・ 1OO・ 医学综述2OO6年1月第12卷第2期Medical Recapitulate。January 2006,Vo1.12,No.2 线粒体三磷酸腺苷敏感性钾通道与心肌预适应 钟 标(综述),钟焕清,陈海生(审校) (广东省高州市人民医院心外科,广东高州5 ̄200) 中田分类号:R654.2 文献标识码:A 文章编号:1006 2O84(20o6)02.0100-02 摘要:近年来大量的研究提示,应用钾通道开放剂(PCOs)与缺血预适应(IPC)同样具有明显的抗 药物阻断剂有5.羟癸酸(5. 心肌缺血,再灌注损伤的作用,而线粒体三磷酸腺苷敏感性钾通道(mitoKATP)在其中起着重要的作 hydoxydeeanoate,5-HD)、MCC・134 用,其机制尚未明了,可能与以下三方面有关:减少线粒体Ca2 超载。调节线粒体容量与能量代谢,调 和格列本脲等,其中5.HD选择性 节自由基的生成。 地阻断mitoK^ 。 关键词:缺血再灌注损伤;线粒体;A I 敏感性钾通道;心肌保护;预适应 2 In]tOKATr在缺血预处理中的 Mitochondrlal ATP-Sensitive K Channels and Myocardial Precondiitoning ZHONGBiao,ZHONGHuan-qing,CHENHai-sheng. 作用及可能机制 (Department ofCardiovascular Surgery,GaozhouPeople 5Hospital,Gaozhou 525200,China) 一系列研究显示mitoKArp开 Abstract:Recently,many researches indicated that potassium channel openers(PCOs)protect the heart against ischemia・reperfusion injury a8 remarkably∞ischemic preconditioning(IPC)does.And mitochondrial ATP-sensiitve 放对心肌产生保护作用。1997 K channel(mitoKATP)plays all implant role in the protection.The protective mechanism of mitoKATP is i111. 年,Garlid等 首先在实验中发现 clear,However,it has a closerelationto decreasinginmitochondrlal Ca2 uptake.regulatingthe releasesof reactive mitoK 开放剂二氮嗪能对局部 oxygen species,regulating mitochondfial volume and energetic metabolism are believed to he involved. Key words:Isehemia-reperfusion injury;Mitoehondria;ATP-sensitive potassium channels;Cardioprotcetion; 缺血再灌注心肌提供保护作用, Preconditioning 所用剂量明显小于开放肌膜K 通道(s眦K )的剂量,而与开放 预先一次或多次的短暂缺血可以减轻其后长时间持续缺 mitoK 的剂量相符。同时克罗卡林和二氮嗪均能对缺血再 血及再灌注所造成的心肌损伤,这种现象称为缺血预适应 灌注心肌提供保护作用,但保护作用不依赖于心肌细胞动作 (ischemic preconditioning,IPC)。近年来大量的研究提示:应用 电位时程(APD)的缩短.mitoKj,w阻断剂5.HD能取消二者的心 钾通道开放剂与IPC同样具有明显的抗心肌缺血/再灌注损 伤的作用,而线粒体三磷酸腺苷敏感性钾通道(mitochondrial 肌保护作用,这些均提示二氮嗪通过开放mitoK 而非anrcK 发挥心肌保护作用。由于mitoK 开放荆可以产生和IPC ATP.sensitive K channel,mitoK^ )在其中起着重要的作用,有 相似的心脏保护作用,而且mltOKAw,阻断剂可以阻断这种保护 关的研究是目前国际上的研究热点之一。本文就mitoK^Te在 作用,因此多数学者认为在IPC中mitoK 起主要作用,其心 心肌预适应中作用机制的研究进展综述如下。 肌预适应中的作用机制可能与以下几个方面有关: 1 mitoKAx,及其开放剂 2.1减少线粒体cⅡ2 超载 uu等 首先提出mitoK 开放 mitoKA 存在于线粒体内膜,是由内向整流钾通道(Kir6.X 可能减轻缺血再灌注期间线粒体ca2 超载。之后Holmuh 家族)亚单位和磺酰脲类受体(SUR)组成,但目前对它的具体 amedov等 在分离的心肌线粒体上发现mitoK 开放剂二氮 分子结构和组织特异性仍不清楚。mitoKArp活性受很多代谢 嗪和吡那地尔使线粒体膜去极化,减少Ca2 的流入,剂量依 因素和药物的调控。三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)和 赖性地引起线粒体内积聚的c丑2 释放,并且去除K 或加入 棕榈酰基辅酶A是mitoK TP的竞争性抑制剂,三磷酸鸟苷 ATP、ADP的培养液能阻断mitoK 开放剂的作用。