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丁苯酞對心肌細胞保護作用機制的研究進展

2021-01-12 00:37黃駿文李浪
山東醫(yī)藥 2021年4期
關鍵詞:心肌細胞線粒體氧化應激

黃駿文 ,李浪 ,2,3

1 廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院,南寧530021;2 廣西心腦血管疾病防治精準醫(yī)學重點實驗室;3 廣西心腦血管疾病臨床醫(yī)學研究中心

我國現(xiàn)有心血管病患者約2.9 億,每年死亡約350 萬,且心血管病的患病率、病死率仍持續(xù)上升,心血管病負擔日漸加重[1]。因此,迫切需要制定干預策略,尋找有效藥物,用于防治心血管疾病,延緩心血管疾病進展。丁苯酞(NBP)其分子式為C12H14O2,與從芹菜籽中提取的左旋芹菜甲素具有相同的結構,為人工合成的消旋體。研究顯示,NBP具有抗血小板聚集、抗氧化應激、改善線粒體功能、減少神經(jīng)細胞凋亡等多種作用[2-5],在臨床中廣泛用于治療缺血性卒中。近年來研究顯示,NBP 可通過抗心肌細胞凋亡、改善線粒體功能、抗氧化反應、抗炎等多種作用機制參與心臟保護作用,是治療心血管疾病的候選藥物。現(xiàn)綜述如下。

1 抗心肌細胞凋亡

在心肌缺血/再灌注(I/R)損傷過程中,抑制心肌細胞凋亡可使心肌梗死面積縮小30%~60%,且能有效保護心功能[6]。B 細胞淋巴瘤/白血病2(Bcl-2)蛋白家族中促凋亡和抗凋亡蛋白的平衡關系可調(diào)節(jié)線粒體通透性轉換孔(MPTP)開放,控制細胞色素C 釋放,在調(diào)控心肌凋亡過程中起重要作用[7]。WANG等[8]發(fā)現(xiàn) NBP 能通過提高大鼠冠狀動脈 I/R 模型Bcl-2 蛋白表達,抑制細胞色素C 釋放及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)活化,從而減少心肌細胞凋亡,縮小心肌梗死面積。周菲等[9]同樣發(fā)現(xiàn),NBP 預處理能上調(diào)冠狀動脈I/R 大鼠心肌細胞Bcl-2蛋白表達水平,降低Caspase-3、死亡因子、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶9(Caspase-9)蛋白表達水平,降低心肌細胞凋亡率,縮小心肌梗死面積,保護心功能。抑制梗死區(qū)周邊心肌細胞凋亡,同樣能有效縮小心肌梗死面積。田小超等[10]建立大鼠急性心肌梗死(AMI)模型進行研究,發(fā)現(xiàn)NBP 治療組心肌梗死面積縮小42%,心功能明顯改善。孫明等[11]進一步研究發(fā)現(xiàn),NBP能提高心肌細胞Bcl-2蛋白表達水平及Bcl-2/Bcl-2 相關 X 蛋白(Bax)值,降低細胞凋亡指數(shù),縮小心肌梗死面積,從而改善心功能。

2 改善線粒體功能

線粒體在向心臟提供能量方面起著關鍵作用,線粒體功能障礙與心臟功能障礙密切相關[12]。MPTP 持續(xù)開放使線粒體基質(zhì)增加,線粒體腫脹,抑制三磷酸腺苷(ATP)生成,同時使促細胞凋亡因子釋放增加,增強酶促反應,進一步增加細胞凋亡。Bcl-2蛋白可提高鈣離子超載誘導的MPTP的開放閾值,阻止 Bax/Bak 蛋白激活 MPTP,維持 MPTP 正常功能,減輕線粒體損傷程度。孫明等[11]在大鼠心肌梗死模型中發(fā)現(xiàn),NBP預處理能提高Bcl-2蛋白表達水平,減輕線粒體腫脹,減少心肌細胞凋亡,改善心功能。此外,線粒體酶對線粒體能量代謝、ATP生成也具有重要作用。線粒體酶活性提高可增加ATP 供應,改善心肌能量代謝,促進受損心肌收縮功能恢復。TIAN 等[13]研究發(fā)現(xiàn),NBP 能提高缺血心肌細胞異檸檬酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶等線粒體酶活性,改善受損線粒體形態(tài),提高細胞ATP水平,改善心功能。

