心肌细胞凋亡.docx

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1、 心肌细胞凋亡 摘要：缺血导致的心肌梗死发病过程中伴随着心肌细胞凋亡。探讨表明，抑制或削减心肌细胞凋亡能阻挡心肌梗死后心室重构和改善心功能。本文综述了细胞凋亡存在于心肌梗死的依据、相关的凋亡调控因子及其信号转导途径，以及削减心肌细胞凋亡的治疗方法，主要包括基因治疗、干细胞移植、自然产物活性成分治疗和联合治疗。 关键词：细胞凋亡；心肌缺血；心肌梗死 中图分类号：R542.2文献标识码：A文章编号：1672-979X(2009)01-0058-05 Progress on Cardiocyte Apoptosis and Myocardial Infarction HAO Yan-jie, WAN

2、G Yuan-shu, XIE Yan-ying, MU Yan-ling ( Institute of Materia medica, Shandong Academy of Medical Sciences, Jinan 250062, China ) Abstract：Cardiomyocyte apoptosis has been associated with the pathogenesis of myocardial infarction induced by ischemia. Many studies have shown that inhibiting or attenua

3、ting cardiomyocyte apoptosis can prevent ventricular remodeling after myocardial infarction and improve cardiac function. The article reviews the evidence of apoptosis in myocardial infarction, related regulating molecules and signal transduction pathway, and also reviews the therapies for reducing

4、cardiomyocyte apoptosis including gene therapy, stem cell transplantation, the active components of natural product and the therapeutic alliance. Key words：apoptosis; myocardial ischemia; myocardial infarction 细胞凋亡是细胞在正常生理或病理状态下发生的一种自发的、程序化的死亡过程。细胞凋亡发生时呈现独特的形态学和生物化学特征，表现为细胞膜完整，细胞器形态变更较轻，细胞核固缩、断裂，最终形

5、成凋亡小体并被巨噬细胞等清除。而且，凋亡细胞基因组的裂解产物在琼脂糖凝胶电泳图谱上呈现典型的DNA 梯带（ladder）。心肌缺血可引起缺血区及缺血边缘区心肌细胞死亡，随后可发展为心肌梗死（myocardial infarction，MI），进一步加剧心肌细胞死亡，最终可导致心衰发生。近年的探讨显示，细胞凋亡参加MI心肌细胞的死亡，并在心室重构、心功能变更过程中起关键作用1,2。现将心肌细胞凋亡与梗死的探讨进展综述如下。 1心肌细胞凋亡存在于MI中的依据 心肌细胞凋亡是缺血所致MI心肌细胞死亡的途径之一。Chen等3发觉，缺血导致的大鼠MI模型3 d后通过原位末端脱氧核苷酸转移酶介导的切口末端

6、标记法（TUNEL）和DNA laddering检测，梗死边缘区（离梗死区约500 m）心肌细胞凋亡指数明显增高。Gu等4在心肌缺血诱发的MI动物模型中发觉，与远离梗死区相比，梗死边缘区存在不规则形态的心肌细胞及大量的凋亡细胞核。Baldi等5报道，在人类急性心肌梗死（AMI）晚期的尸解中，心肌细胞凋亡仍旧特别活跃，而且远离梗死区细胞凋亡指数（0.7 %）远远低于梗死区（25.4 %）。表明细胞凋亡主要存在于梗死区及梗死边缘区。也有探讨发觉，早期MI患者远离梗死区凋亡细胞数量仍旧可观，但心肌细胞凋亡不能作为MI的诊断标记6。 2心肌细胞凋亡与梗死后心室重构 MI发生时引起心肌细胞丢失以及细胞外

7、基质的一系列改变，导致心室重构的发生。心肌细胞凋亡与心室重构关系亲密，抑制心肌细胞凋亡有利于改善心室功能。探讨发觉，通过药物抑制心肌细胞凋亡可提高左心室射血分数，削减左心室舒张末期内径，改善心功能4。Sinagra等7探讨发觉，MI后由细胞凋亡引起的细胞丢失导致左心室舒张功能障碍，这可能是心室功能恶化的缘由之一。Abbate等8最近发觉，在两个不同的试验动物模型中，MI 24 h之内通过抑制心肌细胞凋亡能显著改善心室重构过程。Diwan等9探讨了敲除鼠心脏促凋亡基因Bnip3的MI模型发觉，2 d后梗死边缘区及远离梗死区的心肌细胞凋亡削减，3周后显示出改善左心室收缩及抑制左心室扩张的功能，证明

