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1、心肌缺血再灌注损伤中细胞凋亡【摘 要】心肌缺血/再灌注与心肌细胞凋亡有密切关系，缺血/再灌注损伤中有细胞凋亡参与，且再灌注可以加速不可逆转的细胞凋亡，而且心肌细胞的凋亡与缺血/再灌注持续时间长短有关。心肌细胞凋亡是一个瀑布式基因表达过程，许多基因包括多种原癌基因和抑癌基因如Bcl-2基因､P21､P53､立早基因､Fas基因均参与细胞凋亡的调控，心肌细胞凋亡通过多个信号途径转导，主要包括细胞因子信号转导途径､线粒体途径､有丝分裂原激活蛋白激酶信号转导途径､JAK-STAT途径和LOX-1通路。 |
2、 【关键词】：心肌缺血/再灌注 细胞凋亡 基因调控 信号转导途径 细胞凋亡(apoptosis)又称程序性细胞死亡(programmed cell death)，是指有核细胞在一定条件下通过启动其内部机制，主要通过内源性DNA内切酶的激活而发生的细胞自然死亡过程，凋亡细胞在琼脂糖凝胶电泳上显示出典型DNA“梯状”条带，是由基因控制的有序化的主动死亡过程。近年来，随着分子生物学技术的不断丰富及分子心血管病学的研究发展，已证实细胞凋亡现象存在于心血管系统的许多生理和病理变化中，与许多心血管疾病的发生发展密切相关，本文就心肌细胞凋亡与缺血再灌注损伤的关系综述如下。 1 心肌缺血/再灌注时细胞凋亡的证
3、据 临床及实验研究证明， 心肌缺血/再灌注与心肌细胞凋亡有密切关系。1992年Schumer等首先在缺血/再灌注的大鼠肾脏组织观察到细胞凋亡现象。1994 年Gottlieb 等首先在兔心脏上发现再灌注损伤促进了细胞凋亡。其后Fliss1等采用原位末端标记技术发现缺血/再灌注大鼠心肌细胞中有典型的凋亡形态改变及特征性DNA片段，并认为单纯持续心肌缺血未能引起细胞凋亡， 缺血/再灌注后才出现明显的细胞凋亡， 即再灌注加重细胞凋亡。并且发现细胞凋亡与缺血及再灌注持续时间有关， 认为细胞凋亡是缺血/再灌注损伤的特征之一。姚震2等研究表明，不同时间的心肌缺血/再灌注损伤均可导致心肌细胞凋亡，以缺血30
4、60min后再灌注时明显，说明心肌细胞凋亡的发生率与此前心肌缺血时间长短有关。赵军3等用流式细胞仪检测缺血再灌注心肌细胞凋亡情况，发现再灌注45分钟组､1h组均未见到凋亡的心肌细胞，2h组､3h组心肌细胞显示出典型的凋亡特征。Chakrabarti4等在大鼠离体心脏灌注模型上发现心肌缺血10min 即出现心肌细胞凋亡，缺血30min达高峰，证实了缺血可引起心肌细胞凋亡。Maulik5等在大鼠离体再灌注心脏模型上研究表明，缺血15､30､60min均无心肌细胞凋亡证据。而缺血15min后再灌注90min和120min时通过DNA琼脂糖凝胶电
5、泳和地高辛配基标记的基因组DNA免疫染色荧光镜检证实有心肌细胞凋亡。Saraste6等对8例确诊因心肌梗塞而死亡者的心脏标本进行检测，这8例中其中6例进行过成功的溶栓治疗，表明经历过缺血再灌注损伤。结果发现所有急性心肌梗塞的心肌细胞中均有典型的细胞凋亡的生化特征，而对照组均为阴性。并且凋亡细胞主要出现在梗死边缘区，无梗死的区域很少有细胞发生凋亡。因此认为缺血/再灌注损伤中有细胞凋亡参与， 且再灌注可以加速不可逆转的细胞凋亡，而且心肌细胞的凋亡与缺血/再灌注持续时间长短有关。 2 心肌缺血/再灌注损伤中细胞凋亡的相关调控基因 细胞凋亡区别于细胞坏死的一个显著特征即受基因调控，心肌缺血-再灌注损伤
