新型钙增敏剂的研究现状及应用前景
杨光明(综述) 刘良明(审校)
【关键词】 钙增敏剂； 强心剂； 钙通道增强剂； MCI-154
钙增敏剂是在研究治疗充血性心力衰竭(心衰)的新型强心药时发现的一类作用机制完全不同于传统强心剂的强心药物。它们主要通过增加心肌收缩系统对Ca2+的敏感性来发挥强心作用。近年来发现，钙增敏剂不仅在治疗心衰方面有着较好的应用前景，而且还有良好的抗休克以及调节外周血管反应性、改善器官组织血流量等作用。
1 钙增敏剂的分类基础研究表明，正常情况下，机体细胞Ca2+分布处于一种动态平衡状态，即所谓“钙稳态”(calcium homeostasis)。细胞中Ca2+分布是不均匀的，细胞外液和细胞内液Ca2+浓度相差达10.5倍，而细胞内Ca2+50%存在于细胞核、30%存在于线粒体、14%存在于肌浆网，胞浆中的Ca2+仅为总Ca2+的0.5%，且其中99%为结合态，游离Ca2+((Ca2+)i)仅占胞浆Ca2+的1%，但就是如此微量的(Ca2+)i却作为细胞内第二信使在心肌细胞信号转导中发挥极其重要的作用。根据心肌细胞收缩是否需要或伴随细胞内Ca2+浓度的升高，可将心肌细胞收缩分为Ca2+依赖性和Ca2+非依赖性。而强心剂的分类即是根据药物作用于心肌细胞收缩不同过程来划分的。强心甙类化合物是早期应用最为广泛的强心剂，所以最初将强心剂分为强心甙类和非强心甙类，其中后者包括了肾上腺素能β受体激动剂、磷酸二酯酶抑制剂(phospho diesteraseⅢ inhibitors，PDE)以及最近发现的钙增敏剂。随着对心肌细胞收缩过程以及药物作用机制的进一步阐明，这种分类方式过于粗略，需要一种更为准确的分类方法来满足科研和临床应用的要求。故针对作用于心肌细胞收缩的不同过程，有人将强心剂的作用机制分为3类，并以此为分类标准。①上游机制(upstream mechanism)，升高细胞内(Ca2+)i浓度，主要通过cAMP介导或cAMP依赖机制来发挥正性肌力作用；②中心机制(central mechanism)，增加肌钙蛋白C亚单位(TnC)对Ca2+的亲和力；③下游机制(downstream mechanism)，作用于TnC与Ca2+结合后。通过上游机制发挥作用的药物与心肌细胞Ca2+依赖性收缩机制密切相关。这一类药物包括了全部的传统强心剂：①强心甙类，通过抑制心肌细胞膜上Na+-K+-ATP酶活性，增加细胞内Ca2+浓度，促进Na+-Ca2+交换，升高(Ca2+)i浓度而发挥正性肌力作用。②肾上腺素能β受体激动剂，通过与心肌细胞表面β受体结合，激活腺苷酸环化酶，升高cAMP浓度，增加心肌细胞内Ca2+浓度而增强心肌收缩力。③PDE类，通过抑制PDE活性，减少cAMP降解,增加细胞内Ca2+浓度而发挥强心作用。近来研究出的新药，如选择性激活肌浆内质网Ca2+-ATP酶/钙泵(sarcoplasmicreticulum Ca2+ATPase，SERCA)而增加Ca2+浓度的Gingerol、Ca2+拮抗剂Bay k 8644(1)等，其共同和最终作用环节是升高 (Ca2+)i以强心，因而不可避免地引起胞内Ca2+过多而继发心律失常、细胞损伤甚至坏死。因此，出现不增加细胞内Ca2+浓度而通过增加收缩系统Ca2+的敏感性来发挥强心效应的钙增敏剂有特殊意义。钙增敏剂是通过中心和下游机制发挥作用的代表药物，它主要依赖于心肌细胞Ca2+非依赖性收缩机制。当前对于钙增敏剂如此关注是因为它们没有传统强心剂的钙动员(Ca2+ mobilizers)缺陷：①不会引起心肌细胞内Ca2+过多而致心律失常、细胞损伤甚至死亡；②不增加能量消耗；③有潜在的逆转疾病状况下(如酸中毒和心肌顿抑)收缩功能紊乱作用(2)。部分药物已批准用于临床或正在进行临床试验，如左西孟坦(levosimendan)和匹莫苯丹(pimobendan)，而且有的药物(MCI-154)用于抗休克治疗的研究，显示出良好的应用前景。目前，钙增敏剂分类是根据对体外以皂素(saponin)、Triton X-100或α-毒素处理制备的蜕膜心肌纤维(cardiac skinned fibers)及细胞研究发现的不同作用机制来界定的。实验方法包括：①蜕膜心肌纤维、完整心肌细胞(Ca2+)i的测定，采用对钙敏感的荧光染料(fura-2、indo-1和fluo-3)或用钙敏感光蛋白(aequorin)来标记心肌；②用特异性结合Ca2+的探针(如IAANS)或放射性45Ca2+标记来探测Ca2+和肌钙蛋白C的亲和力(3)；③检测肌动球蛋白ATP酶活性的Ca2+依赖性；④体外研究Ca2+依赖调节的细肌丝蛋白存在或缺乏时肌动蛋白-肌球蛋白反应性变化(4)。根据钙增敏剂的作用机制可将其分为3型：①Ⅰ型，如CGP 48506和匹莫苯丹(pimobendan)，主要通过中心机制，依赖直接作用或调节细肌丝构象变化来增加Ca2+和TnC的亲和力；②Ⅱ型，如左西孟坦(levosimendan)，作用于细肌丝，通过调节细肌丝-Ca2+复合物来促进肌动蛋白的作用，但并不影响TnC与Ca2+的结合动力学；③Ⅲ型，如EMD 57033，直接作用于横桥(下游机制)，调节肌动蛋白-肌球蛋白的反应性。体外测定发现，即使在缺乏Ca2+情况下，也能诱导收缩或激活肌动球蛋白ATP酶(4)。但中心机制和下游机制在调节收缩系统钙敏感性方面有重叠，因此有的钙增敏剂可能同时有两型作用。这一分类对在不同的病理生理过程，如休克、酸中毒、缺血-再灌注和心衰等条件下研究钙增敏剂的作用机制有一定作用。
, 百拇医药
