小窝蛋白参与缺血后处理心肌保护作用机制的

张琼霞　夏中元　苏娃婷　张元　雷少青

，医院麻醉科（张琼霞、夏中元、苏娃婷、张元、雷少青）

国际麻醉学与复苏杂志,,39(06):-.

DOI：10./cma.j.issn.-..06.

基金项目

国家自然科学基金（）

REVIEWARTICLES

目前，在许多国家，急性心肌梗死位列死亡原因之首。及时恢复缺血心肌的有效灌流是治疗急性心肌梗死的关键，近年来广泛开展的溶栓及介入治疗降低了急性心肌梗死患者的病死率。然而再灌注损伤是不可忽视的问题，减轻再灌注损伤是改善患者预后的关键。研究发现，缺血后处理（ischemicpostconditioning,IPO）可以明显减轻心肌缺血/再灌注损伤（ischemia/reperfusioninjury,I/RI）。IPO发挥心肌保护作用与多条信号转导通路有关，且这些信号转导通路与小窝（caveolae）及小窝蛋白（caveolin,Cav）紧密联系。综述这些信号转导通路，旨在为心肌I/RI药物治疗提供理论依据。

1　caveolae及Cav的概述

Yamada采用透射电子显微镜观察胆囊上皮细胞时首次发现细胞膜表面存在一些小囊泡，即caveolae，直径为50~nm。Palade和Bruns从血管内皮细胞中鉴别出caveolae，认为它们可能对转运某些分子具有重要作用。随着生物科技的发展，研究者对caveolae及Cav有了新的认识。caveolae是质膜内陷形成的囊泡状或烧瓶样结构，主要由脂类和蛋白质构成，脂类包括胆固醇、鞘糖脂和鞘磷脂。它是细胞信号分子汇集的平台和多条信号转导的枢纽，具有信号整合的作用。其生理功能主要表现在以下4个方面：囊泡转运、胆固醇平衡、机械信号感应、信号转导。

Cav是caveolae的标志蛋白，主要包括3种，即Cav-1、Cav-2和Cav-3。Cav-1和Cav-2主要在脂肪细胞、内皮细胞及成纤维细胞中大量表达。Cav-3主要表达于心肌、骨骼肌和平滑肌。Cav-1在维持caveolae稳定、物质转运、信号转导、细胞增殖、炎症、肿瘤的发生发展中发挥重要作用。研究发现，Cav-1可通过蛋白激酶B/糖原合酶激酶-3β（proteinkinaseB/glycogensynthasekinase-3β,Akt/GSK-3β）信号途径起到心肌I/RI保护作用；也有研究表明，减少Cav-1与血红素氧合酶-1（hemeoxygenase-1,HO-1）及内皮型一氧化氮合酶（endothelialnitricoxidesynthase,eNOS）之间的联系可以起到心肌保护作用。因此其与心肌I/RI之间的关系有待进一步明确。以往认为，Cav-2的重要性不及Cav-1和Cav-3，且其形态、功能及稳定性依赖Cav-1的存在。而研究表明Cav-2具有抗肺微血管内皮细胞增生的作用以及抑制转化生长因子-β（transforminggrowthfactor-β,TGF-β）参与的信号转导，Cav-2的缺乏会导致严重的肺功能失调。研究发现Cav-3基因敲除会导致小鼠心肌肥厚等各种疾病，过表达则对心肌I/RI起到内源性的保护作用。

2　IPO的心肌保护作用机制

IPO是指在心肌缺血后持续再灌注前给予多次短暂的缺血/再灌注的处理方法，缺血预处理与IPO均被证实具有心肌I/RI保护作用。然而，在临床上，患者往往发生严重心绞痛甚医院就诊，尽管缺血预处理具有心肌保护作用，但临床应用明显受限。因此IPO具有更好的临床使用价值。

