活性氧在心肌缺血再灌注损伤保护作用中的新机理

有效减轻缺血再灌注（I/R）损伤是治疗缺血性心脏病的一个关键问题。缺血预/后处理可通过激活心肌细胞的内源性保护机制对抗I/R损伤。但由于其有创性、诱导窗口窄等限制了其临床应用。因此，寻找启动心肌内源性保护机制的更为有效方法并阐明关键的调控信号具有重要的学术意义和临床价值。活性氧（ROS）具有心肌损伤和保护效应，对此矛盾现象的解释为低浓度ROS具保护而高浓度ROS具损伤作用。我们新近发现低浓度ROS加重心脏和心肌细胞I/R损伤，而适度增加再灌注初期ROS浓度具明显保护作用。因此我们提出再灌注初期适度增加的ROS是启动内源性保护机制的关键信号。为验证此，本项目旨在：1) 确定决定ROS心肌I/R损伤或保护作用的特定条件；2)明确心肌再灌注初期增加内源性ROS在心肌保护中的作用；3) 探讨介导ROS依赖的心肌I/R损伤保护作用的信号通路；4) 阐明ROS对再灌注胞内钙超载的调控及机制。

再灌注初期活性氧(reactiveoxygen species, ROS)的大量释放被认为是造成缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)损伤的主要因素之一，然而，ROS同时也作为启动者介导了缺血预处理(ischemic preconditioning, IPC)和后处理(ischemic postcondition, IPoC)等措施对I/R的保护作用，但其双向作用的确切的机制不清。本项目利用间歇性低氧大鼠模型，结合不同浓度过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)预处理和后处理模型与I/R心肌损伤模型，采用基因过表达和、或沉默手段，证实了ROS诱导心肌保护作用的浓度依赖关系，并揭示了调控新机制，并验证了在立项初所提出的解释ROS这种相互矛盾的双重作用的假设。本研究中揭示了：（1）H2O2预处理和后处理对缺血后心肌损伤与保护的“钟型”作用；（2）低浓度ROS通过激活内质网应激导致细胞损伤加重；（3）中等浓度ROS在心肌保护中起到重要作用，其作为第二信使激活了PI3K-Akt和PKC心肌保护信号；（4）间歇性低氧明显升高再灌注初期ROS，激活JAK2/STAT3的丝氨酸磷酸化，增加肌浆网Bcl-2的含量并促进其与SERCA2的相互作用，从而改善SERCA的活性，减轻I/R对肌浆网的功能损伤，抑制细胞浆内钙（[Ca2+]c）和线粒体内钙[Ca2+]m）超载，明显改善缺血后心肌细胞收缩功能。（5）适度升高的ROS通过激活JAK2/STAT3减轻再灌注初期线粒体膜通透性通道的开放。同时，中等浓度的ROS显著升高心肌内线粒体解偶联蛋白（mitochondrial uncoupling protein 3，UCP3）的表达，而UCP3介导和模拟中等浓度的ROS在缺血/再灌注过程中改善心功能回复、降低心肌梗死面积、降低[Ca2+]m超载、抑制线粒体ROS 大量释放及防止线粒体膜电位(ΔΨm)丧失的作用。（6）随着ROS水平升高，高浓度的ROS使得蛋白质和脂质广泛氧化，其损伤作用超越了其作为信号分子启动的保护作用，进而加重细胞损伤。该理论为认识ROS的作用和作用方式提供了新视角，并为缺血性心脏病的临床治疗提供了新的实验证据。