林彥霞，白 睿，劉志強(qiáng)，劉惠亮

心肌梗死已成為嚴(yán)重威脅人類生存和生活質(zhì)量的疾病。雖然當(dāng)前藥物治療、介入治療和冠脈搭橋療法等對(duì)心肌梗死具有一定的治療效果，在急性期可挽救許多患者的生命，但由于心肌梗死區(qū)惡劣的微環(huán)境會(huì)促使大量心肌細(xì)胞死亡及纖維瘢痕修復(fù)，導(dǎo)致患者心功能進(jìn)行性下降和嚴(yán)重心律失常的發(fā)生，使得心力衰竭的發(fā)生率和病死率增高。因此，心肌梗死發(fā)生后，亟需一種方式來緩解心肌梗死區(qū)形成惡劣的微環(huán)境、減緩心肌細(xì)胞的死亡及纖維瘢痕的修復(fù)。據(jù)報(bào)道褪黑素（melatonin，MT）可以減少氧化損傷，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，刺激細(xì)胞因子分泌，從而減輕組織損傷。近年來，國(guó)內(nèi)外大批研究學(xué)者針對(duì)褪黑素的心臟保護(hù)作用做了一系列研究。

1 褪黑素的作用機(jī)制

褪黑素可預(yù)防多種心血管疾病，包括缺血/再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化和高血壓[1]。然而，褪黑素保護(hù)心肌梗死的確切機(jī)制及其影響的關(guān)鍵細(xì)胞參數(shù)仍有待闡明。

1.1 褪黑素受體具有多態(tài)性 Samimi-Fard等[2]通過檢測(cè)急性心肌梗死與正?；颊唧w內(nèi)褪黑素的六種核苷酸受體表達(dá)的不同，提出褪黑素1A受體（Melatonin Receptor 1A，MTNR1A or MT1）的基因多態(tài)性與冠脈疾病有關(guān)。同時(shí)文獻(xiàn)[3-6]進(jìn)一步提示褪黑素受體也可能參與褪黑素的心臟保護(hù)作用。Sallinen等[3]研究顯示，褪黑素兩種受體亞型MT1和MT2均在大鼠左心室中表達(dá)，并在心肌梗死后表達(dá)改變。心肌梗死后1 d，左心室中MT1受體的數(shù)量減少，但在14 d內(nèi)恢復(fù)；與MT1受體不同，MT2受體的數(shù)量在梗死后未減少。提示心肌梗死后MT2受體比MT1受體具有更重要的作用，這與Chen等[7]研究結(jié)果一致。為了驗(yàn)證褪黑素對(duì)心肌梗死的保護(hù)效應(yīng)是否與MT1受體有關(guān)，研究者使用正常小鼠和MT1受體缺陷小鼠實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示褪黑素對(duì)MT1受體缺陷小鼠和正常小鼠的心肌梗死保護(hù)效應(yīng)無明顯差別，表明褪黑素對(duì)心肌梗死的保護(hù)作用不依賴于MT1受體。此外，Lochner等[6]使用2-苯基-N-乙酰色胺作為褪黑素受體拮抗劑，表明褪黑素受體參與褪黑素的心臟保護(hù)作用。與MT1受體相比，2-苯基-N-乙酰色胺對(duì)MT2受體亞型具有更高的選擇性，表明MT2受體在心肌梗死后具有心臟保護(hù)作用。值得注意的是，He等[8]研究證明核褪黑素受體RORα是一種新的心肌I/R損傷的內(nèi)源性保護(hù)性受體，得出褪黑素-RORα軸信號(hào)傳導(dǎo)在防止缺血性心臟損傷中起著重要作用，可見核褪黑素受體RORα是褪黑素發(fā)揮心臟保護(hù)作用的重要介質(zhì)。

