關于藥理學的綜述：

心肌細胞凋亡與梗塞的研究進展

關鍵詞：細胞凋亡 心肌缺血 心肌梗塞

細胞凋亡是細胞在正常的生理或病理狀態(tài)下發(fā)生的一種自發(fā)的、程序化的死亡過程。細胞凋亡發(fā)生時呈現(xiàn)出獨特的形態(tài)學和生物化學特征，其表現(xiàn)為細胞膜完整，細胞器形態(tài)改變較輕，細胞核固縮、斷裂，最終形成凋亡小體并被巨噬細胞等清除。而且，凋亡細胞基因組的裂解產(chǎn)物在瓊脂糖凝膠電泳圖譜上呈現(xiàn)出典型的DNA ladder.心肌缺血可引起缺血區(qū)及缺血邊緣區(qū)心肌細胞的死亡，并可隨后發(fā)展為心肌梗塞（myocardial infarction， MI），使心肌細胞死亡進一步加劇，最終可導致心衰的發(fā)生。近年來研究顯示，細胞凋亡參與MI心肌細胞的死亡，并在心室重構、心功能改變過程中起關鍵作用【1，2】。現(xiàn)就心肌細胞凋亡與梗塞的研究進展綜述如下。

1 心肌細胞凋亡存在于MI中的依據(jù)心肌細胞凋亡是缺血所致MI心肌細胞死亡的途徑之一。Yue等【3】發(fā)現(xiàn)，在缺血導致的大鼠MI 模型3d后通過原位末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導的切口末端標記法（TUNEL）和DNA laddering檢測，梗塞邊緣區(qū)（離梗塞區(qū)～500um）心肌細胞凋亡指數(shù)明顯增高。Gu等【4】在心肌缺血誘發(fā)的MI動物模型中發(fā)現(xiàn)，與遠離梗塞區(qū)相比，梗塞邊緣區(qū)存在不規(guī)則形狀的心肌細胞及大量的凋亡細胞核。Baldi等【5】報道在人類急性心肌梗塞（AMI）晚期尸解中，心肌細胞凋亡仍然非常活躍，而且遠離梗塞區(qū)細胞凋亡指數(shù)（0.7%）遠遠低于梗塞區(qū)（25.4%）。以上說明細胞凋亡主要存在于梗塞區(qū)及梗塞邊緣區(qū)。也有研究發(fā)現(xiàn)，在早期MI患者中遠離梗塞區(qū)凋亡細胞數(shù)量仍然可觀，但心肌細胞凋亡的存在并不能作為MI的診斷標志【6】。

2 心肌細胞凋亡與梗塞后心室重構MI發(fā)生時引起心肌細胞丟失以及細胞外基質(zhì)的一系列變化，導致心室重構的發(fā)生。心肌細胞凋亡與心室重構關系密切，抑制心肌細胞凋亡有利于心室功能的改善。研究發(fā)現(xiàn)，通過藥物抑制心肌細胞凋亡可提高左心室射血分數(shù)，減少左心室舒張末期內(nèi)徑，改善心功能【4】。Sinagra等【7】研究發(fā)現(xiàn)，MI后由細胞凋亡引起的細胞丟失導致左心室舒張功能障礙，這可能是心室功能惡化的原因之一。Abbate等【8】最近發(fā)現(xiàn)，在兩個不同的實驗動物模型中，MI 24h之內(nèi)通過抑制心肌細胞凋亡能夠顯著改善心室重構過程。Diwan等【9】在敲除鼠心臟促凋亡基因Bnip3的MI模型中研究發(fā)現(xiàn)，2d后梗塞邊緣區(qū)及遠離梗塞區(qū)的心肌細胞凋亡減少，3周后則顯示出改善左心室收縮及抑制左心室擴張的功能，從而證實Bnip3是MI后心室重構的一個主要決定性因子。另外，AMI后遠離梗塞區(qū)的左心室正常區(qū)域，心肌細胞凋亡明顯增加，通過抑制此區(qū)域的心肌細胞凋亡能夠逆轉(zhuǎn)AMI后的不利反應，起到保護左心室功能的作用【10】。