同时,Hol, (GTP)和二磷酸鸟苷(GDP)则可通过抑制通道对ATP的高亲 muhamedov还发现在心肌细胞上二氮嗪可以诱导线粒体去极 和力而激活通道,成为mitoK 的生理性开放剂。mitoKA ̄的 化并降低线粒体内的c丑2 含量,而5-HD能抑制这种作用。 药物性开放剂有二氮嗪(diazoxide)、尼可地尔(nicorandil)、异氟 其他研究 也证明mitoK 开放使K 内流进入线粒体,降低 烷、BMS・180448和BMS.191095等,其中二氮嗪、尼可地尔、 跨膜电位差,膜去极化后减小了Ca2 内流的动力,抑制Ca2 BMS-180448和BMS.191095选择性地激活mitoK^TP。mitoK 的 内流,从而明显减轻了线粒体内的钙超载。 with iamtinib:a canter-based study of 17 patients[J J.Br J Cancer, [15] ShimojiamN,NakakiT,MofikawaY,et口f.Imatinibblocks spontaneous 2003,89(3).,460-464. m ̄hanical activities in the adult rn u e small intestines:posaible inhi, [12]Demetrl GD,Benjamin R,Blanke CD,et a1.Optimal management of bltlon of c-kit signaling[J].Pharmacology,2005,74(2):95-99. patients wiht gastmintestirud stromal tumol ̄(GIST).Expansion and [16]Verwe J,Casali PG,Zalcherg J, .Pmgrossion.free survivalin gas. update of NCCN clinical guideline[J]. CCN,2004,2[Suppl 1]:S1-trointestlnal stromal tumom试th hi .dose iamtimb:rnado ̄zed trial S26. [J】.Lancet。2004,364(9440):l127.1134. [13]Hosokawa 0,Kalzakl Y.Surgical treatment for gastorintestinal submu [17]Emory TS。Sobin LH,Lukes L。d a/.Prognosis of gastrointestinal cosal tumor[J].Stomach Intestine(Tokyo),2004,39(4):521—528. smooth.muscle(s ̄ma1)tumorsEJ].Am J Surg Pathol,1999,23(1): ll4j Hiral F,MatsuiT,YanT,e‘a/.Clinical decision andtreatmentfor gas.82-g7. tminteatinal stromM tumor(GIST)of hte intesitne[J].Stomach Intes. 收稿日期:2005.04.14修回日期:2005.11.1O tine(Tokyo),2004,39(4):561.573. 维普资讯 http://www.cqvip.com
医学综述2006年1月第12卷第2期Medical Recapitulate,January 2006,Vo1.12,No.2 - 101 ・ 另一方面,流人线粒体的Ca2 减少和线粒体内Ca2 的流 出,引起胞质Ca2 浓度增加。既往发现在缺钙 复钙、增加细 胞外ca2 浓度或激活肾上腺素受体后都能一过性增加胞内 Ca2 浓度,引起蛋白激酶C(PKC)激活,对心肌产生预处理保 护[5 2。WanE等 用PKC抑制剂chelerythrine阻断了二氮嗪的 心肌保护作用,说明mitoKAw开放剂可能通过短暂增加肌浆 Ca2 浓度而激活PKC来诱发保护作用。 2.2调节线粒体容量与能量代谢线粒体是能量代谢的场 所,线粒体内K 循环由电中性K 排出和电泳性K 的摄取 组成,前者由K’/H’交换调控,后者由mitoK 通过电化学梯 度调控。mitoKATP的打开促进了K 内流,同时伴随着水的内 流和阴离子的外流,调节线粒体容量,从而影响能量代谢 J。 有研究显示,mitoKAr ̄打开引起基质肿胀,减慢ATP水解 的速率,提高脂肪酸的氧化速率,促进线粒体呼吸,增加ATP 合成,利于心肌功能的恢复 J。Ockaili等 的研究发现, 3.硝基丙酸(3-nitropropionic acid,3-NP)通过抑制琥珀酸脱氢酶 (sueeinate dehydrogenase,SDH)能保护缺血再灌注心肌,保护作 用被5-HD阻断,认为抑制SDH获得的心肌保护作用与mite K TP开放有关。Ardehali等 “的实验也得出了同样的结论。 但也有观点 认为这种保护作用不依赖于mitoK 。 磷酸肌酸/肌酸是线粒体向细胞质传输能量最有效率的 方式 。