2 钙增敏剂的强心及抗休克作用机制自20世纪80年代初发现钙增敏剂以来，它以其独特的钙增敏作用受到多方面的关注，对它的强心作用及机制进行了较为深入的研究，并取得一定的成果，已经有药物正在进行Ⅲ期临床试验。此外，本实验室首先将MCI-154(哒嗪酮类钙增敏剂)用于休克的治疗研究，并显示了较为理想的治疗效果(5)。
2.1 钙增敏剂的强心作用及其机制：大量动物及临床试验证明，钙增敏剂有着显著的强心作用，主要通过调节心肌细胞收缩系统的钙敏感性来发挥作用，特别是对肌钙蛋白的调节。基础研究证实，肌钙蛋白亚单位在心肌兴奋收缩耦联过程中具有着重要的作用，因为Ca2+结合到TnC后使肌钙蛋白I(TnI)的抑制作用消除进而触发肌动蛋白-肌球蛋白反应。另有发现蜕膜心肌细胞中，TnI存在或缺乏对TnC与Ca2+的亲和力有显著影响，提示细肌丝蛋白分子间的相互作用(包括肌钙蛋白亚单位和原肌球蛋白)对TnC的构象变化有着决定性影响，而TnC的构象关系到TnC-Ca2+复合物的稳定，这对其通过TnI和原肌球蛋白把信息传递给肌动蛋白最终引起肌肉收缩有重要意义(6)。TnC对Ca2+的敏感性受到其他细肌丝蛋白分子包括TnI的调节(3,7)。体外利用特异性结合Ca2+的探针(如IAANS)发现钙增敏剂可明显增加Ca2+和TnC的亲和力，从而引起肌钙蛋白构象变化，触发肌球蛋白和肌动蛋白相互作用，导致心肌纤维收缩(3)。使用蜕膜剂制备的离体去肌膜心肌纤维是目前研究心肌钙敏感性的常用工具，它消除了灌流液与心肌细胞浆之间的离子屏障，使灌流液中的Ca2+自由出入细胞；细胞亦不具备调节Ca2+浓度的能力，细胞外灌流液中Ca2+浓度即为细胞内Ca2+浓度，此时灌流液中的Ca2+能直接作用于心肌细胞的收缩系统，激发肌张力或ATP酶活性的变化。一般以Ca2+浓度的负对数(-Log(Ca2+),pCa)与肌张力或ATP酶活性关系曲线表示收缩蛋白对Ca2+的敏感性。对蜕膜的心室肌纤维的研究中，MCI-154可使pCa-张力曲线向左上移动(8)。而在类似实验中，匹莫苯丹(9)、CGP 48506(10)及Org 30029(11)等也显示了同样的作用，证实了它们的钙增敏效应。此外，有实验显示多数钙增敏剂还具有PDE抑制作用，每种药物中钙增敏作用与PDE抑制作用在发挥强心作用中的比例不同。实验研究证实，钙增敏剂强心机制包括：①增加心肌收缩系统对Ca2+的敏感性，主要作用分子是TnC；②直接增强肌球蛋白和肌动蛋白之间的相互作用；③稳定Ca2+-TnC构象；④部分的PDE抑制作用。
, 百拇医药
2.2 钙增敏剂的抗休克作用及机制：休克可引起心肌细胞的钙稳态失衡，细胞内(Ca2+)i浓度大量增加，导致钙超载(calcium overload)。钙超载可损害线粒体功能，激活磷脂酶、蛋白水解酶，增加氧自由基浓度,引起心律失常甚至细胞死亡。而休克时，在细胞内(Ca2+)i浓度不变或升高的情况下，心肌收缩系统对Ca2+的结合力(敏感性)仍降低，即钙失敏 (calcium desensitization )(12)。在休克时，心肌细胞钙超载和钙失敏同时存在，选择哪种强心剂来改善已经降低的的心功能要十分慎重。传统强心药均通过增加心肌细胞内Ca2+浓度而发挥强心效应，可能会加重心肌细胞钙超载引发更严重的后果，不适用于休克治疗。而新型的钙增敏剂既不增加心肌细胞内Ca2+浓度又能发挥正性肌力作用，其中MCI-154是目前发现的钙增敏效应较强而PDE抑制作用最弱的钙增敏剂。因此，本实验室提出了钙增敏剂用于抗休克治疗这一全新的思路。现有研究表明，MCI-154可显著改善内毒素休克动物的心血管功能，而不进一步加重心肌钙稳态失衡及心肌细胞内钙超载的程度(13)。将其用于失血性休克的治疗表明，MCI-154不仅可增加失血性休克钙失敏心肌的收缩功能，还可减轻心肌等细胞超微结构的损伤程度，对组织器官有显著的保护作用(14)；能显著提高失血性休克大鼠的存活率(12)。MCI-154作用机制主要与逆转休克后心肌对钙反应性的降低及增加心肌收缩蛋白对Ca2+的敏感性有关(13，15)。推测可能为直接增强心肌收缩系统TnC对Ca2+的敏感性及肌球蛋白和肌动蛋白间的相互作用。此外，MCI-154还有明显的扩血管作用，有报道MCI-154可能通过抑制蛋白激酶C(PKC)活性，使肌球蛋白轻链激酶(MLCK)活性降低，肌球蛋白轻链磷酸化减少，从而使Ca2+从结合位点解离，导致血管平滑肌舒张(16)。还有报道称，MCI-154对神经和去甲肾上腺素介导的血管平滑肌收缩作用，在不同血管系统中的作用并不一致，在静脉中抑制，在动脉中加强(17)。但MCI-154对休克后血管反应性究竟有何调节作用，其调节机制如何，尚不清楚，有待进一步研究阐明。
, http://www.100md.com
3 几种新型钙增敏剂传统强心剂局限性和钙增敏剂的独特作用优势，使钙增敏剂的研究日益深入并试用于临床。MCI-154、左西孟坦及匹莫苯丹是其中有代表性的药物。
