許家寶，李惠霖，強(qiáng)玉婷，王 雪，朱文赫

(吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林 吉林 132013)

心血管疾病是全球死亡率、發(fā)病率和醫(yī)療費(fèi)用高的重要原因[1]。研究表明，長時(shí)間工作可能導(dǎo)致缺血性心臟病(IHD)的發(fā)生[2]，增加心肌梗塞的發(fā)生率[3]。然而迄今為止，在預(yù)防和治療IHD方面取得的成就有限[4]，IHD仍是導(dǎo)致患者發(fā)病和死亡的主要原因之一。慢性間歇性低壓低氧(chronic intermittent hypobaric hypoxia，CIHH)，類似缺血預(yù)處理和長期慢性缺氧，可以保護(hù)心臟在缺血再灌注(I/R)時(shí)的損傷。這種心臟保護(hù)的持續(xù)時(shí)間要比缺血預(yù)處理更長，而且比長期的慢性缺氧的副作用更小。

1 CIHH對(duì)心臟功能和結(jié)構(gòu)的保護(hù)

研究表明，CIHH對(duì)在I/R后的心臟有保護(hù)作用。Guan[5]等在對(duì)實(shí)驗(yàn)組(CIHH)大鼠進(jìn)行模擬海拔5 km的低壓低氧處理，每日6 h，持續(xù)14、28、42 d之后，與常氧對(duì)照組相比，沒有出現(xiàn)左心室的肥大。在基礎(chǔ)條件下，CIHH大鼠的冠脈流量(CF)明顯高于對(duì)照組(大鼠，但對(duì)照組(和CIHH大鼠的左室發(fā)展壓(LVDP)，左室發(fā)展壓最大變化速率(±LVdp/dtmax)和左室舒張末壓(LVEDP)所指示的基礎(chǔ)左心室功能沒有差異。但是在I/R期間LVDP和±LVdp/dtmax降低，而LVEDP升高，表明I/R損害了左心室功能[67]。再灌注時(shí)，各組CF均顯著降低，但CIHH組再灌注時(shí)CF改善幅度和心功能恢復(fù)大于對(duì)照組，CIHH組大鼠的心肌梗死面積也少于對(duì)照組。Xu[7]等通過對(duì)大鼠左冠狀動(dòng)脈前降支進(jìn)行結(jié)扎，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，CIHH組心肌的梗死面積更小且纖維化更少，同時(shí)在CIHH治療后毛細(xì)血管密度顯著增加，說明CIHH治療的大鼠可能通過增加CF改善梗死后心肌的重塑和左室的重構(gòu)。對(duì)于重度慢性冠心病患者，CIHH也可以改善他們的心肌灌注[8]。最近一項(xiàng)研究表明，CIHH可以通過減弱由輻射引起的血管周圍和間質(zhì)區(qū)心臟纖維化，從而改善了輻射對(duì)心臟功能的損害[9]。

2 CIHH的心臟保護(hù)機(jī)制

2.1 抗心律失常

在心肌I/R早期，細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度([Ca2+]i)急劇增加，隨后心臟內(nèi)鈣超載加劇了心肌細(xì)胞的損傷。[Ca2+]i異常也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的心律不齊和心室纖顫。因此，維持相對(duì)穩(wěn)定的[Ca2+]i對(duì)于心肌細(xì)胞的生理活性和心臟功能具有重要意義[10]。

Zhou[11]等對(duì)大鼠采取果糖喂養(yǎng)誘導(dǎo)代謝綜合征的方法，在基礎(chǔ)條件下，與空白對(duì)照組相比較，食用果糖的大鼠APD明顯縮短，而CIHH組則明顯延長。在缺血的條件下，與空白對(duì)照組和果糖喂養(yǎng)大鼠相比較，CIHH-果糖喂養(yǎng)組大鼠的AP波幅、0期APD的最大升高率和靜息電位均降低，而且果糖喂養(yǎng)大鼠的心律失常評(píng)分在缺血后顯著高于其他處理組，說明CIHH治療可以降低果糖喂養(yǎng)代謝綜合征大鼠的心律失常發(fā)生。

