姚優(yōu)修綜述，鄭哲審校

線粒體乙醛脫氫酶與心肌缺血再灌注損傷保護(hù)的研究進(jìn)展

姚優(yōu)修綜述，鄭哲審校

線粒體乙醛脫氫酶(ALDH2)被認(rèn)為是可以保護(hù)心臟缺血性損傷的一種重要的酶，ALDH2對(duì)抗心肌缺血再灌注損傷的心肌保護(hù)作用是通過對(duì)毒性醛的解毒來實(shí)現(xiàn)的。已明確ALDH2有G504A的多態(tài)性變異，突變型此酶的活性嚴(yán)重降低或消失。針對(duì)不同ALDH2基因型的病例可能需要個(gè)體化的治療措施。

線粒體乙醛脫氫酶;缺血再灌注;心肌保護(hù)

心肌缺血再灌注損傷是多年來心血管疾病研究領(lǐng)域的重點(diǎn)與熱點(diǎn)問題。心肌缺血再灌注損傷是指在阻斷冠狀動(dòng)脈(冠脈)一定時(shí)間后，缺血心肌在恢復(fù)血流再灌注后，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和代謝功能的損傷，導(dǎo)致梗死范圍擴(kuò)大，心功能進(jìn)一步損害。臨床對(duì)于急性心肌梗死的干預(yù)，如溶栓術(shù)或血運(yùn)重建術(shù)，都寄希望于解除梗阻和恢復(fù)血流灌注。但是，這些治療并不能阻止缺血再灌注損傷。因此，發(fā)現(xiàn)新的心肌保護(hù)措施依然是臨床上的重要課題。近年來ALDH2與心肌缺血再灌注損傷保護(hù)之間的關(guān)系引起了極大關(guān)注。ALDH2是人類乙醛脫氫酶(ALDH)基因家族的19個(gè)成員中醛類代謝活性最強(qiáng)的同工酶，可清除心肌代謝中產(chǎn)生的毒性醛類，被認(rèn)為是可以保護(hù)心臟的一種重要的酶，本文將對(duì)ALDH2對(duì)抗心肌缺血再灌注損傷的研究進(jìn)展作一綜述。

1 缺血再灌注損傷和心肌保護(hù)

缺血再灌注損傷的病理生理機(jī)制還沒有被完全闡明。再灌注啟動(dòng)的最初數(shù)分鐘內(nèi)即可出現(xiàn)鈣超載、線粒體能量合成障礙、氧自由基生成、中性粒細(xì)胞聚集等現(xiàn)象［1］。氧自由基和鈣超載是導(dǎo)致再灌注損傷的重要原因，但并不是唯一因素［2］，其它因素還包括有血小板介導(dǎo)的損傷，腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活、自身抗體和補(bǔ)體的激活等。目前針對(duì)心肌缺血再灌注損傷的保護(hù)措施主要有缺血預(yù)處理和缺血后處理以及藥物激活再灌注損傷補(bǔ)救激酶途徑、阻止線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放、應(yīng)用自由基清除劑以及抗凋亡和抗炎物質(zhì)等，這些措施可以減輕心肌缺血再灌注損傷，但其確切效果還有待于更多的臨床試驗(yàn)研究證實(shí)。

近來對(duì)缺血再灌注中代謝適應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，激活線粒體乙醛脫氫酶有很強(qiáng)的心肌保護(hù)作用，這對(duì)于大約40%的有ALDH2基因變異的亞洲人群具有重要的臨床意義。

2 線粒體乙醛脫氫酶的結(jié)構(gòu)和功能

ALDH有兩種重要的亞型，胞質(zhì)型和線粒體型，可以電泳遷移率、亞細(xì)胞定位等區(qū)分。其中線粒體ALDH，即ALDH2是一種由染色體12q24編碼的四聯(lián)體蛋白。其在核中編碼，然后由一17-氨基酸N-末端線粒體定位序列共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體基質(zhì)［3］;其Km值較低，醛類代謝活性較強(qiáng)，廣泛分布于人體肝、腎、心、肺、腦等組織。

