心肌缺血損傷與缺血心肌保護2013.ppt

1、2020/8/12,心肌缺血損傷與缺血心肌保護,天津醫(yī)科大學 藥理學教研室,2020/8/12,心肌缺血損傷(Ischemic injury)：心肌血液供應中斷30 min以上，會出現(xiàn)心肌細胞酸中毒、細胞器超微結構改變和功能障礙，導致不可逆性損傷甚至死亡，稱為缺血損傷。 心肌缺血/再灌注損傷(ischemic reperfusion, I/R)：在閉塞的冠脈再通、缺血區(qū)血運重建后的一段時間內，心肌細胞出現(xiàn)更嚴重的損傷，可導致血壓驟降、心功能不全、心律失常甚至猝死等病情惡化的現(xiàn)象，即I/R損傷。,心肌缺血與缺血再灌注損傷,2020/8/12,對缺血心肌的保護措施可于缺血前、缺血中及缺血后三個時相

2、施加，以減輕缺血和/或I/R損傷。 缺血心肌保護的研究進展：心肌缺血預適應(preconditioning, Prec)和心肌缺血后適應(postconditioning, Postc)心臟保護作用。,缺血心肌的保護,2020/8/12,缺血心肌的保護 減輕細胞凋亡和壞死,心肌缺血和再灌注期間，存在兩種形式的細胞死亡，即凋亡和壞死。二者在再灌注時相同時存在，但壞死在缺血期即已發(fā)生，而凋亡則由于其能量依賴性的原因，主要發(fā)生在再灌注期或于再灌注期明顯加速。 再灌注期間，用藥物抑制凋亡信號級聯(lián)可同時減少凋亡和壞死細胞數，提示凋亡在再灌注期間可進展為壞死，從而擴大心肌梗死范圍。 控制再灌注誘導的凋亡信

3、號可同時減少兩種形式的細胞死亡，進而縮小心肌梗死范圍，改善心功能。,2020/8/12,心肌缺血預適應(Prec),1986年由Murry 等首次提出Prec的概念：是指心臟經歷幾次反復短暫的I/R后，對隨后長時間I/R損傷的耐受性增強，表現(xiàn)為縮小心肌梗死范圍、減少細胞調亡、緩解心肌頓抑、減輕心律失常等。 Reference Murry CE, Jennings RB, Reimer KA. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation 1986;

4、74:112436.,2020/8/12,Prec的方法,動物開胸，反復結扎冠狀動脈左前降支，5分鐘缺血，5分鐘再灌注，重復3-4個周期。 動物開腹，反復結扎腸系膜動脈。 無創(chuàng)方法，反復結扎遠端肢體。 藥物預適應，用藥物代替動脈結扎，模擬預適應的保護效應。,2020/8/12,24 hSham group 24 h PC group ischemia reperfusion sham operation Experimental protocol of delayed preconditioning,2020/8/12,實驗方法,實驗分組： NDM+I/R組： NDM+IPC組：,2020/8

5、/12,DM+I/R組： DM+IPC組： RAM+DM+I/R組： RAM+DM+IPC組：,實驗方法,2020/8/12,Prec的研究進展,Prec通過激活某些信號級聯(lián)反應，賦予心肌一種防御表型，增強其對缺血和/或缺血再灌注損傷的耐受性。 Prec在缺血損傷前實施，故可對缺血和再灌注兩個時相產生干預，同時減輕缺血和再灌注損傷，產生強大的心臟保護作用。 各種Prec干預措施必須在缺血前實施才能使病人獲得保護，而心肌缺血事件很少能夠被提前預知，從而限制了Prec的臨床應用。,2020/8/12,2003年由Zhao等首次提出Postc的概念：是指長時間缺血后再灌注開始時，反復短時間的I/R可

6、產生與Prec相似的心臟保護作用。 雖然僅干預再灌注損傷，但由于再灌注較心肌缺血更容易預測，且多在臨床醫(yī)師控制下進行，因此Postc提供了較Prec更具吸引力、更容易實施的心臟保護策略。 Reference Zhao ZQ, Corvera JS, HalkosME, Kerendi F,Wang NP, Guyton RA, et al. Inhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion: comparison with ischemic preconditioning. Am J

