心肌缺血損傷與缺血心肌保護

關(guān)于心肌缺血損傷與缺血心肌保護01.07.2023第1頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023心肌缺血損傷(Ischemicinjury)：心肌血液供應(yīng)中斷30min以上，會出現(xiàn)心肌細胞酸中毒、細胞器超微結(jié)構(gòu)改變和功能障礙，導(dǎo)致不可逆性損傷甚至死亡，稱為缺血損傷。心肌缺血/再灌注損傷(ischemicreperfusion,I/R)：在閉塞的冠脈再通、缺血區(qū)血運重建后的一段時間內(nèi)，心肌細胞出現(xiàn)更嚴重的損傷，可導(dǎo)致血壓驟降、心功能不全、心律失常甚至猝死等病情惡化的現(xiàn)象，即I/R損傷。心肌缺血與缺血再灌注損傷第2頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023對缺血心肌的保護措施可于缺血前、缺血中及缺血后三個時相施加，以減輕缺血和/或I/R損傷。缺血心肌保護的研究進展：心肌缺血預(yù)適應(yīng)(preconditioning,Prec)和心肌缺血后適應(yīng)(postconditioning,Postc)心臟保護作用。缺血心肌的保護第3頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023缺血心肌的保護——

減輕細胞凋亡和壞死心肌缺血和再灌注期間，存在兩種形式的細胞死亡，即凋亡和壞死。二者在再灌注時相同時存在，但壞死在缺血期即已發(fā)生，而凋亡則由于其能量依賴性的原因，主要發(fā)生在再灌注期或于再灌注期明顯加速。再灌注期間，用藥物抑制凋亡信號級聯(lián)可同時減少凋亡和壞死細胞數(shù)，提示凋亡在再灌注期間可進展為壞死，從而擴大心肌梗死范圍?？刂圃俟嘧⒄T導(dǎo)的凋亡信號可同時減少兩種形式的細胞死亡，進而縮小心肌梗死范圍，改善心功能。第4頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023心肌缺血預(yù)適應(yīng)(Prec)1986年由Murry

等首次提出Prec的概念：是指心臟經(jīng)歷幾次反復(fù)短暫的I/R后，對隨后長時間I/R損傷的耐受性增強，表現(xiàn)為縮小心肌梗死范圍、減少細胞調(diào)亡、緩解心肌頓抑、減輕心律失常等。ReferenceMurryCE,JenningsRB,ReimerKA.Preconditioningwithischemia:adelayoflethalcellinjuryinischemicmyocardium.Circulation1986;74:1124–36.第5頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023Prec的方法動物開胸，反復(fù)結(jié)扎冠狀動脈左前降支，5分鐘缺血，5分鐘再灌注，重復(fù)3-4個周期。動物開腹，反復(fù)結(jié)扎腸系膜動脈。無創(chuàng)方法，反復(fù)結(jié)扎遠端肢體。藥物預(yù)適應(yīng)，用藥物代替動脈結(jié)扎，模擬預(yù)適應(yīng)的保護效應(yīng)。第6頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023

24h

Shamgroup

24h

PCgroup

ischemia

reperfusionshamoperationExperimentalprotocolofdelayedpreconditioning

第7頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023實驗方法實驗分組：NDM+I/R組：NDM+IPC組：檸檬酸檸檬酸NSNS4w4w1w1w第8頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023DM+I/R組：DM+IPC組：RAM+DM+I/R組：RAM+DM+IPC組：實驗方法NSNSRAM4w1w4w1w1w4w4w1wSTZSTZSTZSTZRAM第9頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023Prec的研究進展Prec通過激活某些信號級聯(lián)反應(yīng)，賦予心肌一種防御表型，增強其對缺血和/或缺血再灌注損傷的耐受性。Prec在缺血損傷前實施，故可對缺血和再灌注兩個時相產(chǎn)生干預(yù)，同時減輕缺血和再灌注損傷，產(chǎn)生強大的心臟保護作用。各種Prec干預(yù)措施必須在缺血前實施才能使病人獲得保護，而心肌缺血事件很少能夠被提前預(yù)知，從而限制了Prec的臨床應(yīng)用。第10頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.20232003年由Zhao等首次提出Postc的概念：是指長時間缺血后再灌注開始時，反復(fù)短時間的I/R可產(chǎn)生與Prec相似的心臟保護作用。雖然僅干預(yù)再灌注損傷，但由于再灌注較心肌缺血更容易預(yù)測，且多在臨床醫(yī)師控制下進行，因此Postc提供了較Prec更具吸引力、更容易實施的心臟保護策略。ReferenceZhaoZQ,CorveraJS,HalkosME,KerendiF,WangNP,GuytonRA,etal.Inhibitionofmyocardialinjurybyischemicpostconditioningduringreperfusion:comparisonwithischemicpreconditioning.AmJPhysiolHeartCircPhysiol2003;285:H579–88.心肌缺血后適應(yīng)(Postc)第11頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023ExperimentalprotocolforwildtypeandCYP-D-/-micesubjectedto30minLADcoronaryarteryocclussionfollowedby120minreperfusion.Thearrowindicatestheadministrationoftreatment.Dzx,diazoxide;CsA,cyclosporin-A;SfA,sanglifehrin-A