乙醇通過乙醇脫氫酶代謝為乙醛，乙醛再在ALDH2作用下在線粒體中代謝為乙酸。ALDH2不僅是乙醛代謝中重要的代謝酶，它在其他活性醛的氧化和解毒中也起重要作用。心肌細(xì)胞的活性氧在線粒體產(chǎn)生，并使線粒體膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生4-羥基壬烯醛，其很容易在線粒體內(nèi)堆積，并導(dǎo)致細(xì)胞死亡，因此需要線粒體產(chǎn)生一些有益的保護(hù)因子清除這些毒性醛類有害物質(zhì)，以減少或?qū)鼓ぶ|(zhì)過氧化及活性氧的升高，而高活力的ALDH2是重要的因子之一，可通過減少毒性醛蛋白加合物的形成，促進(jìn)細(xì)胞存活［4］。

除了其脫氫酶活性，ALDH2還具有還原酶的活性，可以催化介導(dǎo)硝酸甘油的生物轉(zhuǎn)化［5］，ALDH2使硝酸甘油轉(zhuǎn)化為一氧化氮，發(fā)揮舒張血管的作用，而持續(xù)使用硝酸甘油可導(dǎo)致ALDH2活性下降，一氧化氮不能持續(xù)產(chǎn)生，從而產(chǎn)生硝酸甘油耐受現(xiàn)象。

3 線粒體乙醛脫氫酶的心肌保護(hù)作用及機(jī)制

Chen等［6］研究表明乙醇預(yù)處理可使ALDH2活性升高21%而減少27%的心肌梗死面積，選擇性蛋白激酶C(PKC)ε激動(dòng)劑處理可使ALDH2活性升高33%而減少49%的心肌梗死面積，這與Churchill等［7］在研究乙醇預(yù)處理的心肌保護(hù)中發(fā)現(xiàn)PKCε到線粒體的易位，繼而與ALDH2結(jié)合，增強(qiáng)ALDH2的活性的研究相一致。上述證據(jù)表明PKCε對(duì)心臟缺血再灌注損傷的保護(hù)作用部分是通過增強(qiáng)ALDH2的活性來實(shí)現(xiàn)的，Budas等［8］進(jìn)一步研究證實(shí)熱休克蛋白90作為一個(gè)有細(xì)胞保護(hù)作用的分子伴侶可介導(dǎo)PKCε易位到線粒體內(nèi)，最終亦引起ALDH2的活性升高。這些研究表明乙醇預(yù)處理的心肌保護(hù)作用是由PKCε介導(dǎo)的，ALDH2是PKCε的底物，它的活性升高產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。Budas等［9］又在PKCε基因敲除小鼠模型上實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用Alda44激活A(yù)LDH2后同樣可以減少心肌梗死面積，因此ALDH2作為PKCε的下游基因，直接激活之即可以產(chǎn)生心肌保護(hù)作用。

目前認(rèn)為缺血預(yù)處理(IPC)是一種對(duì)抗缺血再灌注損傷最為有效的內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制之一，腺苷的釋放和PKC的激活被認(rèn)為是IPC心肌保護(hù)作用的重要機(jī)制，ALDH2是PKCε的下游基因，缺血預(yù)處理的心肌保護(hù)作用也可能是通過PKC介導(dǎo)的ALDH2的激活來實(shí)現(xiàn)的;再灌注可誘發(fā)各種形式的心律失常，以室性心律失常最常見，而IPC可以明顯降低再灌注心律失常，近來有研究又闡明了缺血預(yù)處理的一種新的心肌保護(hù)機(jī)制與ALDH2有關(guān):即缺血預(yù)處理的抗腎素-血管緊張素效應(yīng)，其可減少缺血再灌注導(dǎo)致的心臟肥大細(xì)胞腎素的釋放，繼而消除血管緊張素Ⅱ和去甲腎上腺素誘導(dǎo)的心律失常，其內(nèi)在機(jī)制發(fā)現(xiàn)有腺苷A2b和A3受體繼而PKCε的激活，而同時(shí)也伴有PKCε介導(dǎo)的心臟肥大細(xì)胞ALDH2的激活［10］。

ALDH2激活對(duì)心肌損傷有何影響?國(guó)外有學(xué)者進(jìn)行了一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，使這些問題得到了部分闡明。一項(xiàng)對(duì)在體大鼠心肌缺血再灌注模型的研究中，缺血前5分鐘將8.5 mg/kg的小分子物質(zhì)Alda1注射入左心室以激活A(yù)LDH2，的確可以減少心肌梗死面積達(dá)60%［6］。以上研究說明ALDH2可以減輕心肌損傷，那么ALDH2心肌保護(hù)的具體機(jī)制是什么?

