钙超载在心肌缺血再灌注损伤发生发展中作用的研究进展

【摘要】 心肌缺血再灌注损伤的发生与多种机制有关，其中包括钙超载、炎症反应、氧化应激反应、线粒体功能障碍、自噬、凋亡等，其中钙超载不但是主要的诱发因素，而且还与炎症、氧化反应等其他诱发机制相互作用，在心肌缺血再灌注损伤保护机制的研究中极为重要。因此本文就钙超载在心肌缺血再灌注损伤发生发展中的作用的研究进展作一综述，旨在能够为心肌缺血再灌注损伤保护机制的相关研究提供一些助力。

【关键词】 心肌缺血再灌注； 钙超载

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.03.040

心肌缺血一定的时间之后能够损伤心肌组织和细胞，为了防止这种损伤的发生，应当尽早恢复缺血区的血流灌注以挽救部分濒临死亡的细胞。以往大量的临床研究以及科研实践表明了以下观点：再灌注不一定能恢复心肌缺血组织的损伤，在一定的条件下反而会造成甚至加重组织和细胞的损伤，这就是心肌缺血再灌注损伤（MI-RI）[1]。近年来，探究心肌缺血再灌注损伤的发生机制以及如何减轻心肌缺血再灌注损伤已经成为心血管领域的主要研究方向。目前主要认为心肌缺血再灌注损伤与细胞内钙超载、细胞的炎症反应、氧化应激反应、线粒体功能障碍、自噬等诸多因素有关[2-3]，但关于心肌缺血再灌注损伤的具体发生机制仍尚不明确。1972年Shen等[4]发现犬的心脏冠状动脉短暂闭塞后，再灌注可导致细胞内Ca2+快速聚集，并首次提出了“钙超载”之说，使人们更加重视Ca2+对于心肌缺血再灌注损伤的意义。越来越多的研究显示，钙超载不但是心肌缺血再灌注损伤的主要诱发因素，而且还与炎症、氧化反应等其他诱发机制相互作用，在心肌缺血再灌注损伤保护机制的研究中极为重要。因此本文就钙超载在心肌缺血再灌注损伤发生发展中的作用的研究进展作一综述，旨在能够为心肌缺血再灌注损伤保护机制的相关研究提供一些助力。

1 钙超载在心肌细胞中的产生机制

1.1 Na+/Ca2+与H+/Na+交换机制 心肌细胞经过一定时间的缺氧后，会造成细胞内的代谢异常，使细胞内H+聚集而引起胞内pH降低，进而通过H+/Na+交换使细胞内Na+增多。心肌细胞内Na+的聚集会使Na+/Ca2+交换蛋白（NCX）的活动增强，这一过程虽然可以减少胞内Na+的聚集，但同时也会将胞外的Ca2+转运至胞内，从而使胞质内的Ca2+浓度不断增高，进而引起钙超载[5-6]。此时迅速复氧可使细胞外液pH升高，进而加大细胞膜内外的H+梯度，使得H+/Na+、Na+/Ca2+交换得到加强，进一步造成细胞内钙超载。除此之外，文献[7]研究表明，除H+/Na+、Na+/Ca2+交换机制外，H+/Ca2+直接交换的机制也是一种能够引起细胞内钙超载的重要原因。

1.2 电压门控型Ca2+通道 电压门控型Ca2+通道有多种类型。根据Ca2+通道的敏感性、门控类型的特点及其在组织分布中的特點等，可以将这些通道分为L型Ca2+通道、R型Ca2+通道、P/Q型Ca2+通道、T型Ca2+通道和N型Ca2+通道五种类型。与心肌组织相关的电压门控型Ca2+通道共有3种，分别为L型Ca2+通道、P/Q型Ca2+通道以及T型Ca2+通道[8]。

1.2.1 L型Ca2+通道 此类型的Ca2+通道在心肌组织中广泛存在。其特点为持续开放（lasting，L），细胞外的Ca2+经L型Ca2+通道进入胞内后，能够进一步促进细胞内的肌浆网释放Ca2+，即通常所说的钙触发钙释放（CICR）[9-11]。

1.2.2 P/Q型Ca2+通道 此类型的Ca2+通道仅存在于心脏组织内的特殊传导系统。其能参与这些特殊传导系统内细胞的兴奋传递过程以及介质的释放过程。与其他Ca2+通道不同的是对于一价的阳离子也具有一定的通透性。

1.2.3 T型Ca2+通道 此类型的Ca2+通道存在于心房细胞、浦肯野细胞、窦房结细胞以及潜在的起搏点细胞之中[12]。特点为短暂开放（transient，T）。其主要功能是参与心脏起搏细胞的自律性搏动、肌浆网Ca2+的释放以及心脏的发育等过程[13]。

1.3 Ca2+依赖性蛋白激酶 Ca2+依赖性蛋白激酶是一种重要的中介物质，其能够介导细胞毒性物质（例如活性氧）的产生进而造成细胞损伤。Ca2+依赖性蛋白激酶在需能阶段激活后可以调控电压门控型钙通道，增加心肌细胞Ca2+内流，进而引起钙超载，此过程称为钙电流易化作用[14]。

1.4 一氧化氮（NO）的介导 心肌组织产生缺血再灌注损伤时，将会使细胞内一氧化氮的含量发生失衡，使其不能有效的抑制Ca2+的内流[15]，从而会造成细胞外的Ca2+大量内流进入细胞内，进而引起心肌细胞内发生钙超载。

