選擇性激活線粒體ATP敏感性鉀通道抗心肌缺血作用藥理學(xué)特征

1、選擇性激活線粒體ATP敏感性鉀通道抗心肌缺血作用藥理學(xué)特征                             作者：褚波，龍超良，汪海，孟慶義 【關(guān)鍵詞】  線粒體ATP敏感性鉀通道；心肌缺血 冠心病嚴(yán)重危害人類健康，是影響生存率和死亡率的主要原因之一，人們一直試圖尋找一種能對冠心病心肌缺血產(chǎn)生確切保護(hù)

2、作用的藥物。目前使用的抗心肌缺血藥物主要有硝酸酯類、鈣離子拮抗劑、-受體阻滯劑，由于這些藥物不同程度的具有耐藥、低血壓、和負(fù)性肌力作用，使臨床應(yīng)用受到一定限制。80年代以來有關(guān)ATP敏感性鉀通道（KATP）的研究證明，KATP 是急性心肌缺血的重要治療靶點(diǎn)，KATP 開放劑在心肌缺血模型上具有保護(hù)作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)KATP調(diào)節(jié)的心臟保護(hù)作用靶點(diǎn)并非在細(xì)胞膜，而是位于細(xì)胞內(nèi)線粒體膜上，線粒體膜KATP（mitoKATP）可能是心臟保護(hù)作用的靶點(diǎn)1。 1986年Murry等首次提出缺血預(yù)適應(yīng)的概念，即多次短時間缺血，可使隨后長時間缺血所致心電圖，心肌超微結(jié)構(gòu)的改變程度減輕。心肌缺血預(yù)適應(yīng)的保護(hù)作

3、用呈雙相過程，第一相稱預(yù)適應(yīng)的快速相，出現(xiàn)在預(yù)適應(yīng)的數(shù)分鐘，持續(xù)13h，又稱經(jīng)典預(yù)適應(yīng)。第二相稱預(yù)適應(yīng)的延遲相，它出現(xiàn)在24h之后，并可持續(xù)數(shù)天。在不同種屬動物（狗、大鼠、兔等）和人類均已證明mitoKATP阻斷劑能取消缺血預(yù)適應(yīng)引起的心臟保護(hù)作用24。支持mitoKATP介導(dǎo)的缺血預(yù)適應(yīng)。 苯丙噻二嗪類衍生物二氮嗪，曾作為一種強(qiáng)效降壓藥，用于臨床高血壓危象的治療。近年來，隨著mitoKATP的發(fā)現(xiàn)，研究表明二氮嗪不僅擴(kuò)張血管，降低血壓，同時還是一種心肌mitoKATP開放劑，具有抗心肌缺血缺氧損傷的心臟保護(hù)作用，并無致心律失常及負(fù)性肌力等副作用，有望成為一類新型的抗心肌缺血藥物。 1

4、0; 以二氮嗪為工具藥選擇性激活mitoKATP產(chǎn)生心臟保護(hù)作用的特征 1.1  選擇性作用于心肌mitoKATP，激活內(nèi)源性心臟保護(hù)機(jī)制。 在純化和功能重組的牛心肌細(xì)胞膜和線粒體膜KATP標(biāo)本中，二氮嗪激活細(xì)胞膜KATP（(sarcKATP)電流的K1/2（50%最大K+電流時的藥物濃度）為840 umolL, 而激活mitoKATP電流的K1/2僅為0.8 umolL，兩者相差1000倍。說明二氮嗪主要作用于mitoKATP。 最近liu等在家兔心肌細(xì)胞同時測定黃素蛋白熒光（代表線粒體的氧化還原狀態(tài)）和細(xì)胞膜KATP活性，結(jié)果二氮嗪可增加黃素蛋白熒光，即增加線粒體氧化活性，但不激

5、活細(xì)胞膜KATP ，二氮嗪與對照組相比明顯降低缺氧細(xì)胞的死亡率，這種保護(hù)作用可被mitoKATP阻斷劑5-HD阻斷，說明二氮嗪的心肌保護(hù)作用是通過mitoKATP介導(dǎo)的。 1.2  選擇性激活mitoKATP引起心臟保護(hù)作用的具體表現(xiàn) 劉蔚等在兔的心肌缺血再灌注模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪3mg/kg和5mg/kg可以明顯降低缺血心肌梗死面積，與對照組相比分別降至對照組的34.9±13.7%和23.8±9.4%。 在異丙腎上腺素誘發(fā)的大鼠心肌缺血損傷模型上發(fā)現(xiàn)，二氮嗪1020mg/kg (口服)，可顯著逆轉(zhuǎn)異丙腎上腺素引起的LDH、CK和乳酸的升高，并可降低異丙腎上腺素引起的