3.1 MCI-154：即6-(4-(4′-吡啶基)氨基苯)-4,5-二氢-3(2H)-哒嗪酮，属于Ⅰ型钙增敏剂。它具有正性肌力作用和扩血管特性，能降低心肌耗氧量，具有心肌正性松弛作用，有剂量依赖性。目前主要用于抗休克及心衰治疗的研究中。MCI-154主要通过增强心肌收缩系TnC对Ca2+的敏感性来发挥强心作用(8)。药理学研究显示，MCI-154的强心作用是米力农的9倍(离体豚鼠左心房)，氨力农的590倍，硫马唑的100倍(离体去膜豚鼠乳头肌纤维)，异丙肾上腺素的75倍(离体狗心肌)。体外重建大鼠收缩蛋白系统的运动测定研究发现，MCI-154在浓度依赖方式下能下调收缩系统的Ca2+阈值(钙增敏作用)，并可反转由酸中毒(pH6.8)、低温(15 ℃)或无机磷酸盐(10 mmol/L)诱导的钙失敏(18)。这一作用在缺血诱导的豚鼠心室肌对Ca2+的反应性中也得到证实。Kitada等(19)证实MCI-154可明显增强肌动蛋白ATP酶活性(但不影响肌球蛋白ATP酶活性)，增加Ca2+与TnC的亲和力。高效液相色谱法及荧光光谱法也证实MCI-154可促进Ca2+与TnC结合。MCI-154对完整人的心肌有正性肌力作用和对蜕膜人心肌有钙增敏作用均已证实。在动物和人的全心实验研究中，MCI-154能降低心肌收缩时的氧耗(20)。在狗的心肌缺血模型和人工起搏诱导的心衰模型中，MCI-154能增加心肌收缩力，改善舒缩功能。而MCI-154对人的心脏的舒张功能并无损害。实验证实了MCI-154有良好的抗休克治疗作用，其心肌的作用机制已初步阐明12,13)；而其血管作用机制方面尚不清楚，尚需深入研究。
, http://www.100md.com
3.2 左西孟坦：即(R)-2-((4-(1,4,5,6-四氢-4-甲基-6-氧代-3-哒嗪基)苯基)亚肼基)丙二腈，属于Ⅱ型钙增敏剂。它是一种对TnC有高亲和力的钙增敏剂。在欧盟的部分国家及一些南美洲国家被批准静脉用于治疗心衰。左西孟坦并不增加肌钙蛋白对Ca2+的敏感性，而是通过稳定Ca2+-TnC复合物的构象形式来发挥其强心作用，其类似物也有相似作用(21)。体外实验证实，左西孟坦对TnC的亲和力有明显的Ca2+依赖性，即在较低Ca2+浓度时增敏作用减弱，因此它对舒张功能无明显影响(22)。此外，左西孟坦有PDE抑制作用。有报道称它在低浓度以钙增敏作用为主，而高浓度时PDE抑制作用增强。同时它还有激活三磷酸腺苷敏感钾通道(KATP)的作用，这可能在缺血-再灌注等损伤时对心肌有保护作用。对严重心衰患者，短期给左西孟坦静脉输注有明显改善血流动力学指标的作用。它还被用作急性心衰的注射剂，但对口服治疗慢性心衰的效果尚无临床试验证实。
3.3 匹莫苯丹：匹莫苯丹同时具有Ⅰ型钙增敏剂和PDE抑制剂的作用。它的作用机制主要是增加肌丝的钙敏感性(9)，并且也有PDE抑制剂的作用和延长动作电位时间的作用。目前日本已将其用于临床治疗心衰。体外实验发现，它能直接降低细肌丝对(Ca2+)i反应的阈值，引起肌动蛋白滑动导致收缩。但是，在同样浓度下，它的钙增敏和磷酸二酯酶抑制作用同时存在(23)。匹莫苯丹在动物模型和慢性心衰患者是有效的，口服低剂量的匹莫苯丹对充血性心衰和特发性扩张型心肌病有较好的短期改善舒缩功能作用。然而，临床试验的证据仍然有限，其安全性需要进一步验证。
, 百拇医药
3.4 其他：EMD 57033、CGP 48506及 Org 30029等药物的钙增敏作用均已得到证实，但具体机制尚待进一步研究。EMD 57033是一种消旋噻二嗪类衍生物EMD 53998的(+)异构体，有着突出的钙增敏作用。体外实验发现EMD 57033可促进肌动蛋白在粗肌丝的运动，而研究从肌原纤维中提取的肌钙蛋白C时发现，EMD 53998激活肌纤维ATP酶活性，推测EMD 57033可能直接作用于肌动蛋白-肌球蛋白的结合处(10,24)，属于Ⅲ型钙增敏剂。CGP 48506是一种单纯的钙增敏剂，有报道称其PDE抑制作用最低(10，24)。它可能通过改善肌丝协同运动来影响横桥的运动(24)。在对fura 2标记心室肌细胞的研究发现，CGP 48506能增加细胞收缩，使Triton蜕膜豚鼠右心室肌纤维的pCa-张力曲线左移。Org 30029可引起大鼠蜕膜心肌纤维pCa-张力曲线向左上移动(11)。它的增敏强心作用非常明显，在钙敏感光蛋白标记犬心室肌的研究中，carbachol存在下，Org 30029正性肌力作用是异丙肾上腺素最大效力的120%。但发现它可能对心衰患者的心肌舒张功能有损害，临床应用的前景值得商榷。
, 百拇医药
4 新型钙增敏剂的应用前景传统强心药会加重心肌细胞钙超载而导致心律失常甚至加重损伤，这极大限制了它的应用，因此急切需要寻找新型的、完全不同于传统强心药作用机制的强心药。有人提出理想强心药应具有以下特性(25):①有正性肌力作用但不引起钙超载；②舒张血管,减轻心脏后负荷；③无变时性作用，不影响心律；④口服有效、治疗宽度大、无耐药现象；⑤理想的心肌松弛作用等。多数钙增敏剂具备上述大部分条件，因此研究和开发这类新型强心药成为当前的热门研究课题。左西孟坦和匹莫苯丹已在临床试用治疗心衰，有着良好的发展前景。在钙增敏剂应用的新领域——抗休克治疗方面，研究已证实其良好的治疗效果。无论是对内毒素休克还是失血性休克，MCI-154都有改善心功能、提高动物存活率等作用。其在心脏的作用机制已初步阐明，目前需要进一步研究的是它在休克后血管中的调节作用及机制。可见钙增敏剂用于休克治疗完全可行，且有良好的应用前景。MCI-154既是一种理想的强心药，也是一种有希望的抗休克治疗药物，除了进一步深入探讨其对心肌的作用机制外，应当深入探讨其对血管的作用机制，为其临床应用提供一定理论基础和实验依据。
, 百拇医药
参考文献
1 Schramm M,Thomas G,Towart R, et al.Novel dihydropyridines with positive inotropic action through activation of Ca2+ channels(J).Nature,1983,303: 535-537.
