心肌缺血分子信號通路研究進展1

1、心肌缺血分子信號通路研究進展1    摘 要：信號通路在心肌缺血中的作用極其重要，為此，本文總結了近五年有關心肌缺血心臟病的信號通路的作用機制的文獻，并加以整理和分析。結果發(fā)現(xiàn)，多條分子通路均與心肌缺血有關，包括MAPK 信號通路、JAK/STAT 信號通路、NO-cGMP 通路、PI3K/Akt 信號通路及-腎上腺素通路等等，其中MAPK 通路在心肌缺血發(fā)生發(fā)展中的作用尤為重要。關鍵詞：心肌缺血再灌注損傷；信號通路；細胞凋亡；MAPK；JAK/STAT中圖分類號：R96冠心病是由于冠狀動脈功能或器質性病變導致冠狀動脈供血和心肌需求之間不平所致的心肌損害

2、，又稱為缺血性心臟病。心肌缺血再灌注損傷是其重要的病理過程，在再灌注的過程中會加速細胞的凋亡。最近幾年研究報道發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注損傷過程中心肌細胞與某些非心肌細胞的凋亡與各種心臟病的發(fā)生發(fā)展密切相關。由于各分子信號通路在心肌缺血發(fā)生發(fā)展，尤其是細胞凋亡的發(fā)生中的重要作用，本文試對抗心肌缺血再灌注損傷時的信號通路做一綜述，以期為深入研究心肌缺血分子機制作為基礎。1 MAPK 信號通路在心肌缺血再灌注損傷時，涉及的分子通路途徑很多，其中以MAPK 通路最為重要。MAPK 是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它的靶蛋白是絲氨酸或蘇氨酸，貫穿于整個細胞的生長，發(fā)育，分化和凋亡等一系列生理病理過程。它的激活

3、是在MAPK 的激酶MAPKK作用下完成的，而MAPKK 又是由MAPKKK 激活的，由此構成一個三級級聯(lián)反應。其中MAPK 的亞家族JNK，p38MAPK 和ERK 在細胞凋亡過程中有重要的作用。其中ERK 被稱為胞外信號反應性激酶是對有絲分裂刺激產生的MAPK，它與抑制心肌細胞凋亡有關，而JNK 和p38MAPK 則與細胞凋亡有著密切的聯(lián)系。1.1 JNK 信號通路和p38MAPK 信號通路JNK 和p38MAPK 是MAPK 應激信號通路。JNK 又被稱為應激蛋白激酶，它與應激反應和細胞死亡有關。JNK 細胞凋亡通路的重要激活劑包括TNF-，它在細胞的增殖和凋亡過程中均有重要作用。而p3

4、8MAPK 是1993 年新發(fā)現(xiàn)的一類MAPK 通路，也與細胞凋亡有著密切的聯(lián)系。有相關文獻報道大鼠離體心臟缺血預處理時p38MAPK 被磷酸化，其中它的磷酸化程度與蛋白MAPKAP 激酶2 有關，而MAPKAP 激酶2 能夠被染料木黃酮和SB-203580所抑制。磷酸化的p38MAPK 又使MAP-MAPK2 活化，進而使熱休克蛋白HSP25/27 磷酸化，磷酸化的HSP25/27 能使細胞構型保持完整，從而保護細胞1。Tomohiko Sumida 等研究了p38MAPK 的抑制劑SB203580 在缺血再灌注時的作用。加入SB203580 再灌注10min 后測定HSP-27 的磷酸化程

5、度與再灌注組相比明顯降低，而磷酸化的HSP-27 具有保護細胞的作用；而JNK 的抑制劑SP600125 同樣作用后HSP-27 的磷酸化程度與SB203580 組相比明顯升高。當用SB203580 單獨處理時，再灌注5min 時CK 的釋放量顯著增加（P <0.05）。再灌1本課題受高等學校博士學科點專項科研基金（項目編號：20060063002）的資助。-2-注時加入SB203580 作用30min 而不加入JNK 的抑制劑SP600125 時，心肌收縮力會提高但是肌酸激酶的釋放量不會增加，梗死面積也不會減小2。A. Lochner 的研究發(fā)現(xiàn)p38MAPK在心臟缺血預處理時有保護心