3 抗氧化應激

在缺血缺氧或炎癥損傷等作用下,活性氧(ROS)會不斷堆積、活化。ROS 作為二級信使或信號分子可介導心肌細胞凋亡,加重心肌損傷。抑制AMI 后梗死區(qū)氧化應激反應,有利于改善心肌組織形態(tài)和心臟功能[14]。在體外氧化應激細胞模型中,NBP 可降低H2O2處理后大鼠心肌細胞(H9C2 細胞)的ROS 活性,提高心肌細胞活力,抑制心肌細胞凋亡[13]。超氧化物歧化酶(SOD)是體內(nèi)重要的抗氧化酶之一,丙二醛(MDA)是機體氧化應激的代謝產(chǎn)物,SOD 水平降低和MDA 含量增加會加重心肌細胞氧化應激損傷。鄧瑞等[15]在體外缺氧復氧心肌細胞模型中發(fā)現(xiàn),NBP 能減少心肌細胞產(chǎn)生ROS,升高SOD 活性,降低MDA 含量,提高心肌細胞存活率。顧建國等[16]也發(fā)現(xiàn) NBP 能使大鼠血清中 SOD 活性升高,MDA 含量降低,減輕氧化應激反應,改善心功能。QIU 等[17]在大鼠心肌梗死后心力衰竭模型中發(fā)現(xiàn),NBP 治療組血清總抗氧化能力、過氧化氫酶、SOD 活性提高,MDA 水平降低,心功能改善。蛋白激酶B/核因子E2 相關因子2/血紅素氧化酶1(Akt/Nrf2/HO-1)細胞信號轉導通路,在心肌缺血炎癥反應及氧化應激反應中均起著重要的調(diào)節(jié)作用[18]。鐘斌等[19]進一步研究發(fā)現(xiàn),在慢性心力衰竭大鼠模型中,經(jīng) NBP 治療后大鼠心肌組織 SOD 升高,MDA 含量降低,Nrf2 和HO-1 的表達升高,心肌細胞凋亡減少,提示NBP 可以降低氧化應激水平,抑制心肌細胞凋亡,這可能與激活Nrf2/HO-1 信號通路有關。BAI 等[20]在大鼠 AMI 模型中也發(fā)現(xiàn)類似的結果,NBP 治療組磷脂酰肌醇激酶、Akt、磷酸化Akt 和Nrf2 水平升高,血清中 HO-1、谷胱甘肽、Cu/Zn 超氧化物歧化酶和Fe/Mn 超氧化物歧化酶的活性提高,心肌細胞凋亡減少,心肌梗死區(qū)的組織形態(tài)改善,心功能改善,提示NBP 通過激活Akt/Nrf2/HO-1信號通路,減輕心肌梗死后氧化應激反應,減輕心肌損傷,保護心功能。

4 抗炎癥反應

炎癥反應參與心肌缺血再灌注損傷、心肌梗死等的重要過程,炎癥因子則是炎癥反應的主要參與者。過度炎癥反應激活可以導致心肌細胞丟失、收縮功能抑制,甚至可引起心室重構、心力衰竭等不良預后。在體外缺氧復氧心肌細胞模型中發(fā)現(xiàn)NBP能減少心肌細胞腫瘤壞死因子α(TNF-α)、IL-6、IL-1β等炎癥因子水平,提高心肌細胞存活率,減少心肌細胞凋亡[15]。核因子 κB(NF-κB)信號通路是調(diào)控炎癥反應的重要通路。李俊等[21]建立大鼠AMI 模型,發(fā)現(xiàn)NBP 治療組NF-κB 蛋白表達水平降低。QIU等[17]建立 AMI 后心力衰竭大鼠模型,也發(fā)現(xiàn) NBP 處理組大鼠 TNF-α、NF-κB 蛋白表達水平降低,提示NBP 可能通過抑制NF-κB 信號通路的激活,減輕心肌梗死中炎癥反應。Akt/Nrf2 信號通路也參與調(diào)節(jié)炎癥反應[22]。BAI 等[20]建立大鼠 AMI 模型,發(fā)現(xiàn)與模型組比較,NBP 組p-Akt 和磷酸化Nrf2 蛋白表達水平明顯降低,炎癥因子 IL-1β、TNF-α 在 mRNA 及蛋白表達水平均降低,細胞凋亡率明顯下降,提示NBP 也可能通過調(diào)節(jié)Akt/Nrf2 信號通路,抑制AMI后的炎癥反應,減輕心肌損傷[20]。

5 抑制心室重構

心室重構包括心肌纖維化、心肌細胞肥大及心室擴大等病理改變,抑制或逆轉心室重構可延緩心力衰竭的進展[23]。顧珺一等[24]建立心力衰竭大鼠模型,發(fā)現(xiàn)NBP 治療組大鼠心肌纖維化相關蛋白SMAD3 表達水平降低,心肌纖維化減輕,心功能改善。QIU等[17,25]在AMI后心力衰竭大鼠模型中,發(fā)現(xiàn)NBP治療能降低大鼠轉化生長因子β1蛋白、NF-κB及Ⅰ型、Ⅲ型膠原以及肌成纖維細胞標志物α 平滑肌肌動蛋白的表達水平,大鼠心肌纖維化減輕,心功能改善,提示NBP 可能通過抑制膠原合成信號,抑制肌成纖維細胞增殖,減輕心肌纖維化。

