屈園園(綜述),余鋰鐳,江　洪(審校)

(武漢大學人民醫(yī)院心內科,武漢 430060)

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自主神經與心肌缺血/再灌注損傷

屈園園△(綜述),余鋰鐳,江洪※(審校)

(武漢大學人民醫(yī)院心內科,武漢 430060)

摘要：心肌缺血/再灌注損傷(IRI)的發(fā)生、發(fā)展是多種因素相互作用，導致心肌細胞受損、壞死，心功能障礙的結果。IRI與自主神經的激活關系密不可分。IRI中產生的各種理化因子激活交感神經傳入纖維，而交感過度興奮反過來也能加劇IRI，如此惡性循環(huán)。近年來多項研究發(fā)現(xiàn)，迷走神經刺激能保護心臟，減輕IRI。日后有望將迷走神經刺激作為常規(guī)治療手段以減輕IRI的發(fā)生。

關鍵詞:缺血再灌注損傷;心肌細胞;交感神經系統(tǒng);迷走神經刺激

stimulation

患者一旦發(fā)生急性ST段抬高型心肌梗死，只要及時行經皮冠狀動脈介入術恢復心肌血運，就能搶救尚存活的心肌細胞，縮小梗死面積，并保護左心室功能，防止心力衰竭發(fā)生。然而急性缺血的心肌突然恢復血流可引起心肌細胞發(fā)生死亡[1]。缺血心肌恢復再灌注后，病情反而惡化，引起超微結構、功能、代謝及電生理方面發(fā)生進一步的損傷,稱為缺血/再灌注損傷(ischemia/reperfusion injury，IRI)。目前認為IRI存在4種損傷形式：再灌注引起的心律失常，心肌抑頓，微血管閉塞，致死性心肌再灌注損傷。這4種損傷均與自主神經相關，并可受其調控?，F(xiàn)對自主神經與心肌IRI的關系綜述如下。

1IRI發(fā)生機制

1.1活性氧類(reactive oxygen species,ROS)生成再灌注發(fā)生的最初幾分鐘內，氧化應激水平達到高峰。恢復血運時激活電子傳遞鏈，ROS生成增多。血管內皮細胞內代謝異常，經黃嘌呤氧化酶誘導生成ROS。再灌注發(fā)生后數(shù)小時，中性粒細胞聚集于梗死處，也可產生ROS。ROS調節(jié)線粒體通透性轉換孔(permiability transition pore,PTP)開放，并能直接損傷生物膜，引起Ca2+超載[2]。

1.2代謝障礙冠狀動脈閉塞后的15～20 s，無氧酵解成為新生成的高能磷酸鍵的主要來源。這時ATP能夠滿足心肌細胞基本的能量代謝。還原型輔酶1、ATP和丙酮酸是糖酵解的3個中間產物。有氧條件下，還原型輔酶1在線粒體中氧化，生成水，重新恢復為輔酶1。但缺氧時該循環(huán)無法正常進行，還原型輔酶1堆積，抑制無氧酵解，ATP無法繼續(xù)產生。持續(xù)處于缺氧狀態(tài)不到5 min，儲存的ATP就會被耗盡，心肌開始攣縮。缺血60～90 min后，受損心肌嚴重攣縮。動物研究證明，心肌再灌注過程中，大量脂肪酸被氧化，加劇無氧酵解，并抑制葡萄糖有氧氧化，最終導致葡萄糖有氧氧化和無氧酵解嚴重不平衡。這種“不平衡”可能是心肌細胞胞質內H+的主要來源。如果糖酵解和有氧氧化處于平衡狀態(tài)，H+產量應當為0。在不平衡狀態(tài)下，糖酵解生成的丙酮酸轉化為乳酸，1分子葡萄糖最終生成2分子H+。代謝異常對組織的炎癥反應產生直接影響。

