田曉芳, 崔明霞*, 楊士偉, 周玉杰

（1蘭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)研究所, 蘭州 730000; 2首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院心內(nèi)科, 北京市心肺血管疾病研究所,教育部心血管重構(gòu)相關(guān)疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100029）

細(xì)胞死亡（cell death）是指細(xì)胞因嚴(yán)重?fù)p傷而累及胞核時(shí)，呈現(xiàn)代謝停止、結(jié)構(gòu)破壞和功能喪失等不可逆性變化[1]。根據(jù)形態(tài)學(xué)特征不同，哺乳動(dòng)物的細(xì)胞死亡包括3種主要形式，即壞死（necrosis）、凋亡（apoptosis）和自噬（autophagy）。3種形式的細(xì)胞死亡均參與了心肌梗死（myocardial infarction，MI）的病理生理過(guò)程[2,3]。葡萄糖代謝異常是MI的常見(jiàn)危險(xiǎn)因素，對(duì)MI的預(yù)后具有重要影響。無(wú)論高血糖還是低血糖均可導(dǎo)致MI的死亡率增加，但其機(jī)制尚不十分明確，尤其是輕、中度低血糖[4-6]。由于細(xì)胞死亡是各種疾病導(dǎo)致機(jī)體損傷和修復(fù)的主要細(xì)胞學(xué)機(jī)制，本文主要圍繞細(xì)胞壞死在心肌梗死中的作用及血糖異常對(duì)梗死心肌細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)作用及其機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞死亡

細(xì)胞的增殖和死亡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，它貫穿整個(gè)生命過(guò)程。與細(xì)胞增殖一樣，細(xì)胞死亡的激活與執(zhí)行也受到嚴(yán)格的調(diào)控[1]。細(xì)胞死亡不僅參與機(jī)體的生化過(guò)程，同時(shí)在有序性地清除細(xì)胞碎片方面也發(fā)揮重要作用。

1.1 壞死

壞死，也稱為Ⅰ型細(xì)胞死亡（type I cell death），形態(tài)學(xué)表現(xiàn)為胞漿腫脹、質(zhì)膜破裂、細(xì)胞器腫脹和染色質(zhì)中度濃縮[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為壞死是意外發(fā)生、不可控的死亡形式。但越來(lái)越多的證據(jù)顯示，細(xì)胞壞死過(guò)程同樣受到一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和分解代謝機(jī)制調(diào)節(jié)，主要包括死亡受體通路和線粒體通路。腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）、Fas配體（Fas ligand，F(xiàn)asL）、TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TNFR）等參與激活死亡受體通路。線粒體通路是壞死的另一途徑[7]。在缺血、缺氧狀態(tài)下，無(wú)氧糖酵解被激活提供ATP，進(jìn)而導(dǎo)致H+堆積。堆積的H+通過(guò)Na+/H+離子通道泵出細(xì)胞，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)Na+的含量相應(yīng)增加。增加的Na+又會(huì)激活Ca2+/Na+離子通道，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高。升高的Ca2+促使Ca2+依賴性的脫氫酶活化，導(dǎo)致NADH降低，通過(guò)電子傳遞通道的電子流減少，活性氧增加以及ATP水平下降。因此，缺血、缺氧狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體ATP水平降低進(jìn)而通過(guò)線粒體途徑激活細(xì)胞壞死。

1.2 凋亡

凋亡，也稱為Ⅱ型細(xì)胞死亡（type Ⅱ cell death），形態(tài)學(xué)表現(xiàn)為細(xì)胞變圓，偽足收回，體積縮小，核碎裂，細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞器輕度改變，質(zhì)膜起皰[1]。盡管凋亡被認(rèn)為是最經(jīng)典的程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death，PCD）方式，但二者并非同義詞，PCD在細(xì)胞生理變化過(guò)程中也可表現(xiàn)出非凋亡特征。參與調(diào)節(jié)凋亡的信號(hào)通路也主要有兩條：一是外源性通路（extrinsic pathway）即死亡受體通路，另一條為內(nèi)源性通路（intrinsic pathway），即線粒體通路。與壞死一樣，外源性凋亡通路也涉及到死亡受體。TNF-α或FasL等死亡配體與質(zhì)膜上的受體蛋白Fas或TNFR結(jié)合，繼而激活此通路[7]。與壞死不同的是，F(xiàn)as與FasL的結(jié)合是激活細(xì)胞凋亡的主要機(jī)制。近年的研究表明，除死亡受體通路和線粒體通路外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是另一凋亡途徑，它與缺氧時(shí)心肌細(xì)胞的凋亡存在密切關(guān)系。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激早期可保護(hù)細(xì)胞，但如果應(yīng)激持續(xù)過(guò)度，則由促生存轉(zhuǎn)為促凋亡，進(jìn)而引起細(xì)胞凋亡。