此外，多種通道參與了CIHH抗心律失常的保護(hù)。研究表明[4]，在常壓常氧對(duì)照組的離體心肌細(xì)胞中，[Ca2+]i在模擬缺血時(shí)升高，再灌注時(shí)下降，但仍高于基礎(chǔ)水平。相比之下，在CIHH治療大鼠的離體心肌細(xì)胞中，在模擬I/R過程中[Ca2+]i始終維持在基線水平，說明沒有出現(xiàn)鈣的超載。而使用ATP K通道拮抗劑格列苯脲可以消除CIHH的保護(hù)作用，與使用格列苯脲效果相同的是，使用相對(duì)選擇性的線粒體ATP K通道拮抗劑5-HD也可以消除CIHH對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用。而線粒體ATP K通道的開啟劑氯甲苯噻嗪(diazoxide)對(duì)常壓常氧對(duì)照組大鼠同樣產(chǎn)生了心臟保護(hù)作用，但是diazoxide對(duì)CIHH組大鼠I/R后的心功能恢復(fù)沒有影響。Zhu[15]等發(fā)現(xiàn)CIHH治療改善了心肌細(xì)胞長度的恢復(fù)以及加速了再灌注過程中細(xì)胞溶質(zhì)鈣離子濃度([Ca2+]c)的快速下降，線粒體通透性過渡孔(MPTP)的開啟劑蒼術(shù)苷可以消除這些作用，但不會(huì)對(duì)對(duì)照組的大鼠心肌細(xì)胞造成影響。他們對(duì)心肌細(xì)胞的線粒體進(jìn)行分離后發(fā)現(xiàn)，CIHH治療可以增加MPTP對(duì)Ca2+的耐受，再灌注的前幾分鐘內(nèi)抑制MPTP開放可加速[Ca2+]c的下降，并減弱了[Ca2+]c和線粒體游離鈣離子濃度([Ca2+]m)的超負(fù)荷。CIHH抑制MPTP的開放降低了缺血后線粒體的損傷和細(xì)胞色素c的釋放。

由于肌漿網(wǎng)(SR)和Na+/Ca2+交換器(NCX)在I/R期間的功能下降，導(dǎo)致了其對(duì)[Ca2+]i的調(diào)節(jié)下降。研究表明[13]，CIHH可以顯著限制I/R引起的SR Ca2+釋放通道(RyRs)以及降低了SR Ca2+泵ATPase(SERCA2)蛋白質(zhì)含量和活性，從而減少SR內(nèi)Ca2+的釋放。同樣，CIHH減輕了I/R誘導(dǎo)對(duì)NCX的抑制以及恢復(fù)了在I/R期間NCX對(duì)離子的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)。這些有助于心肌細(xì)胞通過NCX向細(xì)胞外排出胞漿中的Ca2+，以及通過RyRs和SERCA2使胞漿內(nèi)Ca2+進(jìn)入肌漿網(wǎng)來減輕缺血過程中的Ca2+超負(fù)荷。Ma[14]等在對(duì)發(fā)育大鼠的CIHH研究中表明，在I/R期間心肌細(xì)胞中Na+-Ca2+交換電流(INa/Ca)降低并且INa/Ca的逆轉(zhuǎn)電位向負(fù)電位轉(zhuǎn)移，CIHH可以改善這一點(diǎn)并且維持NCX1的活性。L型Ca2+通道激動(dòng)劑Bay K8644或肌漿網(wǎng)Ca2+通道受體激活劑ryanodine可以減弱CIHH對(duì)心臟的保護(hù)作用。在對(duì)照組中使用Bay K8644或ryanodine不影響基礎(chǔ)心功能，但是在I/R后可以造成更嚴(yán)重的心功能損害和細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的上升。此外，CIHH的治療可以顯著阻止I/R期間L型鈣電流峰值的下降，降低因?yàn)長型Ca2+通道活性下降而導(dǎo)致的SR釋放Ca2+減少，從而減少心肌收縮力的下降[15]。Guo[16]等的實(shí)驗(yàn)表明CIHH可以通過增加Na/K泵活性從而降低由于I/R期間堆積在細(xì)胞內(nèi)的[Na+]i，減少高[Na+]i對(duì)細(xì)胞的損傷。同時(shí)，降低[Na+]i可以抑制NCX的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，減少[Ca2+]i對(duì)細(xì)胞的損傷。Li[17]等發(fā)現(xiàn)缺血性室顫與線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TSPO)活性改變呈正相關(guān)。在基礎(chǔ)條件下，CIHH會(huì)上調(diào)TSPO活性，但在心肌缺血期間它會(huì)保持在與基礎(chǔ)條件下相似的水平。CIHH對(duì)TSPO活性的作用有助于缺血期間RyR和SERCA2功能的維持，而用TSPO激動(dòng)劑FGIN-1-FGIN-27則不能逆轉(zhuǎn)這個(gè)過程。