6、的细胞凋亡也同样受基因调控。细胞凋亡是一个瀑布式基因表达过程，许多基因包括多种原癌基因和抑癌基因均参与细胞凋亡的调控。 2.Bcl-2基因：Bcl-2基因是第一个被确认对细胞凋亡有抑制作用的基因。Bcl-2蛋白是一种膜整和蛋白，主要分布于线粒体内膜､细胞内膜表面､内质网､核膜等处。Bcl-2的高度表达能阻抑多种诱导因素引起的细胞凋亡。Bcl-2抑制细胞凋亡可能与其以下几种作用有关： Bcl-2的过度表达可减少氧自由基产生和脂质过氧化物的形成。过度表达的Bcl-2能抑制线粒体通透性的改变，减少促凋亡蛋白的释放，从而抑制细胞凋亡。Bcl-2可抑制Ca2+的
7、跨膜流动，通过调节胞内钙离子浓度来调节凋亡。Bcl-2可与凋亡蛋白酶结合，实现其抗凋亡作用。Bcl-2可抑制细胞毒因素引起的凋亡现象 2.P21：Rsa基因编码的p21蛋白位于细胞膜内表面P2可抑制周期蛋白依赖性激酶的活性，阻断终末分化的细胞发生凋亡7。 2.3 P53：P53是一种重要的抑癌基因，有野生型和突变型两种类型。野生型P53：对细胞凋亡有促进作用;突变型P53：对细胞凋亡有抑制作用。当DNA由于各种原因损伤后，野生型P53：基因表达迅速增强，P53：蛋白累积并与损伤的DNA形成高度稳定的复合物，DNA复制停止，细胞停滞于G期，直至损伤的DNA修复。如果DNA受损严重修复失败，P53
8、：蛋白则介导细胞发生凋亡。突变型P53：基因表达的蛋白可干扰野生型P53蛋白功能。Kirshenbaum8等研究了心肌细胞凋亡的分子调节机制， 结果证实p53基因为心肌细胞凋亡的激活因子， 并且指导着凋亡促进基因bax的转录，而p53激活的心肌细胞凋亡可以被抗凋亡基因bcl-2所阻断。 2.4 立早基因：立早基因(immediate early gene)是一类在应激状态下数分钟内表达发生改变的基因，它们通常是一些DNA结合蛋白和转录因子。心肌缺血-再灌注可诱导c-fos､c-jun､junB､Egr-等立早基因表达迅速增加9，它们与其下游基因，如Ca
9、2+-ATPase､血.管活性肠肽､酪氨酸羟化酶或一些炎症介质等基因启动子区的相应顺式作用元件相结合，启动下游基因的表达， 使细胞由G0期启动进入细胞周期，诱导心肌细胞凋亡。 2.5 Fas基因：Fas蛋白是一种细胞表面受体，是一种膜蛋白属于肿瘤坏死因子(TNF)受体家族成员之一。因Fas是一种受体，所以Fas抗体能与其结合，将死亡信号传给Fas蛋白阳性细胞，激活细胞内胱氨酸蛋白酶，导致DNA裂解，细胞凋亡。心肌缺血缺氧能引起凋亡促进因子Fas表达升高。有实验证实，心肌缺血再灌注后Fas基因的RNA及蛋白表达均增多，而且随心肌缺血或再灌注时相延长而增加。缺血/再灌注
10、期间许多细胞因子及蛋白在凋亡中起重要作用，如TNF-a，IL-1，IL-6，IL-10，胰岛素样生长因子I(IGF-1)，IAP-210(Inhibitors of apoptosis proteins 2)就不一一而论了。 3 心肌细胞凋亡的信号转导 3.细胞因子信号转导途径：主要通过Fas､TNF分别与细胞膜表面相应的Fas受体(FasR)和TNF受体(TNFR)结合，TNFR和Fas与胞浆蛋白相联系的死亡区段分别称为TRADD和FADD。而与TRADD和FADD 联系的是受体相互作用蛋白(RIP)，它含有一个激酶区段联系信号，TNF与TNFR和Fas的结合可能引起TRADD
11、和FADD形态的变化，从而允许与RIP结合，RIP启动核内交通，从而激活核酸内切酶裂解细胞核DNA，细胞外信息转导入细胞内，然后进行胞内信息传递基因转录应答反应导致凋亡。这一过程并非一条龙式的单一联系，而是各个途径上存在着多方式､多水平的横向联系，构成复杂的信号传递网络。 3.线粒体途径：在细胞凋亡过程中线粒体跨膜电位的耗散主要是由于线粒体内膜的通透性转变，这是由于生成了动态的由多个蛋白质组成的位于线粒体内膜与外膜接触位点的通透性转变孔道(PT孔道)，在各种促细胞凋亡信号作用下，线粒体通透性转变为不可逆的过度开放，导致线粒体跨膜电位崩解，呼吸链解偶联，基质渗透压升高，内膜肿胀，细