3 與MI有關的凋亡調(diào)控因子心肌細胞凋亡受多種蛋白、基因、生長因子的調(diào)控，Bcl-2家族是迄今研究最深入的凋亡調(diào)控因子之一，其促凋亡蛋白與抗凋亡蛋白的比值在決定細胞存亡中起關鍵作用。P53在調(diào)控心肌細胞凋亡中同樣起重要作用。有研究證明，通過藥物預處理能明顯抑制實驗性AMI大鼠心肌細胞中P53及Bax、Fas的表達，Bcl-2表達則增加，從而明顯減少心肌細胞的凋亡【2】。人類血液中還存在可溶性Fas（sFas）和FasL（sFasL），前者通過抑制Fas與細胞膜上的FasL結合阻斷細胞凋亡，后者可誘導細胞發(fā)生凋亡。Soeki等【11】研究發(fā)現(xiàn)，在AMI后1d血漿sFas濃度顯著增加，14d后濃度減少，而sFasL濃度無明顯變化。說明AMI早期，機體自身sFas濃度增加抑制心肌細胞凋亡；隨著時間推移，sFas濃度減少，細胞凋亡加劇。該研究還發(fā)現(xiàn)，在心室重構患者中sFasL濃度于AMI 后14d及21d高于無心室重構患者，說明MI晚期發(fā)生心室重構的患者心肌細胞凋亡增多，sFasL起了誘導作用。

另外，hsp70是熱休克蛋白家族（hsps）在心肌細胞保護中研究最成熟的成員之一【1】。Dybdahl【12】等對28例AMI患者研究發(fā)現(xiàn)，血液中hsp70和C反應蛋白（CRP）及白細胞介素-6（IL-6）顯著增加，hsp70峰值濃度與心臟肌鈣蛋白T及心肌肌酸激酶同工酶的峰值濃度相關。而且AMI后1d左心室射血分數(shù)與hsp70濃度呈負相關，說明hsp70濃度可能與梗塞面積有關。一些生長因子也參與心肌細胞凋亡的發(fā)生，如Davis等【13】在大鼠MI模型中通過生物素化的那諾芬使胰島素樣生長因子-1持續(xù)釋放28d，與僅有那諾芬的組別比較，Akt活性增強，caspase-3減少28%. 4 心肌細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導途徑在心肌細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導途徑中死亡受體途徑與線粒體途徑研究最成熟。 最近發(fā)現(xiàn)，阻斷AT1受體能夠明顯減少Fas表達，從而抑制Fas/FasL介導的心肌細胞凋亡【14】。TNF-α也能通過與Fas/FasL相同的途徑誘導心肌細胞凋亡。Sun等【15】在TNF-α敲除小鼠MI模型中發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比遠離梗塞區(qū)及無梗塞心肌中細胞凋亡數(shù)目非常少。線粒體在細胞凋亡過程中起著主開關作用。Cyt C釋放到胞漿中后與凋亡活化因子-1、caspase-9分子形成凋亡體。凋亡體活化caspase-9，從而激活下游caspase分子，如caspase-3等，最終誘導凋亡的發(fā)生。有研究證明，抑制凋亡體的形成同時伴隨caspase-9和-3的失活能夠抑制心肌細胞凋亡【16】。另外，Bcl-2家族可調(diào)節(jié)線粒體途徑中Cyt C的釋放。通過抑制Bax通道的活化能夠抑制Cyt C的釋放，從而抑制細胞凋亡 【17】。