8、Bnip3是MI后心室重构的主要确定性因子。此外，AMI后远离梗死区的左心室正常区域，心肌细胞凋亡明显增加，通过抑制此区域的心肌细胞凋亡能够逆转AMI后的不利反应，起到爱护左心室功能的作用10。 3与MI有关的凋亡调控因子 心肌细胞凋亡受多种蛋白质、基因、生长因子的调控，Bcl-2家族是迄今探讨最深化的凋亡调控因子之一，其促凋亡蛋白与抗凋亡蛋白的比值在确定细胞存亡上起关键作用。p53在调控心肌细胞凋亡上同样起重要作用。探讨表明，通过药物预处理能明显抑制试验性AMI大鼠心肌细胞中p53及Bax、Fas的表达，Bcl-2表达则增加，明显削减了心肌细胞凋亡2。人类血液中还存在可溶性Fas（sFas）

9、和FasL（sFasL），前者通过抑制Fas与细胞膜上的FasL结合阻断细胞凋亡，后者可诱导细胞凋亡。Soeki等11探讨发觉，在AMI后1 d血浆sFas浓度显著增加，14 d后浓度削减，而sFasL浓度无明显改变，表明AMI早期，机体自身sFas浓度增加抑制心肌细胞凋亡；随着时间推移，sFas浓度削减，细胞凋亡加剧。该探讨还发觉，心室重构患者的sFasL浓度于AMI 后14 d及21 d高于无心室重构患者，表明MI晚期发生心室重构患者的心肌细胞凋亡增多，sFasL起了诱导作用。 hsp70是热休克蛋白家族（hsps）在心肌细胞爱护中探讨最成熟的成员之一1。Dybdah l等12探讨了28例

10、AMI患者发觉，血液中hsp70、C反应蛋白（C reactive protein，CRP）及白介素-6（IL-6）显著增加，hsp70峰值浓度与心脏肌钙蛋白T及心肌肌酸激酶同工酶的峰值浓度相关。而且，AMI后1 d左心室射血分数与hsp70浓度呈负相关，表明hsp70浓度可能与梗死面积有关。一些生长因子也参加心肌细胞凋亡的发生，Davis等13在大鼠MI模型中通过生物素化的那诺芬使胰岛素样生长因子-1（IGF-1）持续释放28 d，与仅有那诺芬的组比较，Akt活性增 强，caspase-3削减28 %。 4心肌细胞凋亡的信号转导途径 心肌细胞凋亡信号转导途径中死亡受体途径与线粒体途径探讨最为

11、成熟。最近发觉，阻断AT1受体能够明显削减Fas表达，从而抑制Fas/FasL介导的心肌细胞凋亡14。肿瘤坏死因子（TNF-）也能通过与Fas/FasL相同的途径诱导心肌细胞凋亡。Sun等15在敲除小鼠TNF-MI的模型中发觉，与正常小鼠相比远离梗死区及无梗死心肌中细胞凋亡数特别少。线粒体在细胞凋亡过程中起着主开关作用。细胞色素c（cytochrome C，Cyt c）释放到胞浆中后与凋亡活化因子-1、caspase-9分子形成凋亡体。凋亡体活化caspase-9，激活下游caspase分子，如caspase-3等，最终诱导凋亡发生。探讨证明，抑制凋亡体形成的同时伴随caspase-9和-3失