2 Ishitani T,Hattori Y,Sakuraya F,et al.Effects of 2+sensitizers on contraction,(Ca2+)i transient and myofilament Ca2+sensitivity in diabetic rat myocardium: potential usefulness as inotropic agents(J).J Pharmacol Exp Ther,2001,298:613-622. 3 Li G,Martin A F,Solaro R J.Localization of regions of troponin Ⅰ important in deactivation of cardiac myofilaments by acidic pH(J).J Mol Cell Cardiol,2001,33: 1309-1320.
, 百拇医药
4 Endoh M.Changes in intracellular Ca2+mobilization and Ca2+sensitization as mechanisms of action of physiological interventions and inotropic agents in intact myocardial cells(J).Jpn Heart J,1998,39:1-44.
5 Mei J M,Hu D Y,Chen H S,et al.Effect of MCI-154,a calcium sensitizer,on calcium sensitivity of myocardial contractile system in endotoxemic rats(J).Acta Pharmacol Sin,2000,21:830-834.
6 朱彬，王正荣.肌球-肌动蛋白的相互作用及其在心肌病发病机制中的研究进展(J).中国危重病急救医学，2002，14：56-58
, 百拇医药
7 Foster D B,Noguchi T,VanBuren P, et al. C-terminal truncation of cardiac troponinⅠ causes divergent effects on ATPase and force:implications for the pathophysiology of myocardial stunning(J).Circ Res,2003,93:917-924.
8 Okafor C,Liao R,Perreault M C,et al.Mg-ATPase and Ca2+ activated myosin ATPase activity in ventricular myofibrils from non-failing and diseased human hearts-effects of calcium sensitizing agents MCI-154,DPI 201-106,and caffeine(J).Mol Cell Biochem,2003,245:77-89.
, 百拇医药
9 Lehmann A,Boldt J,Kirchner J.The role of Ca2+-sensitizers for the treatment of heart failure(J).Curr Opin Crit Care,2003,9:337-344.
10 Brixius K,Reicke S,Reuter H, et al.Effects of the Ca2+sensitizers EMD 57033 and CGP 48506 on myocardial contractility and Ca2+ transients in human ventricular and atrial myocardium(J).Z Kardiol,2002,91:312-318.
11 Stamm C,Friehs I,Cowan D B, et al.Dopa mine treatment of postischemic contractile dysfunction rapidly induces calcium-dependent pro-apoptotic signaling(J).Circulation,2002,106(12 Suppl 1):I290-I298.
, 百拇医药
12 殷作明.失血性休克时心肌细胞钙失敏及钙增敏剂的研究进展(J).创伤外科杂志,1999,1:117-121.
13 Mei J M,Hu D Y,Chen H S,et al.Effect of MCI-154,a calcium sensitizer on calcium sensitivity of myocardial fibers in endotoxic shock rats(J).Shock,2000,14:652-656.
14 殷作明，胡德耀，刘良明.新型钙增敏剂哒嗪酮对低血容量性休克大鼠肝脏结构与功能的影响(J).中国危重病急救医学，1999，11：354-357
15 梅建民,胡德耀,陈惠孙,等.钙增敏剂MCI-154对内毒素休克大鼠左心室肌原纤维ATP酶活性的影响(J).第三军医大学学报,2000,22:557-560.
, 百拇医药
16 Korvald C,Nordhaug D O,Steensrud T,et al.Vasodilation and mechanoenergetic inefficiency dominates the effect of the “Ca2+-sensitizer” MCI-154 in intact pigs(J).Scand Cardiovasc J,2002,36:172-179.
17 Hikaru H,Guifa C,Hideharu O,et al.Electrophysiological comparison of the effects of MCI-154 on smooth muscles between mesenteric artery and vein of dogs(J).General Pharmacology:The Vascular System,1993,24:333-339.
, http://www.100md.com 18 Endoh M.Mechanisms of action of novel cardiotonic agents(J).J Cardiovasc Pharmacol,2002,40:323-338.
19 Kitada Y,Kobayashi M,Marimatsu A, et al. Potent stimulation of myofilament force and adenosine triphosphatase activity of cannie cardiac muscle through a direct enhancement of troponin C Ca2+binding by MCI-154,a novel cardiotonic agent(J).J Pharmacol Exp Ther,1989,250:272-277.
20 Onishi K,Sekioka K,Ishisu R,et al.MCI-154,a Ca2+ sensitizer,decreases the oxygen cost of contractility in isolated canine hearts(J).Am J Physiol,1997,273:H1688-1695.
, 百拇医药
21 Sorsa T,Pollesello P,Rosevear P R,et al. Stereoselective binding of levosimendan to cardiac troponin C causes Ca2+ sensitization(J).Eur J Pharmacol,2004,486:1-8.
22 Tsutsui H,Kinugawa S,Ide T, et al. Positive inotropic effects of calcium sensitizers on normal and failing cardiac myocytes(J).J Cardiovasc Pharmacol,2001,37:16-24.
23 Chin B S,Lip G Y.New pharmacological strategies for the treatment of heart failure(J).Curr Opin Investig Drugs,2001,2:923-928.
, 百拇医药
24 Brixius K,Mehlhorn U,Bloch W,et al.Different effect of the Ca2+ sensitizers EMD 57033 and CGP 48506 on cross-bridge cycling in human myocardium(J).J Pharmacol Exp Ther,2000,295:1284-1290.