6、心電圖ST段抬高。 在大鼠離體心臟缺血再灌注模型上發(fā)現(xiàn)，二氮嗪1100 umol/L持續(xù)灌注可使?jié)舛纫蕾囆栽黾庸跔顒用}血流量，抑制乳酸脫氫酶活性，降低脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛的含量。提示二氮嗪對大鼠離體心臟缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用。 Mizutani S5等發(fā)現(xiàn)二氮嗪可逆轉(zhuǎn)中度低滲損傷引起的兔心肌細(xì)胞腫脹。在急性心肌缺血期間，心肌細(xì)胞連接處產(chǎn)生電分離（Cellular electrical uncoupling at gap junctions）被認(rèn)為是不可逆的缺血損傷，Yue-liang SHEN6等在大鼠離體心臟缺血再灌注模型上發(fā)現(xiàn)，二氮嗪(60umol/L)能明顯延遲缺血引起的心肌細(xì)胞電分

7、離，并認(rèn)為與二氮嗪開放mitoKATP有關(guān)。 二氮嗪給予時間的不同，所產(chǎn)生的心肌保護(hù)作用也不同。Tsuchida A等發(fā)現(xiàn)，在兔心肌缺血模型上，在心肌缺血前和缺血早期應(yīng)用二氮嗪與對照組相比有明顯的心肌保護(hù)作用（減少心肌梗死面積），在再灌注期應(yīng)用二氮嗪則喪失心肌保護(hù)作用。Wei K7等發(fā)現(xiàn)，在兔離體心臟缺血模型上，在心肌缺血期間給予二氮嗪比在缺血前給予有更好的心肌保護(hù)作用。 大量實(shí)驗(yàn)研究證明，二氮嗪對急性心肌缺血有保護(hù)作用，有學(xué)者對二氮嗪引起的晚期預(yù)適應(yīng)也作了研究。Takashi E等在鼠心肌缺血模型上發(fā)現(xiàn)，在心肌缺血前24h給予二氮嗪（7mg/kg iv）與對照組相比明顯降低心肌梗死面積。而該

8、作用可被5-HD阻斷，說明二氮嗪通過開放mitoKATP可以引起晚期預(yù)適應(yīng)。 二氮嗪對成年動物的心肌缺血有確切的保護(hù)作用，有學(xué)者對未成年和年老的動物也作了相關(guān)的研究。Wei K等在未成年兔（34 week）心肌缺血模型上發(fā)現(xiàn)，二氮嗪對未成年兔心肌缺血有明顯的保護(hù)作用。Schulman D等發(fā)現(xiàn)二氮嗪對老年鼠（1820 month）心肌缺血與對照組相比沒有明顯保護(hù)作用而對3月齡大鼠心肌缺血有明顯保護(hù)作用。說明老年鼠缺血預(yù)適應(yīng)信號傳導(dǎo)存在缺陷。 Bogomaz SA8等發(fā)現(xiàn)應(yīng)用二氮嗪會提高心室纖顫閾值，從而保持了缺血心肌的電穩(wěn)定性。Asemu G等發(fā)現(xiàn)二氮嗪能明顯減少適應(yīng)高原（5000m）缺氧大鼠

9、心肌缺血引起的心律失常。 2  以二氮嗪為工具藥的非選擇性作用 2.1  擴(kuò)張血管作用：二氮嗪能直接松弛小動脈平滑肌降低血管阻力而產(chǎn)生降壓作用。劉蔚等在異丙腎上腺素誘發(fā)的大鼠心肌缺血損傷模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪20mg/kg可使大鼠血壓一過性下降（給藥后2h），6h 后恢復(fù)。 2.2  對sarcKATP的作用：Tannom等發(fā)現(xiàn)二氮嗪（100umol/L）能明顯縮短鼠的缺血心肌動作電位時程，sarcKATP阻斷劑可阻斷該作用， 5-HD能阻斷二氮嗪的心肌保護(hù)作用，因此認(rèn)為二氮嗪的心肌保護(hù)作用與mitoKATP和sarcKATP均有關(guān)。 2.3  其它作用 劉蔚