缺血再灌注可以激活細(xì)胞死亡程序，包括壞死、凋亡和自噬誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡［11］。Ren等從自噬的角度研究了ALDH2對(duì)抗心肌缺血再灌注損傷的具體機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ALDH2過表達(dá)可減少心肌梗死面積，減輕缺氧復(fù)氧所致的心肌細(xì)胞收縮失調(diào)，并促進(jìn)缺血后左心室功能的恢復(fù);而敲除ALDH2則與之相反。這些研究進(jìn)一步加深了對(duì)ALDH2心肌保護(hù)作用機(jī)制的理解:缺血時(shí)ALDH2激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)從而抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，促進(jìn)自噬;再灌注時(shí)，AMPK活性下降，ALDH2促進(jìn)蛋白激酶B(Akt)的磷酸化從而激活mTOR，抑制自噬。這種對(duì)自噬的雙向調(diào)節(jié)作用闡釋了ALDH2誘導(dǎo)的對(duì)抗心肌缺血再灌注損傷的心肌保護(hù)作用［12］。

缺血預(yù)處理的抗腎素-血管緊張素效應(yīng)可明顯降低再灌注心律失常，并伴有心臟肥大細(xì)胞ALDH2的激活，那么ALDH2跟減少再灌注心律失常有無直接聯(lián)系呢?Koda等［10］的研究中用各種不同方式激活A(yù)LDH2，發(fā)現(xiàn)心臟肥大細(xì)胞脫顆粒和局部腎素釋放受到抑制，從而減少了再灌注心律失常的發(fā)生，此文進(jìn)一步從減少心律失常的角度闡明了ALDH2心肌保護(hù)作用的機(jī)制。大多數(shù)基礎(chǔ)研究使用ALDH2抑制劑、激活劑以及線粒體蛋白組學(xué)的方法證實(shí)了心肌保護(hù)與ALDH2之間的關(guān)系，但對(duì)ALDH2心肌保護(hù)作用的具體機(jī)制研究還不夠，還需要從更多的角度，對(duì)其發(fā)揮保護(hù)作用的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等進(jìn)一步的闡明。

4 線粒體乙醛脫氫酶基因變異和心肌保護(hù)

ALDH2基因包含13個(gè)外顯子，共發(fā)現(xiàn)了84個(gè)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)，但國(guó)內(nèi)外研究主要集中在rs671位點(diǎn)上，即第12個(gè)外顯子處含有一個(gè)G到A的錯(cuò)義突變，使504位的谷氨酸由賴氨酸代替(Glu504Lys);因此存在ALDH2等位基因(ALDH2*1和ALDH2*2)，并擁有三種基因型，即ALDH*1/1(野生純合型)、*1/2(突變雜合型)和*2/2(突變純合型)。rs671呈常染色體顯性遺傳，ALDH2*2等位基因在亞洲人群中很常見，而在歐洲和非洲基本缺失。經(jīng)研究幾乎所有白人都是ALDH2的野生純合子型，而有接近40%的亞洲人是雜合子型［13］。ALDH2酶是一個(gè)四聚體，四個(gè)亞單位中任何一個(gè)包含Glu504Lys突變，酶的活性就會(huì)嚴(yán)重下降。因此，相對(duì)于野生純合子來說，突變雜合子(ALDH2*1/2)僅有30% ～40%的酶活性，而突變純合子(ALDH2*2/2)沒有酶活性［6］。由于對(duì)乙醛氧化功能受損，ALDH2*2攜帶者可有飲酒后臉紅，并因?qū)ο跛岣视偷纳镛D(zhuǎn)化功能受損，所以應(yīng)用硝酸甘油后血管舒張反應(yīng)降低。

ALDH2基因多態(tài)性與心肌保護(hù)的基礎(chǔ)研究還較少，有學(xué)者利用轉(zhuǎn)基因模型對(duì)其心肌保護(hù)效應(yīng)的差異進(jìn)行研究，Endo等［14］塑造了一個(gè)攜帶ALDH2*2等位基因的轉(zhuǎn)基因小鼠缺血再灌注模型，此小鼠ALDH2活性降低，從而導(dǎo)致了醛類的蓄積，但ALDH2*2轉(zhuǎn)基因鼠的心功能正常，而且由于代謝重塑，形成了對(duì)氧化應(yīng)激的耐受。線粒體醛應(yīng)激可以刺激真核翻譯起始因子2α的磷酸化，進(jìn)一步促進(jìn)激活轉(zhuǎn)錄因子4的轉(zhuǎn)錄和翻譯，促進(jìn)了谷胱甘肽合成，其細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平是野生型的1.37倍。另外，在ALDH2*2轉(zhuǎn)基因鼠心臟中磷酸戊糖途徑被激活，糖酵解和還原型輔酶Ⅱ(NADPH)產(chǎn)生增多，促進(jìn)了谷胱甘肽氧化還原循環(huán)，從而能更有效地對(duì)抗缺血再灌注引起的急性氧化應(yīng)激。