1.5 生物膜结构的破坏 心肌组织发生缺血再灌注损伤时将会导致细胞内能量生成减少、同时将会生成一些毒性物质，如氧自由基（OFR）等，这些毒性物质能够分解细胞膜上的膜磷脂，从而导致细胞膜的基本结构遭到破坏、膜的通透性增加，进而使细胞外的Ca2+内流增加；同时，这些毒性物质也会引起肌浆网膜的损伤、钙泵的失灵，使细胞摄取Ca2+增多[16]，进而会导致胞浆内Ca2+增加，引起细胞内的钙超载。

2 钙超载对心肌缺血再灌注的损伤作用

2.1 引起线粒体功能障碍 心肌缺血再灌注的过程中会使心肌细胞内Ca2+大量聚集，为了维持胞浆内Ca2+稳态，线粒体将会从胞浆内摄取过量的Ca2+进入线粒体内，造成线粒体内的Ca2+超载[17]，从而引起线粒体膜通透性改变，导致线粒体肿胀。而在线粒体内大量聚集的Ca2+最终会以磷酸钙沉淀的形式存在，磷酸钙沉淀的生成将会抑制线粒体中ATP的合成，使细胞内能量生成受阻，其引起的线粒体功能障碍是导致心肌细胞死亡的重要原因[18]。线粒体膜上的磷脂酶能够被Ca2+激活，磷脂酶的激活能够使线粒体膜的基本结构发生破坏，而这种结构和功能的破坏则是细胞由可逆性损伤变为不可逆性损伤的重要标志[19]。

2.2 激活相关酶类 膜磷脂的分解主要是由Ca2+依赖性磷脂酶（主要是蛋白激酶C和磷脂酶A）的激活所引起的。一些游离的脂肪酸、白三烯、前列腺素、溶血磷脂等活性物质将会在膜磷脂的分解过程中产生，这些活性物质均能对细胞产生一定的毒害作用，例如溶血磷脂能够进入线粒体内进而抑制ATP的合成[20]；而Ca2+依赖性的多种降解酶的激活能够破坏细胞膜的骨架，引起细胞结构的损害[21]，其降解后的一些物质还能够促进活性氧生成；此外，钙依赖性核酸内切酶的激活，能够对细胞内的核酸产生损害，进而损伤心肌细胞。

2.3 促进氧自由基生成 心肌缺血再灌注的过程中，组织中ATP的生成将会减少，细胞内钙离子将会增多，从而激活了钙依赖性蛋白酶，使黄嘌呤脱氢酶（xanthine dehydrogenase，XD）向有害的黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）转变增多[22]，同时在ATP分解过程中会产生次黄嘌呤。在黄嘌呤氧化酶两次催化过程中均会产生大量氧自由基[23]；此外钙超载能够激活磷脂酶A2，进而发生过氧化反应降解细胞膜磷脂，也会产生大量的氧自由基。氧自由基能够氧化细胞内的多种有机物质，例如蛋白质、酶和核酸等，从而引起线粒体功能障碍，增加细胞膜的通透性，进而使细胞内的信号传导发生障碍，促使心肌细胞大量凋亡[24]。

2.4 促进炎症反应的发生 心肌缺血再灌注过程中，细胞内高水平的Ca2+很容易激活细胞内的一些酶类，而这些酶类（如磷脂酶A和蛋白激酶C）的活化可引起脂肪酸的形成，其中最主要的为花生四烯酸[25]。花生四烯酸可通过细胞色素P450（CYP 450）通路经细胞色素P450家族的环氧化酶催化生成环氧二十碳三烯酸（EETs）。其能够进一步引起Ca2+内流[26]，造成更加严重的钙超载。而心肌细胞中的钙超载会导致冠脉大血管和微血管内皮细胞的结构和功能发生变化，进而改变血管的通透性，具体表现为血管的储血能力降低、冠状动脉的阻力增高以及毛细血管中堵塞增多，进而引起中性粒细胞的黏附、积聚以及浸润，释放出一系列的炎症介质，诱导细胞间黏附分子和血管细胞黏附分子的广泛表达，进一步对心脏血管组织产生损害[27]。

2.5 诱发缺血再灌注性心律失常 在缺血再灌注性心律失常的发生过程中细胞内的钙超载起着重要作用。在心肌缺血再灌注之后，心肌细胞内Ca2+浓度将会显著升高，从而影响了细胞内线粒体生成ATP的能力，引起心肌痉挛等状况的时常发生，进而造成了心律失常的产生[28]。

3 展望

综上所述，钙超载在心肌缺血再灌注损伤的发生发展中起着重要作用。防止钙超载的发生将会成为减轻心肌缺血再灌注损伤的重要举措。尽管钙拮抗剂在临床上已经被应用于诸如心绞痛（包括变异性心绞痛、劳力性心绞痛、痉挛性心绞痛及不稳定心绞痛）、心律失常以及心力衰竭等心血管疾病的治疗，但是由于钙超载机制的复杂性，与炎症、氧化反应等机制的相互作用关系，以及钙拮抗剂的药理和藥物互作关系等因素，使得钙拮抗剂的临床应用局限且有争议。因此，对钙超载在心肌缺血再灌注损伤发生发展过程中作用机制的进一步阐明，对于有效防治心肌缺血再灌注损伤以及指导临床用药将极为重要。

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（收稿日期：2017-10-18） （本文编辑：张爽）

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