1.3Ca2+超載缺血時，細胞內H+積聚，pH降至7.0以下。心臟一旦恢復血運，細胞內乳酸迅速被清除，pH升高激活Na+-H+交換體及Na+-HCO3-同向轉運體，細胞內H+通過Na+-H+交換轉移到細胞外，細胞內pH迅速恢復至正常水平。與此同時，胞質內Na+量劇增，激活細胞膜上2Na+/Ca2+通道。大量的2Na+-Ca2+交換增加細胞內Ca2+濃度，導致Ca2+超載，最終細胞死亡。

1.4炎癥反應缺血和再灌注時細胞內Ca2+超載，H+堆積，線粒體膜電位降低，這些都有利于生成ROS。ROS聚積后能激活促炎通路，這對IRI的發(fā)生至關重要。氧自由基是IRI中一個很重要的介質[3]?；钚匝踔虚g產物直接損傷細胞蛋白質、脂質和DNA，應激反應通路也被激活。細胞因子介導的級聯(lián)反應會被這種非特異性損傷激活，反應中產生腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)。TNF-α過表達刺激TNF-Ⅰ型受體，引起心肌細胞肥大、纖維化、死亡，發(fā)生收縮功能障礙[4]。細胞內Ca2+濃度增加，引起胞內尿酸和磷酸化合物產量增加，這兩者都能誘發(fā)炎癥反應。尿酸和磷酸鈣均屬于“危險信號”，能結合細胞內蛋白質，生成炎性小體[5]。炎性小體包括各種受體分子，它們可以調控白細胞介素1的生成和分泌。另外，“危險信號”可刺激Toll樣受體家族，并最終促進促炎性細胞因子和趨化因子的釋放。

1.5線粒體PTP開放PTP是一種非選擇性通道，位于線粒體內膜上，線粒體PTP開放引起線粒體膜去極化、氧化磷酸化解偶聯(lián)[6]。心肌缺血時線粒體內已存在鈣超載現(xiàn)象，再灌注階段，由于細胞膜完整性破壞，氧化應激引起肌質網損傷，線粒體膜去極化，鈣超載加劇。線粒體膜電位差恢復，激活線粒體膜上的Ca2+單向轉運體。Ca2+進入線粒體內，引起PTP開放。急性心肌缺血發(fā)生時，線粒體PTP維持閉合狀態(tài)，再灌注瞬間，由于線粒體氧化應激、鈣超載、ATP相對不足、pH迅速回升，線粒體PTP大量開放。再灌注過程中，線粒體通透性決定細胞存亡。若通透性小，受損的心肌細胞可以恢復；若通透性適中，細胞凋亡；若過大，細胞由于產能不足發(fā)生壞死。因此，線粒體PTP是再灌注心肌保護的重要新靶點[7]。

2自主神經與心臟IRI的相互作用

2.1交感神經與心肌IRI

2.1.1乳酸刺激交感末梢研究表明，外源性乳酸可刺激心交感傳入神經的有髓纖維和無髓纖維[8]。心交感傳入神經末梢通常位于心臟表面，將pH敏感的電極針置于心臟表面，測得在缺血早期(5 min內)，心臟表面的pH逐漸降低。心肌缺血時，心肌細胞內的乳酸是H+的主要來源。H+可以直接刺激交感傳入纖維末梢，也能介導其他介質的產生，如緩激肽。酸性環(huán)境也有助于激肽釋放酶的活化，生成緩激肽。

2.1.2緩激肽刺激交感神經緩激肽是刺激交感傳入纖維末梢的一個重要化學因子。結扎冠狀動脈左前降支2～5 min后，冠狀動脈竇處的緩激肽水平迅速升高。緩激肽可調節(jié)缺血心肌的心血管反射，增加前列腺素生成，而前列腺素又能增強緩激肽引起的心血管反射。緩激肽在心表誘導這種交感反射，而B2激肽受體阻滯劑可減少甚至終止這種反射。因此，緩激肽通過激活B2激肽受體來刺激缺血區(qū)域的心交感傳入纖維。

