郭昊 張祥宇 江力勤

急性心肌梗死已成為威脅居民健康的重要?dú)⑹种弧９跔顒?dòng)脈血流恢復(fù)后發(fā)生的心肌缺血再灌注損傷也為急性心肌梗死的治療帶來巨大挑戰(zhàn)。心肌缺血再灌注損傷的機(jī)制主要涉及炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡等方面。研究表明，一氧化碳（CO）及其衍生物CO釋放分子（carbon monoxide releasing molecules，CORMs）能夠通過抑制炎癥反應(yīng)，抗氧化應(yīng)激，減少細(xì)胞凋亡途徑減輕心肌缺血再灌注損傷。

1 CO概述

CO是碳的雙原子氧化物,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是一種無色、無臭、無刺激性的氣體。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為CO是一種有毒氣體，因?yàn)槠鋵?duì)還原鐵血紅蛋白有強(qiáng)大的親和力，較血紅蛋白對(duì)分子氧的親和力高出220倍，可以與血紅蛋白可逆結(jié)合形成COHb，造成細(xì)胞缺氧和CO中毒[1]。19世紀(jì)40年代，Sjostrand等發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)存在少量的CO。隨后大量的研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)CO有3種來源：（1）血紅素加氧酶（Hemeoxygenase，HO）催化血紅素氧化成膽綠素、CO和游離鐵[2]。在哺乳動(dòng)物中有兩種HO同種型的HO-1和HO-2，HO-1的表達(dá)由氧化應(yīng)激誘導(dǎo)，主要存在于脾臟和肝臟中，HO-2主要存在于大腦和睪丸中[3]；（2）體內(nèi)脂質(zhì)過氧化作用會(huì)產(chǎn)生少量的CO；（3）吸入的空氣中含有少量CO。

CO與一氧化氮類似，是內(nèi)源性信使分子[4]，參與體內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)過程[5]，調(diào)節(jié)體內(nèi)許多生理和病理過程。CO在人體內(nèi)有以下作用：調(diào)節(jié)血管張力，抑制炎癥反應(yīng)，抑制血小板聚集，激活離子通道，抗氧化應(yīng)激，抗細(xì)胞凋亡[6-11]。

2 CORMs

盡管CO在體內(nèi)有巨大的治療潛在價(jià)值，但由于氣態(tài)CO難以儲(chǔ)存和輸送，CO的臨床應(yīng)用受到嚴(yán)重阻礙。因此為了安全有效地利用CO，Motterlini提出了CORMs的概念，即利用CO載體實(shí)現(xiàn)CO定點(diǎn)釋放。CORMs可通過溶解后不經(jīng)機(jī)體代謝而以穩(wěn)定的化學(xué)形式儲(chǔ)存和攜帶CO，較CO氣體以更可控的方式攜帶和供應(yīng)CO到靶點(diǎn)組織發(fā)揮生理作用，而且在一定的生理劑量范圍內(nèi)并不提高體內(nèi)血紅蛋白濃度，用藥時(shí)機(jī)和用藥劑量更易于控制。

Wrighton等在1975年發(fā)現(xiàn)CO可以與有機(jī)溶劑中的過渡金屬結(jié)合形成穩(wěn)定的羧基化合物。在此基礎(chǔ)上，羧基作為配體配位結(jié)合在一些重金屬比如鎳、鐵、鈷等上形成配合物，合成CORMs。從體外對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行的無機(jī)化學(xué)研究可知，金屬配合物中的某些配體可以通過空間或電子途徑促進(jìn)CO的解離[12]，某些CORMs可以在光解條件下釋放CO。過渡金屬豐富化學(xué)特性使得CORMs能夠通過將生物配體配位到金屬中心上來有效地修飾以使分子具有較低的毒性，具有較高的水溶性，并且對(duì)CO的釋放進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。按照CO釋放激活的方式對(duì)CO釋放分子分為：溶劑觸發(fā)的CORM，光-CORM，酶觸發(fā)的 CORM（ET-CORMs），熱觸發(fā)的 CORM，氧化觸發(fā)的CORM，pH觸發(fā)的CORM等[13]。按照CORMs的化學(xué) 成 分 可 以 分 為 CORM-1、CORM-2、CORM-3、CORM-F和CORM-A1及其衍生物。

3 CORMs在心肌缺血再灌注損傷中的作用

心肌缺血再灌注損傷是指在短時(shí)間心肌血供中斷一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)血供,原缺血心肌發(fā)生較血供恢復(fù)前更嚴(yán)重的損傷。體內(nèi)HO降解血紅素產(chǎn)生的內(nèi)源性CO能夠減輕心肌缺血再灌注損傷[14-15]。研究證明，低濃度的CORMs可模擬HO-1衍生的內(nèi)源性CO的活性，能夠減少心肌梗死面積，減輕心肌缺血再灌注損傷[16]。