6、臟的作用。研究先在心臟缺血前評價心臟各功能，隨后評價心臟局部缺血時的心臟功能，研究發(fā)現(xiàn)心肌缺血后冠脈血流量，心輸出量，心率和總功明顯降低（P <0.001），而經(jīng)過缺血預處理的組與缺血組相比心輸出量和總功明顯升高。而Anisomycin（MAPK 激動劑）預處理組與模型組相比梗死面積明顯縮小，并且同時加入JNK的抑制劑SP600125 共同預處理時梗死面積也明顯縮小3。缺氧時心肌內鈣與損傷的發(fā)生密切相關。相關文獻報道JNK 的活化與線粒體有關，實驗中發(fā)現(xiàn)復氧時Pyk2 和JNK 的激活會被PKC 抑制劑抑制，而JNK 的激活又需要Pyk2 的磷酸化，并且會受到鈣離子螯合劑和鈣離子通道阻滯

7、劑的抑制。也就是說Pyk2 和JNK 的激活是依賴于鈣離子的。當缺氧復氧時會激活PKC，而PKC 的抑制劑Calphostin C 也會抑制缺氧復氧時Pyk2 和JNK 的活性，但是它不影響Anisomycin 對JNK 的激活作用，而且心肌細胞在有氧環(huán)境里Calphostin C 也能激活JNK，這與缺氧復氧時的激活機制不相同4。研究發(fā)現(xiàn)鈣敏感受體激動劑作用于離體心肌細胞缺血再灌注損傷模型時，心肌細胞活性明顯低于對照組（P <0.05）。而SB203580 和SP600125 組能顯著抑制鈣敏感受體激動劑和缺血再灌注損傷引起的細胞凋亡。通過Western Blot 實驗發(fā)現(xiàn)在模型組和激

8、動劑組的JNK 磷酸化程度明顯高于對照組和SP600125 組（P <0.05），進而說明JNK 的磷酸化是依賴于鈣離子的。而p38MAPK 在鈣敏感受體激活后磷酸化程度也明顯高于對照組和SB203580 組5。一些研究也針對JNK 和p38MAPK 通路來考察藥物的作用通路。李健6等用吡格列酮處理大鼠心肌缺血再灌注損傷模型，通過RT-PCR 實驗發(fā)現(xiàn)模型組的p38MAPK 和JNK 的mRNA 明顯高于對照組（P<0.05），而吡格列酮預處理組的p38MAPK 和JNK 的mRNA 與模型組相比明顯降低(P<0.05)，說明吡格列酮有延遲保護心肌缺血再灌注損傷的作用，這一作

9、用有可能與p38MAPK 和JNK 降低有關，但是其作用機制并不明確。曹紅7等采用大鼠離體心臟Langendorff 灌注模型探討二氮嗪對缺血再灌注損傷中JNK 的影響。缺血預處理組與二氮嗪預處理組的JNK 的表達明顯低于對照組（P <0.05），而缺血預處理組和二氮嗪預處理組的LVDP、+dp/dtmax、-dp/dtmax 的恢復率均顯著高于對照組(P <0.05)，說明在缺血預處理組JNK 的降低會改善心功能。1.2 ERK 信號通路細胞外調節(jié)蛋白激酶ERK 也是MAPK 的一個亞家族，在哺乳動物體內含有5 種ERK，分別是ERK 1-5，我們最常見的ERK1/2 的蛋白的蘇