第12頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023Prec關(guān)鍵性的保護作用可能發(fā)生在缺血后的再灌注早期，且Prec和Postc在再灌注時相具有某些相同的作用機制，從而為研究再灌注早期心臟保護的藥物治療策略提供了共同靶點。氧自由基和抗氧化防御系統(tǒng)腺苷及腺苷受體再灌注損傷營救激酶途徑線粒體ATP敏感性鉀通道線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔道Prec與Postc再灌早期的共同作用靶點

第13頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023氧自由基(oxygenfreeradical,OFR)的種類：OFR是細胞呼吸產(chǎn)能過程中的副產(chǎn)物，包括超氧陰離子、羥自由基和過氧化氫等，也稱之為活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)。OFR的雙重作用：適量的OFR是觸發(fā)Prec和Postc保護作用所必需的起始因素。過量的OFR可引起脂質(zhì)過氧化，降低細胞膜流動性，增加其通透性，損傷細胞膜離子泵，引起細胞能量和離子穩(wěn)態(tài)的異常，最終導(dǎo)致細胞損傷甚至死亡。一、氧自由基及其作用第14頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023OFR清除系統(tǒng)：正常情況下，機體存在超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)，可將其及時清除。缺血缺氧情況下，OFR清除系統(tǒng)功能減弱或喪失，而生成系統(tǒng)潛在活性增強，恢復(fù)供血供氧后，呼吸爆發(fā)生成大量OFR，超過抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力，導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)和功能損傷?？寡趸烙到y(tǒng)第15頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023Prec和Postc減少再灌注早期OFR的生成。Prec和Postc減少再灌注早期增強抗氧化防御系統(tǒng)對OFR的清除能力。若OFR清除劑在Postc前或Postc期間給予，則取消其縮小心肌梗死范圍的保護效應(yīng)，若在Postc后給予則不影響其保護效應(yīng)，提示OFR可能是Postc的觸發(fā)因子，OFR具有雙重作用。Prec和Postc與OFR第16頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023再灌注前5min或再灌注開始后10min給予非選擇性腺苷受體拮抗劑，持續(xù)20min，取消Prec縮小心肌梗死范圍的作用，提示Prec保護作用的實現(xiàn)需要于再灌注開始前及再灌注期間激活腺苷受體，此腺苷受體的活化至少在再灌注的前10min內(nèi)是保護作用所必需的。再灌注早期參與Prec保護作用的腺苷受體是A1和/或A2B受體亞型。二、腺苷、腺苷受體與Prec第17頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023在大鼠心臟，Postc推遲再灌注早期內(nèi)源性腺苷及其他嘌呤中間代謝產(chǎn)物的釋放，其縮小心肌梗死范圍的作用被非選擇性腺苷受體拮抗劑及A2A和A3受體選擇性拮抗劑取消，提示內(nèi)源性腺苷及其受體的激動也是Postc保護作用所必需的。再灌注早期參與Postc保護作用的腺苷受體是A2A和A3受體亞型。腺苷、腺苷受體與Postc第18頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023腺苷心肌保護作用的可能機理再灌注開始時給腺苷受體激動劑AMP579，持續(xù)1h，心肌梗死范圍縮小，若將給藥時間推遲10min，則不產(chǎn)生保護作用，提示腺苷受體的激動在再灌注早期有重要作用。內(nèi)源性腺苷可能通過與其G蛋白偶聯(lián)受體相互作用，活化冠狀血管內(nèi)皮細胞和心肌細胞，減少氧化產(chǎn)物和細胞因子的釋放，抑制中性粒細胞的聚集和粘附，從而減輕缺血再灌注損傷。