12、胞色素c(Cytc)释放到胞浆，在ATP/atp 存在下，Cytc与凋亡蛋白活化因子(apoptotic protease-activating factor ， Apaf-1)形成多聚体复合物，通过Apaf-1氨基端的caspase募集结构域募集细胞中的caspase-9前体，一个活化的Apaf-1可募集多个caspase-9，并使其自我剪切和活化，启动caspase的级联反应，激活下游的caspase-3和caspase-7，完成对相应底物的切割，引起细胞凋亡。心肌细胞的凋亡过程中，线粒体被认为是处于凋亡调控的中心位置。Davidson11等报道用PI3K和Erk通路抑制剂后，胰岛素保护心
13、肌细胞凋亡的功能丧失，而胰岛素的保护作用主要是通过干预PT孔而实现，说明RISK通路可能参与PT孔导致的心肌细胞的凋亡。 3.3 有丝分裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)信号转导途径：Bogoyevitch等12在缺血再灌注成年大鼠的心脏模型上首次证实了单纯缺血可激活p38，但ERKs的活性无论在缺血期或是在缺血再灌注期都不表达。XinL13等进一步证实了p38MAPKs是缺血再灌注后心肌凋亡信号转导的一个关键因子， 抑制p38丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)可减轻心肌细胞凋亡。还有研究14表明JNK/SAPKs路径也参与了缺血后心
14、肌细胞的凋亡过程。 3.4 JAK-STAT途径：整体IRI模型给予JAK-2特异性抑制剂AG-490，caspase-3活性显著增强，bax 表达增多，心肌细胞凋亡数目增多，但大鼠离体心脏经AG-490处理后则表现心肌细胞凋亡数目减少15。提示JAK-STAT通路在调节心肌细胞凋亡中可能具有双重性，这一现象也可能与该通路与其他通路交会(crosstalk)相互调节有关。 3.5 LOX-1通路(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，凝集素样低密度氧化脂蛋白受体)LOX-1在IRI心肌细胞凋亡中的作用备受关注。缺血再灌注
15、时低密度脂蛋白氧化释放活性氧，氧化的低密度脂蛋白和活性氧均可使LOX-1受体上调。Li16等发现左冠状动脉结扎60min再灌注60min的麻醉大鼠LOX-1受体表达及心肌凋亡明显增多，而给予LOX-1受体阻断剂JXT21来阻断其表达，致使凋亡数目降幅达48%， 心肌梗死面积减少了45%。而Hayashida17等研究表明急性冠脉综合征者，LOX-1表达增高，提示LOX-1通路可能在IRI介导的心肌细胞凋亡中发挥重要作用。 综上所述，缺血再灌注损伤本身是个多因素协同的过程，缺血再灌注组织发生细胞凋亡的机理也是一个多因素的过程，细胞凋亡可能为再灌注损伤发病机制中的一个重要环节，目前的研究还远未阐明
16、其具体机理，有关凋亡的启动机制､基因调控机制有待今后进一步探索，寻找理想的抑制凋亡的临床药物无疑将会对临床防治缺血再灌注损伤，预防正常细胞发生凋亡产生极为重要的影响。 参考文献 1Fliss H，Gattinger D. Apoptosis in ischemic and reperfused rat myocardiumJ. Circ Res，1996，79：949-956. 2姚震， 焦解歌， 冯建章.心肌缺血再灌注损伤与细胞凋亡关系的实验研究. 海南医学院学报，2000， 6： 129- 133. 3赵军， 徐德民，郑世营等.缺血再灌注损伤诱导心肌细胞凋亡的动物实验研究J中华综合临床医学杂志，2004
