化還原平衡方面發(fā)揮重要的作用。但在IRI過程中，參與合成

4、ROS的酶體系增多，且活性更強(qiáng)，如NADPH氧化酶、線粒體黃素酶、黃嘌呤氧化酶、未偶聯(lián)的一氧化氮合酶、細(xì)胞色素P450、脂氧合酶、環(huán)氧合酶和過氧化物酶體，ROS的生成量明顯高于細(xì)胞內(nèi)的清除能力，導(dǎo)致氧化還原失衡。ROS雖然半衰期很短，但具有極強(qiáng)的氧化活性，與細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子發(fā)生過氧化反應(yīng)，造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和代謝障礙。2.ROS的主要來源NADPH氧化酶是細(xì)胞內(nèi)ROS的最主要來源，是由催化亞基gp91phox或其同系物

5、，即非吞噬細(xì)胞氧化酶1~4(NOX1~4)、雙功能氧化酶1~2(Duox1~2)，跨膜亞基p22phox，胞漿亞基p47phox、p67phox等蛋白分子共同組成的多亞基蛋白復(fù)合體。NOX家族蛋白亞型與跨膜亞基、胞漿亞基結(jié)合并組裝成有活性的復(fù)合體后發(fā)揮其生物學(xué)功能?；罨腘ADPH氧化酶復(fù)合物與NADPH結(jié)合并釋放2個(gè)電子，通過黃素腺嘌呤二核苷(FAD)傳遞給亞鐵血紅素，與細(xì)胞膜的外側(cè)的2個(gè)氧分子結(jié)合生成O2，最后生成H2O2、過氧化硝

6、酸鹽(ONOO)、羥基團(tuán)(OH)及其它基團(tuán)[12]。NOX源性的ROS在維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)中是把雙刃劍，NOX源性ROS一方面在氧化還原信號(hào)通路中起到了第二信使作用，參與多種細(xì)胞生理功能；另一方面，在高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化以及心肌IRI的病程中發(fā)揮了重要作用，因此單一抑制NOX活性對治療心肌IRI并不是最好的選擇。Vincent等[3]研究發(fā)現(xiàn)在30分鐘缺血24小時(shí)再灌注小鼠模型中，NOX4基因敲除組與NOX1和NOX2敲除組相比，表現(xiàn)出更大面

7、積的心肌梗死，提示內(nèi)源性NOX4在HR損傷中可能發(fā)揮著心肌細(xì)胞保護(hù)作用。黃嘌呤氧化酶（XO）是IRI中ROS產(chǎn)生的另一重要來源，與合成抗氧化劑尿酸的黃嘌呤還原酶（XDH）作用相反。XDHXO活力受細(xì)胞因子、細(xì)胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)及激素的調(diào)節(jié)。細(xì)胞缺血時(shí)XO活力升高，并且ATP分解產(chǎn)物次黃嘌呤積聚，再灌注時(shí)O2大量介入，次黃嘌呤和氧在XO作用下反應(yīng)生成O2和H2O2。有研究指出，XO不僅通過合成ROS參與心肌缺血再灌注損傷，XO本身可以與白細(xì)胞產(chǎn)

8、生相互作用，造成微循環(huán)阻塞，導(dǎo)致再灌注的無復(fù)流現(xiàn)象。此外，XO可以直接損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞（EC）或通過ROS間接損害EC，影響心肌血流再灌注[4]。ROS生成的具體位點(diǎn)尚有爭議，但呼吸鏈電子傳遞受阻仍然是呼吸鏈大量生成O2和H2O2等ROS的必要條件。生理情況下線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）具有間斷性開放的功能，維持線粒體基質(zhì)與外室之間的物質(zhì)平衡，但在持續(xù)氧化應(yīng)激、ROS過量蓄積、Ca2超載的情況下，mPTP不可逆性持續(xù)開放。mPTP的開

9、放一方面引起線粒體內(nèi)外離子平衡失調(diào)，線粒體膜電位(ΔΨm)迅速下降，線粒體腫脹，ATP耗竭，甚至細(xì)胞死亡。另一方面，mPTP的開放會(huì)導(dǎo)致CytC釋放進(jìn)入胞漿，啟動(dòng)caspase級(jí)聯(lián)凋亡反應(yīng)，最終引起細(xì)胞凋亡。但AbdallahY等的研究提示，在IR中，線粒體內(nèi)Ca2超載是mPTP不可逆開放的原因，ROS過量生成是mPTP開放后的一種結(jié)果?？傊?，mPTP開放、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激相互影響，構(gòu)成心肌細(xì)胞IRI的重要機(jī)制[1617]。線粒