心臟功能受損早期,心肌代償性肥厚,心室腔代償性擴大,心肌收縮功能尚能代償,久之即出現(xiàn)失代償表現(xiàn)[26]。QIU 等[25]建立大鼠 AMI 模型,觀察組使用NBP 治療5 周,結果發(fā)現(xiàn)觀察組大鼠心肌細胞肥大減輕,左心室舒張末期內(nèi)徑(LVEDD)縮短,提示NBP能減輕心肌梗死后心肌肥大及心室擴張。另一項研究同樣發(fā)現(xiàn)在AMI 后心力衰竭大鼠模型中,觀察組使用NBP 治療4 周后,觀察組心肌肥大減輕,LVEDD 和左房內(nèi)徑縮短,心臟功能改善,提示NBP能減輕心力衰竭大鼠的心肌肥大及心臟擴大,改善心力衰竭大鼠的心功能[17]。

6 抗心律失常

心臟交感神經(jīng)重塑是指某一區(qū)域心肌內(nèi)的交感神經(jīng)密度增高或缺失。心肌梗死后,交感神經(jīng)重塑可增加室性心律失常易感性,增加心源性猝死風險。聯(lián)合檢測生長相關蛋白43(GAP-43)與酪氨酸羥化酶(TH)水平可反映神經(jīng)發(fā)育及再生情況。李俊等[21]在大鼠心肌梗死模型中,發(fā)現(xiàn)大鼠心肌梗死周邊區(qū)GAP-43 和TH 陽性的交感神經(jīng)纖維密度增加,分布紊亂,而NBP 治療組梗死周邊區(qū)GAP-43 和TH 陽性的交感神經(jīng)纖維密度較心梗組降低,提示NBP 治療可改善大鼠心肌梗死周邊區(qū)交感神經(jīng)重構。心肌梗死后,異質(zhì)性纖維化瘢痕可破壞正常的細胞骨架網(wǎng)絡,并減少縫隙連接蛋白43(Cx43)在梗死邊緣區(qū)的表達而導致縫隙連接重構[27]。嚴重的心室纖維化和Cx43 重塑最終會導致興奮傳導減慢和折返性心律,增加室性心律失常的易感性[28]。QIU等[25]發(fā)現(xiàn),NBP 治療能抑制心肌梗死模型大鼠心肌梗死后心肌纖維化,改善Cx43縫隙連接蛋白的表達和分布,降低發(fā)生室性心律失常的易感性及嚴重程度。

心肌梗死后心房結構重塑認為與房顫的發(fā)生有關,特別在心力衰竭時,房顫的易感性增加[29]。QIU等[17]建立心肌梗死后心力衰竭大鼠模型,研究NBP對心肌梗死后心力衰竭大鼠房顫易感性的影響。發(fā)現(xiàn)經(jīng)NBP 治療4 周后,觀察組大鼠心房纖維化明顯減輕,心功能明顯改善,房顫誘發(fā)率和持續(xù)時間明顯降低。提示NBP 可能通過抑制心房纖維化,抑制心房結構重塑,改善心功能,降低房顫易感性。

7 促進血管再生

心肌梗死邊緣區(qū)血管再生可以改善缺血心肌的血流灌注,挽救頓抑心肌,改善心功能。田小超等[30]在大鼠心肌梗死模型中研究發(fā)現(xiàn),NBP 治療組大鼠血管內(nèi)皮生長因子和堿性成纖維細胞生長因子等促血管生長因子增加,Notch1基因表達水平升高,大鼠心功能改善,提示NBP 可以促進心肌梗死大鼠促血管生成因子在缺血心肌中的表達,促進缺血心肌血管再生,增加缺血心肌的血液供應,保護心功能。

隨著國內(nèi)外學者的不斷深入研究,NBP 對心肌細胞的保護作用已不斷得到證實,為篩選出治療心臟疾病的有效藥物提供了理論基礎,展現(xiàn)了治療心血管系統(tǒng)疾病的應用前景。但由于NBP 在心血管疾病中的作用機制仍有不明確的地方,尚缺乏大規(guī)模、多中心的臨床研究數(shù)據(jù),且因為NBP 呈脂溶性,難溶于水,生物利用度低,分布在心臟組織中藥物濃度低,導致NBP 尚未能在臨床中廣泛用于治療心血管系統(tǒng)疾病。目前,新一代NBP 衍生物在國內(nèi)處于Ⅱ期臨床研究,初步研究結果顯示其對心、腦缺血疾病均具有很好的治療作用[31-32]。因此,進一步加深對NBP 及其衍生物在心血管疾病方面的研究,有望給心血管病患者帶來新的藥物治療選擇。

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