12、活能抑制心肌细胞凋亡16。此外，Bcl-2家族可调整线粒体途径中Cyt c释放，通过抑制Bax通道活化能抑制Cyt c释放，从而抑制细胞凋亡17。 Akt在调整心肌细胞生长及存活中起重要作用，激活其途径能抑制心肌细胞凋亡3。Akt又称磷酸激酶B，是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括Akt1、Akt2、Akt3 3个亚型。其中Akt1和Akt2有抑制心肌细胞凋亡的作用3,4。Akt激活后可使促凋亡因子Bad、caspase-9磷酸化及上调p53的负向调整蛋白，阻断以上因子介导的凋亡途径。探讨发觉，三碘甲状腺原氨酸能明显诱导MI边缘区Akt自身Ser473磷酸化，削减此区域心肌细胞凋亡，而且MI后正

13、常区Akt2有稍微表达但与模型组相比差异显著，其意义有待进一步探讨3。最近丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径在心肌细胞凋亡中的作用日益受到关注。MAPK有3个主要亚家族：细胞外信号调整激酶（ERK），c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38 MAPK。其中p38 MAPK在心肌缺血后细胞凋亡的信号转导途径中起中枢作用，通过抑制p38 MAPK能明显上调Bcl-2蛋白表达18。 5MI心肌细胞凋亡的防治 5.1基因治疗 在包含人类A20基因的转基因小鼠MI模型中发觉，心脏特异性过表达人类A20基因可阻断IB激酶和p65活性，抑制NF-B信号通路，削减caspase-3、-9及Cyt c和其次线粒

14、体来源的半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶激活剂（Smac）的释放，抑制心肌细胞凋亡。进一步探讨发觉，A20能够增加抗凋亡蛋白Bcl-2、X染色体凋亡蛋白抑制剂（XIAP）、细胞型Fas相关死亡域样白介素-1转换酶抑制蛋白（cFLIP）表达，削减促凋亡蛋白Fas、FasL、Bax表达，明显缩当心肌梗死面积，阻挡左心室功能障碍和重构，延迟随后心衰的发生19。Rong等20在移植人生长激素（hGH）基因的大鼠心肌缺血模型中发觉，缺血4周后GH可下调Bax表达，Bcl-2/Bax比率增加，心肌细胞凋亡被抑制；而且，左心室舒张末期内径和梗死面积明显减小，心功能明显改善，这可能与血中IGF-1浓度上升、脑钠素水

15、平明显降低有关。探讨表明，p38 MAPK激活可诱导心肌细胞凋亡。MAPK磷酸化酶-1(MKP-1)可使p38 MAPK去磷酸化而钝化，心肌缺血MKP-1转基因小鼠中，MKP-1过度表达明显抑制p38 MAPK活性，从而明显减轻梗死损伤程度18。还有探讨发觉，MI早期通过局部p38基因转移增加p38 MAPK活性，同时增加血管发生相关因子表达，明显降低心肌细胞凋亡指数和减当心肌梗死面积，改善MI后心室重构21。 5.2干细胞移植治疗 干细胞移植为目前治疗缺血性心脏病的热点之一。由于胚胎干细胞的探讨受到伦理道德及取材困难等因素的影响，探讨者把更多的希望寄予成体干细胞。目前用于心肌细胞探讨的成体干

16、细胞主要有骨髓干细胞、骨髓间充质干细胞、内皮祖细胞、骨骼肌干细胞等。Uemura等22在鼠心肌缺血导致的MI模型中发觉，骨髓干细胞（BMSC）治疗组心肌细胞Akt活性增加，TUNEL阳性细胞明显削减。BMSC预处理组可通过旁分泌途径抑制心肌细胞凋亡，明显缩减梗死面积，提高左心室射血分数，减轻MI后左心室重构。Berry等23将骨髓间充质干细胞（MSC）干脆注入MI大鼠梗死区及边缘区，表现为TUNEL阳性细胞削减，梗死面积减小，心肌收缩和舒张功能改善。虽然干细胞改善缺血心肌功能的机制尚不明确，其治疗结果尚有争议，但多数探讨表明干细胞治疗缺血性心脏病平安有效，其最终疗效需进一步进行大样本、随机双盲