1.3 自噬

自噬，也稱為Ⅲ型細(xì)胞死亡（type Ⅲ cell death），形態(tài)學(xué)表現(xiàn)為胞質(zhì)內(nèi)大量空泡形成，雙層膜自噬空泡堆積，沒(méi)有染色質(zhì)濃縮，自噬細(xì)胞體內(nèi)很少被吞噬[1]。自噬性細(xì)胞死亡是與凋亡顯著不同的程序性細(xì)胞死亡的一種獨(dú)立的形式，是蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的分解過(guò)程，由溶酶體介導(dǎo)，與衰老細(xì)胞器及受損蛋白質(zhì)的清除和維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定有關(guān)。自噬的調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，多種信號(hào)包括饑餓、胰島素/生長(zhǎng)因子水平、能量感受、應(yīng)激以及病原體感染等都參與了自噬的調(diào)節(jié)過(guò)程[8]。在能量信號(hào)途徑中，雷帕霉素靶蛋白（target of rapamyein，TOR）/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamyein，mTOR）是關(guān)鍵因子，在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足和生長(zhǎng)因子存在的條件下，mTOR升高，自噬受到抑制。胰島素/生長(zhǎng)因子和病原體感染信號(hào)也是依賴mTOR的自噬途徑。能量感受信號(hào)途徑也在自噬中扮演重要角色。叉頭蛋白家族（Forkhead box transcription factor class O，F(xiàn)oxO）是此過(guò)程中的一種必須轉(zhuǎn)錄因子。FoxO1和FoxO3在心臟中高度表達(dá)，其轉(zhuǎn)錄受自噬相關(guān)基因（autophagy related gene，Agt）的調(diào)控，可以通過(guò)誘導(dǎo)BCL-2/Binp3（adenovirus E1B 19 kDa protein-interacting protein 3）的表達(dá)進(jìn)而激活自噬。

壞死、凋亡與自噬是細(xì)胞死亡的3種主要形式，既相互區(qū)別，也存在著一定的關(guān)聯(lián)。某些情況下，凋亡發(fā)生的同時(shí)伴隨著細(xì)胞壞死；還有研究表明，凋亡與自噬是相互補(bǔ)充的，自噬的降解或許正是凋亡的一部分。除了上述3種主要的細(xì)胞死亡形式之外，近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)了許多不典型的“凋亡”和不典型的“壞死”，文獻(xiàn)中較多使用下列術(shù)語(yǔ)：失巢凋亡（anoikis）、興奮毒性（excitotoxicity）、類凋亡（paraptosis）、炎亡（pyroptosis）、脹亡（oncosis）和程序性壞死（necroptosis）等，這些究竟是新的細(xì)胞死亡形式還是經(jīng)典細(xì)胞死亡形式的不典型表現(xiàn)尚有待進(jìn)一步厘清。

2 細(xì)胞死亡與MI

2.1 壞死與MI

壞死主要發(fā)生在MI后6～24h，主要壞死部位在MI中央?yún)^(qū)域，再灌注24h后心肌細(xì)胞壞死達(dá)到峰值，之后一直持續(xù)[9]。心肌細(xì)胞壞死在MI的病理生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，死亡受體通路和線粒體通路均參與了MI的心肌細(xì)胞壞死過(guò)程。在死亡受體通路中，小鼠體內(nèi)Fas功能缺失可以明顯地減小MI面積。去除TNFR1和TNFR2后，TNF-α激活壞死， MI面積增大，同時(shí)引起冠狀動(dòng)脈永久性閉塞。相反地，低水平表達(dá)TNF-α則可以改善MI狀況。在線粒體通路中，去除環(huán)孢素D可以明顯地減少M(fèi)I面積。

2.2 凋亡與MI

MI早期細(xì)胞凋亡主要出現(xiàn)在梗死組織的邊緣，MI發(fā)生4.5h時(shí)后細(xì)胞凋亡達(dá)最高峰，而在再灌注組織的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞凋亡量將不斷增加。在外源性凋亡通路中，阿霉素毒性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[10]，F(xiàn)AS基因缺失，心肌細(xì)胞凋亡減少，進(jìn)而當(dāng)機(jī)體受到缺血和再灌注損傷時(shí)，MI面積明顯減少。而在內(nèi)源性凋亡通路，心肌細(xì)胞BCL-2的過(guò)度表達(dá)或BAX缺失可以顯著性地抑制心肌細(xì)胞凋亡、減小MI面積和改善缺血再灌注損傷。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑中，激活的caspase-12通過(guò)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移至胞漿，剪切caspase-9，激活caspase-3，進(jìn)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)MI[11]。這些均說(shuō)明細(xì)胞凋亡無(wú)論對(duì)急性還是慢性MI，均發(fā)揮一定的調(diào)節(jié)作用。

2.3 自噬與MI

自噬作為一種新型細(xì)胞死亡機(jī)制，已逐漸被大家認(rèn)識(shí)。在多種疾病如缺血性心臟病、Danon病、MI和心力衰竭中均有發(fā)現(xiàn)。其中，細(xì)胞自噬對(duì)MI所起的作用不容忽視。多數(shù)研究認(rèn)為自噬對(duì)MI主要起保護(hù)作用。使用依維莫司抑制mTOR激活細(xì)胞自噬，可以阻止左心室心肌重塑，同時(shí)減小MI面積。自噬還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)、外應(yīng)激促進(jìn)心肌細(xì)胞存活。當(dāng)機(jī)體營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)，可以通過(guò)FoxO誘導(dǎo)心肌細(xì)胞自噬，維持左心室功能。