25 Sugawara H,Endoh M.A novel cardiotonic agent SCH 00013 acts as a Ca2+ sensitizer with no chronotropic activity in mammalian cardiac muscle(J).J Pharmacol Exp Ther,1998,287:214-222
作者单位：400042 重庆，第三军医大学大坪医院野战外科研究所二室
作者简介：杨光明(1979-)，男(汉族)，四川省广元市人，医学硕士。, 百拇医药
【关键词】 钙增敏剂； 强心剂； 钙通道增强剂； MCI-154
钙增敏剂是在研究治疗充血性心力衰竭(心衰)的新型强心药时发现的一类作用机制完全不同于传统强心剂的强心药物。它们主要通过增加心肌收缩系统对Ca2+的敏感性来发挥强心作用。近年来发现，钙增敏剂不仅在治疗心衰方面有着较好的应用前景，而且还有良好的抗休克以及调节外周血管反应性、改善器官组织血流量等作用。
1 钙增敏剂的分类基础研究表明，正常情况下，机体细胞Ca2+分布处于一种动态平衡状态，即所谓“钙稳态”(calcium homeostasis)。细胞中Ca2+分布是不均匀的，细胞外液和细胞内液Ca2+浓度相差达10.5倍，而细胞内Ca2+50%存在于细胞核、30%存在于线粒体、14%存在于肌浆网，胞浆中的Ca2+仅为总Ca2+的0.5%，且其中99%为结合态，游离Ca2+((Ca2+)i)仅占胞浆Ca2+的1%，但就是如此微量的(Ca2+)i却作为细胞内第二信使在心肌细胞信号转导中发挥极其重要的作用。根据心肌细胞收缩是否需要或伴随细胞内Ca2+浓度的升高，可将心肌细胞收缩分为Ca2+依赖性和Ca2+非依赖性。而强心剂的分类即是根据药物作用于心肌细胞收缩不同过程来划分的。强心甙类化合物是早期应用最为广泛的强心剂，所以最初将强心剂分为强心甙类和非强心甙类，其中后者包括了肾上腺素能β受体激动剂、磷酸二酯酶抑制剂(phospho diesteraseⅢ inhibitors，PDE)以及最近发现的钙增敏剂。随着对心肌细胞收缩过程以及药物作用机制的进一步阐明，这种分类方式过于粗略，需要一种更为准确的分类方法来满足科研和临床应用的要求。故针对作用于心肌细胞收缩的不同过程，有人将强心剂的作用机制分为3类，并以此为分类标准。①上游机制(upstream mechanism)，升高细胞内(Ca2+)i浓度，主要通过cAMP介导或cAMP依赖机制来发挥正性肌力作用；②中心机制(central mechanism)，增加肌钙蛋白C亚单位(TnC)对Ca2+的亲和力；③下游机制(downstream mechanism)，作用于TnC与Ca2+结合后。通过上游机制发挥作用的药物与心肌细胞Ca2+依赖性收缩机制密切相关。这一类药物包括了全部的传统强心剂：①强心甙类，通过抑制心肌细胞膜上Na+-K+-ATP酶活性，增加细胞内Ca2+浓度，促进Na+-Ca2+交换，升高(Ca2+)i浓度而发挥正性肌力作用。②肾上腺素能β受体激动剂，通过与心肌细胞表面β受体结合，激活腺苷酸环化酶，升高cAMP浓度，增加心肌细胞内Ca2+浓度而增强心肌收缩力。③PDE类，通过抑制PDE活性，减少cAMP降解,增加细胞内Ca2+浓度而发挥强心作用。近来研究出的新药，如选择性激活肌浆内质网Ca2+-ATP酶/钙泵(sarcoplasmicreticulum Ca2+ATPase，SERCA)而增加Ca2+浓度的Gingerol、Ca2+拮抗剂Bay k 8644(1)等，其共同和最终作用环节是升高 (Ca2+)i以强心，因而不可避免地引起胞内Ca2+过多而继发心律失常、细胞损伤甚至坏死。因此，出现不增加细胞内Ca2+浓度而通过增加收缩系统Ca2+的敏感性来发挥强心效应的钙增敏剂有特殊意义。钙增敏剂是通过中心和下游机制发挥作用的代表药物，它主要依赖于心肌细胞Ca2+非依赖性收缩机制。当前对于钙增敏剂如此关注是因为它们没有传统强心剂的钙动员(Ca2+ mobilizers)缺陷：①不会引起心肌细胞内Ca2+过多而致心律失常、细胞损伤甚至死亡；②不增加能量消耗；③有潜在的逆转疾病状况下(如酸中毒和心肌顿抑)收缩功能紊乱作用(2)。部分药物已批准用于临床或正在进行临床试验，如左西孟坦(levosimendan)和匹莫苯丹(pimobendan)，而且有的药物(MCI-154)用于抗休克治疗的研究，显示出良好的应用前景。目前，钙增敏剂分类是根据对体外以皂素(saponin)、Triton X-100或α-毒素处理制备的蜕膜心肌纤维(cardiac skinned fibers)及细胞研究发现的不同作用机制来界定的。实验方法包括：①蜕膜心肌纤维、完整心肌细胞(Ca2+)i的测定，采用对钙敏感的荧光染料(fura-2、indo-1和fluo-3)或用钙敏感光蛋白(aequorin)来标记心肌；②用特异性结合Ca2+的探针(如IAANS)或放射性45Ca2+标记来探测Ca2+和肌钙蛋白C的亲和力(3)；③检测肌动球蛋白ATP酶活性的Ca2+依赖性；④体外研究Ca2+依赖调节的细肌丝蛋白存在或缺乏时肌动蛋白-肌球蛋白反应性变化(4)。根据钙增敏剂的作用机制可将其分为3型：①Ⅰ型，如CGP 48506和匹莫苯丹(pimobendan)，主要通过中心机制，依赖直接作用或调节细肌丝构象变化来增加Ca2+和TnC的亲和力；②Ⅱ型，如左西孟坦(levosimendan)，作用于细肌丝，通过调节细肌丝-Ca2+复合物来促进肌动蛋白的作用，但并不影响TnC与Ca2+的结合动力学；③Ⅲ型，如EMD 57033，直接作用于横桥(下游机制)，调节肌动蛋白-肌球蛋白的反应性。体外测定发现，即使在缺乏Ca2+情况下，也能诱导收缩或激活肌动球蛋白ATP酶(4)。但中心机制和下游机制在调节收缩系统钙敏感性方面有重叠，因此有的钙增敏剂可能同时有两型作用。这一分类对在不同的病理生理过程，如休克、酸中毒、缺血-再灌注和心衰等条件下研究钙增敏剂的作用机制有一定作用。