Akt在調(diào)節(jié)心肌細胞生長及存活中起重要作用，其途徑的激活能夠抑制心肌細胞凋亡【3】。Akt又稱磷酸激酶B，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，包括Akt1、Akt2、Akt3三個亞型。其中Akt1和Akt2已被證實有抑制心肌細胞凋亡作用【3，4】。Akt激活后可使促凋亡因子Bad、caspase-9磷酸化及上調(diào)P53的負向調(diào)節(jié)蛋白，阻斷以上因子介導的凋亡途徑。有研究發(fā)現(xiàn)，三碘甲狀腺原氨酸能夠明顯誘導MI邊緣區(qū)Akt自身Ser473磷酸化，使此區(qū)域心肌細胞凋亡減少，而且MI后正常區(qū)Akt2有輕微表達但與模型組相比差異顯著，其意義有待進一步研究【3】。最近絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）途徑在心肌細胞凋亡中的作用日益受到關注。MAPK有3個主要的亞家族：細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK），c-Jun氨基末端激酶（JNK）和P38 MAPK.其中P38 MAPK在心肌缺血后細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導途徑中起中樞作用，通過抑制P38 MAPK能明顯上調(diào)Bcl-2蛋白表達【18】。

5 MI心肌細胞凋亡的防治5.1 基因治療在包含人類A20基因的轉(zhuǎn)基因小鼠MI模型中發(fā)現(xiàn)，在心臟中特異性過度表達人類A20基因可阻斷IκB激酶β和P65活性，抑制NF-κB信號通路，減少caspase-3、-9及Cyt C和第二線粒體來源的半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶激活劑（Smac）的釋放，抑制心肌細胞凋亡。進一步研究發(fā)現(xiàn)，A20能夠增強抗凋亡蛋白Bcl-2、X染色體凋亡蛋白抑制劑（XIAP）、細胞型Fas相關死亡域樣白介素-1β轉(zhuǎn)換酶抑制蛋白（cFLIP）的表達，減少促凋亡蛋白Fas、FasL、Bax的表達，明顯縮小心肌梗塞面積，阻止左心室功能障礙和重構，延遲隨后心衰的發(fā)生【19】。Rong等【20】在移植人生長激素（hGH）基因的大鼠心肌缺血模型中發(fā)現(xiàn)，缺血4周后GH可下調(diào)Bax表達，Bcl-2/Bax比率增加，心肌細胞凋亡被抑制；而且，左心室舒張末期內(nèi)徑和梗塞面積明顯減小，心功能明顯改善，這可能與血中IGF-1濃度升高、腦鈉素水平明顯降低有關。大量研究表明，P38 MAPK激活可誘導心肌細胞凋亡。MAPK磷酸化酶-1（MKP-1）可使P38 MAPK去磷酸化而鈍化，在心肌缺血MKP-1轉(zhuǎn)基因小鼠中，MKP-1過度表達明顯抑制P38 MAPK活性，從而明顯減輕梗死損傷程度【18】。也有研究發(fā)現(xiàn)，MI早期通過局部P38α基因轉(zhuǎn)移增強P38 MAPK活性，同時增加血管發(fā)生相關因子表達，明顯降低心肌細胞凋亡指數(shù)和減少心肌梗塞面積，改善MI后心室重構【21】。

5.2 干細胞移植治療干細胞移植為目前治療缺血性心臟病的熱點之一。由于胚胎干細胞的研究受到倫理道德及取材困難等因素的影響，研究者把更多的希望寄予成體干細胞。目前用于心肌細胞研究的成體干細胞主要有骨髓干細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞、內(nèi)皮祖細胞、骨骼肌干細胞等。Uemura等【22】在鼠心肌缺血導致的MI模型中發(fā)現(xiàn)，骨髓干細胞（BMSC）治療組心肌細胞Akt活性增加，TUNEL陽性細胞數(shù)明顯減少。BMSC預處理組可通過旁分泌途徑抑制心肌細胞凋亡，明顯縮減梗塞面積，提高左心室射血分數(shù)，減輕MI后左心室重構。Berry等【23】將骨髓間充質(zhì)干細胞（MSC）直接注入MI大鼠梗塞區(qū)及邊緣區(qū)表現(xiàn)為TUNEL陽性細胞減少，梗塞面積減少，心肌收縮和舒張功能改善。雖然干細胞改善缺血心肌功能的機制尚不明確，其治療結果存在爭議，但大多數(shù)研究表明干細胞治療缺血性心臟病是安全有效的，其最終療效需進一步進行大樣本、隨機雙盲、多中心的臨床研究后才能確定。