7、Physiol Heart Circ Physiol 2003;285:H57988.,心肌缺血后適應(Postc),2020/8/12,Experimental protocol for wild type and CYP-D-/- mice subjected to 30 min LAD coronary artery occlussion followed by 120 min reperfusion. The arrow indicates the administration of treatment. Dzx, diazoxide; CsA, cyclosporin-A; SfA,

8、 sanglifehrin-A,2020/8/12,Prec關鍵性的保護作用可能發(fā)生在缺血后的再灌注早期，且Prec和Postc在再灌注時相具有某些相同的作用機制，從而為研究再灌注早期心臟保護的藥物治療策略提供了共同靶點。 氧自由基和抗氧化防御系統(tǒng) 腺苷及腺苷受體 再灌注損傷營救激酶途徑 線粒體ATP敏感性鉀通道 線粒體通透性轉換孔道,Prec與Postc再灌早期的共同作用靶點,2020/8/12,氧自由基(oxygen free radical, OFR)的種類：OFR是細胞呼吸產能過程中的副產物，包括超氧陰離子、羥自由基和過氧化氫等，也稱之為活性氧(reactive oxygen spec

9、ies, ROS )。 OFR的雙重作用：適量的OFR是觸發(fā)Prec和Postc保護作用所必需的起始因素。過量的OFR可引起脂質過氧化，降低細胞膜流動性，增加其通透性，損傷細胞膜離子泵，引起細胞能量和離子穩(wěn)態(tài)的異常，最終導致細胞損傷甚至死亡。,一、氧自由基及其作用,2020/8/12,OFR清除系統(tǒng)：正常情況下，機體存在超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等內源性抗氧化防御系統(tǒng)，可將其及時清除。 缺血缺氧情況下，OFR清除系統(tǒng)功能減弱或喪失，而生成系統(tǒng)潛在活性增強，恢復供血供氧后，呼吸爆發(fā)生成大量OFR，超過抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力，導致細胞結構和功能損傷。,抗氧化防御系統(tǒng),2020

10、/8/12,Prec和Postc減少再灌注早期OFR的生成。 Prec和Postc減少再灌注早期增強抗氧化防御系統(tǒng)對OFR的清除能力。 若OFR清除劑在Postc前或Postc期間給予，則取消其縮小心肌梗死范圍的保護效應，若在Postc后給予則不影響其保護效應，提示OFR可能是Postc的觸發(fā)因子，OFR具有雙重作用。,Prec和Postc與OFR,2020/8/12,再灌注前5 min或再灌注開始后10 min給予非選擇性腺苷受體拮抗劑，持續(xù)20 min，取消Prec縮小心肌梗死范圍的作用，提示Prec保護作用的實現(xiàn)需要于再灌注開始前及再灌注期間激活腺苷受體，此腺苷受體的活化至少在再灌注的前

11、10 min內是保護作用所必需的。 再灌注早期參與Prec保護作用的腺苷受體是A1和/或A2B受體亞型。,二、腺苷、腺苷受體與Prec,2020/8/12,在大鼠心臟，Postc推遲再灌注早期內源性腺苷及其他嘌呤中間代謝產物的釋放，其縮小心肌梗死范圍的作用被非選擇性腺苷受體拮抗劑及A2A和A3受體選擇性拮抗劑取消，提示內源性腺苷及其受體的激動也是Postc保護作用所必需的。 再灌注早期參與Postc保護作用的腺苷受體是A2A和A3受體亞型。,腺苷、腺苷受體與Postc,2020/8/12,腺苷心肌保護作用的可能機理,再灌注開始時給腺苷受體激動劑AMP579，持續(xù)1 h，心肌梗死范圍縮小，若將給

12、藥時間推遲10 min，則不產生保護作用，提示腺苷受體的激動在再灌注早期有重要作用。 內源性腺苷可能通過與其G蛋白偶聯(lián)受體相互作用，活化冠狀血管內皮細胞和心肌細胞，減少氧化產物和細胞因子的釋放，抑制中性粒細胞的聚集和粘附，從而減輕缺血再灌注損傷。,2020/8/12,再灌注損傷營救激酶(reperfusion injury salvage kinase, RISK)途徑：是指在再灌注期間發(fā)揮抗細胞死亡心臟保護作用的磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K) -Akt和細胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated

13、 kinase 1/2, ERK1/2)前生存激酶的信號級聯(lián)。再灌注早期RISK途徑的激活可通過各種抗凋亡機制減輕再灌注損傷。 PI3K-Akt信號級聯(lián) ERK1/2信號級聯(lián) PI3K-Akt和ERK1/2信號級聯(lián)之間的對話 再灌注早期RISK成員的變化,三、再灌注損傷營救激酶途徑,2020/8/12,PKC,2020/8/12,PI3K-Akt信號級聯(lián)：是一條細胞生存途徑，可減少細胞凋亡、調節(jié)糖原合成和葡萄糖轉運。 PI3K的激活：PI3K是一種脂質激酶，可被受體酪氨酸激酶、細胞因子或G-蛋白偶聯(lián)受體激活。 Akt的激活：PI3K激活Akt、磷脂酰肌醇依賴性激酶1、單體G蛋白（如Rac-GT

14、Pases），進而磷酸化其下游靶分子。,PI3K-Akt信號級聯(lián),2020/8/12,磷脂酰肌醇-3激酶催化生成各種磷酸化磷脂酰肌醇,2020/8/12,Akt下游靶分子的激活： 糖原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase-3beta, GSK-3) 雷帕霉素哺乳動物靶點(mammalian target of rapamycin, mTOR) 70 KDa核糖體蛋白S6激酶(70 KDa ribosomalprotein S6 kinase, p70S6K) 內皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS) 抗凋亡效

15、應因子 活化的Akt通過磷酸化一系列底物，如前凋亡Bcl-2家族成員Bad、Forkhead轉錄因子等，發(fā)揮抗凋亡作用。,PI3K-Akt信號級聯(lián),2020/8/12,多種形式的Prec均在再灌注早期激活PI3K-Akt信號級聯(lián)。 用藥物抑制PI3K的活性，取消Prec心臟保護作用。 再灌注早期PI3K-Akt信號級聯(lián)的活化在Postc保護作用中同樣是不可缺少的。 Postc后，心肌組織中磷酸化的Akt、eNOS、p70S6K增多，再灌注開始時用藥物抑制PI3K活性，取消Postc縮小梗死范圍的作用。,PI3K-Akt信號級聯(lián)與缺血心肌保護,2020/8/12,ERK1/2是有絲分裂原激活蛋白

16、激酶家族的成員之一，該家族主要參與調節(jié)細胞增殖分化和生存。 該信號級聯(lián)亦在再灌注早期活化。 多種藥物的藥理性Prec在再灌注早期引起ERK1/2磷酸化增強，從而產生心臟保護作用，而抑制其活性則取消保護作用。 Postc亦在再灌注早期激活ERK1/2信號級聯(lián)，其抑制劑取消保護作用。,ERK1/2信號級聯(lián)與缺血心肌保護,2020/8/12,再灌注早期PI3K-Akt和ERK1/2信號級聯(lián)的激活在Prec和Postc中都具有重要作用，而且它們之間存在著相互作用和相互影響。 抑制PI3K-Akt信號級聯(lián)的活性，可發(fā)現(xiàn) ERK1/2信號級聯(lián)磷酸化作用加強；反之，抑制ERK1/2信號級聯(lián)的活性，可見PI3

17、K-Akt信號級聯(lián)的磷酸化作用加強。 前凋亡蛋白Bad是這兩條途徑的共同作用靶點，它們通過磷酸化Bad的不同位點使之失活，從而發(fā)揮抗凋亡作用。 兩條不同激酶途徑的互補調節(jié)可以使Prec和Postc保護作用即使在一條途徑被抑制時仍可以實現(xiàn)。,PI3K-Akt和ERK1/2信號級聯(lián)間的對話,2020/8/12,GSK-3磷酸化失活 mTOR和p70S6K磷酸化激活 eNOS磷酸化激活 前凋亡蛋白Bad、Bax及p53磷酸化失活,再灌注早期RISK成員的變化,2020/8/12,GSK-3在未受刺激的細胞中活性較高，參與調控細胞代謝、轉錄、分化等重要過程。 Prec及Postc在再灌注早期激活PI3