2.2 抗細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是I/R損傷的主要原因之一，而CIHH可以降低細(xì)胞凋亡的影響。Xu[7]等通過對(duì)大鼠進(jìn)行永久性的冠脈結(jié)扎后，對(duì)左心室內(nèi)梗死或不梗死區(qū)域進(jìn)行TUNEL染色，發(fā)現(xiàn)經(jīng)CIHH處理的大鼠的tunel陽性凋亡的心肌細(xì)胞少于對(duì)照組。除此之外，CIHH抑制了I/R后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)因子(包括GRP78，CHOP和caspase-12)的過度表達(dá)，其中下調(diào)CHOP和caspase12的表達(dá)可能是CIHH抗凋亡的原因[18]。

2.3 心臟自主神經(jīng)功能的改善

在生理和病理情況下，交感神經(jīng)系統(tǒng)都通過β-腎上腺素受體參與心臟功能的調(diào)節(jié)，然而，在急性缺氧等其他能對(duì)心臟功能造成不利影響的條件下，交感神經(jīng)的過度活躍可能導(dǎo)致更加嚴(yán)重的損害。Guan[10]等的研究發(fā)現(xiàn)CIHH可以降低β-腎上腺素受體密度和親和力，同時(shí)與β-腎上腺素受體偶聯(lián)的Gs蛋白α-亞基(Gsα)含量也減少。Wang[19]等研究表明CIHH通過增加大鼠心肌α1腎上腺素能受體活性，對(duì)抗I/R后心肌的損傷，CIHH可以增加大鼠心肌乳頭肌對(duì)苯腎上腺素的反應(yīng)性，α1受體阻斷劑哌唑嗪可抵消CIHH對(duì)I/R的保護(hù)作用。在Gao[20]等的研究中發(fā)現(xiàn)，CIHH能增加大鼠心臟缺血后α1B腎上腺素能受體的密度和活性,通過該受體激活PKCε來抑制MMP-2的激活從而發(fā)揮心臟保護(hù)作用。

2.4 能量代謝

心臟的正常結(jié)構(gòu)和功能取決于能量代謝的穩(wěn)定，能量代謝紊亂會(huì)損害心臟功能。Gu[10]等通過對(duì)心肌細(xì)胞使用PGC-1α siRNA腺病毒處理，發(fā)現(xiàn)PGC-1α基因敲除消除了CIHH的保護(hù)作用，顯著抑制了CIHH心肌細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4的表達(dá)，增加心肌細(xì)胞中肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1b蛋白的表達(dá)，說明CIHH通過調(diào)節(jié)PGC-1α來優(yōu)化心肌內(nèi)葡萄糖和脂質(zhì)的代謝。此外，CIHH治療可以增加心肌細(xì)胞中AMPK蛋白(尤其是p-AMPK蛋白)的表達(dá)，而AMPK抑制劑dorsomorphin預(yù)處理能顯著抑制PGC-1α蛋白的表達(dá)，說明AMPK參與CIHH通過調(diào)節(jié)PGC-1α來優(yōu)化心肌的能量代謝的過程。CIHH的治療可顯著改善I/R損傷后線粒體ATP合酶的活性，而不會(huì)影響基線水平，ATP合酶抑制劑寡霉素可以消除CIHH對(duì)心臟的保護(hù)作用[21]。除此之外，CIHH下調(diào)了I/R后兩個(gè)負(fù)責(zé)脂肪酸代謝的關(guān)鍵蛋白(CPTII和ACAA2)，上調(diào)了一種糖酵解酶(ALDOA)，表明CIHH可能在I/R期間將心肌能量代謝的方向從脂肪酸代謝轉(zhuǎn)化為葡萄糖代謝而產(chǎn)生心臟保護(hù)作用。

2.5 氧化應(yīng)激

基礎(chǔ)條件下，CIHH心肌細(xì)胞中總超氧化物歧化酶(SOD)、SOD-2和過氧化氫酶(CAT)的活性高于對(duì)照組；但是，SOD-1、GPX活性和MDA含量沒有明顯變化。I/R后，對(duì)照組和CIHH組心肌細(xì)胞的總SOD、SOD-1、SOD-2和CAT活性降低，MDA含量顯著增加，但CIHH組總SOD、SOD-2和CAT活性高于CON組。說明CIHH通過提高SOD和CAT的活性增加心肌的抗氧化能力[22]。同樣的，在果糖喂養(yǎng)誘導(dǎo)的代謝綜合征大鼠中可以發(fā)現(xiàn)，與果糖喂養(yǎng)組大鼠相比較，CIHH增加了SOD亞型中Cu/Zn-SOD、Mn-SOD的蛋白表達(dá)水平[23]。

綜上所述，CIHH治療可以保護(hù)心臟免受I/R后的損傷，持續(xù)時(shí)間較長且無明顯的副作用，同時(shí)對(duì)心肌梗死、代謝紊亂等導(dǎo)致的心功能下降也能產(chǎn)生明顯的保護(hù)作用。但其具體機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究。