陳慧穎 張世忠

多胺是廣泛存在于原核和真核細(xì)胞中的一類堿性低分子化合物。哺乳動(dòng)物體內(nèi)主要多胺物質(zhì)組成是腐胺(putrescine，PUT)，精胺(spermine，SP)，精脒(spermidine，SPD)。多胺在生理pH值下呈高密度陽(yáng)性電荷，可以與帶大量負(fù)電荷的DNA，RNA和蛋白質(zhì)等生物高分子結(jié)合并對(duì)它們進(jìn)行調(diào)節(jié)。多胺具有多種生物學(xué)功能，對(duì)線粒體膜的穩(wěn)定、核酸、蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)以及對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用等［1］。

1678年，多胺由Anonie van Leeuwenhoek在人體精液中首次發(fā)現(xiàn)［2］。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，多胺不僅在腫瘤發(fā)生發(fā)展和腦缺血損傷中具有重要作用，而且在心肌缺血再灌注損傷方面也取得了一定的研究成果［3，4］。本文就多胺參與心肌代謝和多胺與心肌缺血再灌注損傷的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、心肌多胺代謝

在心肌細(xì)胞內(nèi)存在一整套多胺生成與代謝的酶系統(tǒng)，其中多胺合成代謝的主要限速酶鳥氨酸脫羧酶(ornithine decarboxylase，ODC)催化鳥氨酸生成腐胺，再由精脒合成酶和精胺合成酶分別生產(chǎn)精脒和精胺，精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶(spermidine/spermine N1－acetyltransferase，SSAT)為多胺分解代謝的限速酶，SSAT催化精胺逆轉(zhuǎn)化為精脒及精脒逆轉(zhuǎn)化為腐胺，而腐胺由氧化酶生成氨基丁酸，最后生成胺離子和二氧化碳排出體外(urdiales，medina，and sanchezjimenez)［5］。研究發(fā)現(xiàn)，心肌多胺代謝紊亂與心肌肥大、心肌重構(gòu)有密切關(guān)系，有研究發(fā)現(xiàn)心肌肥大的過(guò)程中多胺含量迅速增加［6］。

二、多胺與心臟離子通道

多胺帶有正電荷，可通過(guò)與細(xì)胞膜受體或者通道上帶負(fù)電荷的基團(tuán)結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。近年多胺與離子通道的研究主要集中在神經(jīng)以及心肌細(xì)胞。對(duì)心肌離子通道主要起作用的是精胺和精脒，對(duì)腐胺的研究未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。對(duì)心肌細(xì)胞離子通道影響的主要有鉀離子通道，如鈣離子激活的鉀通道、鈣離子通道以及鈣敏感受體(calcium－sensing receptors，CaSR)等。

1.鉀離子通道:對(duì)心肌細(xì)胞來(lái)說(shuō)，鉀離子通道是很重要但又比較復(fù)雜的一類離子通道，而線粒體上的鉀離子通道中主要有藥理學(xué)活性的有ATP敏感性鉀通道(mitoKATP)，大電導(dǎo)鈣激活的鉀通(mitoBKCa)，電壓依賴性鉀通道(mitoKv1.3)［7］。其中參與心肌細(xì)胞缺血再灌注的有線粒體ATP敏感鉀通道和鈣激活鉀通道［8］，選擇性應(yīng)用線粒體K+通道開(kāi)放劑，可以明顯改善心肌缺血再灌注條件下線粒體功能的紊亂［9］。內(nèi)源性多胺物質(zhì)作為鉀離子門控通道調(diào)控的重要物質(zhì)之一可對(duì)細(xì)胞內(nèi)多種鉀離子通道如鈣離子激活鉀通道和線粒體ATP敏感性鉀通道等。

2.鈣離子激活鉀通道:研究［10］發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)Mg2+和多胺(主要為SP)可阻斷鈣離子激活鉀(mito-BKCa)通道，其阻斷作用亦表現(xiàn)為電壓依賴性及濃度依賴性。(1)線粒體ATP敏感性鉀通道(mitoKATP):研究表明，K－ATP由內(nèi)向整流鉀通道(inwardlyrectifying potassium channel，Kir)和 ATP結(jié)合蛋白(ATP－binding cassette protein，ABP)兩部分組成，前者形成離子通道，后者決定著K－ATP的功能。KATP通道有多胺結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)其具有門控作用。但是多胺對(duì)其調(diào)控作用與三磷酸腺苷(ATP)是否存在以及ATP與通道本身的作用狀態(tài)直接相關(guān)［11］。