3 血糖異常與細(xì)胞死亡

臨床研究發(fā)現(xiàn)[4-6]，血糖異常與MI患者發(fā)病率和死亡率的升高有著密切聯(lián)系，但是具體機(jī)制尚不明確。細(xì)胞死亡作為各種疾病導(dǎo)致機(jī)體損傷和修復(fù)的主要細(xì)胞學(xué)機(jī)制，理論上應(yīng)是血糖異常誘導(dǎo)MI預(yù)后不良的重要途徑。研究顯示，血糖異常對(duì)MI心肌細(xì)胞死亡具有調(diào)節(jié)作用。

3.1 高血糖對(duì)心肌細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)作用

Malhotra等[12]發(fā)現(xiàn)高血糖可以通過(guò)激活心肌蛋白激酶C（cardiac protein kinase C，PKC），誘導(dǎo)心肌細(xì)胞程序性凋亡；而PKCε易位激活劑則可終止這一過(guò)程。因此，推測(cè)PKCε對(duì)心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用。這些已在成年大鼠心室肌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。Capes等[13]報(bào)道高血糖可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)并促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而發(fā)生糖尿病性心肌病變。在這一過(guò)程中，Rac1是關(guān)鍵因子。Rac1的產(chǎn)生主要受NADPH氧化酶和線粒體活性氧的控制。當(dāng)Rac1缺乏時(shí)，可以降低高血糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞線粒體活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)而抑制心肌細(xì)胞凋亡，輕微地改善心肌細(xì)胞的功能。還有研究顯示[14]，當(dāng)機(jī)體血糖水平升高時(shí)，人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中Bcl-2和Bax表達(dá)增加，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Eguchi等[15]發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠再灌注24h后，取心肌組織進(jìn)行TUNEL染色分析，MI面積有所減少、細(xì)胞凋亡率降低。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)這可能是由于通過(guò)調(diào)控AMPK-mTOR通路而激活心肌細(xì)胞自噬的結(jié)果。糖尿病小鼠的實(shí)驗(yàn)研究也亦如此。因此，當(dāng)血糖異常時(shí)，我們可以通過(guò)激活細(xì)胞自噬，減小MI面積。此外，在人體的研究中發(fā)現(xiàn)[15]，當(dāng)MI患者血糖水平升高時(shí)，體內(nèi)游離脂肪酸濃度增大，細(xì)胞通過(guò)自噬降解作用使游離脂肪酸分解，以維持線粒體能量的供給，以及在一定范圍內(nèi)通過(guò)自噬促進(jìn)心肌細(xì)胞的存活。因此，當(dāng)血糖異常時(shí)，我們可以通過(guò)激活細(xì)胞自噬保護(hù)心肌細(xì)胞免受損傷。但是，高血糖導(dǎo)致MI患者死亡率升高、MI面積增大、左心室功能損傷的具體機(jī)制仍然亟待進(jìn)一步研究。

3.2 低血糖對(duì)心肌細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)作用

盡管越來(lái)越多的臨床證據(jù)顯示低血糖（包括輕、中度低血糖）同樣可以導(dǎo)致MI患者近期和遠(yuǎn)期死亡率增加[4-6]，但與高血糖相比，低血糖導(dǎo)致預(yù)后不良的研究較少，機(jī)制尚不明確。理論上，低血糖可以通過(guò)調(diào)控能量感受信號(hào)通路調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞自噬。當(dāng)血糖較低時(shí)，ATP水平降低，AMP含量升高，AMP/ATP比值增大，AMPK被激活，從而激活心肌細(xì)胞自噬。Matsui等[15]也證實(shí)，在一定范圍內(nèi)，低糖培養(yǎng)的心肌細(xì)胞可以通過(guò)激活A(yù)MPK誘導(dǎo)細(xì)胞自噬。

4 總結(jié)與展望

血糖異常，無(wú)論是高血糖還是低血糖，都會(huì)導(dǎo)致MI患者發(fā)病率和死亡率升高。本綜述通過(guò)對(duì)細(xì)胞死亡的分類及機(jī)制、細(xì)胞死亡與MI的關(guān)系，以及血糖異常對(duì)MI患者細(xì)胞死亡調(diào)節(jié)作用的研究分析，得出血糖異常導(dǎo)致MI患者發(fā)病率和死亡率的升高可能是通過(guò)調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的死亡（壞死、凋亡、自噬）實(shí)現(xiàn)的。因此，對(duì)于MI合并血糖異常的患者，人為地干預(yù)心肌細(xì)胞死亡通路的不同環(huán)節(jié)有望成為降低MI患者死亡率的新方法。

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