5.3 天然產(chǎn)物活性成分治療天然產(chǎn)物中許多活性成分具有良好的抗心肌細胞凋亡的作用，這些成分主要集中于生物堿、苷類、萜類和黃酮類等化合物中。羥基積雪草苷（MA）是積雪草中的一種主要萜類化合物，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)MA預處理的缺血所致的大鼠MI模型中乳酸脫氫酶、肌酸磷酸激酶釋放減少，超氧化物歧化酶活性增強，丙二醛濃度及CRP活性顯著降低，心肌細胞凋亡減輕，心肌梗塞面積縮小【24】。Ling等【25】研究發(fā)現(xiàn)，四方蒿總黃酮通過調(diào)節(jié)Bcl-2家族（Bcl-2表達增強，Bax表達降低）抑制心肌細胞凋亡，縮減心肌梗塞面積。綠茶的主要活性成分是表沒食子兒茶精沒食子酸酯（EGCG），Townsend等【26】研究發(fā)現(xiàn)，EGCG可通過抑制信號傳導與轉(zhuǎn)錄活化因子-1（STAT-1）磷酸化，減少離體大鼠心臟中缺血誘導的心肌細胞凋亡，縮減心肌梗塞面積，改善心功能。在培養(yǎng)的乳鼠心肌細胞中，經(jīng)EGCG預處理后同樣能夠抑制STAT-1自身酪氨酸701和絲氨酸727磷酸化，明顯減少缺血誘導的Fas受體表達，降低caspase-3活性，抑制心肌缺血損傷誘導的心肌細胞凋亡。從苦苣中提取的單體木犀草素-7-O-β-D-葡萄糖苷可明顯減少缺氧培養(yǎng)的乳鼠心肌細胞凋亡，使凋亡小體數(shù)目降低【27】。5.4 聯(lián)合治療隨著對MI心肌細胞凋亡的研究深入，大量藥物治療可以減少心肌細胞凋亡，改善MI后心功能。有研究發(fā)現(xiàn)，MI發(fā)生時一些炎癥因子參與其中【12，28】，通過研究炎癥因子與細胞凋亡的關系，抗炎類藥物可能會成為今后抑制MI心肌細胞凋亡的一個重要策略之一。另外，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（ACEI）、β受體阻滯劑（BB）、他汀類藥物等都顯示出一定的療效。最近研究發(fā)現(xiàn)，通過藥物和治療方法之間的聯(lián)合運用顯示出優(yōu)于單獨運用其中任一方法的療效。Boyle等【30】在缺血誘發(fā)的MI裸大鼠中分別通過ACEI和BB治療、內(nèi)皮祖細胞移植（EPC）治療、EPC和ACEI/BB治療，結果發(fā)現(xiàn)ACEI和BB治療組在局部遠離梗塞區(qū)減少75%的心肌纖維化，EPC治療組通過誘導梗塞邊緣區(qū)血管形成而阻抑此區(qū)域81%的心肌細胞凋亡，EPC聯(lián)合ACEI/BB治療組改善左心室功能的效果優(yōu)于單獨運用其中任一方法。Li等【31】在MI大鼠心肌內(nèi)直接注射Bcl-2基因修飾的MSC與單獨MSC移植相比，心肌細胞存活率明顯升高，梗塞面積減少17%，心功能恢復顯著。