再灌注损伤补救激酶（reperfusioninjurysalvagekinases,RISK）途径被认为是IPO重要的内源性保护机制。随着研究的深入，发现以下几条信号转导途径也参与了IPO的心肌保护作用：肿瘤坏死因子介导的生存活化因子增强（survivoractvatingfactorenhancement,SAFE）途径，鞘氨醇激酶（sphingosinekinase,SPK）途径，一氧化氮/环鸟苷酸/蛋白激酶G信号级联（nitricoxide/cyclicguanosinemonophosphate/proteinkinaseG,NO/cGMP/PKG）途经，缓激肽、腺苷信号（bradykininandadenosine′ssignalling,BK/A2）途径等。这些信号转导途径并不是彼此完全独立，而是相互影响或作用于相同的靶点而起到心肌保护作用。

3　Cav参与的IPO途径

3.1　Cav参与RISK途径

RISK途径包括磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol3kinase,PI3K）/Akt/eNOS/GSK-3β及细胞外信号调节激酶（extracellularsignal-regulatedkinase,ERK）1/2信号途径，PI3k/Akt是细胞内重要的信号转导通路，在细胞的凋亡、存活及增殖等活动中发挥重要的生物学功能。PI3K下游有多种效应分子，Akt处于这一通路的中心环节，是PI3K下游的直接靶点。eNOS受多种因素调节，PI3K、Akt通过磷酸化eNOS调节其活性。Xue等在大鼠心脏模型中证实，PI3K/Akt通路激活eNOS是IPO的保护机制之一。GSK-3β具有减轻细胞凋亡、抑制细胞肥大、促进血管再生等作用，因而在细胞的生长、分化、突变、凋亡和信号转导等生命活动中具有重要的调节作用。GSK-3β活性主要由肽链中所含丝氨酸/苏氨酸的磷酸化状况决定：Tyr磷酸化后增强GSK-3β的活性，Ser9的磷酸化则使GSK-3β活性受到抑制。活化的GSK-3β诱导细胞凋亡，胞外信号分子通过PI3K/Akt磷酸化Ser9位点使GSK-3β失活，使其丧失诱导细胞凋亡的作用。

研究证实，PI3K、Akt、eNOS、GSK3β、ERK1/2均与caveolae和Cav有关。其中PI3K、eNOS与Cav-1、Cav-3均有关。Cao等研究发现mitsugmin53（MG53）来自于肌特异性tripartitemotif（TRIM）家族，对于激活RISK信号途径发挥IPO的心肌保护作用具有重要意义。MG53的N末端与Cav-3相连，C末端与PI3K相连，形成Cav-3-MG53-PI3K功能复合体，当Cav-3或MG53基因敲除时，RISK信号通路无法被激活，心肌IPO的保护作用消失。

Reiner等发现在心脏毛细血管内皮细胞中Cav-1与eNOS共定位于caveolae内，前者对后者有负性调控作用，而IPO对这种负性调控具有抑制作用，促使NO生成，从而起到心肌保护作用。Hernández-Reséndiz和Zazueta证明，Akt、GSK-3β、ERK1/2则与Cav-3有关。Cav-3过表达可以增加Akt和GSK-3β的磷酸化，同时在IPO刺激下Cav-3通过携带Akt、GSK-3β及ERK1/2从细胞膜转位至线粒体，抑制线粒体膜通透性转换孔（mitochondrialpermeabilitytransitionpore,mPTP）的开放，改善线粒体能量合成，减少活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）的产生，维护Ca2+平衡，起到心肌保护作用。

3.2　Cav参与SAFE途径

SAFE途径是指TNF-α、IL-6以及生长因子等配体与细胞膜上的相应受体结合，激活酪氨酸激酶（januskinase,JAK）与信号转导及转录激活因子（signaltransductionandactivatoroftranscription,STAT）3,进而调控靶基因的转录，该通路被称为SAFE通路。此途径上TNF-α与肿瘤坏死因子受体（tumornecrosisfactorreceptor,TNFR）2结合,使其下游的JAK及STAT3磷酸化，作用于线粒体mPTP，抑制其开放，发挥心肌保护作用。

