徐森　韓學(xué)超　田煒

【摘要】 心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生與多種機(jī)制有關(guān)，其中包括鈣超載、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、線粒體功能障礙、自噬、凋亡等，其中鈣超載不但是主要的誘發(fā)因素，而且還與炎癥、氧化反應(yīng)等其他誘發(fā)機(jī)制相互作用，在心肌缺血再灌注損傷保護(hù)機(jī)制的研究中極為重要。因此本文就鈣超載在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展中的作用的研究進(jìn)展作一綜述，旨在能夠?yàn)樾募∪毖俟嘧p傷保護(hù)機(jī)制的相關(guān)研究提供一些助力。

【關(guān)鍵詞】 心肌缺血再灌注； 鈣超載

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.03.040

心肌缺血一定的時(shí)間之后能夠損傷心肌組織和細(xì)胞，為了防止這種損傷的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)盡早恢復(fù)缺血區(qū)的血流灌注以挽救部分瀕臨死亡的細(xì)胞。以往大量的臨床研究以及科研實(shí)踐表明了以下觀點(diǎn)：再灌注不一定能恢復(fù)心肌缺血組織的損傷，在一定的條件下反而會(huì)造成甚至加重組織和細(xì)胞的損傷，這就是心肌缺血再灌注損傷（MI-RI）[1]。近年來(lái)，探究心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制以及如何減輕心肌缺血再灌注損傷已經(jīng)成為心血管領(lǐng)域的主要研究方向。目前主要認(rèn)為心肌缺血再灌注損傷與細(xì)胞內(nèi)鈣超載、細(xì)胞的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、線粒體功能障礙、自噬等諸多因素有關(guān)[2-3]，但關(guān)于心肌缺血再灌注損傷的具體發(fā)生機(jī)制仍尚不明確。1972年Shen等[4]發(fā)現(xiàn)犬的心臟冠狀動(dòng)脈短暫閉塞后，再灌注可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+快速聚集，并首次提出了“鈣超載”之說(shuō)，使人們更加重視Ca2+對(duì)于心肌缺血再灌注損傷的意義。越來(lái)越多的研究顯示，鈣超載不但是心肌缺血再灌注損傷的主要誘發(fā)因素，而且還與炎癥、氧化反應(yīng)等其他誘發(fā)機(jī)制相互作用，在心肌缺血再灌注損傷保護(hù)機(jī)制的研究中極為重要。因此本文就鈣超載在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展中的作用的研究進(jìn)展作一綜述，旨在能夠?yàn)樾募∪毖俟嘧p傷保護(hù)機(jī)制的相關(guān)研究提供一些助力。

1 鈣超載在心肌細(xì)胞中的產(chǎn)生機(jī)制

1.1 Na+/Ca2+與H+/Na+交換機(jī)制 心肌細(xì)胞經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的缺氧后，會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)的代謝異常，使細(xì)胞內(nèi)H+聚集而引起胞內(nèi)pH降低，進(jìn)而通過(guò)H+/Na+交換使細(xì)胞內(nèi)Na+增多。心肌細(xì)胞內(nèi)Na+的聚集會(huì)使Na+/Ca2+交換蛋白（NCX）的活動(dòng)增強(qiáng)，這一過(guò)程雖然可以減少胞內(nèi)Na+的聚集，但同時(shí)也會(huì)將胞外的Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)，從而使胞質(zhì)內(nèi)的Ca2+濃度不斷增高，進(jìn)而引起鈣超載[5-6]。此時(shí)迅速?gòu)?fù)氧可使細(xì)胞外液pH升高，進(jìn)而加大細(xì)胞膜內(nèi)外的H+梯度，使得H+/Na+、Na+/Ca2+交換得到加強(qiáng)，進(jìn)一步造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載。除此之外，文獻(xiàn)[7]研究表明，除H+/Na+、Na+/Ca2+交換機(jī)制外，H+/Ca2+直接交換的機(jī)制也是一種能夠引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載的重要原因。

1.2 電壓門控型Ca2+通道 電壓門控型Ca2+通道有多種類型。根據(jù)Ca2+通道的敏感性、門控類型的特點(diǎn)及其在組織分布中的特點(diǎn)等，可以將這些通道分為L(zhǎng)型Ca2+通道、R型Ca2+通道、P/Q型Ca2+通道、T型Ca2+通道和N型Ca2+通道五種類型。與心肌組織相關(guān)的電壓門控型Ca2+通道共有3種，分別為L(zhǎng)型Ca2+通道、P/Q型Ca2+通道以及T型Ca2+通道[8]。

