心力衰竭与心肌细胞凋亡关系的研究进展

【关键词】 心力衰竭;心肌细胞;凋亡;关系

心力衰竭(心衰)是各种心脏病发展的终末阶段。心衰的发生促进心肌细胞的凋亡,凋亡同时又加速心衰进展。现将凋亡的机制、触发因素,心衰过程的细胞凋亡和抗凋亡治疗心衰的研究近况加以简述。

1 细胞凋亡

细胞凋亡是细胞生命的基本特征之一,是体内外因素触发的、受机体严密调控的细胞“自杀”现象,又称程序性细胞死亡(Programmed Cell Death,PCD)。凋亡是心肌细胞DNA裂解和坏死的序曲,并引起心肌细胞收缩功能障碍。近年来研究发现,细胞凋亡过程涉及到多种心血管疾病[1]

1.1 凋亡分为三个阶段:诱导期、效应期、降解期。

1.1.1 诱导期 在心衰发展过程中,机械性牵张、血管紧张素II(ATII)、去甲肾上腺素(NA)、病毒、细菌毒素、氧自由基(包括NO)、细胞因子(如TNF2A)、低氧、钙超载、生长因子等均可诱导并触发凋亡,从而进入效应期.

1.1.2 效应期 影响核内相关基因的表达,如bcl-2、P53、ras、c-myc、c-fas。bcl-2是细胞凋亡抑制基因,对细胞凋亡有直接调节作用。bcl-2家族是一种细胞内膜蛋。该家族分为抗凋亡和诱导凋亡两种蛋白。抗凋亡的蛋白有Bcl-2 and Bcl-xL,而Bax and Bak则诱导凋亡。在持续压力超负荷所致心力衰竭的全过程,bcl-2蛋白都参与了抑制心肌细胞凋亡的调节,bax蛋白可能只参与了心肌细胞凋亡的启动[2]。突变型的P53可以诱导凋亡,Bax是P53依赖的凋亡信号途径的重要中介物之一。P53可上调Bax量,下调bcl-2的表达。

1.1.3 降解期 启动Caspase酶和DNA酶,出现特征性的形态学和生物化学改变,凋亡降解期的基本机制与Caspase酶的活化有关[3]。Caspase酶是半胱氨酸蛋白酶,通常以酶原形式存在于细胞中。Caspase可区分为始动或上游Caspase(如Caspase-2、8-10)和效应或下游Caspase如Caspase-3、6和Caspase-7两大类。细胞接受凋亡刺激信号后,始动Caspase通过结合特异辅因子而活化。活化的始动Caspase进一步活化效应Caspase。效应Caspase参与凋亡降解中重要底物的剪切。对于凋亡的具体途径还在研究中,部分结果显示Caspase可能通过下面的机制参与凋亡。

灭活细胞凋亡抑制蛋白 Caspase活化的DNA酶(caspase-activated deoxyribonuclease,CAD)是导致凋亡细胞非随机性DNA降解的特定核酸酶。在非凋亡细胞中,CAD与其抑制物(inhibitor ofCAD,ICAD)结合形成无活性的复合物。凋亡时Caspase剪切ICAD并将其灭活,CAD可游离并进入细胞核内降解DNA。

剪切细胞结构蛋白Caspase在单一位点剪切核纤层蛋白,致核板塌陷和染色质浓缩。凋亡过程中Caspase的激活使肌钙、肌动、肌球蛋白降解,从而使心肌收缩力下降。

剪切细胞效应蛋白Caspase可能作用于与DNA修复、MRNA拼接、DNA复制等相关的蛋白,使其活性丧失或下降。

2 心力衰竭

心力衰竭不是一个独立的疾病,而是各种病因引起的心血管疾病的终末阶段。心衰的基本病因包括[4]:原发性心肌舒缩功能障碍和或心脏负荷过度。

前者常见的致病因素如:严重持久的缺血、病毒、硒缺乏、锑中毒、阿霉素中毒等均可直接造成心肌细胞死亡,使心肌的舒缩功能下降。在临床上常见于冠心病、心肌炎、心肌病等。Itoah等[5]观察了19例死于急性心肌梗死患者的心肌细胞,发现这些患者的心肌细胞除有坏死外,还有细胞凋亡。心肌细胞凋亡是基因结构激活细胞内通路引起细胞裂解,并被其他细胞吞噬,这个过程不引起免疫反应[6]。在病毒性心肌炎患者的观察中,病毒感染细胞后,可诱导心肌细胞发生凋亡。在冠状动脉微栓造犬慢性心衰模型中,在陈旧性心肌梗死的周边区出现了明显的细胞凋亡,说明心衰时心肌细胞数量的减少部分是由于凋亡所致。