10、等在谷氨酸所致大鼠腎上腺嗜鉻細(xì)胞株P(guān)C12細(xì)胞損傷模型上發(fā)現(xiàn)，二氮嗪能明顯減輕谷氨酸引起的PC12 細(xì)胞損傷,使存活細(xì)胞數(shù)量增加,LDH 活性降低,提示二氮嗪具有保護(hù)興奮性氨基酸所致神經(jīng)元損傷的作用。 汪群力等在大鼠肢體缺血再灌注損傷模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪10mg/kg可對大鼠肢體缺血再灌注損傷有延遲保護(hù)作用。 有研究表明，二氮嗪5mg/kg能減輕低灌注引起的鼠大腦白質(zhì)損傷9。二氮嗪50umol/L預(yù)處理能顯著增強(qiáng)原代培養(yǎng)新生wistar大鼠海馬神經(jīng)元對缺氧復(fù)氧損傷抵抗力。Nakagawa I 10等在靜脈栓塞致大鼠腦梗死模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪（2mmol/l）與對照組相比可明顯減少梗死面積。Lenzse

11、r G11等在大鼠腦缺血再灌注損傷模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪有明顯的血腦屏障保護(hù)作用。Sawada K等發(fā)現(xiàn)二氮嗪可明顯抑制有孕子宮的收縮12。 Raju B13等發(fā)現(xiàn)，二氮嗪（1.0mg/kg ,2.0 mg/kg iv）可使健康青年人血漿胰島素水平降低，血糖與未酯化的脂肪酸升高，血漿腎上腺素和去甲腎上腺素水平升高。 Broadhead MW14等發(fā)現(xiàn)，二氮嗪可以改善缺血再灌注損傷引起的人類血管內(nèi)皮功能障礙。 有研究表明，二氮嗪（57.5mg/kg）可以暫時保存兒童1型糖尿病患者細(xì)胞功能15。二氮嗪（100 mg /d ，63d）可以提高2型糖尿病患者細(xì)胞功能16。 3  選擇性激活mito

12、KATP抗心肌缺血的作用機(jī)制 選擇性激活mitoKATP抗心肌缺血的機(jī)制尚不清楚，可能的機(jī)制有以下幾個方面： 3.1  激活mitoKATP與ATP：二氮嗪能保護(hù)缺血大鼠心肌線粒體功能，缺氧使心肌線粒體的氧耗率降至缺氧前40%, 而采用二氮嗪治療保護(hù)了缺血時線粒體正常的氧耗率, 使再灌注期缺血心肌ATP含量增加。Dos Santos P17等發(fā)現(xiàn)二氮嗪可減少心肌缺血期間ATP的丟失，降低嘌呤核苷酸降解速度，使缺血心肌在再灌注期間利用ADP生成ATP。 3.2  激活mitoKATP與Ca2+：二氮嗪激活mitoKATP的心肌保護(hù)作用能通過降低線粒體中Ca2+超載進(jìn)行介導(dǎo)。M

13、urata M等研究認(rèn)為，在分離的成年兔心肌細(xì)胞模擬缺血再灌注模型上，以二氮嗪為工具藥，激活mitoKATP，可減少模擬缺血再灌注時Ca2+超載，使膜電位去極化而產(chǎn)生保護(hù)作用。 3.3  激活mitoKATP與ROS（活性氧自由基）：Pain等在兔的在體模型中發(fā)現(xiàn)，ROS清除劑可阻斷二氮嗪預(yù)處理的心肌保護(hù)作用，認(rèn)為mitoKATP不是缺血預(yù)適應(yīng)的最終效應(yīng)器，而是誘發(fā)活性氧釋放觸發(fā)心臟保護(hù)機(jī)制。而Ozcan等在分離的大鼠心肌線粒體缺氧復(fù)氧模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪（100umol/L）可減少ROS的產(chǎn)生，保護(hù)線粒體R3（第三狀態(tài)呼吸）及RCR（呼吸控制率），減少復(fù)氧時細(xì)胞色素C的釋放，保護(hù)線粒體

14、結(jié)構(gòu)的完整性。 3.4  激活mitoKATP與細(xì)胞色素C：細(xì)胞色素C從線粒體流向細(xì)胞漿是伴隨細(xì)胞凋亡出現(xiàn)的一個備受關(guān)注的現(xiàn)象。呼吸鏈細(xì)胞色素C含量的減少會使線粒體氧自由基代謝平衡向產(chǎn)生活性氧自由基的方向偏移，所以線粒體有可能通過對呼吸鏈電子漏的調(diào)控而啟動細(xì)胞凋亡。有報道分離的兔及大鼠心肌線粒體在模擬缺血條件下，二氮嗪（2550umol/L）可阻止線粒體的滲透性轉(zhuǎn)換及減少膜間隙細(xì)胞色素C的丟失。 3.5  激活mitoKATP與PKC （蛋白激酶C）、PKG、P38MAPK（促細(xì)胞分裂劑激活性蛋白激酶）：眾多的研究表明二氮嗪引起的缺血心肌保護(hù)作用與PKC有關(guān)，但是他們之間的