2.1.3ROS刺激交感神經缺血時ATP被大量分解，包括次黃嘌呤和黃嘌呤在內的嘌呤代謝產物在細胞內積聚。別嘌呤二醇能降低缺血時心交感傳入纖維的活性，是一種黃嘌呤氧化酶抑制劑，表明嘌呤分解是ROS的重要來源，ATP的分解產物能在缺血和再灌注階段刺激心交感傳入神經。多型核白細胞是缺血/再灌注時，ROS的另一來源。缺血發(fā)生后 1 min 內就有酪氨酸及其異構體產生，再灌注階段也會生成酪氨酸。1個酪氨酸分子含1個自由羥基，由此證明缺血/再灌注時細胞內會生成ROS。另有研究表明，缺血/再灌注時，自由羥基能刺激交感傳入纖維[9]。

2.1.4血小板活化興奮交感神經5-羥色胺是血小板致密顆粒釋放的一種介質。心肌梗死的患者血小板被活化,冠狀動脈狹窄處和冠狀動脈竇處的5-羥色胺水平升高至原先的18～27倍。研究表明，外源性5-羥色胺能刺激心交感傳入神經的Aδ纖維[10]，提示5-羥色胺能在缺血時提高心交感傳入纖維的活性。而特異性5-羥色胺3受體拮抗劑能在心肌缺血初期降低心交感傳入纖維的活性。以上實驗可證明，活化的血小板通過5-羥色胺3受體興奮交感傳入纖維。

2.1.5無氧呼吸引起交感過度興奮心肌細胞缺血同時也會缺氧，氧供不足，細胞ATP水平低下，心肌細胞代謝由有氧呼吸轉變?yōu)闊o氧呼吸。心肌缺血可以刺激控制心臟的交感神經傳出纖維活動，加速糖原分解，增加心肌ATP產量。因此，在缺血初期，交感興奮有利于心臟產能。但如果缺血情況在短時間內未得到改善，交感過度興奮會對心臟產生不可逆的損傷作用[10]。

2.1.6交感末梢釋放過量去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)損傷心肌心肌缺血引起交感神經末梢釋放NE，NE的釋放有兩種不同機制：胞吐作用釋放和載體介導的釋放過程[11]。缺血早期(缺血發(fā)生10 min內)，缺血區(qū)域刺激相應的心交感傳入纖維，引起交感神經傳出纖維活動增加，NE通過胞吐作用釋放入血。NE通過軸突膜運送出突觸小體需要消耗高能磷酸鍵，因此隨著缺血的進展，交感神經的胞吐作用逐漸減弱。如果缺血未得到改善，繼續(xù)發(fā)展(10～40 min后)，大量NE會以另一種方式從交感神經末梢釋放入血——囊泡內儲存的NE首先釋放入神經突觸小體，隨后又通過NE轉運體跨過軸突膜至神經外[11]，此釋放過程不依賴于交感活動。心肌缺血時，軸突膜上的NE轉運體停止從神經末梢外攝取NE至神經纖維內，大量NE從交感末梢涌出，因此過量的NE聚集在心肌細胞與神經末梢間隙處，損傷心肌細胞引起心律失常和細胞壞死。

心肌細胞膜上存在α和β腎上腺素能受體。刺激β受體能激活鳥嘌呤腺苷酸結合蛋白，以提高腺苷酸環(huán)化酶活性，同時增加環(huán)磷酸腺苷水平，最終環(huán)磷酸腺苷依賴性蛋白激酶活性增高。另一方面，刺激α1受體可激活磷脂酶C，磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸被磷脂酶C水解，生成1,2-二酰基甘油和1,4,5-三磷酸肌醇。1,2-二酰基甘油激活蛋白激酶C，1,4,5-三磷酸肌醇刺激Ca2+從肌質網釋放入細胞質，細胞質內Ca2+增高。這些信號轉導在調節(jié)細胞代謝和血流動力學中發(fā)揮重要作用。兒茶酚胺持續(xù)刺激腎上腺素能受體會使受體脫敏，產生適應作用。而心肌缺血有去脫敏作用，甚至能提高腎上腺素能受體對NE的敏感性。

