論膿毒癥心肌細(xì)胞凋亡的線粒體機(jī)制

1、論膿毒癥心肌細(xì)胞凋亡的線粒體機(jī)制細(xì)胞凋亡論文（期刊推薦范文8篇）之第六篇關(guān)鍵詞：膿毒癥,膿毒癥誘導(dǎo)的心功能障礙,線粒體機(jī)制,細(xì)胞凋亡,研究進(jìn)展膿毒癥是指由感染導(dǎo)致宿主免疫反應(yīng)失調(diào)的一種可引起器官功能障礙、甚至死亡的系統(tǒng)性疾病1。其核心為感染和器官功能障礙，膿毒性休克提示病情危重。一般膿毒癥患者的死亡率約為10%，而膿毒性休克患者的病死率則高達(dá)甚至超過40%2。在美國，每年有70余萬例膿毒癥患者，總死亡率接近30%，隨著美國人口的老齡化的進(jìn)程，預(yù)計膿毒癥的發(fā)病率和死亡率也會逐漸上升3。膿毒癥發(fā)生的過程中，某個器官功能衰竭常常會誘發(fā)其他器官功能障礙或衰竭，其中心功能不全是膿毒癥相關(guān)多器官功能衰竭的

2、重要組成部分。全球每年膿毒癥患者超過數(shù)百萬，且超過1/4的患者死亡4。膿毒性心肌病具有多種不同的表現(xiàn)形式，主要包括收縮期或舒張期左心室和/或右心室功能障礙、心輸出量不足、供氧不足或原發(fā)性心肌細(xì)胞損傷。心功能衰竭會導(dǎo)致血流動力學(xué)障礙進(jìn)而加重組織功能障礙、線粒體功能障礙和組織代謝紊亂。關(guān)于其發(fā)生發(fā)展機(jī)制的研究非常之多。線粒體的主要功能有為細(xì)胞生命活動提供能量，生成活性氧參與細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+平衡，介導(dǎo)線粒體凋亡途徑等5,6。目前，有研究提示在細(xì)胞凋亡的過程中線粒體起重要作用，甚至認(rèn)為起決定性作用7,8。近年來認(rèn)為線粒體在膿毒癥性心力衰竭中的作用機(jī)制為線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）異

3、常開放導(dǎo)致線粒體膜腫脹，通透性增加，膜電位崩潰，隨之導(dǎo)致代謝受損、能量生成障礙、活性氧（ROS）生成增加、線粒體釋放相關(guān)凋亡蛋白等9,10,11。因心肌細(xì)胞極大的耗能耗氧量，線粒體在心肌細(xì)胞中含量豐富，線粒體功能障礙的程度往往與膿毒癥的結(jié)局轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)。1 膿毒癥誘導(dǎo)的心功能障礙機(jī)制概述在膿毒性心肌病中，膿毒癥引起的炎性反應(yīng)失調(diào)與心功能障礙直接相關(guān)。動物實驗的原始觀察對特定心肌抑制因子;的研究12,13證實細(xì)胞因子包括白細(xì)胞介素（IL)-1b、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、IL-6和p38絲裂原活化蛋白激酶途徑、補體系統(tǒng)與一氧化氮調(diào)節(jié)失調(diào)、心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激、交感神經(jīng)高

4、張與膿毒性心肌病發(fā)生的關(guān)系，且在細(xì)胞水平上，蛋白質(zhì)分解增加、線粒體損傷、一氧化氮失調(diào)、持續(xù)高兒茶酚胺的細(xì)胞毒性作用、β-腎上腺素能受體下調(diào)以及Ca2+失衡均會在膿毒癥期間誘發(fā)心功能障礙14,15,16。上述絕大多數(shù)機(jī)制最終可誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death,PCD),PCD分為內(nèi)源性和外源性凋亡，自噬、壞死性凋亡等17,18。線粒體參與內(nèi)外源性凋亡途徑，而內(nèi)外源性凋亡途徑密切相關(guān)，因為死亡受體誘導(dǎo)的外源性途徑的凋亡信號相對較弱，需要通過內(nèi)源性線粒體途徑的放大效應(yīng)來實現(xiàn)19。2 膿毒癥心肌細(xì)胞凋亡的線粒體機(jī)制2.1 mPTP的開放與線粒體氧化/亞硝化應(yīng)激相