18、K-Akt信號級聯(lián)，活化的Akt催化GSK-3磷酸化失活。 藥理性抑制GSK-3活性可縮小心肌梗死范圍，改善缺血后心功能的恢復。 GSK-3磷酸化失活的心臟保護作用可能與其抑制線粒體滲透性轉換孔道(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)開放有關。,GSK-3失活與缺血心肌的保護,2020/8/12,mTOR可被抗真菌藥雷帕霉素抑制，被Akt磷酸化激活。 活化的mTOR可磷酸化激活p70S6K，后者通過磷酸化40S核糖體亞基的S6蛋白調節(jié)轉錄蛋白的合成，在細胞生長中有重要作用。 p70S6K 是PI3K-Akt和ERK1/2兩個信號級聯(lián)

19、共同的下游靶點，可磷酸化Bad 使之失活，抑制細胞凋亡。 Prec使大鼠心臟磷酸化的p70S6K在再灌注早期明顯增加，抑制PI3K和ERK1/2活性，取消p70S6K磷酸化和Prec縮小心肌梗死范圍的作用。 大鼠心臟Postc誘導再灌注早期p70S6K磷酸化，縮小心肌梗死范圍，此作用被PI3K抑制劑取消。,mTOR和p70S6K激活與缺血心肌的保護,2020/8/12,Prec誘導eNOS表達及磷酸化增加，再灌注期間一氧化氮的增加亦與Prec保護作用密切相關。 再灌注早期，eNOS被PI3K/Akt信號級聯(lián)磷酸化激活，抑制eNOS活性取消Postc保護作用。 eNOS的活化可促進血管內皮細胞釋

20、放一氧化氮，減少中性粒細胞黏附，改善乙酰膽堿引起的血管舒張反應，抑制mPTP開放，減輕再灌注損傷。,eNOS激活與缺血心肌保護,2020/8/12,磷酸化的Bad嵌入在14-3-3蛋白的結合位點上，而被隔離在胞漿中，失去其促凋亡活性。 脫磷酸作用將激活Bad，使其轉位到線粒體，與抗凋亡蛋白Bcl-xl或Bcl-2形成異二聚體，使其失活，誘導細胞凋亡。,Bad、Bax及p53失活與細胞凋亡,2020/8/12,Prec和Postc均促進再灌注期Bad磷酸化，縮小心肌梗死范圍。 凋亡信號刺激后，Bax發(fā)生構象改變而轉位到線粒體，在線粒體外膜形成孔道或與mPTP相互作用，誘導細胞色素C(cytoch

21、rome C, cytC)的釋放，從而誘發(fā)細胞凋亡。活化的PI3K-Akt途徑或ERK1/2途徑可抑制Bax的構象轉變，阻止凋亡發(fā)生。 PI3K-Akt途徑亦可通過磷酸化Mdm2促進p53降解，發(fā)揮抗凋亡作用。,Bad、Bax及p53失活與缺血心肌的保護,2020/8/12,線粒體ATP敏感性鉀通道(mitochondrial KATP channel, mitoKATP) mitoKATP是Prec的終末效應因子。 阻斷mitoKATP取消Postc縮小心肌梗死范圍的作用，提示mitoKATP在Postc中也具有重要作用。 mitoKATP主要有兩方面的生理作用：一是維持線粒體內K+平衡，從而控制線粒體基質容積的改變。二是在線粒體氧化磷酸化過程中，通過K+的再攝取可以部分補償質子泵產生的電荷轉移，從而維持線粒體跨膜電位和pH梯度。推測再灌注期間mitoKATP的開放可降低線粒體膜電位，從而降低Ca2+內流的驅動力，減輕Ca2+超載，抑制線粒體滲透性轉換孔道m(xù)PTP的開放，保護心肌細胞。,四、線粒體ATP敏感性鉀通道,2020/8/12,mPTP 生理情況下mPTP處于關閉狀態(tài)，應激情況下mPTP開放以致引起細胞死亡。 mPTP開放后，只