, 百拇医药
2 钙增敏剂的强心及抗休克作用机制自20世纪80年代初发现钙增敏剂以来，它以其独特的钙增敏作用受到多方面的关注，对它的强心作用及机制进行了较为深入的研究，并取得一定的成果，已经有药物正在进行Ⅲ期临床试验。此外，本实验室首先将MCI-154(哒嗪酮类钙增敏剂)用于休克的治疗研究，并显示了较为理想的治疗效果(5)。
2.1 钙增敏剂的强心作用及其机制：大量动物及临床试验证明，钙增敏剂有着显著的强心作用，主要通过调节心肌细胞收缩系统的钙敏感性来发挥作用，特别是对肌钙蛋白的调节。基础研究证实，肌钙蛋白亚单位在心肌兴奋收缩耦联过程中具有着重要的作用，因为Ca2+结合到TnC后使肌钙蛋白I(TnI)的抑制作用消除进而触发肌动蛋白-肌球蛋白反应。另有发现蜕膜心肌细胞中，TnI存在或缺乏对TnC与Ca2+的亲和力有显著影响，提示细肌丝蛋白分子间的相互作用(包括肌钙蛋白亚单位和原肌球蛋白)对TnC的构象变化有着决定性影响，而TnC的构象关系到TnC-Ca2+复合物的稳定，这对其通过TnI和原肌球蛋白把信息传递给肌动蛋白最终引起肌肉收缩有重要意义(6)。TnC对Ca2+的敏感性受到其他细肌丝蛋白分子包括TnI的调节(3,7)。体外利用特异性结合Ca2+的探针(如IAANS)发现钙增敏剂可明显增加Ca2+和TnC的亲和力，从而引起肌钙蛋白构象变化，触发肌球蛋白和肌动蛋白相互作用，导致心肌纤维收缩(3)。使用蜕膜剂制备的离体去肌膜心肌纤维是目前研究心肌钙敏感性的常用工具，它消除了灌流液与心肌细胞浆之间的离子屏障，使灌流液中的Ca2+自由出入细胞；细胞亦不具备调节Ca2+浓度的能力，细胞外灌流液中Ca2+浓度即为细胞内Ca2+浓度，此时灌流液中的Ca2+能直接作用于心肌细胞的收缩系统，激发肌张力或ATP酶活性的变化。一般以Ca2+浓度的负对数(-Log(Ca2+),pCa)与肌张力或ATP酶活性关系曲线表示收缩蛋白对Ca2+的敏感性。对蜕膜的心室肌纤维的研究中，MCI-154可使pCa-张力曲线向左上移动(8)。而在类似实验中，匹莫苯丹(9)、CGP 48506(10)及Org 30029(11)等也显示了同样的作用，证实了它们的钙增敏效应。此外，有实验显示多数钙增敏剂还具有PDE抑制作用，每种药物中钙增敏作用与PDE抑制作用在发挥强心作用中的比例不同。实验研究证实，钙增敏剂强心机制包括：①增加心肌收缩系统对Ca2+的敏感性，主要作用分子是TnC；②直接增强肌球蛋白和肌动蛋白之间的相互作用；③稳定Ca2+-TnC构象；④部分的PDE抑制作用。
, 百拇医药
2.2 钙增敏剂的抗休克作用及机制：休克可引起心肌细胞的钙稳态失衡，细胞内(Ca2+)i浓度大量增加，导致钙超载(calcium overload)。钙超载可损害线粒体功能，激活磷脂酶、蛋白水解酶，增加氧自由基浓度,引起心律失常甚至细胞死亡。而休克时，在细胞内(Ca2+)i浓度不变或升高的情况下，心肌收缩系统对Ca2+的结合力(敏感性)仍降低，即钙失敏 (calcium desensitization )(12)。在休克时，心肌细胞钙超载和钙失敏同时存在，选择哪种强心剂来改善已经降低的的心功能要十分慎重。传统强心药均通过增加心肌细胞内Ca2+浓度而发挥强心效应，可能会加重心肌细胞钙超载引发更严重的后果，不适用于休克治疗。而新型的钙增敏剂既不增加心肌细胞内Ca2+浓度又能发挥正性肌力作用，其中MCI-154是目前发现的钙增敏效应较强而PDE抑制作用最弱的钙增敏剂。因此，本实验室提出了钙增敏剂用于抗休克治疗这一全新的思路。现有研究表明，MCI-154可显著改善内毒素休克动物的心血管功能，而不进一步加重心肌钙稳态失衡及心肌细胞内钙超载的程度(13)。将其用于失血性休克的治疗表明，MCI-154不仅可增加失血性休克钙失敏心肌的收缩功能，还可减轻心肌等细胞超微结构的损伤程度，对组织器官有显著的保护作用(14)；能显著提高失血性休克大鼠的存活率(12)。MCI-154作用机制主要与逆转休克后心肌对钙反应性的降低及增加心肌收缩蛋白对Ca2+的敏感性有关(13，15)。推测可能为直接增强心肌收缩系统TnC对Ca2+的敏感性及肌球蛋白和肌动蛋白间的相互作用。此外，MCI-154还有明显的扩血管作用，有报道MCI-154可能通过抑制蛋白激酶C(PKC)活性，使肌球蛋白轻链激酶(MLCK)活性降低，肌球蛋白轻链磷酸化减少，从而使Ca2+从结合位点解离，导致血管平滑肌舒张(16)。还有报道称，MCI-154对神经和去甲肾上腺素介导的血管平滑肌收缩作用，在不同血管系统中的作用并不一致，在静脉中抑制，在动脉中加强(17)。但MCI-154对休克后血管反应性究竟有何调节作用，其调节机制如何，尚不清楚，有待进一步研究阐明。
, http://www.100md.com
3 几种新型钙增敏剂传统强心剂局限性和钙增敏剂的独特作用优势，使钙增敏剂的研究日益深入并试用于临床。MCI-154、左西孟坦及匹莫苯丹是其中有代表性的药物。
