許曉華，劉鳳岐，張瑞英

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)科危重癥病房，哈爾濱 150000)

隨著人類預(yù)期壽命的增加和急性缺血事件死亡率的降低，心力衰竭的發(fā)病人數(shù)正以每年900 000例的速度增加[1]。盡管目前給予有效治療，但心力衰竭仍然是嚴(yán)重威脅人類健康的危險(xiǎn)因素之一，其5年死亡率可達(dá)50%。心臟是耗氧最多的器官，因此氧化還原信號變化及氧化應(yīng)激/還原應(yīng)激在急、慢性心力衰竭的進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用，且已經(jīng)被大量基礎(chǔ)研究證實(shí)。一般認(rèn)為，相對于氧化還原當(dāng)量如還原/氧化谷胱甘肽比值(glutathione/oxidative glutathione，GSH/GSSG)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸還原型/氧化型比值(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphoric acid/oxidized nicotinamide adenine dinucleotide phosphoric acid，NADPH/NADP+)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸還原態(tài)/氧化態(tài)比值(reduced nicotinamide adenine dinucleotide/oxidized nicotinamide adenine dinucleotide,NADH/NAD+)等，過量的活性氧被定義為氧化應(yīng)激；相反，GSH/NADPH/NADH/抗氧化劑的過度積累被定義為還原應(yīng)激。本文就氧化應(yīng)激/還原應(yīng)激在心力衰竭中的研究進(jìn)展作如下綜述。

1 活性氧及抗氧化系統(tǒng)

與生物系統(tǒng)相關(guān)的活性氧(active oxygen，ROS)形式包括超氧自由基(free radicals superoxide，O2-)、過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)和羥基(hydroxyl radical，OH)。體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)包括非酶系統(tǒng)

和酶系統(tǒng)。前者主要由抗氧化劑組成，如GSH、維生素C和E、膽紅素、尿酸和β-胡蘿卜素等；后者包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、NADH/NAD+和依賴于NADPH的過氧化氫酶(catalase，CAT)、過氧化物酶、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、硫氧還蛋白等[2]。

2 氧化應(yīng)激

生理水平ROS在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中起關(guān)鍵作用。一些ROS，特別是H2O2，被認(rèn)為是局部信號分子，因此完全猝滅ROS可能會中斷正常信號級聯(lián)而產(chǎn)生嚴(yán)重的不良后果。一般認(rèn)為，ROS適用于區(qū)室化信號傳導(dǎo)，抗氧化防御系統(tǒng)可防止其“泄漏”到不需要的區(qū)域。當(dāng)達(dá)到一定的ROS形成閾值和ROS降解受損時(shí)可導(dǎo)致氧化應(yīng)激(oxidative stress，OS)的發(fā)生[3,4]。OS是指機(jī)體氧化活性物質(zhì)產(chǎn)生過多和(或)機(jī)體抗氧化能力減弱，ROS清除不足，導(dǎo)致ROS在體內(nèi)增多，破壞機(jī)體氧化/還原的正常平衡，并引起細(xì)胞氧化損傷的病理過程。

2.1 心力衰竭時(shí)過量ROS的來源

心臟內(nèi)ROS來源于心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞。而在心肌細(xì)胞內(nèi)，ROS可來源于以下幾個(gè)方面[2,3]。(1)線粒體電子傳遞鏈。心力衰竭時(shí)從呼吸鏈的復(fù)合物I產(chǎn)生的O2-增加，從而導(dǎo)致H2O2、OH-過量形成以及NAD(P)的消耗，過量的ROS可進(jìn)一步增加ROS生成。(2)NADPH氧化酶?？墒闺娮訌腘ADH/NADPH轉(zhuǎn)移到分子O2的位點(diǎn)，形成O2-。(3)黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase，XO)。XO的表達(dá)和活性在衰竭的心臟中也有增加，XO催化嘌呤降解途徑的最后2個(gè)步驟，將次黃嘌呤轉(zhuǎn)化為黃嘌呤和黃嘌呤轉(zhuǎn)化為尿酸。XO在黃嘌呤反應(yīng)形成尿酸過程中被還原，產(chǎn)生2分子的H2O2和2分子的O2-；(4)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)。ROS可氧化四氫生物蝶呤(tetrahydrobio-pterin,BH4)，BH4是eNOS的重要輔助因子，當(dāng)BH4/NOS的比例失調(diào)時(shí)，可導(dǎo)致eNOS催化L-精氨酸的作用解耦連，eNOS催化產(chǎn)物由一氧化氮變?yōu)槌蹶庪x子。(5)兒茶酚胺自氧化。單胺氧化酶存在于線粒體外膜上，是含有黃素蛋白的酶，它可催化單胺類與氧反應(yīng)生成H2O2與O2-。