有研究认为,mitoKx 的开放使位于线粒体外膜上的 电压依赖性阴离子通道(voltage dependent anion channel,VDAC) 关闭,保持线粒体外膜对核苷酸的低通透性,从而降低细胞内 ADP降解的速率,使再灌注时有足够的ADP参与磷酸化作 用,并且维持正常的基质和膜间腔容量,保护肌酸激酶和 VDAC之间功能耦联,使线粒体在再灌注期能高效率地传送 能量来满足细胞需求 。 2.3调节自由基的生成在缺血再灌注过程中,大量的氧自 由基主要由以下两个途径产生:其一是黄嘌呤氧化酶途径。 缺血时,ATP快速水解成ADP和AMP,AMP经过嘌呤代谢途 径最后转变成黄嘌呤;在再灌注阶段,次黄嘌呤、黄嘌呤被黄 嘌呤氧化酶氧化而生成氧自由基 。其二是线粒体呼吸链。 其生成部位估计在复合物Ⅲ上 ,由从呼吸链逃逸出来的电 子与氧分子反应生成超氧阴离子(Oi),从而在体内发生连锁 反应,生成多种具有高活性的氧还原中间产物,统称为活性氧 族(reactive oxygen species,ROS)。 ROS在缺血.再灌注过程中能引起细胞损伤,同时也是预 处理信号转导过程中的一个启动因子 。在缺血时,缓激 肽、乙酰胆碱、二氮嗪诱导的预适应中缺血早期都有少量ROS 产生,用5-HD和氧自由基清除剂均能拮抗这种效应,提示rni— toK 开放通过在预处理期线粒体内生成ROS而启动心肌保 护作用 ,而这种保护作用是通过激活PKC实现的 。在 再灌注时,mitoK 通道开放又能抑制ROS的爆发,减少ROS 对细胞的不可逆损伤,该作用也能被5-HD所抑制“ 。 因此,mitoK 开放既能增加也能减少ROS的生成,其机 制尚不清楚。Garlid等 认为在预适应期K 通过mitoK 流 入使基质碱化,引起线粒体ROS生成增加。而线粒体ROS水 平的降低可能与呼吸链解耦联有关。如 。 3结 语 有效的心肌保护措施是成功进行心内直视手术以及术后 恢复的关键因素之一。IPc作为机体对缺血再灌注损伤的一 种自身保护反应的重要机制,其对包括心肌细胞在内的细胞 组织均有明显的保护作用,mitoKArr在其中起重要作用。但其 具体机制还 十分清楚。随着新的mitoK TP开放剂的开发和 对其作用机制的进一步了解,有望在临床应用上有新的突破。 参考文献: 【l J Garlid KD,Paucek P,Yarovoy VY,et aZ.Cardioprotective effect of di azoxide and its interaction with mltcohondfial ATP-sensitive K chan- nels:possible mechanism of cardioprotection【J J.Circ Res,1997,81 (12):1072.1082. [2]Liu Y,SateT,O Rourke B,et .Mitochondrial A -dependent potas- sium channels:hovel effcetors of cardioprotcetion?【J J.Circulation, 1998.97(6):2463-2469. 13 l Holmuhamedov EL,Wang L。Terzic A.ATP.sensitive K channel openers prevent Ca2 overhmd in rat cardiac mitochondria[J].J Physi- 0l,l999,519(9):347—360. 14 l Murata M,Akao M。0 Rourke B。 u1.Mitochondrial ATP.sensitive potassium channels attenuate matrix Ca2 overload during simulatde ischemia and repefusion:possible mechanism of cardiopmtcetion l J j. Circ Ros,2001。89(11):891.898. [5 J Brain 0.Myocardial KATP channels in preconditioning[Jj.Ciet Reg, 2000,87(11):845-855. 【6 J Wang Y,Ashraf M.Role of protein kinase C in mitcohorstrial KATP channel mediated protection against Ca2 overload iniury in rat myocar- dium【J J.Ciet Res,1999。84(5):l156-l165. 【7 J Dos Santos P,Kowaltowski AJ,Laclau MN,et aZ.Mechanisms by which opening the mitcohondrial A IP.sensitive K channel protects the ischemic heartlJ J.Am J Physiol Heart Circ Physiol,2002,283(7): 284.295. [8]Halestrap AP.111e regulation of the matrix volume of mammalian mito- chondria in vivo and in vitro and its role in the centrel of mitochondrial metabolismlJ J.Biochim Biophys Acta,1989,973(5):355-382. 