体外循环中心肌缺血再灌注损伤与细胞凋亡研究(1)
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摘要：随着体外循环在心内直视手术中的广泛应用，由此引起的心肌缺血再灌注损伤引起人们的普遍关注。近年研究表明，缺血再灌注损伤引起的心肌细胞死亡有两种机制，即坏死和凋亡，并且凋亡是重要原因。如何减少心肌细胞凋亡已成为心肌保护的研究热点。综述缺血再灌注损伤引起心肌细胞凋亡的证据、可能的相关机制、参与调节的相关基因分子和信号转导、以及初步阐述目前减少心肌凋亡的方法。
关键词：体外循环心肌缺血再灌注损伤细胞凋亡
【中图分类号】R4【文献标识码】A【文章编号】1008-1879(2012)10-0006-02
心内直视手术中为了获得安静无血的手术野，需要暂时阻断冠状动脉循环血流。心肌在第一次阻断冠状动脉灌注，其缺血缺氧期细胞内的生化反应及超微结构改变并不十分明显。当重新恢复冠状动脉血流后，则可出现严重的病理性心肌细胞损害和顽固性心律失常，心肌肥厚或术前存在冠状动脉供血不足的患者更为明显。这种在缺血期心肌改变不明显，而在重新灌注后才充分表现出来的心肌损害称之为体外循环的“心肌缺血再灌注损伤”。随着分子生物学研究的迅猛发展，人们发现凋亡是引起心肌缺血再灌注的重要原因[1]。心肌再灌注虽然恢复了血流但同时也可能加速了受损心肌细胞的凋亡过程。故细胞凋亡在心肌缺血再灌注损伤的病理过程中发挥着重要作用。
1细胞凋亡
1.1细胞凋亡的概念。1972年，澳大利亚的病理学家Kerr等首次从形态学上描述了这种不同于坏死的细胞死亡方式，现在分子生物学将其定义为在一定生理或病理条件下，遵循自身程序，自己结束生命的过程。又称程序性细胞死亡，即在一定时间内，细胞按一定的程序发生死亡，这种死亡具有严格的基因时控性和选择性。
1.2细胞凋亡的特征。形态学改变首先表现为细胞核的一系列变化，如染色质断裂、聚集，进而固缩、核膜崩解、细胞胞质空泡变，最后包膜突出，形成凋亡小体。生化改变，主要表现为基因组DNA有规律的片段化断裂及蛋白质的不可逆性降解。凋亡细胞在琼脂糖凝胶电泳上显示出典型DNA“梯状”条带，目前认为，这是判断细胞发生凋亡的主要标志[2]。
2细胞凋亡在心肌缺血再灌注损伤中的存在依据
1944年，Gottlieb等首先在兔心脏上发现再灌注损伤促进了细胞凋亡。Fliss等[3]采用原位末端标记和琼脂糖凝胶电泳证实，缺血再灌注损伤的大鼠有典型的凋亡形态学改变和DNA梯状电泳改变，即再灌注损伤可导致心肌细胞凋亡。姚震等[4]以缺血30-60min后再灌注时损伤明显，说明心肌细胞凋亡的发生率与此前心肌缺血时间长短有关。
3细胞凋亡在心肌缺血再灌注损伤中的发生机制
3.1氧自由基学说。心肌缺血再灌注时可产生大量的氧自由基。氧自由基(OFR)增高明显，生物膜脂质过氧化，蛋白质变性以及合成障碍，线粒体损伤，组织水肿，酶受体和离子通道活性及结构改变，从而造成心肌损伤。细胞内产生的活性氧可通过多途径诱致细胞凋亡，即可直接损伤DNA诱导凋亡，还可通过细胞膜诱发脂质过氧化来影响细胞信号转导系统，激发相关调控基因导致凋亡，其中线粒体起着重要的作用。
3.2钙超载。缺血再灌注损伤时引起的钙超载也是心肌细胞凋亡的重要机制之一。①钙超载可激活钙依赖性核酸内切酶，降解DNA链；②钙超载可直接调节某些钙敏感蛋白酶活性；③钙可激活蛋白激酶C，激发或促进细胞凋亡；④线粒体内大量Ca2+聚集，引起线粒体内膜上的通透性转换孔开放，释放细胞色素C入胞质内，进一步激活Caspase诱致细胞凋亡。事实上，细胞内钙超载及氧自由基的过量表达是同一病理过程中的两种不同现象，且互为因果关系[5]。
3.3细胞因子与粘附分子大量表达。细胞因子是体内白细胞及其它不同的细胞分泌的一类小分子水溶性蛋白质，具有多种细胞调节活性。在心肌缺血再灌注损伤中，活化的巨噬细胞、肥大细胞、中性粒细胞以及心肌细胞本身可产生大量的细胞因子与粘附分子。细胞因子不仅可促进心肌炎症，而且还可与粘附分子相互作用而加重心肌细胞凋亡。白细胞介素-1，6，8(L-1；L-6；L-8)和肿瘤坏死因子(TNF)都参与了心肌缺血再灌注损伤。
4心肌缺血再灌注损伤时细胞凋亡的基因调控
4.1Bcl-2基因。Bcl-2是一种原癌基因，具有促进细胞生存、抗凋亡作用，目前已经发现的Bcl-2蛋白家族按功能可分为两类，一类是像Bcl-2一样具有抑制凋亡作用，如哺乳动物的Bcl-X1、Bcl-W、Mcl-1、A1、线虫Ced-9等，而另一类具有促进凋亡作用，如Bax、Bcl-Xs、Bak、Bad等。大多认为其抗凋亡作用与Bcl-2的细胞内抗氧化作用及抑制钙离子的跨膜运动有关。在细胞凋亡时Bcl-2的表达减少。
4.2P53基因。通过Bax/Bcl-2，Fas/Apol，IGF-Bp3等蛋白，P53可完成对细胞凋亡的调控作用。P53可以上调Bax的表达水平，以及下调Bcl-2的表达共同完成促进细胞凋亡的作用。P53还可以通过死亡受体蛋白途径诱导凋亡，有学者认为P53还可直接刺激线粒体释放高毒性的氧自由基来引发凋亡。
4.3半胱氨酸蛋白酶。Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的Ced-3，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解 ......
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