2.鈣離子通道:(1)鈣離子釋放通道(RSR):RSR是一個(gè)被Ca2+激活的電導(dǎo)通道，可被心肌內(nèi)ATP、Mg2+、咖啡因、蘭鈮堿等調(diào)控。它的強(qiáng)電導(dǎo)性與其可以在短時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)鈣離子大量流動(dòng)的生理功能是相符合的［12］。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性的多胺可以阻斷鈣離子釋放通道［13］。另外在血管細(xì)胞中還發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性的多胺可以影響肌質(zhì)網(wǎng)狀鈣離子的釋放過(guò)程。(2)線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運(yùn)體(mitochondrial calcium uniporter，MCU):MCU位于線粒體內(nèi)膜，在生理情況下能將胞質(zhì)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體基質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中有著重要的作用［14］。研究表明精胺和精脒通過(guò)使其與較低活性部位結(jié)合，從而增加心肌細(xì)胞線粒體基質(zhì)內(nèi)鈣離子聚集［15］。

三、鈣敏感受體

CaSR是G蛋白偶聯(lián)受體C家族成員。鈣敏感受體可以引起細(xì)胞內(nèi)鈣的聚集和調(diào)整細(xì)胞活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)鈣敏感受體既在可興奮的細(xì)胞表達(dá)也可在非可興奮細(xì)胞表達(dá)，包括神經(jīng)元細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)鈣敏感受體能夠在心肌細(xì)胞上表達(dá)，并受到心肌細(xì)胞外鈣和精胺調(diào)控，精胺為鈣敏感受體的激動(dòng)劑。在離體心肌細(xì)胞上，發(fā)現(xiàn)增加外源性的多胺能夠刺激心肌細(xì)胞膜上的 CaSR，促使心肌肥大［16］。Zhang等［17］研究發(fā)現(xiàn)血管腎上腺素上調(diào)鈣離子受體表達(dá)誘導(dǎo)心肌肥大，同時(shí)刺激鈣敏感受體活動(dòng)增加，心肌內(nèi)鈣離子聚集。Zhang［18］在缺血再灌注誘導(dǎo)的大鼠心肌細(xì)胞凋亡的實(shí)驗(yàn)中證明了鈣敏感受體參與了鈣離子超載誘導(dǎo)的心肌凋亡。

四、多胺與心肌細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡又稱細(xì)胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)，是一種主動(dòng)的由基因決定的細(xì)胞自我破壞的過(guò)程。它可發(fā)生于胚胎發(fā)育、組織重建、免疫調(diào)節(jié)及腫瘤退化等各個(gè)時(shí)期［19］。心肌細(xì)胞凋亡能夠?qū)σ恍┘?xì)胞損傷發(fā)生反應(yīng)和清除一些衰老心肌細(xì)胞引起的心臟疾病。近來(lái)對(duì)于多胺參與了心肌細(xì)胞凋亡的研究報(bào)道很少。目前的研究中對(duì)模擬缺血的大鼠心肌研究發(fā)現(xiàn)多胺誘導(dǎo)H9c2細(xì)胞凋亡。通過(guò)二氟甲基鳥氨酸阻斷鳥氨酸脫羧酶減少心肌衍生的H9c2細(xì)胞的多胺含量，可保護(hù)心肌細(xì)胞以對(duì)抗缺血誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［16］。也有文獻(xiàn)報(bào)道，多胺直接誘導(dǎo)心肌線粒體釋放細(xì)胞色素C，說(shuō)明持續(xù)性的高濃度多胺和心臟肥大等病理性特征參與了細(xì)胞凋亡的發(fā)生［20］。

五、多胺與心肌缺血再灌注損傷

1.心肌缺血再灌注損傷:1960年，Jennings首先提出心肌缺血再灌注損傷的概念(ischemic reperfusion injury)，即心肌組織缺血一段時(shí)間后，當(dāng)血流重新恢復(fù)后心肌損傷反而加重的現(xiàn)象。在心臟手術(shù)過(guò)程中心肌缺血再灌注損傷成為心臟外科、搭橋手術(shù)后心肌損傷的主要因素。目前盡管世界范圍對(duì)心肌缺血再灌注損傷機(jī)制一直在研究，但是詳細(xì)的機(jī)制尚不是很明確。近年普遍研究認(rèn)為其機(jī)制可能與氧自由基和鈣超載等有關(guān)。正常生理?xiàng)l件下機(jī)體能夠清除自由基，但是當(dāng)心肌組織細(xì)胞缺血缺氧時(shí)，氧自由基清除系統(tǒng)能力降低或喪失，生成系統(tǒng)功能活性增加。組織缺血復(fù)灌時(shí)，大量氧自由基生成并急劇堆積，對(duì)心肌細(xì)胞產(chǎn)生急性或慢性損傷，嚴(yán)重時(shí)造成死亡。心肌缺血再灌注時(shí)，胞質(zhì)鈣顯著增高，引起鈣超載。另外，缺血再灌注時(shí)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達(dá)增加，NO合成增多，與超氧陰離子反應(yīng)生成過(guò)氧亞硝酸鹽，也可導(dǎo)致心肌損傷［21］。

2.心肌缺血和復(fù)灌前后多胺變化:心肌缺血和缺血復(fù)灌導(dǎo)致多胺代謝發(fā)生改變，代謝失衡，心肌缺血復(fù)灌可能誘導(dǎo)多胺代謝過(guò)程產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，鳥氨酸脫羧酶和精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶活性增加，腐胺生成增多而精胺、精脒減少，總多胺池多胺含量減少［22］。