15、內(nèi)在聯(lián)系尚存在爭議。Wang Y等在鼠的離體心臟缺血再灌注模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪引起的心肌保護(hù)作用可被PKC阻斷劑chelerythrine所阻斷，還發(fā)現(xiàn)缺血心肌線粒體PKC-含量明顯增加，PKC-抗體存在，認(rèn)為二氮嗪激活mitoKATP產(chǎn)生心肌保護(hù)作用需要PKC參與。 最近Wang Y18等又發(fā)現(xiàn)二氮嗪可通過激活PKC（也可直接激活激活iNOS）激活iNOS（可誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶），使NO（一氧化氮）生成增加，激活mitoKATP通道產(chǎn)生心肌保護(hù)作用，二氮嗪也可通過激活A(yù)kt（癌基因表達(dá)產(chǎn)物）激活eNOS（內(nèi)皮一氧化氮合成酶），使NO（一氧化氮）生成增加，激活mitoKATP產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。C

16、osta AD19等發(fā)現(xiàn)二氮嗪可通過激活PKG激活PKC，后者再激活mitoKATP產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。 Loubani M等在人類右心耳心肌缺氧復(fù)氧模型上發(fā)現(xiàn)， 二氮嗪（100umol/L）、PKC激動劑PMA（1umol）、P38MAPK激動劑anisomycin（1nmol）對心肌缺血有相同的保護(hù)作用。二氮嗪引起的心臟保護(hù)作用可被PKC阻斷劑chelerythrine 和P38MAPK阻斷劑SB203580所阻斷。PMA引起的心臟保護(hù)作用可被SB203580所阻斷，不能被5-HD阻斷，anisomycin引起的心臟保護(hù)作用不能被5-HD和chelerythrine阻斷。因此認(rèn)為二氮嗪開放m

17、itoKATP后，激活PKC，活化的PKC再激活P38MAPK從而產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。 3.6  其它：Peter J20等在研究中，采用從豬心中提取出來的線粒體顆粒，發(fā)現(xiàn)不同劑量的二氮嗪（10100 umol/L）不同程度地降低了琥珀酸氧化而不影響NADH氧化，認(rèn)為二氮嗪的心肌保護(hù)作用可能與呼吸鏈復(fù)合物的部分抑制有關(guān)。曾源在急性分離的大鼠心肌線粒體模型上發(fā)現(xiàn)二氮嗪（10100 umol/L）可降低大鼠心肌線粒體琥珀酸鏈的R3、R4速率，而不降低NADH呼吸鏈的R3、R4速率，不影響呼吸控制率（RCR），認(rèn)為與其抗心肌缺血有關(guān)。 劉蔚等在異丙腎上腺素誘發(fā)的大鼠心肌缺血損傷模型上發(fā)現(xiàn),

18、二氮嗪20mg/kg可明顯逆轉(zhuǎn)心肌缺血引起的線粒體琥珀酸鏈R3速率和呼吸控制率（RCR）的降低 ，部分改善線粒體膜的流動性，部分降低磷脂酶A2的活性，部分恢復(fù)線粒體膜磷脂的含量。 Dzeja21等認(rèn)為二氮嗪可作用于心肌細(xì)胞核苷所需酶，尤其是線粒體琥珀酸脫氫酶及ATP酶，減少ROS的產(chǎn)生及核苷的降解，從而在應(yīng)激狀態(tài)下保存心肌細(xì)胞的能量，產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。 Alcindor D22等在狗的缺血再灌注模型上發(fā)現(xiàn)環(huán)加氧酶-2（cyclooxygenase-2）阻斷劑celecoxib能阻斷二氮嗪（2.5mg/kg iv）引起的缺血心肌保護(hù)作用，認(rèn)為環(huán)加氧酶-2在二氮嗪引起的心肌保護(hù)作用中起重要作用。 Xu Z23等在大鼠離體心臟缺血再灌注模型上發(fā)現(xiàn)，二氮嗪可引起缺血心肌ROS產(chǎn)生增加，ROS使ERK（細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)的蛋白激酶）磷酸化，從而產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。 Hausenloy D J24等在大鼠離體心臟缺血再灌注模型上發(fā)現(xiàn)，在再灌注期應(yīng)用線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore）開