3.1 抗氧化應(yīng)激 心肌缺血再灌注時(shí)的第一個(gè)破壞性事件是活性氧的爆發(fā)，活性氧的爆發(fā)直接對(duì)線粒體產(chǎn)生氧化損傷，破壞腺苷三磷酸的產(chǎn)生[17]，從而導(dǎo)致復(fù)合物Ⅰ和復(fù)合物Ⅲ位點(diǎn)的電子泄漏形成過量的活性氧，這些活性氧進(jìn)一步加重線粒體損傷和功能障礙。在嚴(yán)重的氧化應(yīng)激下，促進(jìn)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放[18-19]，導(dǎo)致膜電位去極化，基質(zhì)腫脹，線粒體外膜破裂，以及細(xì)胞色素c等促凋亡分子釋放到細(xì)胞內(nèi)[20]，最終導(dǎo)致灌注后心肌細(xì)胞的壞死和凋亡[21]。線粒體中的活性氧不僅會(huì)引發(fā)心肌急性損傷，還會(huì)引發(fā)再灌注后數(shù)分鐘，數(shù)天和數(shù)周內(nèi)發(fā)生的病變。大量研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的CORM-3、CORM-2可以通過輕微的線粒體呼吸解偶聯(lián)來減少線粒體中活性氧的產(chǎn)生，保護(hù)線粒體功能，減少心肌細(xì)胞壞死和凋亡和抑制炎癥反應(yīng)，從而減輕心肌缺血再灌注損傷[22]。在缺氧狀態(tài)下，一氧化氮合酶的活性增加，產(chǎn)生高濃度的一氧化氮通過形成氧亞硝酸鹽形成導(dǎo)致心肌細(xì)胞氧化損傷，細(xì)胞凋亡和壞死，研究表明，CORM-2可以通過抑制一氧化氮合酶的活性減輕心肌細(xì)胞的氧化損傷[23]。

3.2 抗心肌細(xì)胞凋亡 心肌梗死期間，心肌細(xì)胞壞死占據(jù)優(yōu)勢，血管再通后為細(xì)胞提供了必不可少的氧氣和糖分，同時(shí)為心肌凋亡提供了所需的能量。細(xì)胞凋亡主要通過外源性和內(nèi)源性途徑導(dǎo)致半胱天冬酶（caspase）激活。參與心肌缺血再灌注細(xì)胞凋亡外源性途徑的死亡配體（例如CD95/Fas配體，TNF-α）與其同源細(xì)胞表面死亡受體（例如CD95/Fas，TNF-α 受體）結(jié)合，激活 caspase-8，caspase-3以及促凋亡Bcl-2家族成員Bid，啟動(dòng)級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[24]。內(nèi)源性途徑主要是由線粒體產(chǎn)生的活性氧通過調(diào)節(jié)Bcl-2蛋白家族成員的表達(dá)和（或）活性，引起細(xì)胞色素c從線粒體中釋放，細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞色素c引起Apaf1銜接子的構(gòu)象變化，然后募集上游caspase-9、caspase級(jí)聯(lián)的激活導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[25]。CORMs 通過激活 NF-κB、STAT1、STAT3等信號(hào)傳導(dǎo)通道，增加一系列抗凋亡蛋白在心肌細(xì)胞內(nèi)的水平，這些蛋白會(huì)影響線粒體依賴性以及死亡受體介導(dǎo)的凋亡途徑[26]。CORMs能夠恢復(fù)線粒體呼吸和超微結(jié)構(gòu)改變，保護(hù)線粒體功能，減少活性氧的產(chǎn)生，降低細(xì)胞色素c的釋放和caspase-3表達(dá)，減少心肌細(xì)胞凋亡[27]。低濃度的CORMs可以通過激活MKK3/p38通路從而降低Fas/FasL水平以及隨后的下游效應(yīng)物發(fā)揮抗凋亡作用，降低促凋亡Bcl-2家族成員Bid，增加抗凋亡Bcl-2家族成員水平[28]，發(fā)揮抗凋亡作用。

3.3 抗炎作用 1983年Joseph等觀察到通過提前消耗循環(huán)中的中性粒細(xì)胞，暫時(shí)夾閉犬冠狀動(dòng)脈產(chǎn)生的心肌梗死面積大大減小，證實(shí)了中性粒細(xì)胞在心肌缺血再灌注損傷中的作用。心肌缺血再灌注使NLRP3炎性體包含caspase募集蛋白[29]，caspase募集蛋白的銜接分子凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白和誘導(dǎo)胱天蛋白酶 -1活化成 caspase-1[30]，caspase-1是IL-1b的轉(zhuǎn)換酶，其活化使pro-IL-1b成為其成熟形式并誘導(dǎo)IL-1b釋放，從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)和組織損傷[31]。心肌缺血再灌注導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子表達(dá)增加，釋放促炎細(xì)胞因子如TNFα，IL-6和IL-8[32-34]。缺血再灌注通過抗體依賴性經(jīng)典途徑，旁路途徑和甘露糖結(jié)合凝集素-甘露糖結(jié)合凝集素相關(guān)絲氨酸蛋白酶途徑激活補(bǔ)體5[35]，c5b可以使細(xì)胞膜中的孔形成，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。研究表明，CORMs可以通過抑制細(xì)胞因子激活核因子B基因的表達(dá)，阻止中性粒細(xì)胞表面CD11b和干擾內(nèi)皮細(xì)胞或選擇素（E-選擇素，P-選擇素或細(xì)胞因子）上免疫球蛋白超家族黏附分子（如細(xì)胞間黏附分子1，血管細(xì)胞黏附分子1）的表達(dá)[36]，從而抑制中性粒細(xì)胞粘附至血管內(nèi)皮細(xì)胞。另外研究表明，CORMs可通過調(diào)節(jié)絲裂原活化蛋白激酶活性減少TNF-α、IL-8、IL-6等炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生[37-38]，增加抗炎因子IL-10的產(chǎn)生。CORM-2還可以下調(diào)caspase-1活化和IL-1b成熟和分泌[39]。

綜上，CORM作為一種高效的CO載體，能最大程度模擬人體內(nèi)源性CO的抗心肌缺血再灌注損傷作用，在臨床上有巨大的應(yīng)用潛力。