研究背景
1960年Jennings等第一次提出心肌缺血再灌注損傷的概念
,證實再灌注會引起心肌超微結構不可逆壞死
,並逐漸引起醫學界的高度重視
。缺血心肌恢複再灌注後
,病情反而惡化
,引起超微結構
、功能
、代謝及電生理方麵發生進一步的損傷
,是由於在缺血損傷的基礎上再次引起的損傷
,因此稱為缺血再灌注損傷(ischemia
reperfusion
injury
,IRI)
。臨床上表現為閉塞的冠狀動脈再通
、梗死區血液灌流重建後一段時間內
,有的病例發生血壓驟降
、心功能不全
、心律失常甚至猝死等一係列病情反而惡化的現象
。因此
,IRI的發生機製與防治越來越引起人們的關注
,並一直試圖尋找能對IRI產生確切保護作用的藥物
。
目前
,缺血再灌注損傷發生的機製尚未完全闡明
,研究表明自由基
、鈣超載
、心肌纖維能量代謝障礙
、中性粒細胞
、血管內皮細胞
、細胞黏附分子與細胞凋亡等均可能參與缺血再灌注損傷(如下圖所示)
。1)氧自由基(FR)生成
:再灌注時產生的大量氧自由基不能被清除
,它可與各種細胞成分
,如膜磷脂
、蛋白質
、核酸等發生反應
,造成細胞結構損傷和功能代謝障礙
。冉擘力等從細胞水平證明早期產生的氧自由基能誘導延遲保護作用產生
,其機製可能是通過早期氧化反應一方麵改變SOD形態結構而提高酶的活性
,誘導延遲相SOD合成增加
,另一方麵誘導熱休克蛋白信使核糖核酸轉錄和持續合成
,保護心肌細胞對抗細胞外氧自由基的損傷
;一氧化氮合酶(NOS)產生的一氧化氮能有效對抗氧自由基的損害
,延遲期心肌NOS活性增加
。2)鈣超載
:生理狀態下
,胞漿內鈣濃度約為10-7mol/L,而細胞外及胞漿內的鈣儲存係統(如內質網和線粒體)中鈣濃度為10-3mol/L
。但是再灌注後
,鈣離子向線粒體轉移
,導致線粒體功能障礙
;鈣離子濃度升高
,可激活多種酶(如激活膜磷脂酶A2)
,同時促使心肌纖維過度收縮
;通過Na+
/Ca2
+交換形成一過性內向電流
,在心肌動作電位後形成延遲後除極
,這是引起心律失常的原因之一
。另外
,它還促進ATP分解
,使能量急劇減少等
。3)微血管損傷和白細胞激活
:正常情況下
,中性粒細胞與血管內皮細胞的相互作用受內皮細胞上的陰性糖苷及內皮細胞產生的眾多抗炎因子的抑製
,中性粒細胞處於靜止狀態
。缺血時
,激活的中性粒細胞與血管內皮細胞發生固定粘附
,導致微血管機械阻塞
,並可釋放出大量的炎性介質
,不但可改變自身的結構和功能
,而且使周圍組織細胞受到損傷
,發生無複流現象
,致使細胞發生不可逆性損傷和壞死
,即再灌流性心肌損傷
。
心肌缺血再灌注損傷的防治包括
:清除自由基
,“缺血後適應”處理
,抑製Na+/H+
、Na+
/Ca2+離子間的交換
,應用腺苷受體激動劑
、鎂
、他汀類
、血管緊張素受體拮抗劑等藥物
。1)抗氧化治療
:自由基在許多疾病的發生
、發展過程中扮演著重要的角色
,因此自由基清除劑對疾病的控製顯得尤為重要
。然而
,盡管有大量關於抗氧化劑的動物實驗研究
,對於臨床上缺血再灌注損傷性疾病卻沒有常規應用
,這並不是因為缺乏臨床研究
。離體鼠心髒缺血再灌注實驗證明
,同時應用超氧化物歧化酶
、過氧化氫酶能明顯減少心肌細胞凋亡
,盡管理論與科學實驗證明自由基清除劑或抗氧化劑的聯合應用有效
,但迄今為止
,這些藥物的聯合應用在臨床上尚未廣泛開展
,有待進一步的研究和驗證。2)減輕鈣超載
:許多研究表明運用鈉氫交換阻斷劑和鈉鈣交換阻斷劑進行藥物預適應可以影響心肌缺血再灌注損傷的後果
。3)缺血預處理(IPC)和藥物預處理(PPC)
:心肌預處理是一種普遍和有力的抗缺血再灌注損傷的內源性保護機製
,適當的藥物預處理可有效調動該保護機製
。近年來無數的動物模型均證實IPC能減小心肌梗死的範圍