5、關(guān)研究顯示20，線粒體是ROS產(chǎn)生的主要來源之一，TNF-α通過結(jié)合細(xì)胞膜表面的TNF受體1(TNFR-1），經(jīng)膜受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活鞘磷脂酶。鞘磷脂經(jīng)鞘磷脂酶分解生成神經(jīng)酰胺和磷酸膽堿，在神經(jīng)酰胺的作用下mPTP異常開放。外部或病理原因?qū)е耺PTP異常開放時，細(xì)胞中ROS、活性氮（RNS）和丙二醛（MDA）大量產(chǎn)生。此外，神經(jīng)酰胺還可通過抑制線粒體能量生成，進(jìn)一步加速ROS的產(chǎn)生。有研究顯示21，膿毒癥早期線粒體出現(xiàn)氧化/亞硝化應(yīng)激，大量ROS、RNS的產(chǎn)生與釋放造成線粒體損害。大量ROS、無機(jī)磷酸鹽、RNS可能導(dǎo)致mPTP上結(jié)構(gòu)蛋白構(gòu)象改變，mPTP病理性開放，線粒體通透

6、性增加，激活下游途徑，導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡22。目前，mPTP開放被認(rèn)為是細(xì)胞損傷后凋亡或壞死的共同通路23。所以，ROS的產(chǎn)生和mPTP的開放是相互促進(jìn)的惡性循環(huán)。2.2 線粒體損傷與半胱天冬酶（caspase）家族的激活TNF-α介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡部分是通過死亡結(jié)構(gòu)域（外源性途徑）實現(xiàn)的。caspase-8作為caspase家族凋亡的啟動分子，先進(jìn)行前體自我激活，再切割、活化下游效應(yīng)分子caspase-3，隨后活化的caspase-3切割底物，誘導(dǎo)凋亡24，故caspase-3被稱作是凋亡的執(zhí)行者。此外，NF-κB和c-Jun氨基端激酶（JNK）等也可通過外源性途徑調(diào)節(jié)凋亡

7、。在TNF-α等炎性因子、線粒體氧化應(yīng)激、DNA損傷等情況下，線粒體通透性變化，釋放細(xì)胞色素C(Cyt C），激活caspase蛋白酶級聯(lián)反應(yīng)，這是經(jīng)典的內(nèi)源性凋亡途徑（線粒體途徑）中最關(guān)鍵的步驟之一25。研究顯示26,mPTP抑制劑環(huán)孢菌素A促進(jìn)釋放凋亡誘導(dǎo)線粒體Cyt C、抑制caspase家族活化和肝細(xì)胞凋亡。Cyt C屬于核基因編碼的水溶性蛋白，是細(xì)胞凋亡最主要的調(diào)節(jié)因子，是線粒體呼吸鏈中復(fù)合物和的主要構(gòu)成部分，可傳導(dǎo)和擴(kuò)大凋亡信號27。細(xì)胞凋亡不僅抑制線粒體呼吸鏈氧化磷酸化產(chǎn)能過程，而且可激活由mPTP調(diào)控及Cyt C控制的線粒體凋亡途。Cyt C可以在ATP/dATP存

8、在下與蛋白酶活化因子結(jié)合形成多聚體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而激活另一凋亡的啟動分子caspase-9,caspase-9收到信號后便以自剪和接合的方式自我激活。caspase-9不具備降解細(xì)胞功能蛋白的能力，通過caspase級聯(lián)反應(yīng)激活下游無法自我激活的casepase-3；同樣，細(xì)胞凋亡的外源性途徑介導(dǎo)激活啟動分子caspase-8，繼而激活下游caspase-3；被激活的caspase-3則作為內(nèi)外源性凋亡的最后共同通路，執(zhí)行凋亡，直接破壞受損心肌細(xì)胞中許多重要的結(jié)構(gòu)和功能蛋白，進(jìn)一步將其降解為凋亡小體，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡28。細(xì)胞凋亡初期，caspase-3還可與線粒體形成正反饋環(huán)，相互促進(jìn)放大凋亡信號