2.2 心力衰竭時(shí)抗氧化系統(tǒng)變化

心力衰竭時(shí)不僅有ROS的過量產(chǎn)生，還存在抗氧化酶的活性下降。研究發(fā)現(xiàn)心力衰竭動物模型中ROS增加，而SOD、CAT、GSH-Px的活性顯著降低[5]；而NADPH氧化酶抑制劑Apocynin可使CAT和SOD酶活性恢復(fù)[6]。此外，與野生型小鼠相比，SOD基因敲除的小鼠蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)物硝基酪氨酸增多，心肌纖維化及心肌肥大明顯增加[7]。GSH-Px缺乏可增加氧化應(yīng)激進(jìn)而誘導(dǎo)血管內(nèi)皮功能障礙和結(jié)構(gòu)性血管異常[8]。

2.3 氧化應(yīng)激在心力衰竭發(fā)展中的作用

OS產(chǎn)生的過量ROS可導(dǎo)致線粒體DNA損傷和功能下降，并進(jìn)一步增加ROS生成和細(xì)胞損傷。

ROS通過修飾影響心肌興奮收縮偶聯(lián)蛋白質(zhì)，包括L型鈣通道、鈉通道、鉀通道和鈉鈣交換器以及增加心肌肌原纖維蛋白、心肌肌球結(jié)合蛋白C的S-谷胱甘肽化，直接損害心肌細(xì)胞電生理和收縮、舒張功能，導(dǎo)致心肌收縮、舒張功能障礙和心律失常的發(fā)生[3,9,10]。

ROS激活多種肥大信號激酶和轉(zhuǎn)錄因子如Src、GTP結(jié)合蛋白Ras、蛋白激酶C、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和Jun核激酶(Jun nuclear kinase,JNK)，促使心肌細(xì)胞肥大[11]。

ROS可激活NF-κB、P53基因、MAPK、PARA-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，低水平的H2O2與MAPK活化和蛋白合成相關(guān)，而較高水平H2O2刺激MAPK、JNK、p38和蛋白激酶B(Akt)激酶促進(jìn)細(xì)胞凋亡[12]。

ROS可激活基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)，誘導(dǎo)骨橋蛋白分泌，促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor,TGF)-β合成，激活MAPK及FGF-2通路誘導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞增殖及細(xì)胞外基質(zhì)重塑，具有促纖維生成作用[13,14]。

ROS可使骨骼肌及膈肌線粒體功能障礙、蛋白質(zhì)分解增加、損傷肌肉纖維、誘導(dǎo)炎癥等，可能與心力衰竭患者運(yùn)動不耐受、易疲勞等癥狀有關(guān)[15，16]。

3 還原應(yīng)激

大型臨床試驗(yàn)證實(shí)，給予大劑量維生素E/C并未改善患者臨床預(yù)后，而較高劑量的維生素E甚至?xí)?dǎo)致動脈粥樣硬化和血管功能惡化，可能與抗氧化劑過量導(dǎo)致的還原應(yīng)激(reductive stress，RS)有關(guān)。RS定義為促氧化劑/抗氧化劑之間的平衡紊亂，使細(xì)胞、機(jī)體處于相對還原狀態(tài)，同樣會對組織造成損傷。RS的原因可能由于終端接受電子受體的缺失、電子供體NADPH和NADH的積累、抗氧化劑/酶還原能力增加所致。

3.1 電子供體積累及電子受體氧缺乏誘發(fā)RS

線粒體基質(zhì)內(nèi)O2-的生成主要取決于高質(zhì)子動力、NADH/NAD+和還原型/氧化型輔酶Q10比值(reduced coenzyme Q10/oxidative coenzyme Q10，CoQ10H2/CoQ10[l1])以及局部氧濃度，而且當(dāng)線粒體基質(zhì)中的NADH/NAD+比率較高以及較低的CoQ10時(shí)，線粒體復(fù)合物酶體Ⅰ可產(chǎn)生更多的ROS，使其超過ROS清除能力，從而導(dǎo)致凈H2O2從線粒體溢出，引起還原應(yīng)激[17]。

NADPH主要由戊糖磷酸途徑提供，其限速酶是葡萄糖6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD)。在起搏誘導(dǎo)的犬心力衰竭模型中，心臟中G6PD表達(dá)上調(diào)、左心室勻漿中的O2-及NADPH水平增加，加入NADPH進(jìn)一步刺激了超氧化物的產(chǎn)生，NADPH氧化酶抑制劑gp91可使勻漿中的O2-產(chǎn)生減少80%，而在G6PD抑制劑6-氨基煙酰胺存在的情況下，O2-的產(chǎn)生降低到正常水平[18]。此研究說明NADPH過多累積可誘發(fā)還原應(yīng)激，進(jìn)一步增加ROS產(chǎn)生。

有研究發(fā)現(xiàn)缺氧時(shí)氧化磷酸化的喪失導(dǎo)致NADH的增加，使線粒體和胞質(zhì)溶膠中NAD+/NADH比值降低，在缺氧條件下，天冬氨酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸的活性增加也可導(dǎo)致胞質(zhì)NADPH增加[4]。