近年有來自東亞人群的橫斷面研究表明［15］:在急性心肌梗死人群中ALDH2突變型的比率更高。Xu等［16］在中國(guó)漢族人群研究了ALDH2 Glu504lys基因多態(tài)性與急性冠脈綜合征(ACS)之間的關(guān)系，結(jié)果亦發(fā)現(xiàn)急性冠脈綜合征組ALDH2基因突變型比率更高，原發(fā)性ST段抬高性心梗的亞組分析得出相似的結(jié)果，并得出這與飲酒量、炎癥和循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量有關(guān)。以上研究表明ALDH2突變型是急性冠脈綜合征的一個(gè)基因危險(xiǎn)因素，但可能不與冠心病的嚴(yán)重程度相關(guān)。

盡管上述研究表明ALDH2突變型是心梗的危險(xiǎn)因素，但在臨床圍術(shù)期心肌缺血再灌注研究中卻有著不同的結(jié)果。Chen等的一項(xiàng)研究用心肌肌鈣蛋白I(cTnI)30 ng/ml和肌酸激酶MB同工酶(CK-MB)80 mg/ml為界值來衡量心肌損傷的大小，同時(shí)測(cè)定施行介入支架術(shù)的心肌梗死病人的ALDH2基因型，Logistic回歸分析顯示心肌損傷較小的病人當(dāng)中有更高的ALDH2突變型比率，提示在施行介入支架術(shù)的急性心肌梗死或ST段抬高性心肌梗死病人當(dāng)中ALDH2突變型是一獨(dú)立的保護(hù)因素［17］。Zhang等［18］入選了118例法洛四聯(lián)癥根治術(shù)患者，進(jìn)行了一項(xiàng)ALDH2基因多態(tài)性與心肌保護(hù)效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)ALDH2*2攜帶者表達(dá)較少的ALDH2但表達(dá)更多的激活轉(zhuǎn)錄因子4，同時(shí)毒性醛加合物的水平降低，擁有更高的谷胱甘肽水平;與此同時(shí)，ALDH2*2攜帶者術(shù)后肌鈣蛋白I水平更低。由此可見，為了對(duì)抗氧化應(yīng)激，ALDH2*2攜帶者可能通過谷胱甘肽起了更重要的心肌保護(hù)作用。以上研究表明ALDH2基因型可以作為心肌保護(hù)的基因預(yù)測(cè)因子，似乎需要針對(duì)不攜帶ALDH2*2的患者提供更多的心肌保護(hù)策略。但是，以上研究?jī)H針對(duì)紫紺型先天性心臟病患兒，至于在非紫紺型先天性心臟病患兒以及成人心臟外科手術(shù)中還尚未研究。

5 線粒體乙醛脫氫酶及其基因多態(tài)性的臨床意義

ALDH2可以通過加強(qiáng)活性醛的代謝和作為硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮的重要酶而發(fā)揮心肌保護(hù)作用，許多證據(jù)亦表明ALDH2在介導(dǎo)心肌保護(hù)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方面有重要作用，因此，如利用ALDH2激動(dòng)劑Alda-1，可能在心肌梗死或血運(yùn)重建手術(shù)中減少心肌損傷。在臨床圍術(shù)期心肌保護(hù)方面，ALDH2多態(tài)性相關(guān)研究還不多，需要更多進(jìn)一步研究，了解針對(duì)不同ALDH2基因型的病例是否需要個(gè)體化的治療措施。

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100037 北京市，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 阜外心血管病醫(yī)院 心血管疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

姚優(yōu)修 博士研究生 主要從事心血管圍術(shù)期醫(yī)學(xué)研究 Email:yaoqing2008．happy@163．com 通訊作者:鄭哲 Email:zhengzhe@fuwai．com

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1000-3614(2012)06-0475-03

10.3969/j．issn．1000-3614.2012.06.022

2012-07-18)

(編輯:常文靜)