6 小結心肌缺血可導致心肌梗塞，國內(nèi)外針對缺血引起的心肌梗塞中細胞凋亡的研究日益深入，并對參與心肌細胞凋亡的相關因子進一步明確，為此研發(fā)的一系列治療方法及藥物已經(jīng)或即將應用到臨床。但基因治療中載體的選擇、基因表達的調(diào)控等問題尚未解決，干細胞移植治療仍缺乏大量隨機雙盲的臨床證據(jù)，而聯(lián)合治療則顯示出了更佳的療效。另外，天然產(chǎn)物活性成分因其資源豐富、毒副作用少、療效獨特已引起廣泛關注，從天然產(chǎn)物中尋找有效的活性成分抑制心肌細胞凋亡將成為防治MI極具潛力的途徑之一。

參考文獻

【1】Gill C， Mestril R， Samali A. Losing heart： the role of apoptosis in heart disease—a novel therapeutic target？。 FASEB J， 2002， 16： 135～146.

【2】Ruixing Y， Dezhai Y， Jiaquan L. Effects of cardiotrophin-1 on hemodynamics and cardiomyocyte apoptosis in rats with acute myocardial infarction. J Med Invest， 2004， 51（1-2）： 29～37.

【3】Yue-Feng Chen， Satoru Kobayashi， Jinghai Chen， Short term triiodo-L-thyronine treatment inhibits cardiac myocyte apoptosis in border area after myocardial infarction in rats. J Mol Cell Cardiol， 2008， 44（1）： 180～187.

【4】Gu X， Cheng L， Chueng WL， et al. Neovascularization of ischemic myocardium by newly isolated tannins prevents cardiomyocyte apoptosis and improves cardiac function. Mol Med， 2006， 12（11-12）： 275～283.

【5】Baldi A， Abbate A， Bussani R， et al. Apoptosis and post-infarction left ventricular remodeling. J Mol Cell Cardiol， 2002， 34（2）： 165～174.

【6】 Abbate A， Biondi-Zoccai GG， Baldi A. Pathophysiologic role of myocardial apoptosis in post-infarction left ventricular remodeling. J Cell Physiol， 2002， 193（2）： 145～153.

【7】Sinagra G， Bussani R， Abbate A， et al. Left ventricular diastolic filling pattern at Doppler echocardiography and apoptotic rate in fatal acute myocardial infarction. Am J Cardiol， 2007， 99（3）： 307～309.

【8】Abbate A， Salloum FN， Vecile E， et al. Anakinra a recombinant human interleukin-1 receptor antagonist， inhibits apoptosis in experimental acute myocardial infarction. Circulation， 2008， 117（20）： 2670～2683.

【9】Diwan A， Krenz M， Syed FM， et al. Inhibition of ischemic cardiomyocyte apoptosis through targeted ablation of Bnip3 restrains postinfarction remodeling in mice. J Clin Invest， 2007， 117（10）： 2825～2833.

【10】Sun CK， Chang LT， Sheu JJ， et al. Losartan preserves integrity of cardiac gap junctions and PGC-1 alpha gene expression and prevents cellular apoptosis in remote area of left ventricular myocardium following acute myocardial infarction. Int Heart J， 2007， 48（4）： 533～546.

【11】Soeki T， Tamura Y， Shinohara H， et al. Relation between circulating soluble Fas ligand and subsequent ventricular remodelling following myocardial infarction. Heart， 2003， 89（3）： 339～341.

【12】Dybdahl B， Sl？rdahl SA， Waage A， et al. Myocardial ischaemia and the inflammatory response： release of heat shock protein 70 after myocardial infarction. Heart， 2005， 91（3）： 299～304.

【13】Davis ME， Hsieh PC， Takahashi T， Tomosaburo Takahashi， et al. Local myocardial insulin-like growth factor 1 （IGF-1） delivery with biotinylated peptide nanofibers improves cell therapy for myocardial infarction. Proc Natl Acad Sci USA， 2006， 103（21）： 8155～8160.