第19頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023再灌注損傷營救激酶(reperfusioninjurysalvagekinase,RISK)途徑：是指在再灌注期間發(fā)揮抗細胞死亡心臟保護作用的磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol3-kinase,PI3K)-Akt和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellularsignal-regulatedkinase1/2,ERK1/2)前生存激酶的信號級聯(lián)。再灌注早期RISK途徑的激活可通過各種抗凋亡機制減輕再灌注損傷。PI3K-Akt信號級聯(lián)ERK1/2信號級聯(lián)PI3K-Akt和ERK1/2信號級聯(lián)之間的對話再灌注早期RISK成員的變化三、再灌注損傷營救激酶途徑

第20頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023

PKC第21頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023PI3K-Akt信號級聯(lián)：是一條細胞生存途徑，可減少細胞凋亡、調(diào)節(jié)糖原合成和葡萄糖轉(zhuǎn)運。PI3K的激活：PI3K是一種脂質(zhì)激酶，可被受體酪氨酸激酶、細胞因子或G-蛋白偶聯(lián)受體激活。Akt的激活：PI3K激活A(yù)kt、磷脂酰肌醇依賴性激酶1、單體G蛋白（如Rac-GTPases），進而磷酸化其下游靶分子。PI3K-Akt信號級聯(lián)第22頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023磷脂酰肌醇-3激酶催化生成各種

磷酸化磷脂酰肌醇PIPIPPIP2

PI-3-PPI-3,4-P2PI-3,4,5-P3

磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3K）催化亞基（P110）調(diào)節(jié)亞基（P85）PI-3K第23頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023Akt下游靶分子的激活：糖原合成酶激酶-3β(glycogensynthasekinase-3beta,

GSK-3β)雷帕霉素哺乳動物靶點(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)70KDa核糖體蛋白S6激酶(70KDaribosomalproteinS6kinase,p70S6K)內(nèi)皮一氧化氮合酶(endothelialnitricoxidesynthase,eNOS)抗凋亡效應(yīng)因子活化的Akt通過磷酸化一系列底物，如前凋亡Bcl-2家族成員Bad、Forkhead轉(zhuǎn)錄因子等，發(fā)揮抗凋亡作用。PI3K-Akt信號級聯(lián)第24頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023多種形式的Prec均在再灌注早期激活PI3K-Akt信號級聯(lián)。用藥物抑制PI3K的活性，取消Prec心臟保護作用。再灌注早期PI3K-Akt信號級聯(lián)的活化在Postc保護作用中同樣是不可缺少的。Postc后，心肌組織中磷酸化的Akt、eNOS、p70S6K增多，再灌注開始時用藥物抑制PI3K活性，取消Postc縮小梗死范圍的作用。PI3K-Akt信號級聯(lián)與缺血心肌保護第25頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023ERK1/2是有絲分裂原激活蛋白激酶家族的成員之一，該家族主要參與調(diào)節(jié)細胞增殖分化和生存。該信號級聯(lián)亦在再灌注早期活化。多種藥物的藥理性Prec在再灌注早期引起ERK1/2磷酸化增強，從而產(chǎn)生心臟保護作用，而抑制其活性則取消保護作用。Postc亦在再灌注早期激活ERK1/2信號級聯(lián)，其抑制劑取消保護作用。ERK1/2信號級聯(lián)與缺血心肌保護

第26頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023再灌注早期PI3K-Akt和ERK1/2信號級聯(lián)的激活在Prec和Postc中都具有重要作用，而且它們之間存在著相互作用和相互影響。抑制PI3K-Akt信號級聯(lián)的活性，可發(fā)現(xiàn)ERK1/2信號級聯(lián)磷酸化作用加強；反之，抑制ERK1/2信號級聯(lián)的活性，可見PI3K-Akt信號級聯(lián)的磷酸化作用加強。前凋亡蛋白Bad是這兩條途徑的共同作用靶點，它們通過磷酸化Bad的不同位點使之失活，從而發(fā)揮抗凋亡作用。兩條不同激酶途徑的互補調(diào)節(jié)可以使Prec和Postc保護作用即使在一條途徑被抑制時仍可以實現(xiàn)。PI3K-Akt和ERK1/2信號級聯(lián)間的對話第27頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023GSK-3β磷酸化失活mTOR和p70S6K磷酸化激活eNOS磷酸化激活前凋亡蛋白Bad、Bax及p53磷酸化失活再灌注早期RISK成員的變化

