高启军，董晓帆，邓长金

（湖北省荆门市第一人民医院心内科，湖北荆门 448000）

提要：急性心肌梗死是主要的致死致残原因，再灌注治疗是其标准的治疗方案，然而再灌注治疗伴随着再灌注损伤，再灌注损伤的机理目前还未完全清楚，分子、细胞、组织上的改变均与参与再灌注损伤，本文就心肌缺血再灌注损伤的研究进展作一综述。

心血管疾病是全球病死率最高的疾病，占总死亡率的三分之一，其中以急性心肌梗死最为严重［1］。每年有超过300 万急性ST 段抬高型心肌梗死患者，对这类患者最有效的治疗方法为及时、有效的再灌注治疗［2］，再灌注治疗改善心肌供血的同时伴随着一系列病理生理反应，包括过氧化反应、炎症、细胞内钙超载，最后出现不可逆的细胞凋亡和坏死，这种因再灌注损伤所致的心肌损伤称为再灌注损伤［3］。

再灌注损伤与分子、细胞、组织上的改变如细胞死亡、炎症、中性细胞活化和氧化应激等有关［4］。再灌注损伤评估与治疗仍然是临床难题，具体机理目前尚不明确，仍然是研究的热点之一。本文对再灌注损伤的机理最新进展作一综述。

1 钙超载及钙蛋白酶与缺血再灌注损伤

钙离子是细胞内的第二信使，参与维持细胞生理功能，正常情况下，细胞外钙离子浓度是细胞内的近万倍。目前认为钙超载的原因主要有：（1）心肌缺血致心肌细胞膜结构损伤，细胞膜通透性增加导致细胞外钙离子顺浓度梯度进入细胞内；（2）正常生理情况下，钙泵将细胞内多余的钙转运至细胞外，保持细胞内合理的钙浓度。当心肌缺血时，三磷酸腺苷生成减少或缺乏，使钙泵失活，不能及时泵出细胞内的钙；（3）缺血时缺血区因无氧酵解产生大量的乳酸、丙酮酸等致pH 值下降，当再灌注后氧气进入缺血区，乳酸、丙酮酸可进一步代谢，一部分乳酸、丙酮酸随血流进入体循环代谢，细胞外pH 值逐渐恢复，而细胞内恢复较慢，细胞内外形成pH 值梯度，细胞内的H+向外移动，为达到电平衡致Na+内流［5］。再灌注后能量供应和pH 值的恢复，开始Na+-Ca2+交换，细胞外的Ca2+流入细胞内，使细胞内Ca2+浓度升高。研究表明，钙超载后可通过各种途径引起线粒体膜通透性转换孔开放，线粒体膜电位异常、促进凋亡因子释放等引起心肌细胞死亡。除此之外，钙超载可激活钙蛋白酶calpain 引起再灌注损伤。在生理情况下，calpain 与钙蛋白酶抑素calpastatin一起储存在细胞质中，为非活性状态。细胞内Ca2+浓度上升是铁蛋白酶激活的关键因素［3］。近年来，实验研究证实，calpain 可引起心肌缺血再灌注损伤，而calpain 抑制剂对缺血再灌注心肌有保护作用［6］。但calpain 参与缺血再灌注损伤的机制目前还不清楚，考虑可能与calpain 裂解凋亡相关的酶有关，如caspase-3、Bax 等。

2 超氧化物与缺血再灌注损伤

生理情况下体内生成少量氧自由基可以很快被清除。当氧自由基生成过多过快或消除减少，就可能出现氧自由基聚集，在细胞缺血缺氧时，细胞内代谢紊乱，氧自由基清除能力不足，当缺血组织突然恢复供应血液时，产生大量氧自由基，不能及时被清除，对自身和周围细胞造成伤害，从而引起心肌损伤。