传统观点认为TNF-α来源于机体免疫系统，参与各种再灌注损伤。研究表明，表达于心脏局部的TNF-α有利于心肌对缺血的适应。TNF-α通过作用于细胞表面的两种不同受体，即TNFR1和TNFR2，发挥作用。当TNF-α激活TNFR1时可以产生心脏毒性作用，而激活TNFR2则产生心脏保护作用。Lacerda等研究表明，IPO可以明显减少TNFR1基因敲除大鼠的心肌梗死面积，对TNFR2基因敲除的大鼠则无明显作用。

JAK/STAT3信号通路参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等多种重要的生物学过程。JAK是细胞膜受体，既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员JAK1、JAK2、JAK3及Tyk2。目前发现STAT家族有6个成员，即STAT1~STAT6,其在信号转导和转录激活上发挥关键性的作用。当相应的配体与受体结合，使受体二聚化，激活下游JAK，进一步磷酸化STAT，使STAT形成二聚体并进入核内，调节基因表达。

Lecour等证明STAT3抑制剂AG能明显加重心肌I/RI，扩大心肌梗死面积。Li等也通过实验证实激活STAT3可以改善心肌功能，而抑制STAT3活化则心脏收缩及舒张功能明显受损，心肌梗死面积扩大。该实验还发现Cav-3基因被敲除或破坏时,STAT3的活化明显减少，心肌I/RI明显加重，IPO的保护作用消失。Yang等研究发现，褪黑素可激活JAK2/STAT3信号通路，减轻由心肌缺血/再灌注导致的线粒体氧化损伤。并且ehirli等发现，褪黑素处理过的心肌细胞其Cav-3的表达明显增加，提示Cav-3与JAK2/STAT3信号途径之间存在着相应的联系。

3.3　Cav参与NO/cGMP/PKG途经

NO是一种具有代表性的内皮衍生因子，在eNOS的作用下由血管内皮细胞产生释放，是一种血管扩张因子，同时也是细胞信使。cGMP是一种细胞内普遍存在的第二信使，由鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase,GC）作用于三磷酸鸟苷（guanosinethreephosphate,GTP）而生成。I/RI过程中，cGMP激活，进而活化其下游PKG，磷酸化下游蛋白丝氨酸/苏氨酸的羟基，实现对I/RI的保护作用。Penna等证实，在进行过IPO的大鼠离体心脏中cGMP的含量增加，心肌梗死面积减少。Inserte等发现IPO可通过cGMP/PKG途径减少活性氧的产生以及延缓细胞内酸性环境恢复正常，起到心肌保护作用。

Cav-1在调节心脏收缩及舒张功能上发挥重要作用。在内皮细胞，eNOS锚定于Cav-1，使eNOS的转位与磷酸化均受到限制，从而影响NO的生成以及NO/cGMP信号转导。当心肌受到IPO的刺激时，eNOS从Cav-1上解离，促进NO的生成。Cav-1缺乏的小鼠，eNOS活性发生改变。Feron和Balligand研究发现，在心肌细胞上，eNOS与Cav-3共同定位于caveolae内，并且Cav-3对于eNOS的激活及维持NO的稳定性具有重要作用。综上，Cav-1、Cav-3可能参与了NO/cGMP/PKG信号转导通路。

3.4　Cav参与BKR/A2R信号途径

BKR、AR均为表达于细胞膜的G蛋白耦联受体，与其相应配体结合后激活其下游的三磷酸肌醇（inositol1,4,5-triphosphate,IP3）/Ca2+/NO信号途径，起到舒张血管的作用。Xi等实验证明，BKR、AR基因敲除的C57BL/6J小鼠，其心肌IPO的保护作用消失，且BKR抑制剂HOE或者WIN可使心肌梗死面积较无抑制剂组明显增大，IPO的保护作用消失。说明BKR、AR发挥了心肌IPO的保护作用。

Calizo和Scarlata采用荧光标记的方法发现BKR定位于caveolae内，并且与Cav-1在caveolae内共表达。Lamb等在HEK细胞系内发现BKR在caveolae内高度聚集。Ju等在血管内皮细胞中也有相同的发现，提示Cav-1可能参与了心肌IPO。

4　小　结

近年来，因IPO较缺血预处理具有更好的临床使用价值而受到较多的

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