9、，最終導(dǎo)致mPTP持續(xù)不可逆開放。2.3 Bax/Bcl-2的表達(dá)與細(xì)胞凋亡TNF-α作為凋亡的啟動介質(zhì)，通過激活線粒體膜上Bax促凋亡蛋白家族，導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡29。Chopra等30發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥發(fā)生的后期（第3、7天），炎性因子、心肌損傷標(biāo)志物的升高以及心功能障礙的發(fā)生與TNFR相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域有關(guān)，同時發(fā)現(xiàn)caspase-3被激活、Bax/Bcl-2比值升高、Cyt C釋放增加，心肌細(xì)胞凋亡指數(shù)進(jìn)行性增加。細(xì)胞凋亡過程中，外源性途徑主要由TNFR相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)，Bcl-2家族主要介導(dǎo)內(nèi)源性途徑，而caspase-3的激活則是心肌細(xì)胞內(nèi)外源性凋亡途徑最后的共同通路。這些

10、凋亡相關(guān)蛋白在mPTP的開放中也起重要作用，促凋亡蛋白Bax作為Bcl-2家族蛋白的關(guān)鍵成員之一，直接調(diào)控mPTP的開放，Bax高表達(dá)引起mPTP開放，而抗凋亡蛋白Bcl-2抑制其開放31。Bcl-2家族對mPTP開放的調(diào)控機(jī)制最終導(dǎo)致粒體膜通透性改變。在接收到凋亡信號后，其家族促凋亡蛋白成員經(jīng)過磷酸化、裂解等一系列蛋白質(zhì)修飾、加工及相互作用，改變細(xì)胞內(nèi)定位，易位至線粒體外膜后轉(zhuǎn)變?yōu)槎垠w或多聚體活性分子，與mPTP相互作用后最終使線粒體膜通透性增大，激發(fā)下游Cyt C釋放，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。所以，Bax、Bcl-2的表達(dá)及Bax/Bcl-2調(diào)控mPTP的開放，誘導(dǎo)細(xì)胞的程序性死亡。2.4 mPT

11、P開放后不依賴Caspase的細(xì)胞凋亡機(jī)制異常開放的mPTP也會促進(jìn)線粒體自噬及線粒體膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度變化。活性氧家族的過量產(chǎn)生可直接損傷線粒體的相關(guān)蛋白，抑制線粒體呼吸，mPTP的異常開放使線粒體中Cl-濃度增加，細(xì)胞內(nèi)Ca2+過載明顯，導(dǎo)致線粒體膜電位崩潰，無法維持氧化磷酸化及ATP產(chǎn)生，導(dǎo)致氧化磷酸化解偶聯(lián)、能量生成障礙。細(xì)胞損傷的時間和mPTP的開放程度決定了細(xì)胞凋亡的模式。mPTP異常打開后，不依賴caspase的細(xì)胞凋亡與線粒體跨膜電位消失、線粒體外膜破裂、呼吸鏈ATP合成受阻以及細(xì)胞能量耗盡有關(guān)?？偨Y(jié)與展望心臟是膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中最易受累的器官，而心功能障礙后血流動力學(xué)的紊

12、亂是多臟器功能衰竭的啟動環(huán)節(jié)。膿毒癥時心肌細(xì)胞線粒體功能障礙是導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡的重要原因，而心肌細(xì)胞凋亡勢必誘發(fā)心功能障礙。線粒體損傷后mPTP的異常開放，膜電位崩潰、氧化磷酸化解偶聯(lián)、活性氧家族的產(chǎn)生及凋亡蛋白的釋放，各個環(huán)節(jié)相互影響、相互促進(jìn)、錯綜復(fù)雜，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而造成膿毒癥心功能障礙。因此，對于膿毒癥心肌細(xì)胞凋亡的線粒體機(jī)制，亟待更多、更深入層次的研究，而對于膿毒癥心功能障礙的治療也需要進(jìn)一步多層次、多靶點的探索。參考文獻(xiàn)1 Angus DC,van der Poll T. Severe sepsis and septic shockJ.N Engl J Med,2013,

13、369(9):840-851.2 Singer M,Deutschman CS,Seymour CW,et al. The Third International Consensus Definitions for Sepsis and Septic Shock(Sepsis-3)J. JAMA,2016,315(8):801-810.3 Angus DC,Linde-Zwirble WT,Lidicker J,et al. Epidemiology of severe sepsis in the United States:analysis of incidence,outcome,and associated costs of careJ. Crit C