2.2迷走神經對心臟的保護作用

2.2.1迷走神經刺激激活抗炎通路Borovikova等[12]在2000年對內毒素休克的大鼠模型和人外周血巨噬細胞進行研究時發(fā)現(xiàn)，刺激外周迷走神經、應用乙酰膽堿(acetylcholine,Ach)或擬膽堿藥物能夠推遲內毒素引起低血壓性休克的發(fā)生，抑制內毒素血癥誘導的全身炎癥反應綜合征，明顯減少細胞因子的釋放。Tracey[13]將迷走神經及Ach構成的這種抗炎通路稱為“膽堿能抗炎通路”。發(fā)生全身炎癥反應時，Ach可以激活巨噬細胞的α7-N型受體，通過阻斷炎性因子的翻譯及翻譯后水平，抑制炎癥反應的發(fā)生。膽堿能抗炎通路依賴巨噬細胞表面的α-7nAchR發(fā)揮作用[14]。膽堿能抗炎通路可以雙向調節(jié)腦部神經信號和免疫系統(tǒng)，膽堿能神經元發(fā)放沖動抑制急性炎癥反應，反之外周組織炎癥也能改變丘腦神經信號的釋放。

2.2.2迷走神經刺激抑制促炎細胞因子產生迷走神經刺激可減少心肌巨噬細胞、多形核白細胞和凋亡細胞的數(shù)量，并降低循環(huán)血液中的促炎細胞因子，縮小缺血心肌的梗死面積。再灌注發(fā)生時，含有白細胞的血液流入缺血區(qū)域，而該區(qū)域富含趨化因子和炎性介質。白細胞介素8和Chemokine (C-C motif) ligand 2(CCL2)是該過程中的兩個重要因子，迷走神經刺激可以抑制這兩個因子的產生，同時還能抑制多形核白細胞和巨噬細胞浸潤受損心肌，從而影響機體的固有免疫反應。白細胞介素8誘導多形核白細胞浸潤缺血心肌組織，激活髓過氧化物酶。髓過氧化物酶是存在多形核白細胞內的一種過氧化物酶，再灌注發(fā)生時可損傷心肌細胞。CCL2是一種具有纖溶作用的細胞因子，能夠招募單核細胞、記憶T細胞及樹突狀細胞定位于受損組織。IRI中CCL2可使纖維組織沉積于心肌受損處，并在心肌細胞恢復過程中招募并激活單核細胞。對大量急性冠狀動脈綜合征患者調查發(fā)現(xiàn)，隨著患者血清膜輔蛋白1(membrane cofactor protein-1,MCP-1)水平升高，心肌梗死的死亡風險也相應增高。而充血性心力衰竭患者的MCP-1水平與左心室射血分數(shù)呈負相關，并且MCP-1水平在衰竭心臟的缺血區(qū)域更高[15]。

炎性細胞因子還能介導心肌梗死后的左心室重構[16]。心肌梗死發(fā)生后，梗死區(qū)的心肌細胞內生成大量TNF-α，引起強烈的炎癥反應，激活基質金屬蛋白酶，降解基質，導致左心室重構。迷走神經刺激還能誘導組織表達金屬蛋白酶組織抑制劑，并降低缺血心肌細胞基質金屬蛋白酶9的活性，其中金屬蛋白酶組織抑制劑對基質金屬蛋白酶有抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)[17]，迷走神經刺激能在缺血/再灌注的急性炎癥期降低TNF-α水平，抑制中性粒細胞浸潤梗死心?。辉诼匝装Y期，改善左心室功能及重構。迷走神經刺激還能上調缺氧誘導因子1α來保護心肌細胞。Ach通過毒蕈堿樣受體直接保護心肌。已知TNF-α增多在缺血/再灌注時可以促進中性粒細胞對受損心肌的浸潤過程。缺血心肌中肥大細胞是TNF-α的主要來源，肥大細胞表達煙堿樣受體。Ach通過煙堿樣受體通路直接抑制TNF-α的表達和釋放[17]。