1.2.1 L型Ca2+通道 此類型的Ca2+通道在心肌組織中廣泛存在。其特點(diǎn)為持續(xù)開放（lasting，L），細(xì)胞外的Ca2+經(jīng)L型Ca2+通道進(jìn)入胞內(nèi)后，能夠進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的肌漿網(wǎng)釋放Ca2+，即通常所說(shuō)的鈣觸發(fā)鈣釋放（CICR）[9-11]。

1.2.2 P/Q型Ca2+通道 此類型的Ca2+通道僅存在于心臟組織內(nèi)的特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)。其能參與這些特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)細(xì)胞的興奮傳遞過(guò)程以及介質(zhì)的釋放過(guò)程。與其他Ca2+通道不同的是對(duì)于一價(jià)的陽(yáng)離子也具有一定的通透性。

1.2.3 T型Ca2+通道 此類型的Ca2+通道存在于心房細(xì)胞、浦肯野細(xì)胞、竇房結(jié)細(xì)胞以及潛在的起搏點(diǎn)細(xì)胞之中[12]。特點(diǎn)為短暫開放（transient，T）。其主要功能是參與心臟起搏細(xì)胞的自律性搏動(dòng)、肌漿網(wǎng)Ca2+的釋放以及心臟的發(fā)育等過(guò)程[13]。

1.3 Ca2+依賴性蛋白激酶 Ca2+依賴性蛋白激酶是一種重要的中介物質(zhì)，其能夠介導(dǎo)細(xì)胞毒性物質(zhì)（例如活性氧）的產(chǎn)生進(jìn)而造成細(xì)胞損傷。Ca2+依賴性蛋白激酶在需能階段激活后可以調(diào)控電壓門控型鈣通道，增加心肌細(xì)胞Ca2+內(nèi)流，進(jìn)而引起鈣超載，此過(guò)程稱為鈣電流易化作用[14]。

1.4 一氧化氮（NO）的介導(dǎo) 心肌組織產(chǎn)生缺血再灌注損傷時(shí)，將會(huì)使細(xì)胞內(nèi)一氧化氮的含量發(fā)生失衡，使其不能有效的抑制Ca2+的內(nèi)流[15]，從而會(huì)造成細(xì)胞外的Ca2+大量?jī)?nèi)流進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而引起心肌細(xì)胞內(nèi)發(fā)生鈣超載。

1.5 生物膜結(jié)構(gòu)的破壞 心肌組織發(fā)生缺血再灌注損傷時(shí)將會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)能量生成減少、同時(shí)將會(huì)生成一些毒性物質(zhì)，如氧自由基（OFR）等，這些毒性物質(zhì)能夠分解細(xì)胞膜上的膜磷脂，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)遭到破壞、膜的通透性增加，進(jìn)而使細(xì)胞外的Ca2+內(nèi)流增加；同時(shí)，這些毒性物質(zhì)也會(huì)引起肌漿網(wǎng)膜的損傷、鈣泵的失靈，使細(xì)胞攝取Ca2+增多[16]，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致胞漿內(nèi)Ca2+增加，引起細(xì)胞內(nèi)的鈣超載。

2 鈣超載對(duì)心肌缺血再灌注的損傷作用

2.1 引起線粒體功能障礙 心肌缺血再灌注的過(guò)程中會(huì)使心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+大量聚集，為了維持胞漿內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)，線粒體將會(huì)從胞漿內(nèi)攝取過(guò)量的Ca2+進(jìn)入線粒體內(nèi)，造成線粒體內(nèi)的Ca2+超載[17]，從而引起線粒體膜通透性改變，導(dǎo)致線粒體腫脹。而在線粒體內(nèi)大量聚集的Ca2+最終會(huì)以磷酸鈣沉淀的形式存在，磷酸鈣沉淀的生成將會(huì)抑制線粒體中ATP的合成，使細(xì)胞內(nèi)能量生成受阻，其引起的線粒體功能障礙是導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡的重要原因[18]。線粒體膜上的磷脂酶能夠被Ca2+激活，磷脂酶的激活能夠使線粒體膜的基本結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，而這種結(jié)構(gòu)和功能的破壞則是細(xì)胞由可逆性損傷變?yōu)椴豢赡嫘該p傷的重要標(biāo)志[19]。