3.多胺與缺血再灌注損傷的關(guān)系:目前關(guān)于多胺與心肌缺血再灌注損傷的研究資料呈現(xiàn)兩種不同的結(jié)果，一種是多胺對(duì)心肌細(xì)胞有損傷作用。李宏霞等［23］研究發(fā)現(xiàn)正常的乳鼠細(xì)胞加入外源性精胺(100μmol/L)作用2.5h后可造成培養(yǎng)乳鼠原代心肌細(xì)胞損傷，但在加入維拉帕米后，心肌細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)損傷減輕，且有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)［24］，外源性精胺可呈劑量依賴性引起大鼠心肌細(xì)胞內(nèi)鈣增加，其研究結(jié)果提示精胺作為鈣敏感受體激動(dòng)劑可以引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子內(nèi)流，線粒體基質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度增高，10mol/L時(shí)發(fā)生“鈣爆炸”。多胺的損傷作用與加入細(xì)胞的多胺濃度有關(guān)。其對(duì)心肌細(xì)胞損傷的機(jī)制可能與細(xì)胞內(nèi)鈣超載等有關(guān)。與上述多胺對(duì)心肌損傷報(bào)道不同的是有研究發(fā)現(xiàn)，腐胺對(duì)心肌缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用，在心臟停博液中加入腐胺10mg/ml可減輕心肌細(xì)胞缺血再灌損傷［25］。心肌梗死的大鼠模型中，經(jīng)高效液相色譜法測(cè)定多胺在非梗死區(qū)含量減少［26］，Zhao等［27］亦發(fā)現(xiàn)缺血再灌可導(dǎo)致心肌內(nèi)總多胺池減少，NO含量增加，NO含量增加可以清除自由基、減輕鈣超載對(duì)缺血再灌心肌產(chǎn)生保護(hù)作用。并在分離的單個(gè)心肌細(xì)胞的研究中于細(xì)胞缺氧前給予外源性精胺(1mmol/L)拮抗了復(fù)氧灌注引起的心肌細(xì)胞內(nèi)鈣升高，并對(duì)心肌細(xì)胞產(chǎn)生了保護(hù)作用。多胺對(duì)心肌缺血復(fù)灌的保護(hù)機(jī)制可能有:多胺有超氧化物清除作用，能夠清除自由基，阻斷磷脂酶A和C，能夠調(diào)控心肌內(nèi)Ca2+濃度，減輕鈣超載。亦有文獻(xiàn)報(bào)道精胺能抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，保護(hù)缺血再灌心肌損傷。

目前僅限于精胺給予正常生長(zhǎng)的心肌細(xì)胞的研究，發(fā)現(xiàn)外源性的精胺對(duì)心肌細(xì)胞有損傷，損傷機(jī)制可能是精胺引起鈣超載。詳細(xì)的機(jī)制尚不清楚。但多胺對(duì)心肌缺血復(fù)灌心肌細(xì)胞有損傷的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。多胺對(duì)缺血再灌損傷保護(hù)的研究也只是對(duì)腐胺和精胺的研究，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)對(duì)精脒的研究報(bào)道。另外不同的實(shí)驗(yàn)小組對(duì)多胺與缺血再灌損傷的保護(hù)作用的研究方法也不同。加入的外源性精胺濃度不同，所得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不同?？梢钥隙ǖ氖嵌喟放c心肌缺血再灌心肌細(xì)胞的損傷或者保護(hù)作用與給予的多胺濃度有關(guān)。適當(dāng)給予外源性多胺可以增加心肌細(xì)胞內(nèi)多胺池，使其在正常細(xì)胞水平下發(fā)揮心肌保護(hù)作用。多胺對(duì)心肌缺血再灌保護(hù)可能機(jī)制之一是多胺對(duì)鈣離子內(nèi)流的調(diào)控作用，減輕了鈣超載。這與精胺引起鈣超載造成細(xì)胞損傷是矛盾的，詳細(xì)原因待于更進(jìn)一步的研究。以后的研究中外源性多胺物質(zhì)濃度的具體量化，腐胺、精胺、精脒3種物質(zhì)統(tǒng)一研究的道路可能為研究的新方向。

六、前景及展望

總之，至今為止，關(guān)于多胺與心肌缺血再灌注損傷的研究雖有很多，但在心肌缺血復(fù)灌損傷中是保護(hù)作用還是損傷作用由于目前有限的研究資料尚不能確定。但是可以肯定的是多胺物質(zhì)是心肌細(xì)胞正常生存不可缺少的，多胺對(duì)鈣離子運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)作用是與心肌缺血再灌損傷分不開(kāi)的。因此，研究多胺在心肌缺血再灌注損傷中的作用及其機(jī)制為臨床上尋求治療心肌缺血損傷的有效途徑無(wú)疑具有重要的意義。

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