2.2.3迷走神經刺激抑制線粒體PTP開放線粒體通透性增大可導致細胞死亡，線粒體PTP可調控線粒體膜的通透性。刺激迷走神經可抑制線粒體PTP的開放，在恢復缺血心肌的血流時，控制線粒體通透性，保護心肌細胞。細胞凋亡分3個步驟：線粒體前階段——激活轉導級聯(lián)信號；線粒體階段——PTP通透性增加；線粒體后階段——線粒體蛋白釋放入胞質，激活凋亡級聯(lián)反應。迷走神經刺激可在線粒體前階段誘導Akt和Bad磷酸化，Akt和Bad均為細胞存活級聯(lián)反應中的重要因子。Bad磷酸化后無法轉位于線粒體與Bcl-2結合，因此線粒體PTP保持關閉狀態(tài)。迷走神經刺激還能在線粒體后階段發(fā)揮作用，抑制線粒體內細胞色素C釋放入胞質，細胞色素C可激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3。因此，凋亡發(fā)生的3個階段均可被迷走神經刺激抑制，從而達到保護心肌的目的。

2.2.4迷走神經刺激降低心律失常發(fā)生迷走神經刺激可以在心肌再灌注早期預防室性心律失常的發(fā)生，而阿托品可以阻斷這種保護作用。迷走神經刺激可能抑制交感傳出纖維末端NE的釋放，并促進Ach釋放，起到保護心室率的作用。低強度電刺激頸迷走神經還能抑制星狀神經節(jié)活動[18]。

心肌縫隙連接蛋白通道是存在于心肌細胞間的一種特殊蛋白通道，主要用于維持心肌細胞的電偶聯(lián)，是維持心臟正常電生理搏動的結構基礎。缺血/再灌注時，迷走神經刺激降低室性心律失常發(fā)生率[19]，心肌縫隙連接蛋白的去磷酸化水平也同時降低。缺血使心肌電偶聯(lián)喪失，并伴有心肌縫隙連接蛋白43去磷酸化增高，增加了心電異?；顒拥陌l(fā)生風險[20]。

3展望

行冠狀動脈旁路移植術的患者，由于種種原因很容易導致急性心肌損傷，包括心肺分流術起始引起的全心性IRI。對急性心肌梗死的患者行經皮冠狀動脈介入術，或給予溶栓治療，也會導致再灌注損傷。隨著心肌IRI的發(fā)生增多，自主神經與IRI之間的關系逐漸受到醫(yī)學界的重視，并加以利用。已有多項試驗證明，迷走神經刺激能縮小心肌梗死范圍，減輕IRI。若刺激頸部迷走神經，需要在患者頸部開創(chuàng)，額外增加創(chuàng)口，并存在術后感染問題。因此，對迷走神經刺激的術式及神經的刺激方法進行研究，將迷走神經刺激作為減輕IRI的常規(guī)治療手段將是未來研究的重要方向。

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Autonomic Nervous System and Myocardial Ischemia/Reperfusion InjuryQUYuan-yuan,YULi-lei,JIANGHong.(DepartmentofCardiology,RenminHospitalofWuhanUniversity,Wuhan430060,China)

Abstract:The development and progression of myocardial ischemia/reperfusion injury(IRI) results from impairment and necrosis of myocardial cells and cardiac dysfunction caused by interaction of multiple factors.IRI relates to activation of autonomic nervous system inseparably.Various physical factors and chemical factors generated during IRI activate sympathetic afferent fibers,and the over-excitement of sympathetic nervous system exacerbates IRI in turn,which forms a vicious circle.In recent years,numbers of studies found that vagal nerve stimulation can protect heart as well as prevent IRI.We are hopeful that vagal stimulation may act as a conventional therapy to attenuate IRI in the future.

Key words:Ischemia/reperfusion injury; Myochardium; Sympathetic nervous system; Vagal nerve

收稿日期：2014-08-04修回日期：2014-12-02編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.015

中圖分類號：R541.4; R543.31

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)13-2343-04