缺血再灌注的前数分钟，特别是开始再灌注时，能经过多种途径产生大量活性氧［7］。Arroyo 等［8］用同位素方法证实心肌缺血及其后的再灌注过程中有活性氧的形成，之后临床研究发现，抗氧自由基治疗具有心肌保护作用［9］。随后的研究表明，经超氧化物歧化酶处理的动物或细胞质、线粒体超氧化物歧化酶相关基因被过度表达的动物所发生的缺血再灌注损伤较少，这些都证实超氧化物的毒性作用［10］。超氧化物本身在体内造成的细胞毒性作用不大，因为这个激进物质可快速、自发歧化为过氧化氢（H2O2），在超氧化物歧化酶作用下这种转化可加速约10 000 倍，这种快速转换有效地防止了O2-与其他生物分子在细胞中的反应，除非O2-的产生与潜在的反应物非常接近。从超氧化物歧化反应产生的H2O2在高浓度时具有细胞毒性，也可以通过铁或铜催化的反应来刺激高活性羟基自由基（HO·）的产生。此外，超氧化物可以转化为另一个高活性的物质——超氧化氢（HOO-）。超氧化物细胞毒性也可以由其与一氧化氮结合生成过毒性更大的亚硝酸根（ONOO-）和其他破坏性RNOS。过亚硝酸根可以质子形成过氧亚硝基酸（ONOOH），本身是一种强细胞毒性氧化剂。最后，超氧化物可以氧化灭活多种酶，特别是含有铁硫中心的酶，如乌头、延胡索酸酶、NADH 脱氢酶、肌酸激酶和磷酸神经钙蛋白等［11］。自由基产生后还可损伤细胞膜结构，使细胞膜失去正常的屏障功能，通透性增加，使细胞内外的物质可以顺浓度流动，最后使细胞失去正常功能；自由基可通过氧化破坏机体蛋白，改变蛋白酶表面结构而使其失去功能。自由基可使遗传物质DNA、RNA 断裂，使核酸失去正常功能，最后导致细胞凋亡［12］。

3 线粒体与缺血再灌注损伤

线粒体在心肌缺血再灌注损伤中发挥重要作用，占细胞质容量的30%～50%，是细胞的能量工厂，机体95%的能量是通过线粒体氧化、磷酸化产生。线粒体是活性氧的主要产生部分，也是最易受活性氧伤害的部位。线粒体损伤表现为线粒体结构改变，功能丧失，数量减少，最后出现能量供应不足，心肌细胞失去收缩功能，最后出现心肌细胞死亡。在这些变化中，发挥重要作用的是线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）。MPTP 是位于线粒体内外膜上的一种非特异性通道，相对分子质量≤1 500 的物质可以通过MPTP，开放后可以使线粒体内膜两侧电化学质子梯度消失，呼吸链电子不能传递，氧化磷酸化解耦联，细胞生成三磷酸腺苷障碍，活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）生成。此外，由于线粒体基质中一些大分子蛋白质不能通过MPTP，基质内渗透压相对较高，离子、水等物质非选择性地进入基质，使线粒体水肿，外膜破裂，促使凋亡物质如细胞色素C、凋亡诱导因子、核酸内切酶G 等从膜间隙进入胞质中，引起细胞凋亡。

在缺血再灌过程中，各种生理、生化的原因可导致线粒体膜通透性转换孔的开放。在缺血阶段，钙离子、长链脂肪酸和活性氧累积使MPTP 易于打开［13］，而因为缺氧，无氧酵解增加产生大量乳酸，使局部血pH 值下降抑制MPTP 开放。当再灌注发生后，线粒体恢复呼吸功能，开始修复跨膜电位，pH 值逐渐恢复正常；当呼吸链重新获得氧气会产生大量的活性氧，加上钙超载等共同促进MPTP开放［13］。实验研究也证实在缺血阶段MPTP 是关闭的，再灌注过程中开放，目前缺血再灌注研究己将MPTP 作为心脏保护的新靶点［14］。

4 基质金属蛋白酶与缺血再灌注损伤

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一组含锌离子的钙依赖细胞外间质水解酶，研究表明，其参与了机体多种生理和病理过程，包括缺血再灌注损伤。在大鼠离体心脏缺血再灌注实验中，发现再灌注时MMP-2 释放明显增加，心功能差的大鼠MMP-2 的释放量更大；用含MMP-2 的灌流液灌流，可使缺血再灌注心肌心功能下降，而用含MMP-2 特异性抑制剂菲洛林或抗体的灌流液灌注，可使缺血再灌注心肌心功能好转［15］。一氧化氮的产物过氧亚硝酸盐（0N00-）可促进MMP-2 的释放，并使心功能下降，提示自由基对缺血再灌注心肌的损伤与激活MMPs 有一定关系［16］。