第28頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023GSK-3β在未受刺激的細胞中活性較高，參與調(diào)控細胞代謝、轉(zhuǎn)錄、分化等重要過程。Prec及Postc在再灌注早期激活PI3K-Akt信號級聯(lián)，活化的Akt催化GSK-3β磷酸化失活。藥理性抑制GSK-3β活性可縮小心肌梗死范圍，改善缺血后心功能的恢復(fù)。GSK-3β磷酸化失活的心臟保護作用可能與其抑制線粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔道(mitochondrialpermeabilitytransitionpore,mPTP)開放有關(guān)。GSK-3β失活與缺血心肌的保護第29頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023mTOR可被抗真菌藥雷帕霉素抑制，被Akt磷酸化激活?；罨膍TOR可磷酸化激活p70S6K，后者通過磷酸化40S核糖體亞基的S6蛋白調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄蛋白的合成，在細胞生長中有重要作用。p70S6K

是PI3K-Akt和ERK1/2兩個信號級聯(lián)共同的下游靶點，可磷酸化Bad

使之失活，抑制細胞凋亡。Prec使大鼠心臟磷酸化的p70S6K在再灌注早期明顯增加，抑制PI3K和ERK1/2活性，取消p70S6K磷酸化和Prec縮小心肌梗死范圍的作用。大鼠心臟Postc誘導(dǎo)再灌注早期p70S6K磷酸化，縮小心肌梗死范圍，此作用被PI3K抑制劑取消。mTOR和p70S6K激活與缺血心肌的保護第30頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023Prec誘導(dǎo)eNOS表達及磷酸化增加，再灌注期間一氧化氮的增加亦與Prec保護作用密切相關(guān)。再灌注早期，eNOS被PI3K/Akt信號級聯(lián)磷酸化激活，抑制eNOS活性取消Postc保護作用。eNOS的活化可促進血管內(nèi)皮細胞釋放一氧化氮，減少中性粒細胞黏附，改善乙酰膽堿引起的血管舒張反應(yīng)，抑制mPTP開放，減輕再灌注損傷。eNOS激活與缺血心肌保護第31頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023磷酸化的Bad嵌入在14-3-3蛋白的結(jié)合位點上，而被隔離在胞漿中，失去其促凋亡活性。脫磷酸作用將激活Bad，使其轉(zhuǎn)位到線粒體，與抗凋亡蛋白Bcl-xl或Bcl-2形成異二聚體，使其失活，誘導(dǎo)細胞凋亡。Bad、Bax及p53失活與細胞凋亡第32頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023Prec和Postc均促進再灌注期Bad磷酸化，縮小心肌梗死范圍。凋亡信號刺激后，Bax發(fā)生構(gòu)象改變而轉(zhuǎn)位到線粒體，在線粒體外膜形成孔道或與mPTP相互作用，誘導(dǎo)細胞色素C(cytochromeC,cytC)的釋放，從而誘發(fā)細胞凋亡?；罨腜I3K-Akt途徑或ERK1/2途徑可抑制Bax的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，阻止凋亡發(fā)生。PI3K-Akt途徑亦可通過磷酸化Mdm2促進p53降解，發(fā)揮抗凋亡作用。Bad、Bax及p53失活與缺血心肌的保護第33頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023線粒體ATP敏感性鉀通道(mitochondrialKATPchannel,mitoKATP)mitoKATP是Prec的終末效應(yīng)因子。阻斷mitoKATP取消Postc縮小心肌梗死范圍的作用，提示mitoKATP在Postc中也具有重要作用。mitoKATP主要有兩方面的生理作用：一是維持線粒體內(nèi)K+平衡，從而控制線粒體基質(zhì)容積的改變。二是在線粒體氧化磷酸化過程中，通過K+的再攝取可以部分補償質(zhì)子泵產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移，從而維持線粒體跨膜電位和pH梯度。推測再灌注期間mitoKATP的開放可降低線粒體膜電位，從而降低Ca2+內(nèi)流的驅(qū)動力，減輕Ca2+超載，抑制線粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔道m(xù)PTP的開放，保護心肌細胞。四、線粒體ATP敏感性鉀通道

第34頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三01.07.2023mPTP

生理情況下mPTP處于關(guān)閉狀態(tài)，應(yīng)激情況下mPTP