【9]Graver GJ,Newburger J,Sleph PG,et a1.Cardioprotective effects of the potassium channel opener cmmakalim:stereoselcetivity and effect吕 on myocardial adenine nucleotides[J].J Pharmacol Exp,r}ler,1991, 257(4):156一l62. 1 lO] Ockaili RA,Bhargava P,Kukreja RC,Chemica1 preconditioning with 3- nltropmpionic acid in hearts:role of mitcohendrial KATP channel【J J. Am J Physiol Heart Cite Physiol,2001,280(5):2406.2411. 1 1l J Ardehali H,Chen ZH,Ko Y.et a1.Multipmtein complex contianing succinate dehydrogenase coIlferB mitochondrila ATP.sensitive K chan. nel activity【J].PNAS,2004,101(8):l1880-l1885. [12 J Hanley PJ,Micke1 M,¨mer M.et ,KATP channel-independent tar- gets of diazoxide and 5-hydmxydccanoate in the heart[J].Physiology, 2002.542(8):735-741. 【l3] Saks V,Dos Santso P,Gellerich FN,et aZ.Quantiattive studies of ellZ- yme-suhstrate eompartmentation,functional coupling and metabolic channelling in muscle cells[J].Mel Cel1 Bicohem,1998,l84(7):291- 3o7. [14] Garlid KD,Dos Santso P,Xie ,et a1.Mitochondfial potassium trnas- oprt:the role of the mitcohondrial A137.sensitive K’channel in cardiac function and cardioprotcetion[J].Bicohim Biophys Acts,2003,1606 (9):1-21. 【15 j Grnager DN.Role of xanthine oxidase and granulcoytes in ischemia- reperfusion injury【J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,1988,255 (12):1269-1275. [16]Droge W.Free radicals in the physiological control of cell function[J]. Physiol Rev,20O2,82(1):47.95. 【17 j Oldenburg O。Cohen MV。Downey JM.Mitochondrial KATP channels in precondiitoning[J].J Mol Cell Cardiol,2003,35(6):569-575. [18]Cohen MV,Yang XM。“u Gs,et a1.Acetylcholine,bradykinin,0pi- oids,and phenylephrine,hut not adenosine,trigger preconditioning by generating free radicals and opening mitcohondrila KATP channels[J]. Cite Res,2001,89(8):273.277. [19] Ozean C,Bienengraeber M,Dzeja PP,日af.Potassium channel openers protcet cardiac mitcohondria by attenuating oxidant stress at reoxygen- atinalJj.Am J Ph【ysiol HeaIt Ciet Physiol,20O2.282(2):53l-162. [20] Skulcahev VP.Uncoupling:new approaches to a/1 old problem of bioen- ergetles【Jj.Biochim Biophys Acta,1998,1363(2):100-124. 收稿日期:2005.07-06修回日期:2005.12.10
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