1.2 褪黑素是一種強(qiáng)效抗凋亡劑 這種抗凋亡劑可以保護(hù)心肌細(xì)胞免于凋亡[9,10]。Maejima等[11]的研究表明Macrophage-stimulating 1（MST1）是一種凋亡蛋白激酶，非磷酸化狀態(tài)可以抑制凋亡[12-14]，而褪黑素可以抑制MST1磷酸化，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡?？梢奙ST1基因可以作為褪黑素調(diào)節(jié)心梗后細(xì)胞凋亡的重要分子靶點(diǎn)[15]。之前有研究表明，褪黑素上調(diào)沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator, SIRT1）來減輕糖尿病大鼠心肌的I/R損傷[16]。因此促使學(xué)者研究褪黑素對(duì)MI的保護(hù)作用機(jī)制即檢驗(yàn)MST1 /SIRT1信號(hào)通路。Hu等[17]研究了在心肌細(xì)胞自噬、凋亡和線粒體損傷方面褪黑素對(duì)心肌梗死的影響和機(jī)制，證實(shí)褪黑素能改善心臟功能，抑制心肌梗死后心臟重塑的進(jìn)展。其機(jī)制與減少心肌細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡和減輕線粒體功能障礙相關(guān)。用轉(zhuǎn)基因（基因MTS1 TG）和基因敲除（MST1-/-）建立了一個(gè)小鼠心梗模型。在轉(zhuǎn)基因小鼠的心肌梗死損傷中，褪黑素能顯著減少細(xì)胞自噬、凋亡，減輕線粒體損傷，而MST1基因敲除小鼠的心肌梗死損傷中褪黑素沒有進(jìn)一步減少細(xì)胞自噬、凋亡及減輕線粒體損傷。得出褪黑素能顯著抑制MST1磷酸化而促進(jìn)心肌梗死后SIRT1的表達(dá)，這表明MST 1/SIRT1信號(hào)可以作為褪黑素的下游靶目標(biāo)。這些結(jié)果表明，褪黑素通過減少細(xì)胞凋亡，保護(hù)線粒體完整性和生物合成來調(diào)節(jié)心肌梗死后心臟重構(gòu)和功能，其機(jī)制，至少包括MST1/SIRT1信號(hào)通路。文獻(xiàn)[18-20]已證明，褪黑素通過激活JAK/STAT和Notch1通路在缺氧/復(fù)氧（Hypoxia/Reoxygenation，H/R）后顯著地提高細(xì)胞活性。在JAK/STAT通路中，褪黑素增加p-JAK和 p-STAT，可改善線粒體氧化應(yīng)激，增加抗氧化劑水平，減少細(xì)胞凋亡。褪黑素也能激活Notch1/Hes1蛋白并增加 Akt

的功能，表現(xiàn)為p-Akt的增加，這是一種存活蛋白，可減少H/R損傷導(dǎo)致的H9C2細(xì)胞氧化應(yīng)激和凋亡。當(dāng)去除JAK2 siRNA和Notch1 siRNA時(shí)，在H/R之前用褪黑素處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在不含JAK2和Notch1的情況下，褪黑素對(duì)H/R損傷的保護(hù)作用消失。表明JAK/STAT和Notch1在形成傳導(dǎo)通路中起重要作用。文獻(xiàn)[21,22]證明除了JAK/STAT和Noch1之外，PKG1α、PI3K/Akt、ERK1/2和STAT3的激活對(duì)于褪黑素發(fā)揮H/R損傷的心臟保護(hù)作用也是必不可少的。在H9C2細(xì)胞中使用PKG1αsiRNA、LY294002（一種 PI3K/Akt抑制劑）、U0126（一種ERK 1/2抑制劑）和AG490（一種STAT3抑制劑），褪黑素不能保護(hù)細(xì)胞免受H/R損傷。此外，文獻(xiàn)[23,24]證明褪黑素還通過激活A(yù)MPKα，保護(hù)心臟微循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞免受H/R損傷，從而抑制線粒體fssion-VDAC-HK2-MPTP-有絲分裂軸。表明，褪黑素預(yù)處理通過激活JAK/STAT、STAT3、Notch1/Hes 1、PKG1α、PI3K/Akt、ERK1/2和ampkα，增強(qiáng)抗氧化酶活性來提高細(xì)胞存活率，從而減少線粒體氧化應(yīng)激損傷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進(jìn)而減少細(xì)胞凋亡。