17、、多中心临床探讨后才能确定。 5.3自然产物活性成分治疗 自然产物中很多活性成分具有良好的抗心肌细胞凋亡的作用，这些成分主要集中于生物碱、苷类、萜类和黄酮类等化合物中。羟基积雪草苷（madecassoside, MA）是积雪草中的一种主要萜类化合物，经MA预处理的缺血所致的大鼠MI模型中乳酸脱氢酶、肌酸磷酸激酶释放削减，超氧化物歧化酶活性增加，丙二醛浓度及CRP活性显著降低，心肌细胞凋亡减轻，心肌梗死面积缩小24。Ling等25探讨发觉，四方蒿总黄酮通过调整Bcl-2家族（Bcl-2表达增加，Bax表达降低）抑制心肌细胞凋亡，缩减心肌梗死面积。绿茶的主要活性成分是表没食子儿茶精没食子酸酯(-)

18、-epigallocatechin-3-gallat, EGCG，Townsend等26探讨发觉，EGCG可通过抑制信号传导与转录活化因子-1（STAT-1）磷酸化，削减离体大鼠心脏中缺血诱导的心肌细胞凋亡，缩减心肌梗死面积，改善心功能。培育的乳鼠心肌细胞，经EGCG预处理后同样能够抑制STAT-1自身酪氨酸701和丝氨酸727磷酸化，明显削减缺血诱导的Fas受体表达，降低caspase-3活性，抑制心肌缺血损伤诱导的心肌细胞凋亡。从苦苣中提取的单体木犀草素-7-O-D-葡糖苷可明显削减缺氧培育的乳鼠心肌细胞凋亡，削减凋亡小体数27。大鼠心肌缺血再灌注损伤可诱导血浆IL-6过表达。从白花前胡中

19、提取的白花前胡素能够显著降低血浆IL-6浓度，明显削减Fax、Bax、Bcl-2表达，但Bcl-2/Bax比值增加，抑制缺血心肌细胞死亡28。Wang等29发觉，白花前胡素能显著抑制细胞核中NF-B活性，导致细胞质中TNF-表达下调，同时缓解中性粒细胞渗入及降低肌酸激酶的释放。显示白花前胡素用于预防和治疗缺血性心脏病具有光明的前景，可能将作为一种新的药物靶点用于临床治疗。 5.4联合治疗 随着对MI心肌细胞凋亡的深化探讨，大量药物治疗可以削减心肌细胞凋亡，改善MI后心功能。探讨发觉，MI发生时一些炎症因子参加其中12,28，通过探讨炎症因子与细胞凋亡的关系，抗炎类药物可能会成为今后抑制MI心肌

20、细胞凋亡的重要策略之一。此外，血管惊慌素转化酶抑制剂（ACEI）、受体阻滞剂（BB）、他汀类药物等都显示出肯定的疗效。最近探讨发觉，药物和治疗方法联合运用的疗效优于单独运用其中任一方法。Boyle等30在缺血诱发的MI裸大鼠中分别通过ACEI和BB治疗、内皮祖细胞移植（EPC）治疗、EPC和ACEI/BB治疗，结果表明，ACEI和BB治疗组的局部远离梗死区心肌纤维化削减75 %，EPC治疗组通过诱导梗死边缘区血管形成而阻抑此区域81 %的心肌细胞凋亡，EPC联合ACEI/BB改善左心室功能的效果优于单独运用其中任一方法。Li等31向MI大鼠心肌内干脆注射bcl-2基因修饰的MSC与单独MSC移

21、植相比，心肌细胞存活率明显上升，梗死面积削减17 %，心功能复原显著。因此，联合治疗可能成为防治心肌细胞凋亡和梗死的一种新奇有效的方法。 6小结 心肌缺血可导致心肌梗死。国内外针对缺血引起的心肌梗死中细胞凋亡的探讨日益深化，并进一步明确参加心肌细胞凋亡的相关因子，为此研发的一系列治疗方法及药物已经或即将用于临床。但基因治疗中载体的选择、基因表达的调控等问题尚未解决，干细胞移植治疗尚缺乏大量随机双盲的临床证据，联合治疗则显示了更佳的疗效。此外，因自然产物资源丰富、疗效独特已引起广泛关注，从自然产物中找寻有效的活性成分抑制心肌细胞凋亡将成为防治MI极具潜力的途径之一。 参考文献 1Gill C,

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