3.1 MCI-154：即6-(4-(4′-吡啶基)氨基苯)-4,5-二氢-3(2H)-哒嗪酮，属于Ⅰ型钙增敏剂。它具有正性肌力作用和扩血管特性，能降低心肌耗氧量，具有心肌正性松弛作用，有剂量依赖性。目前主要用于抗休克及心衰治疗的研究中。MCI-154主要通过增强心肌收缩系TnC对Ca2+的敏感性来发挥强心作用(8)。药理学研究显示，MCI-154的强心作用是米力农的9倍(离体豚鼠左心房)，氨力农的590倍，硫马唑的100倍(离体去膜豚鼠乳头肌纤维)，异丙肾上腺素的75倍(离体狗心肌)。体外重建大鼠收缩蛋白系统的运动测定研究发现，MCI-154在浓度依赖方式下能下调收缩系统的Ca2+阈值(钙增敏作用)，并可反转由酸中毒(pH6.8)、低温(15 ℃)或无机磷酸盐(10 mmol/L)诱导的钙失敏(18)。这一作用在缺血诱导的豚鼠心室肌对Ca2+的反应性中也得到证实。Kitada等(19)证实MCI-154可明显增强肌动蛋白ATP酶活性(但不影响肌球蛋白ATP酶活性)，增加Ca2+与TnC的亲和力。高效液相色谱法及荧光光谱法也证实MCI-154可促进Ca2+与TnC结合。MCI-154对完整人的心肌有正性肌力作用和对蜕膜人心肌有钙增敏作用均已证实。在动物和人的全心实验研究中，MCI-154能降低心肌收缩时的氧耗(20)。在狗的心肌缺血模型和人工起搏诱导的心衰模型中，MCI-154能增加心肌收缩力，改善舒缩功能。而MCI-154对人的心脏的舒张功能并无损害。实验证实了MCI-154有良好的抗休克治疗作用，其心肌的作用机制已初步阐明12,13)；而其血管作用机制方面尚不清楚，尚需深入研究。
, http://www.100md.com
3.2 左西孟坦：即(R)-2-((4-(1,4,5,6-四氢-4-甲基-6-氧代-3-哒嗪基)苯基)亚肼基)丙二腈，属于Ⅱ型钙增敏剂。它是一种对TnC有高亲和力的钙增敏剂。在欧盟的部分国家及一些南美洲国家被批准静脉用于治疗心衰。左西孟坦并不增加肌钙蛋白对Ca2+的敏感性，而是通过稳定Ca2+-TnC复合物的构象形式来发挥其强心作用，其类似物也有相似作用(21)。体外实验证实，左西孟坦对TnC的亲和力有明显的Ca2+依赖性，即在较低Ca2+浓度时增敏作用减弱，因此它对舒张功能无明显影响(22)。此外，左西孟坦有PDE抑制作用。有报道称它在低浓度以钙增敏作用为主，而高浓度时PDE抑制作用增强。同时它还有激活三磷酸腺苷敏感钾通道(KATP)的作用，这可能在缺血-再灌注等损伤时对心肌有保护作用。对严重心衰患者，短期给左西孟坦静脉输注有明显改善血流动力学指标的作用。它还被用作急性心衰的注射剂，但对口服治疗慢性心衰的效果尚无临床试验证实。
3.3 匹莫苯丹：匹莫苯丹同时具有Ⅰ型钙增敏剂和PDE抑制剂的作用。它的作用机制主要是增加肌丝的钙敏感性(9)，并且也有PDE抑制剂的作用和延长动作电位时间的作用。目前日本已将其用于临床治疗心衰。体外实验发现，它能直接降低细肌丝对(Ca2+)i反应的阈值，引起肌动蛋白滑动导致收缩。但是，在同样浓度下，它的钙增敏和磷酸二酯酶抑制作用同时存在(23)。匹莫苯丹在动物模型和慢性心衰患者是有效的，口服低剂量的匹莫苯丹对充血性心衰和特发性扩张型心肌病有较好的短期改善舒缩功能作用。然而，临床试验的证据仍然有限，其安全性需要进一步验证。
, 百拇医药
3.4 其他：EMD 57033、CGP 48506及 Org 30029等药物的钙增敏作用均已得到证实，但具体机制尚待进一步研究。EMD 57033是一种消旋噻二嗪类衍生物EMD 53998的(+)异构体，有着突出的钙增敏作用。体外实验发现EMD 57033可促进肌动蛋白在粗肌丝的运动，而研究从肌原纤维中提取的肌钙蛋白C时发现，EMD 53998激活肌纤维ATP酶活性，推测EMD 57033可能直接作用于肌动蛋白-肌球蛋白的结合处(10,24)，属于Ⅲ型钙增敏剂。CGP 48506是一种单纯的钙增敏剂，有报道称其PDE抑制作用最低(10，24)。它可能通过改善肌丝协同运动来影响横桥的运动(24)。在对fura 2标记心室肌细胞的研究发现，CGP 48506能增加细胞收缩，使Triton蜕膜豚鼠右心室肌纤维的pCa-张力曲线左移。Org 30029可引起大鼠蜕膜心肌纤维pCa-张力曲线向左上移动(11)。它的增敏强心作用非常明显，在钙敏感光蛋白标记犬心室肌的研究中，carbachol存在下，Org 30029正性肌力作用是异丙肾上腺素最大效力的120%。但发现它可能对心衰患者的心肌舒张功能有损害，临床应用的前景值得商榷。
, 百拇医药
4 新型钙增敏剂的应用前景传统强心药会加重心肌细胞钙超载而导致心律失常甚至加重损伤，这极大限制了它的应用，因此急切需要寻找新型的、完全不同于传统强心药作用机制的强心药。有人提出理想强心药应具有以下特性(25):①有正性肌力作用但不引起钙超载；②舒张血管,减轻心脏后负荷；③无变时性作用，不影响心律；④口服有效、治疗宽度大、无耐药现象；⑤理想的心肌松弛作用等。多数钙增敏剂具备上述大部分条件，因此研究和开发这类新型强心药成为当前的热门研究课题。左西孟坦和匹莫苯丹已在临床试用治疗心衰，有着良好的发展前景。在钙增敏剂应用的新领域——抗休克治疗方面，研究已证实其良好的治疗效果。无论是对内毒素休克还是失血性休克，MCI-154都有改善心功能、提高动物存活率等作用。其在心脏的作用机制已初步阐明，目前需要进一步研究的是它在休克后血管中的调节作用及机制。可见钙增敏剂用于休克治疗完全可行，且有良好的应用前景。MCI-154既是一种理想的强心药，也是一种有希望的抗休克治疗药物，除了进一步深入探讨其对心肌的作用机制外，应当深入探讨其对血管的作用机制，为其临床应用提供一定理论基础和实验依据。
, 百拇医药
参考文献
1 Schramm M,Thomas G,Towart R, et al.Novel dihydropyridines with positive inotropic action through activation of Ca2+ channels(J).Nature,1983,303: 535-537.