10、氨酸及相鄰的酪氨酸殘基均在一個雙重特異性模序中由MEK1/2 直接磷酸化。它不僅存在于心肌細胞的生長過程中，還與細胞凋亡有一定聯(lián)系。ERK1/2 有保護心肌細胞的作用。有文獻報道再灌注早期注入異氟醚能夠對抗心肌的壞死，而ERK 的抑制劑PD98059 可以消除這種保護作用，從而證實ERK1/2 在心肌缺血再灌注損傷中對心肌細胞起著保護作用8。有研究發(fā)現(xiàn)心肌缺血再灌注損傷時ERK 磷酸化表達增加，同時ERK 活性提高，心肌細胞凋亡減少，當阻斷ERK 通路時心肌細胞凋亡會增多9。在缺血期和再灌注10min 時會增強ERK 活性，而ERK 的不同亞型有不同的表達，p44ERK 只有在再灌注2h 時的

11、輕餾分中表達活性而p42ERK 在輕餾分和重餾分中均被磷酸化10。郭永強11等經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)缺血后處理對心肌細胞有一定的保護作用，而ERK 的抑制劑PD98059 組的血清LDH 和CK-MB 的含量和血清MDA 的含量與缺血后處理組相比有明顯的升高趨勢（P <0.05），SOD 活性明顯降低（P <0.05），說明在一定程度上ERK 的-3-抑制劑與缺血后處理的保護作用相互抵消。在藥物的作用通路研究中，劉慧榮12等研究發(fā)現(xiàn)貝尼地平能夠明顯降低心肌細胞凋亡，并且可以減少缺血再灌注損傷時線粒體細胞色素c的釋放，運用Western Blot 法檢測，當加入貝尼地平時，心肌缺血再灌注損

12、傷組織中的ERK1/2 的磷酸化表達增加，并且用ELISA 法檢測發(fā)現(xiàn)ERK1/2 的活性也得到提高，但是并不提高Akt，JNK，p38MAPK 的活性。2 JAK/STAT 信號通路JAK 是一類新的，可溶性胞質酪氨酸蛋白激酶家族，它包括四種亞型，即JAK1，JAK2，JAK3 及Tyk2。而JAK 磷酸化后可與一種新的信號轉導蛋白STAT 結合，STAT 活化后可由受體解離并通過SH2 形成STAT 二聚體，然后穿過核膜結合到特定的DNA 序列上調節(jié)各種基因表達。上述細胞因子的信號傳導途徑稱為JAK/STAT 通路。JAK/STAT 信號通路廣泛參與了細胞應激、生長、增殖、分化和凋亡等多種

13、生物學效應，同時這條通路在LPS、TNF- 等炎性因子介導的炎癥反應中發(fā)揮著重要作用13。有相關文獻報道JAK/STAT 信號通路與缺血再灌注損傷有一定關系。其中STAT1 在再灌注5min 時磷酸化表達才開始升高，而STAT3 的磷酸化是在缺血30min 時就開始升高，它們之間的比例可能決定了再灌注損傷的嚴重程度14。有研究發(fā)現(xiàn)心肌組織NF-B 活性和TNF- 含量在缺血再灌注后與對照組比較均有顯著性增加(P <0.05)，而在使用JAK 抑制劑AG490 和STAT 抑制劑RMP 處理后再行缺血再灌注，NF-B 活性和TNF- 含量與模型組相比有明顯下降(P<0.05)。由此可

14、以抑制JAK/STAT 通路從而降低心肌缺血再灌注時的損傷15。TNF- 和IL-6是心肌缺血再灌注損傷時產生的主要炎癥因子，沈城等16研究發(fā)現(xiàn)缺血心肌應用JAK 抑制劑AG490 和STAT 抑制劑RMP 處理后再進行再灌注時，TNF- 和IL-6 的含量顯著降低（P<0.01）。應當注意的是，STAT 有不同的亞型，不同的亞型發(fā)揮著不同的作用。Kyuho Jeong等17發(fā)現(xiàn)兒茶酚胺刺激心肌肥厚時，細胞核里的pY705-STAT3 磷酸化表達明顯升高，而線粒體上的pS727-STAT3 磷酸化表達明顯降低，細胞核內和線粒體中STAT3 活性的表達比例不同對心肌肥厚的保護作用也不相同。3 NO-cGMP 通路NO-cGMP 通路可能與缺血預適應的保護作用相關。NO 能減輕前負荷，增加冠脈側支血管血流量，抑制血小板黏附，它的有利