2 褪黑素預(yù)處理對(duì)干細(xì)胞心肌梗死保護(hù)功能的改善作用及調(diào)節(jié)機(jī)制

2.1 干細(xì)胞對(duì)心肌梗死的保護(hù)作用 心肌梗死后，左心室發(fā)生一系列改變統(tǒng)稱為重塑。其結(jié)果是受損的心肌被纖維化組織取代從而導(dǎo)致收縮功能障礙和最終心力衰竭。干細(xì)胞在通過旁分泌作用預(yù)防左心室重塑的病理發(fā)展過程中起著重要作用（抑制凋亡、壞死和纖維化，促進(jìn)血運(yùn)重建），這已被證實(shí)是干細(xì)胞修復(fù)急性心肌梗死的主要機(jī)制[25,26]。然而，移植的干細(xì)胞存活率低仍然是干細(xì)胞治療的一大挑戰(zhàn)，為了提高間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchyma stem cell，MSC）的治療效果，研究人員發(fā)展了多種策略以提高M(jìn)SC移植后的存活率或其治療潛能，其中最為有效的一種藥物就是褪黑素，因其具有抗氧化、抗凋亡、抗炎及刺激干細(xì)胞分泌一些細(xì)胞因子的特性，在氧化應(yīng)激微環(huán)境中可發(fā)揮其應(yīng)有的療效。

2.2 褪黑素對(duì)干細(xì)胞的保護(hù)作用 當(dāng)干細(xì)胞被移植到心肌梗死區(qū)時(shí)，它們將面臨極其嚴(yán)酷的微環(huán)境。細(xì)胞的壞死和炎性反應(yīng)可能在心肌梗死區(qū)增加[27]，其氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)（reactive oxygen species，ROS）的過度集中，除了直接引起細(xì)胞凋亡，也可以影響干細(xì)胞的黏附能力，細(xì)胞和基質(zhì)之間不能充分連接導(dǎo)致細(xì)胞凋亡進(jìn)一步增加，稱為失巢凋亡[28]。Wang等[29]探討了過氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)的MSC凋亡中褪黑素的保護(hù)作用和潛在機(jī)制。研究表明MSC經(jīng)褪黑激素以劑量依賴方式進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果顯示褪黑素能顯著減弱H2O2誘導(dǎo)的MSC凋亡。之后Mehrzadi等[30]將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）分離且用褪黑素預(yù)處理，然后暴露于H2O2，結(jié)果顯示褪黑素預(yù)處理能顯著增加細(xì)胞生存能力、降低暴露于H2O2的BMSCs細(xì)胞凋亡分?jǐn)?shù)。Zhu等[31]用脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞研究證明，在體外和體內(nèi)，褪黑素可以改善脂肪組織來源的MSCs的生存環(huán)境并增強(qiáng)其功能，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)褪黑素的預(yù)處理恢復(fù)了暴露于H2O2中的MSCs的黏附能力和p-FAK及P-Src水平，因此，抗氧化作用是褪黑素保護(hù)BMSCs的重要機(jī)制之一，進(jìn)一步的研究將重點(diǎn)關(guān)注在褪黑素如何改善BMSCs在心肌梗死微環(huán)境下的生存能力，以及進(jìn)一步如何影響心肌修復(fù)。