10、體DNA（mtDNA）缺乏結(jié)合蛋白的保護(hù)和完善的損傷修復(fù)系統(tǒng)，直接暴露于氧化磷酸化過程中產(chǎn)生的高反應(yīng)性氧中，氧化損傷是mtDNA突變的主要原因。心肌IR中，ROS過量生成，致使核酸分子發(fā)生過氧化反應(yīng)且無法修復(fù)，相應(yīng)結(jié)構(gòu)蛋白組分表達(dá)缺失，又將引起呼吸鏈中斷，膜電位崩潰，ATP合成受阻，ROS生成增多，形成惡性循壞直至線粒體崩解，細(xì)胞凋亡、壞死。YueR等[18]研究證明番茄紅素可保護(hù)IRI誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞mtDNA氧化損傷。6.細(xì)胞核與氧化

11、應(yīng)激細(xì)胞核膜也是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的一種，將真核細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)隔離開來。附著在細(xì)胞核膜上的核三磷酸核苷酶（NTPase）為核質(zhì)物質(zhì)交換提供能量，脂質(zhì)過氧化反應(yīng)抑制NTPase活性，mRNA和蛋白多肽的轉(zhuǎn)運(yùn)受到影響[19]。心肌細(xì)胞中的肌球蛋白除參與心肌細(xì)胞收縮以外，位于細(xì)胞核中的肌球蛋白還可以作為一種核轉(zhuǎn)錄因子，肌球蛋白調(diào)節(jié)輕鏈（MLC20）能夠與NOX2基因啟動(dòng)子上游靶序列結(jié)合，調(diào)控NOX2的表達(dá)[20]。腦組織IRI模型中，肌球蛋白調(diào)

12、節(jié)輕鏈激酶（MLCK）上調(diào)MLC20的磷酸化水平，增加NOX2和NOX4的表達(dá)，促進(jìn)IRI中的氧化應(yīng)激反應(yīng)，MLCK的特異性抑制劑ML7抑制上述反應(yīng)的發(fā)生，與NOX抑制劑DPI具有相似的細(xì)胞保護(hù)效應(yīng)[21]。細(xì)胞核對于氧化應(yīng)激反應(yīng)具有一定的保護(hù)能力，如沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Sirt1）。Sirt1是Sirtuins家族成員之一，具有相當(dāng)高的NAD依賴性組蛋白脫乙?；傅幕钚?。Sirt1主要位于細(xì)胞核中，在氧化應(yīng)激中Sirtl表達(dá)上調(diào)，作用

13、于FoxO家族成員，保護(hù)心肌細(xì)胞免于氧化應(yīng)激損傷。此外，Sirtl可以通過去乙酰化作用抑制P53的活性而保護(hù)細(xì)胞免受凋亡，對PGC1α的去乙?；饔锰岣唧w內(nèi)抗氧化酶的水平，對于細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)的維持起到重要的作用[2223]。7.氧化應(yīng)激與幾種信號(hào)通路氧化應(yīng)激造成心肌細(xì)胞IRI的機(jī)制一直是研究的熱點(diǎn)，目前已探明的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路包括以下幾個(gè)：YanmeiZhang等[24]在缺氧復(fù)氧誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞模型中，ROS清除劑依達(dá)拉奉降低JNK

14、活性和Egr1的表達(dá)水平，JNK抑制劑SP600125抑制Egr1的表達(dá)，并且對Egr1蛋白表達(dá)水平的抑制作用呈劑量依賴性，實(shí)驗(yàn)證實(shí)在細(xì)胞IRI中存在ROSJNKEgr1通路，并指出N正丁基氟哌啶醇通過抑制此通路保護(hù)細(xì)胞。LiC等[25]在相同的細(xì)胞模型中，以SP600125和SB203580（P38抑制劑）分別作用于細(xì)胞，檢測JNK、p38MAPK表達(dá)，證實(shí)兩者之間存在級(jí)聯(lián)關(guān)系，并能夠影響凋亡相關(guān)蛋白BCL2、Bax及caspase3