程永生　陳宇　李冬

【摘要】 在正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)外游離鈣離子濃度的變化程度保持在相對適當(dāng)?shù)姆秶?。胞?nèi)鈣離子通過在此范圍內(nèi)的濃度變化產(chǎn)生相應(yīng)的細(xì)胞效應(yīng)。鈣離子作為重要的信號分子參與或調(diào)節(jié)細(xì)胞的分泌、分裂、收縮、興奮、電轉(zhuǎn)導(dǎo)、凋亡、運動等重要活動。細(xì)胞內(nèi)鈣超載是心肌缺血/再灌注損傷的重要因素之一，過量Ca2+與各種相關(guān)蛋白結(jié)合致細(xì)胞凋亡啟動、電重構(gòu)、細(xì)胞膜相結(jié)構(gòu)的破壞均為損傷機制。

【關(guān)鍵詞】 鈣超載； 心肌缺血； 再灌注損傷

探討心肌細(xì)胞內(nèi)外鈣離子的重新分布，尤其在心肌細(xì)胞缺血/再灌注（myocardial ichemic/reperfusion，MI/R）時，細(xì)胞內(nèi)鈣濃度非生理性的顯著升高造成胞內(nèi)鈣超載（Ca2+ overload），并導(dǎo)致細(xì)胞功能及代謝障礙，參與心肌缺血/再灌注損傷的作用機制有重要的臨床意義?，F(xiàn)就該機制的研究現(xiàn)狀做一綜合介紹。

1 心肌缺血/再灌注條件下鈣超載的機制

依據(jù)多數(shù)動物實驗?zāi)Ｐ?，心肌?xì)胞內(nèi)鈣超載主要發(fā)生在再灌注期，細(xì)胞內(nèi)鈣的高密度分布的原因十分復(fù)雜，可能的機制包括如下幾個方面。

1.1 心肌細(xì)胞膜鈣漏 心肌細(xì)胞膜在缺血/再灌注（myocardial isochaemic/reperfusion，MI/R）條件下生成多種膜脂質(zhì)過氧化物發(fā)生構(gòu)相改變，細(xì)胞膜磷脂組分中不飽和脂酸減少使膜流動性減弱，通透性增加[1]。而在細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子的濃度比細(xì)胞外鈣離子濃度低10 000～100 000倍[2]，膜通透性增加（質(zhì)膜裂隙和新的Ca2+通道形成）可導(dǎo)致大量胞外鈣順濃度梯度向胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，引起胞內(nèi)鈣濃度升高。

1.2 肌漿網(wǎng)鈣泵破壞 MI/R時ATP消耗及大量OFR的破壞使鈣泵攝鈣功能障礙，致胞內(nèi)鈣離子不能回流鈣庫。鈣庫鈣通道目前發(fā)現(xiàn)的有IP3（三磷酸肌醇）及RyR（ryanodine）受體通道，均為C末端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的跨膜區(qū)域的跨膜蛋白，即鈣貯庫調(diào)控的鈣通道（store-operated calcium channel，SOCC）。而RyR2被證實為心肌細(xì)胞鈣庫調(diào)節(jié)的重要通道。因RyR2受胞內(nèi)Ca2+濃度調(diào)節(jié)，故鈣-促鈣釋放為心肌細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)的重要機制。

1.3 缺血、缺氧時引起細(xì)胞酸中毒 再灌注時，通過Na/Ca交換使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加。由NCX（Na/Ca交換蛋白）轉(zhuǎn)運。NCX1在心肌中高表達(dá)，最早在1990年由犬的心肌中得到克隆。其基因定位于人類染色體的2p21～23，是一種糖基化的跨膜蛋白。缺血時心肌細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高，NCX以反相形式存在引起胞內(nèi)Ca2+濃度升高[3]。在Imahashi K，Pott C，Goldhaber J I等[4]進(jìn)行的選擇性剔除NCX的大鼠心臟模型實驗中，胞內(nèi)Ca2+超載減輕，再灌注損傷改善。

1.4 Na/H交換蛋白（NHE） 存在于心肌細(xì)胞的主要是NHE1。當(dāng)心肌缺血時，糖酵解增加，胞內(nèi)酸度升高，NHE1激活；再灌注時，胞外H+迅速降低，造成胞內(nèi)外H+濃度增大，使NHE1再度激活，大量Na+內(nèi)流，Na+跨膜梯度降低，胞膜上Na+-K+-ATP酶和Na+/Ca2+交換通道激活，而此時ATP供應(yīng)減少，Na+/K+交換受抑，Na+/Ca2+交換活躍，導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流增加。我國已有人進(jìn)行實驗，應(yīng)用大鼠心肌建立缺血再灌注模型，證實心肌缺血再灌注可負(fù)性影響Na+-K+-ATP酶α1，α2，α3，β1亞基mRNA及蛋白基因表達(dá)，抑制Na+-K+-ATP酶活性。從而在基因表達(dá)層面上探討了心肌缺血再灌注條件下Na+/K+交換受抑的機制[5]。