3.2 抗氧化劑/酶的還原能力增加誘發(fā)RS

有研究認(rèn)為，OS和RS引起的損傷本質(zhì)上是氧化性的，均表現(xiàn)為ROS增加。不同抗氧化劑如N-乙酰半胱氨酸、維生素E或GSH乙酯可誘發(fā)RS，促使脂肪細(xì)胞的線粒體功能障礙，進(jìn)一步增加ROS產(chǎn)生[19]。Korge等[20]發(fā)現(xiàn)，在ROS清除系統(tǒng)增強(qiáng)的情況下，當(dāng)電子流受到抑制或電子受體如GSSG、氧化硫氧還蛋白大部分減少時(shí)，谷胱甘肽還原酶和硫氧還蛋白還原酶通過將其還原黃素蛋白中的電子“泄漏”給氧生成H2O2。此研究表明在RS過程中，ROS的產(chǎn)生超過清除能力，導(dǎo)致線粒體凈ROS溢出，導(dǎo)致氧化損傷。

人類特異性心臟R120GαB-晶狀體蛋白(hR120GCryAB)轉(zhuǎn)基因小鼠，表現(xiàn)為心臟肥大、心力衰竭、過早死亡。Rajasekaran等[21]發(fā)現(xiàn)hR120GCryAB基因通過增加G6PD、谷胱甘肽還原酶和GSH-Px的表達(dá)和酶活性，激活GSH生物合成-再循環(huán)途徑，使GSH濃度和GSH/GSSG比值增加，激活RS，且其丙二醛(malondialdehyde，MDA)水平降低。在R120GCryAB高表達(dá)心肌病中，RS與氧化還原敏感的核紅細(xì)胞2相關(guān)因子2(Nrf2)轉(zhuǎn)錄因子的激活有關(guān)，Nrf2缺陷可降低GSH和GSH/GSSG比值，減輕心臟肥大，并改善小鼠的存活時(shí)間[22]。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充N-乙酰半胱甘酸或者細(xì)胞過表達(dá)GSH，可引發(fā)成肌細(xì)胞線粒體中的還原性GSH氧化還原電位，ROS水平未升高，但處于還原狀態(tài)的細(xì)胞活性仍然降低。表明抗氧化劑/酶的還原能力增強(qiáng)無論是否增加ROS產(chǎn)生均對組織、細(xì)胞有損傷作用。

4 氧化還原失衡

ROS具有調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增值、遷移等功能。氧化和還原狀態(tài)的變化會影響代謝、ROS的產(chǎn)生和降解、酶活性和其他蛋白質(zhì)功能[4]。ROS尤其是H2O2，在蛋白質(zhì)中形成必需的二硫化物結(jié)構(gòu)和功能性硫醇的氧化還原狀態(tài)中起著重要作用，抑制線粒體ROS產(chǎn)生可抑制蛋白質(zhì)二硫化物形成并誘導(dǎo)RS，RS導(dǎo)致二硫鍵形成的減少，并誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的未折疊蛋白反應(yīng)，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)的功能障礙和積聚，可能與蛋白質(zhì)聚集性心肌病有關(guān)[24]。

5 機(jī)體氧化還原狀態(tài)的檢測

細(xì)胞的氧化還原環(huán)境可以通過多種方式進(jìn)行監(jiān)測，包括3種主要氧化還原對GSH/GSSG、NADPH/NADP+、NADH/NAD+ 以及GSH/GSSG、NADPH/NADP+ 氧化還原電位[25]。

循環(huán)的氧化還原檢測，Zitka等[26]發(fā)現(xiàn)血漿GSH/GSSG比值可以用作兒童不同腫瘤患者中的OS標(biāo)志物，根據(jù)GSH/GSSG比值輔助腫瘤患者的鑒別診斷。表明血漿中GSH/GSSG比值或許可以作為循環(huán)氧化還原檢測指標(biāo)。

Sairam等[27]用循環(huán)氧化還原評分CRS(即GSH/MDA)作為外周氧化還原指數(shù)，將健康人的CRS指定為正常氧化還原(NR)，發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者中41%屬于NR組，42%屬于高氧化組，17%表現(xiàn)出超還原性。超聲心動圖分析顯示，55%的高氧化性患者有較高的收縮功能障礙，而62.5%的高還原性患者有較高的舒張功能障礙。這項(xiàng)研究表明，不同心力衰竭患者可能處于不同的氧化還原狀態(tài)，這也許是對所有心力衰竭患者應(yīng)用抗氧化劑治療未能改善其預(yù)后的原因。未來OS研究方向或許可以針對高還原性患者進(jìn)行抗RS治療，對高氧化性患者行抗OS治療，但同時(shí)需避免誘發(fā)RS。

6 小結(jié)

盡管一些大型臨床抗OS治療并未改善心力衰竭患者的預(yù)后，這并未否定ROS在心力衰竭進(jìn)展中的作用，開發(fā)抗氧化/還原應(yīng)激的新藥物或者新方法是有必要的。但是RS及如何調(diào)整氧化還原之間的平衡需引起人們的足夠重視。未來抗氧化應(yīng)激治療方向可以通過針對不同氧化還原狀態(tài)的患者做出個(gè)性化的抗氧化/還原策略，平衡機(jī)體內(nèi)OS與RS、抑制ROS在心力衰竭進(jìn)展中的某種機(jī)制等策略或許可以改善心力衰竭治療現(xiàn)狀。