2.3 褪黑素預(yù)處理對(duì)干細(xì)胞心肌梗死保護(hù)功能的改善作用機(jī)制 大量研究已表明褪黑素預(yù)處理對(duì)干細(xì)胞心肌梗死保護(hù)功能具有改善作用，然而其調(diào)節(jié)機(jī)制仍有待探索，Han等[32]采用心肌梗死小鼠模型評(píng)估褪黑素對(duì)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞為基礎(chǔ)治療心肌梗死的影響，并探索沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator，SIRT1）所涉及的機(jī)制信號(hào)通路，結(jié)果顯示褪黑素可通過SIRT1信號(hào)通路作為一種基于MSC治療缺血性心臟病的新策略。Wang等[33]進(jìn)一步研究表明褪黑素在缺氧/無血清（HY/SD）誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中對(duì)MSCs具有保護(hù)作用[34]，其可能機(jī)制是褪黑素部分通過絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路來抑制HY/SD誘導(dǎo)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞死亡，同時(shí)，除了p38和ERK1/2，其他信號(hào)分子可能參與HY/SD誘導(dǎo)MSC凋亡[35,36]。但是否有其他信號(hào)通路參與其中，是否是p38和ERK1/2串聯(lián)蛋白進(jìn)一步影響褪黑激素對(duì)HY/SD誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，有待進(jìn)一步研究。

此外，Lee等[37]探討了褪黑素對(duì)BMSCs增殖、抗氧化應(yīng)激及免疫調(diào)節(jié)特性方面的影響。研究結(jié)果首次表明褪黑素通過上調(diào)朊蛋白（Prion Protein，PrPC）促進(jìn)MSC功能、增強(qiáng)MSC介導(dǎo)的缺血組織新生血管形成，通過PrPC-IDO軸調(diào)節(jié)MSC的免疫作用，進(jìn)而能夠?qū)π募」Ｋ赖闹委熎鸬胶芎玫恼{(diào)控作用。

3 褪黑素預(yù)處理對(duì)干細(xì)胞心肌梗死保護(hù)功能的意義

現(xiàn)在越來越多的研究聚焦于提高干細(xì)胞移植后的存活和功能。例如，有報(bào)道稱低氧預(yù)處理可提高治療效果[38,39]。同時(shí)，預(yù)處理的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞或骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞結(jié)合生長(zhǎng)因子如VEGF，F(xiàn)GF-2和腫瘤壞死因子α的治療，已被證明能促進(jìn)心肌梗死中MSC的黏附、存活和治療能力。然而，由于微環(huán)境的復(fù)雜性，某些生長(zhǎng)因子濃度的增加可能會(huì)引起不可預(yù)知的不良反應(yīng)。此外，將基因修飾的干細(xì)胞引入人體的安全性問題也是必須要考慮的。而褪黑素是一種松果體和其他各種組織分泌的內(nèi)源性激素[40]。最近，褪黑素對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的體外保護(hù)作用已報(bào)道，體內(nèi)治療局灶性腦缺血[41]、缺血性腎疾病[42]、急性肺缺血再灌注損傷和其他疾病模型如急性間質(zhì)性膀胱炎的有效性也被證實(shí)[43]。雖然器官和組織在上述研究中不同，但均表明褪黑素能保護(hù)由缺血造成的缺氧和炎性微環(huán)境中的移植細(xì)胞。由于褪黑素可作為人體的膳食補(bǔ)充成分，無明顯不良反應(yīng)，且引起關(guān)注的安全性問題小，因此褪黑素預(yù)處理可能是一種很有前途的改善干細(xì)胞心肌梗死保護(hù)功能的戰(zhàn)略策略。

4 展 望

心肌梗死是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程，研究者們?cè)噲D找出減緩這種過程的方法。褪黑素預(yù)處理改善干細(xì)胞心肌梗死保護(hù)的策略設(shè)計(jì)上還需進(jìn)一步研究，之前的大量研究多是基于褪黑素對(duì)MSC的體外預(yù)處理，但這樣褪黑素的療效短暫，因此需要探索一種可以實(shí)現(xiàn)褪黑素對(duì)干細(xì)胞的長(zhǎng)期作用，使其可以在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)褪黑素的長(zhǎng)期調(diào)控?？梢灶A(yù)期的是，褪黑素由于毒性低、安全性高可能在缺血性心臟病的治療中發(fā)揮與臨床相關(guān)的作用，將來經(jīng)過改進(jìn)應(yīng)用于臨床指日可待。