后者常见有两种类型:压力超负荷(后负荷)、容量超负荷(前负荷)。心肌细胞在慢性压力负荷过重的情况下发生细胞数目的减少和心肌组织的纤维化,是导致心肌功能障碍的主要因素。Teiger等证实,小鼠心脏在压力负荷过大时引起心肌细胞肥大,并伴随心肌细胞数量的减少。细胞数量的减少主要是由于细胞凋亡的发生,尤其在压力负荷的早期(7 d内),在第4天时凋亡达到最高峰。单细胞死亡会对邻近细胞产生影响以至于严重抑制了整个心脏的功能。这可能是由于细胞间通过某种信号传递了信息。上述病理状态均可引起心肌应力的增加,而异常的负荷可启动细胞凋亡过程。心肌细胞凋亡是心衰从代偿走向失代偿的转折点[7]。细胞凋亡一方面引起剩余心肌细胞的肥大,另一方面引起了心肌细胞向对侧滑动而抑制了肌肉收缩能力。这些最终可能会导致心脏失代偿,即心衰的发生。

3 药物治疗

在治疗肿瘤、自身免疫疾病时要促进肿瘤细胞及免疫细胞的凋亡,而在心衰治疗时应抑制心肌细胞的凋亡。凋亡是心衰时细胞丢失的一个主要原因。即使是少部分的凋亡,也会加重心衰的进展程度。凋亡对心肌从最初的缺血、梗死、炎症到最后形成心衰有着广泛的影响,因此利用凋亡治疗心衰的干预范围较广。利用药理学和基因治疗的方法可以适度调动凋亡中的分子机制,对心衰进行基因水平的治疗。在以往的动物实验中,通过抑制凋亡已达到了逆转心衰自然历程的效果。在细胞凋亡早期用药可以阻止后续的细胞形态变化所引起的心功能改变。ZVAD-fmk是一种常用的、广泛的Caspase酶抑制药物,可有效抑制缺血再灌时的细胞凋亡,并减少梗死面积,发生再灌前给药效果更好。长期用Caspase酶抑制剂可提高心肌收缩力,减低有害的心室重构,在鼠缺血再灌模型中,心衰鼠心肌细胞TUNEL(评价凋亡的一种较敏感的方法)阳性率下降[8]。神经体液调节在心衰中尤为重要。angiotensin II、norepinephrine促凋亡,采用血管紧张素抑制剂、肾上腺素抑制剂也在一定程度上抑制了凋亡,延长心室舒张期,提高心肌收缩力。L型钙离子受体阻断剂使钙离子内流减少,血管舒张,使MPT开放时间缩短,减少细胞凋亡。

综上所述:ZVAD-fmk通过抑制caspase酶可使线粒体损伤缓解,改善心肌细胞的存活能力,减少了细胞的凋亡,治疗心衰。但动物模型研究多于临床研究。另外对于给药时间方面、确切需要针对的环节、机体如何应对药物反应尚需探讨。

参考文献

1 张旭晨.心血管疾病与细胞凋亡.国外医学生理、病理科学与临床分册.1998,18(4):335.

2 张萍,邱健,李志.压力超负荷下bcl-2、bax蛋白对兔左室细胞凋亡的影响.中国高血压杂志,2002,103: 267-270.

3 曾益新.肿瘤学.人民卫生出版社,2001:151.

4 金惠铭.病理生理学.人民卫生出版社,2000:191.

5 ItohG TamuraJ,Suzuki.DNA fragmentation of human infarcted myocardial cells demonstrated by the nick end labeling method and DNA agarose gelelectrophOFCSis.AmJPathol,1995,146(6):1325-1331.

6 李天德,智光.心血管病理生理学.人民军医出版社,2006:173.

7 胡大一,马长生.心脏病学实践-新进展与临床案例.人民卫生出版社,2005:61.

8 Okamura T,Mitua T,Takemurfl G,et al.Efleet ofcaspase inhibitors Oilmyocardialinfarct size and myocyte DNA fragmentation in theischemia-reperfused rat heart.Cardiovasc Res,2000,45:642-650.