2 鈣超載在心肌缺血/再灌注損傷（myocardial isochaemic/reperfusion injury，MIRI）中的作用機制

2.1 高濃度的細(xì)胞內(nèi)鈣可以激活PLA2（磷脂酶A2）和鈣敏感性蛋白 兩者的激活可導(dǎo)致花生四烯酸的生成，后者不僅干擾細(xì)胞膜還是環(huán)氧化酶的底物。其中一種重要的鈣激活酶就是PLC，它能催化磷酸肌醇水解為三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG），而前者與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合使鈣庫鈣通道開放；后者（DG）在有Ca2+、磷脂酰絲氨酸存在的情況下激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC），PKC可激活多種蛋白，包括Na+/Ca2+交換蛋白（NCX）、Na+/H+交換蛋白（NHE），使其磷酸化，進(jìn)一步導(dǎo)致鈣離子分布的紊亂；Ca2+激活的磷脂酶可促進(jìn)膜磷脂分解，與氧自由基（OFR）協(xié)同作用破壞生物膜。另外，國外有實驗利用鼠建立壓力超載誘導(dǎo)心肌肥厚致心衰的動物模型研究鈣依賴激酶Ⅱ（Ca2+/calmodulin-dependent kineaseⅡ）的轉(zhuǎn)化條件，發(fā)現(xiàn)選擇性剔除CaMKⅡδ的小鼠（KO mice）心肌受損進(jìn)程得以限制，而CaMKⅡδ對心肌耗竭的作用主要通過擴增RyR2調(diào)節(jié)的肌質(zhì)網(wǎng)鈣漏形成大量的瞬時鈣流相關(guān)[6]。

2.2 有研究發(fā)現(xiàn)鈣超載對心肌的損害主要來自于線粒體功能的障礙，即線粒體鈣超載是心肌再灌注損傷的主要原因。實驗發(fā)現(xiàn)，再灌注時肌漿網(wǎng)（sarcoplasmi reticulum，Sr）和肌膜Ca2+的減少與胞漿及線粒體Ca2+增呈負(fù)線性相關(guān)，而胞漿與線粒體Ca2+呈正線性相關(guān)。線粒體上膜轉(zhuǎn)運蛋白受損，能量供應(yīng)障礙及Na+超載。Ca2+可在線粒體內(nèi)形成磷酸鈣鹽沉積破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能，干擾線粒體氧化磷酸化，使能量代謝障礙，ATP生成減少[7-8]。

2.3 鈣離子/鈣調(diào)蛋白信使體系過度激活 胞內(nèi)Ca2+與鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）復(fù)合體增加。當(dāng)細(xì)胞中Ca2+濃度超過1/100 mmol/L時無活性的CaM即可與Ca2+結(jié)合，因其構(gòu)象改變而被活化，由此可激活的酶主要包括PhK、MLCK、CaM-PK三種類型。目前研究比較清楚的是CaM-PK。它可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類型，其中已證明CaM-PKⅡ可使微管連接蛋白（MAP）迅速磷酸化，磷酸化的MAP能抑制微管的組裝，進(jìn)而促進(jìn)微管的解體。這個機制也可能在心肌再灌注損傷中通過對細(xì)胞骨架破壞起作用。

2.4 胞內(nèi)高鈣環(huán)境與細(xì)胞凋亡啟動 目前，有證據(jù)的凋亡誘導(dǎo)因子就包括Ca2+，在正常生理情況下，誘導(dǎo)與抑制因子處在一個相對平衡的狀態(tài)。國外曾有實驗研究應(yīng)用長效鈣通道拮抗劑（benidipine）作用于缺血再灌注心肌，觀察抗心肌細(xì)胞凋亡的效果[9]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)benidipine可以減小心肌死亡的范圍（MI Size）。其可能的機制線粒體結(jié)構(gòu)被高鈣環(huán)境破壞后（MPTP，線粒體滲透性轉(zhuǎn)運孔道持續(xù)開放），細(xì)胞色素C釋放，激活半胱氨酸蛋白酶，誘導(dǎo)心肌凋亡。如ICE就是一種半胱氨酸蛋白酶，同時它也是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵酶。另外，由心肌細(xì)胞凋亡的生化特性也可見凋亡細(xì)胞表現(xiàn)出特征性的DNA梯條帶（DNA ladders），形成酶切效果[10]?，F(xiàn)在可知催化DNA降解的多是依賴Ca2+/Mg2+的核酸內(nèi)切酶。有研究認(rèn)為CA2+能通過兩條途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。一是細(xì)胞內(nèi)鈣濃度持續(xù)升高，作為凋亡信號啟動凋亡；二是Ca2+的釋放打破了細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，是細(xì)胞凋亡系統(tǒng)的關(guān)鍵成分與正常時不能接觸到的基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而促發(fā)凋亡。

總之，鈣超載在心肌缺血再灌注損傷中的作用十分復(fù)雜，兩者形成惡性循環(huán)的相關(guān)關(guān)系。也有人認(rèn)為鈣超載在再灌注損傷中是氧自由基損傷和能量代謝障礙的一部分[11]。新近的研究還發(fā)現(xiàn)在心肌梗死早期以細(xì)胞凋亡為主要表現(xiàn)，并且決定了梗死嚴(yán)重程度和預(yù)后。而依據(jù)2007年AHA/ACC發(fā)布STEMI住院治療指南中提出，鈣拮抗劑在AMI治療中不作為一線用藥。臨床試驗顯示，無論是AMI早期或晚期，Q波或非Q波心肌梗死，是否合用β recepter blocker，給予速效硝苯地平均不能降低再梗死率和病死率，對部分患者甚至有害[12]。指南對非二氫吡啶類的CCB也未作Ⅰ類推薦。因此，鈣超載在心肌缺血/在灌注損傷中的地位和可能的作用機制尚需進(jìn)一步研究，以更好的應(yīng)用于臨床治療。

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（收稿日期：2012-10-10） （本文編輯：李靜）