5 细胞凋亡

缺血再灌注损伤的发病机制是多因素性的，凋亡是再灌注损伤的主要致病机制之一，包括外部（或死亡受体）和内在（线粒体）途径，但他们之间有多种生物化学和功能联系。外部或死亡受体通路涉及结合Fas，TRAIL 和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等配体到促炎受体上，形成聚合物，促进死亡领域的适配器蛋白（如FADD 和TRADD）的聚集，完成死亡诱导的信号复合体。一旦组装，这个受体复合体激活caspase-8，最后激活caspase-3 水解许多细胞蛋白导致细胞凋亡［17］。如受到氧化应激等细胞毒性刺激，其内部途径被激活。通过Bcl2 蛋白家族成员调节促进调亡，使细胞膜通性增加，细胞色素C 等外渗，最后出现细胞凋亡。Bcl-2 基因家族，其产物根据蛋白结构、功能不同分为抑制凋亡蛋白和促凋亡蛋白。其中Bcl-2 和bax的相互作用在细胞凋亡调控过程中起重要作用［18］。

6 微小RNAs 与缺血再灌注损伤

微小RNA（microRNA，mRNA）由19-25 核苷酸组成单链小分子RNA，因为太短，不能编码产生蛋白质，然而，他们通过抑制mRNA 的翻译或诱导mRNA 降解来干预基因表达，最后参与缺血再灌注损伤［19］。除了调节细胞内基因和蛋白质表达，mRNAs 也可以分泌到胞外间隔，如核糖体RNA。这些胞外RNA 作为损伤相关的分子和辅助因子激活炎症和血栓形成［20］。缺血诱导的mRNA 特征为表达差异很大，与缺血的持续时间、细胞类型以及研究的时间点有关。最近的研究表明，在缺血再灌注过程中，细胞存活和凋亡中关键分子，如Bcl-2、FasL、HSP20、HSP60、HSP70、Mcl-1、Pdcd4、PI3K 和SIRT-1 的表达被mRNA 调控，目前正在研究阻断mRNA 功能的方法。

7 内皮细胞与缺血再灌注损伤

血管壁内皮细胞占心肌体积的3%～5%，在正常的心脏生理和心脏对损伤的反应中发挥重要作用［21］。血管内皮层由内皮细胞相互连接形成，为血管内膜屏障，防止白细胞黏附和血小板聚集，降低炎症反应，有利于血管内的血液正常流动。除此之外，内皮细胞还可作为分泌细胞，分泌血管活性物质，如分泌内皮素、血管紧张素等血管收缩因子和一氧化氮、内皮依赖性超极化因子（EDHF）等血管舒张因子。生理情况下，血管平滑肌的紧张度及血压，血流的调控都由这些血管活性因子共同调节，维护机体血压及内环境的平衡。在缺血再灌注等病理情况可导致血管内皮细胞功能障碍，损害其分泌功能，调节功能失常致内环境失调。缺血再灌注破坏内皮屏障功能，促进免疫细胞吸附，扰乱内皮依赖性血管舒张，并控制内皮止血机制［22］。在缺血再灌注期间释放出各种促炎介质包括ROS、趋化因子、细胞因子（如肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-1）等，这些介质激活细胞信号机制，引起交叉因子的磷酸化，解除它们与骨架元素的联系，最终结果是细胞间连系被打断，毛细血管通透性增加［23］。此外，缺血再灌注诱导的内皮细胞肿胀致毛细血管腔的狭窄，这有助于在这些小血管内嗜中性粒细胞的聚集，最后发展为缺血后无回流。

本文探讨了缺血再灌注损伤的发生机制，研究表明缺血再灌注损伤涉及面广，机制复杂，目前尚未完全研究清楚，目前考虑主要与超氧化物损伤、钙超载、线粒体损伤、细胞凋亡、内皮细胞mRNA 及MMPs 等有关。