2.2 激活相關(guān)酶類 膜磷脂的分解主要是由Ca2+依賴性磷脂酶（主要是蛋白激酶C和磷脂酶A）的激活所引起的。一些游離的脂肪酸、白三烯、前列腺素、溶血磷脂等活性物質(zhì)將會(huì)在膜磷脂的分解過(guò)程中產(chǎn)生，這些活性物質(zhì)均能對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生一定的毒害作用，例如溶血磷脂能夠進(jìn)入線粒體內(nèi)進(jìn)而抑制ATP的合成[20]；而Ca2+依賴性的多種降解酶的激活能夠破壞細(xì)胞膜的骨架，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損害[21]，其降解后的一些物質(zhì)還能夠促進(jìn)活性氧生成；此外，鈣依賴性核酸內(nèi)切酶的激活，能夠?qū)?xì)胞內(nèi)的核酸產(chǎn)生損害，進(jìn)而損傷心肌細(xì)胞。

2.3 促進(jìn)氧自由基生成 心肌缺血再灌注的過(guò)程中，組織中ATP的生成將會(huì)減少，細(xì)胞內(nèi)鈣離子將會(huì)增多，從而激活了鈣依賴性蛋白酶，使黃嘌呤脫氫酶（xanthine dehydrogenase，XD）向有害的黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）轉(zhuǎn)變?cè)龆郲22]，同時(shí)在ATP分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生次黃嘌呤。在黃嘌呤氧化酶兩次催化過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生大量氧自由基[23]；此外鈣超載能夠激活磷脂酶A2，進(jìn)而發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)降解細(xì)胞膜磷脂，也會(huì)產(chǎn)生大量的氧自由基。氧自由基能夠氧化細(xì)胞內(nèi)的多種有機(jī)物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)、酶和核酸等，從而引起線粒體功能障礙，增加細(xì)胞膜的通透性，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)生障礙，促使心肌細(xì)胞大量凋亡[24]。

2.4 促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生 心肌缺血再灌注過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)高水平的Ca2+很容易激活細(xì)胞內(nèi)的一些酶類，而這些酶類（如磷脂酶A和蛋白激酶C）的活化可引起脂肪酸的形成，其中最主要的為花生四烯酸[25]。花生四烯酸可通過(guò)細(xì)胞色素P450（CYP 450）通路經(jīng)細(xì)胞色素P450家族的環(huán)氧化酶催化生成環(huán)氧二十碳三烯酸（EETs）。其能夠進(jìn)一步引起Ca2+內(nèi)流[26]，造成更加嚴(yán)重的鈣超載。而心肌細(xì)胞中的鈣超載會(huì)導(dǎo)致冠脈大血管和微血管內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，進(jìn)而改變血管的通透性，具體表現(xiàn)為血管的儲(chǔ)血能力降低、冠狀動(dòng)脈的阻力增高以及毛細(xì)血管中堵塞增多，進(jìn)而引起中性粒細(xì)胞的黏附、積聚以及浸潤(rùn)，釋放出一系列的炎癥介質(zhì)，誘導(dǎo)細(xì)胞間黏附分子和血管細(xì)胞黏附分子的廣泛表達(dá)，進(jìn)一步對(duì)心臟血管組織產(chǎn)生損害[27]。

2.5 誘發(fā)缺血再灌注性心律失常 在缺血再灌注性心律失常的發(fā)生過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)的鈣超載起著重要作用。在心肌缺血再灌注之后，心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度將會(huì)顯著升高，從而影響了細(xì)胞內(nèi)線粒體生成ATP的能力，引起心肌痙攣等狀況的時(shí)常發(fā)生，進(jìn)而造成了心律失常的產(chǎn)生[28]。

3 展望

綜上所述，鈣超載在心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。防止鈣超載的發(fā)生將會(huì)成為減輕心肌缺血再灌注損傷的重要舉措。盡管鈣拮抗劑在臨床上已經(jīng)被應(yīng)用于諸如心絞痛（包括變異性心絞痛、勞力性心絞痛、痙攣性心絞痛及不穩(wěn)定心絞痛）、心律失常以及心力衰竭等心血管疾病的治療，但是由于鈣超載機(jī)制的復(fù)雜性，與炎癥、氧化反應(yīng)等機(jī)制的相互作用關(guān)系，以及鈣拮抗劑的藥理和藥物互作關(guān)系等因素，使得鈣拮抗劑的臨床應(yīng)用局限且有爭(zhēng)議。因此，對(duì)鈣超載在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展過(guò)程中作用機(jī)制的進(jìn)一步闡明，對(duì)于有效防治心肌缺血再灌注損傷以及指導(dǎo)臨床用藥將極為重要。

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（收稿日期：2017-10-18） （本文編輯：張爽）