2 Ishitani T,Hattori Y,Sakuraya F,et al.Effects of 2+sensitizers on contraction,(Ca2+)i transient and myofilament Ca2+sensitivity in diabetic rat myocardium: potential usefulness as inotropic agents(J).J Pharmacol Exp Ther,2001,298:613-622. 3 Li G,Martin A F,Solaro R J.Localization of regions of troponin Ⅰ important in deactivation of cardiac myofilaments by acidic pH(J).J Mol Cell Cardiol,2001,33: 1309-1320.
, 百拇医药
4 Endoh M.Changes in intracellular Ca2+mobilization and Ca2+sensitization as mechanisms of action of physiological interventions and inotropic agents in intact myocardial cells(J).Jpn Heart J,1998,39:1-44.
5 Mei J M,Hu D Y,Chen H S,et al.Effect of MCI-154,a calcium sensitizer,on calcium sensitivity of myocardial contractile system in endotoxemic rats(J).Acta Pharmacol Sin,2000,21:830-834.
6 朱彬，王正荣.肌球-肌动蛋白的相互作用及其在心肌病发病机制中的研究进展(J).中国危重病急救医学，2002，14：56-58
, 百拇医药
7 Foster D B,Noguchi T,VanBuren P, et al. C-terminal truncation of cardiac troponinⅠ causes divergent effects on ATPase and force:implications for the pathophysiology of myocardial stunning(J).Circ Res,2003,93:917-924.
8 Okafor C,Liao R,Perreault M C,et al.Mg-ATPase and Ca2+ activated myosin ATPase activity in ventricular myofibrils from non-failing and diseased human hearts-effects of calcium sensitizing agents MCI-154,DPI 201-106,and caffeine(J).Mol Cell Biochem,2003,245:77-89.
, 百拇医药
9 Lehmann A,Boldt J,Kirchner J.The role of Ca2+-sensitizers for the treatment of heart failure(J).Curr Opin Crit Care,2003,9:337-344.
10 Brixius K,Reicke S,Reuter H, et al.Effects of the Ca2+sensitizers EMD 57033 and CGP 48506 on myocardial contractility and Ca2+ transients in human ventricular and atrial myocardium(J).Z Kardiol,2002,91:312-318.
11 Stamm C,Friehs I,Cowan D B, et al.Dopa mine treatment of postischemic contractile dysfunction rapidly induces calcium-dependent pro-apoptotic signaling(J).Circulation,2002,106(12 Suppl 1):I290-I298.
, 百拇医药
12 殷作明.失血性休克时心肌细胞钙失敏及钙增敏剂的研究进展(J).创伤外科杂志,1999,1:117-121.
13 Mei J M,Hu D Y,Chen H S,et al.Effect of MCI-154,a calcium sensitizer on calcium sensitivity of myocardial fibers in endotoxic shock rats(J).Shock,2000,14:652-656.
14 殷作明，胡德耀，刘良明.新型钙增敏剂哒嗪酮对低血容量性休克大鼠肝脏结构与功能的影响(J).中国危重病急救医学，1999，11：354-357
15 梅建民,胡德耀,陈惠孙,等.钙增敏剂MCI-154对内毒素休克大鼠左心室肌原纤维ATP酶活性的影响(J).第三军医大学学报,2000,22:557-560.
, 百拇医药
16 Korvald C,Nordhaug D O,Steensrud T,et al.Vasodilation and mechanoenergetic inefficiency dominates the effect of the “Ca2+-sensitizer” MCI-154 in intact pigs(J).Scand Cardiovasc J,2002,36:172-179.
17 Hikaru H,Guifa C,Hideharu O,et al.Electrophysiological comparison of the effects of MCI-154 on smooth muscles between mesenteric artery and vein of dogs(J).General Pharmacology:The Vascular System,1993,24:333-339.
, http://www.100md.com 18 Endoh M.Mechanisms of action of novel cardiotonic agents(J).J Cardiovasc Pharmacol,2002,40:323-338.
19 Kitada Y,Kobayashi M,Marimatsu A, et al. Potent stimulation of myofilament force and adenosine triphosphatase activity of cannie cardiac muscle through a direct enhancement of troponin C Ca2+binding by MCI-154,a novel cardiotonic agent(J).J Pharmacol Exp Ther,1989,250:272-277.
20 Onishi K,Sekioka K,Ishisu R,et al.MCI-154,a Ca2+ sensitizer,decreases the oxygen cost of contractility in isolated canine hearts(J).Am J Physiol,1997,273:H1688-1695.
, 百拇医药
21 Sorsa T,Pollesello P,Rosevear P R,et al. Stereoselective binding of levosimendan to cardiac troponin C causes Ca2+ sensitization(J).Eur J Pharmacol,2004,486:1-8.
22 Tsutsui H,Kinugawa S,Ide T, et al. Positive inotropic effects of calcium sensitizers on normal and failing cardiac myocytes(J).J Cardiovasc Pharmacol,2001,37:16-24.
23 Chin B S,Lip G Y.New pharmacological strategies for the treatment of heart failure(J).Curr Opin Investig Drugs,2001,2:923-928.
, 百拇医药
24 Brixius K,Mehlhorn U,Bloch W,et al.Different effect of the Ca2+ sensitizers EMD 57033 and CGP 48506 on cross-bridge cycling in human myocardium(J).J Pharmacol Exp Ther,2000,295:1284-1290.
25 Sugawara H,Endoh M.A novel cardiotonic agent SCH 00013 acts as a Ca2+ sensitizer with no chronotropic activity in mammalian cardiac muscle(J).J Pharmacol Exp Ther,1998,287:214-222
作者单位：400042 重庆，第三军医大学大坪医院野战外科研究所二室
作者简介：杨光明(1979-)，男(汉族)，四川省广元市人，医学硕士。, 百拇医药