,增加心肌收縮力及防止再灌注心律失常等
。藥物預處理(PPC)是根據IPC機製
,通過藥物激發或模擬機體內源性物質而呈現減弱MIRI的方法
。其研究方法也是通過模擬IPC建立起來的
。
研究模型
研究心肌缺氧複氧損傷及藥物的幹預作用,動物模型是不可缺少的
。目前常用的造成心肌缺血再灌注整體動物模型的方法主要是冠狀動脈結紮法
。但由於動物個體的差異性
、手術操作的不穩定性等因素造成了這種方法所製模型缺乏一定的穩定性
,直接影響對藥物幹預作用的觀察
。體外培養心肌細胞
,選擇搏動規律
、生長良好的細胞進行實驗
,造成心肌細胞缺氧/複氧病理模型
,不僅避免了體內神經
、體液的影響
,而且也避免了整體動物模型的不穩定性
,加強了模型的均一性
,是篩選防止缺血性心髒病有效藥物的良好體外病理模型
。
南宮娛樂已經掌握了原代心肌細胞分離及培養的技術
:取出生3天以內的SD大鼠乳鼠
,酒精消毒
,用眼科剪在胸骨角上2肋剪開胸腔,輕擠胸腔
,擠出心髒
,用鑷子取心髒
,將取下的心髒剪碎
,用胰酶少量多次消化組織塊
,采用物理和化學方法去除成纖維細胞
,純化心肌細胞
;用含15%FBS的DMEM培養基接種
,在二氧化碳培養箱中培養
。相差顯微鏡下觀察剛提取的心肌細胞為球形
、透亮
、有立體感
。12小時之後細胞基本貼壁
,細胞逐漸伸出偽足
,細胞之間逐漸建立聯係
;48小時細胞逐漸出現跳動
。利用免疫熒光的方法檢測提取細胞中cTNT表達
。原代心肌細胞的觀察如下圖所示
。
南宮娛樂已經建立了心肌細胞缺氧複氧損傷模型
,根據造成缺氧的原理可分為物理方法和化學方法
。物理性缺氧法
,即是將培養的心肌細胞
,洗淨舊培養基
,給予預先排除氧氣的無糖培養基
,置密閉盒中持續通以95%N2+5%CO2混合氣
,通氣15分鍾後
,密閉缺氧盒
;4小時後打開缺氧盒
,取出培養板
,換為DMEM培養基繼續培養。化學性缺氧法
,即是在培養基質中加入化學物質
,導致培養細胞缺氧的方法
。常用的化學物質主要有氯化鈷和連二亞硫酸鈉
。同時
,南宮娛樂選擇合適的檢測指標來評估和調整相關參數(如細胞密度
、藥物濃度
、藥物處理時間等)
。根據目的不同
,所選擇的指標也不同
,如反映細胞狀態可直接在顯微鏡下觀察,反映細胞活力可以用MTT法直接檢測
,反映細胞破損可用試劑盒檢測細胞上清中的LDH或細胞內的MDA
,反映細胞凋亡可用熒光染料檢測
。下圖顯示的是
,利用JC-1染料評價心肌細胞線粒體膜電勢在缺氧複氧損傷時的變化(LC代表某種藥物)
。
研究案例
目的
:闡明PJ-34對心肌缺血再灌注損傷的保護作用
結論:PJ-34後處理顯著改善了心肌的缺血再灌注損傷
;PJ-34通過抑製AMPK激活而減輕細胞的氧化應激損傷
路線
:
-
應用Langendorff離體心髒灌流係統構建大鼠全心缺血再灌注模型
,並給以PJ-34後處理
,觀察其對缺血再灌注損傷的心肌是否具有保護作用
-
以外源性H2O2短時間刺激心肌細胞來構建心肌細胞的急性氧化應激損傷模型
。研究PJ-34預處理對於H2O2誘導的心肌細胞損傷的保護作用
,包括
:提高細胞活性
,改善線粒體功能
,抑製凋亡相關蛋白激活
-
研究PARP-1/AMPK通路在H2O2誘導的心肌細胞氧化應激損傷中的作用
。PARP-1和AMPK的抑製都可以減輕損傷,而AMPK激活劑AICAR則可以部分逆轉PJ-34的有益作用
-
探討細胞內PARP-1和AMPK兩者之間的相互關係
。外源性的活性蛋白PARP-1被轉染進入細胞後
,細胞內PARP-1和AMPK兩種蛋白的表達和活性都增高
,而免疫共沉澱實驗也證明AMPK的激活與PARP-1的表達和活性直接正相關
核心文獻
-
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