心肌缺血／再灌注对心肌细胞线粒体的影响及中药保护作用的研究近况
1 线粒体在缺血/再灌注过程中的改变
1.1 自由基的产生Vandenhoek等[1]在离体心肌的I/R模型中证实线粒体转移与自由基的生成有关。当缺氧抑制呼吸链时，辅酶Q被还原成半泛醌，后者在再灌注过程中与氧分子发生反应生成氧自由基，产生多种具有高活性的氧还原中间产物，统称为活性氧簇(ROS)。ROS改变呼吸链中复合物、复合物ATP酶及腺苷转移酶(ANT)的结构，使呼吸链活性受损[2]。破坏质膜上的离子泵，加剧因ATP耗竭而引起的细胞内离子失调。与膜磷脂中的不饱和脂肪酸成分发生过氧化反应，使膜流动性降低，通透性增高[3]。
1.２ 线粒体Ca2+超载有学者推测[4]在缺氧过程中，由于线粒体内膜电位崩溃，单向转运体失活，Ca2+通过Na+/Ca2+(2Na+与1Ca2+)交换进入线粒体。复氧后，单向转运体恢复活性，Ca2+又通过其携带进入线粒体。I/R后，过量的Ca2+在线粒体内积聚引起线粒体钙超载。后者能破坏呼吸链中的复合物，影响ATP的合成,增加细胞毒性自由基的释放，导致线粒体渗透性转运孔的形成，引起线粒体功能障碍，最终引起细胞损伤和死亡[5]。
1.3 线粒体渗透性转运孔道(MPTP)MPTP开放目前被认为是心肌I/R损伤的重要机制之一。MPTP实际是由腺苷转移酶(ANT)形成[6]。研究结果表明，MPTP开放主要发生于再灌注开始后2~5 min[7]。其开放能引起线粒体膨胀和外膜的破裂，细胞色素C从内外膜间隙中释放，用假孕疗法或假绝经疗法,主要目的是抑制异位内膜组织,防止其在术中外溢而引起新的种植,同时还能缩小病灶、减少粘连、减轻局部充血,利于手术。术后服用克痛汤,主要是为了杀灭残留病灶,防止手术造成的新种植灶。本法具有疗效高、显效快等优点,是一种值得推广的有效方法。
2 线粒体损伤的保护途径
2.1 线粒体Ca2+调节由于Ca2+在缺血和再灌注时通过不同的途径进入线粒体。因此，利用不同的阻断剂来阻断这些通路能减少线粒体Ca2+超载的发生。现已证实Na+/Ca2+交换体抑制剂钌红（Ruthenium red，RR）对再灌注/复氧后的心肌具有保护作用[12]。Griffiths等[4]在缺氧/复氧的鼠心肌上证实氯硝安定能促进复氧后心肌细胞功能的恢复。
2.2 抑制MPTP的开放环孢菌素A(CsA)能通过抑制环孢菌素受体2D(CyP2D)来拮抗MPTP的开放[6]。但CsA不良反应较大，常规应用受限。丙酮酸和异丙酚是新发现的两种MPTP开放抑制剂[10，13]，可阻止MPTP的开放，保护线粒体的结构和功能。
2.3 线粒体KATP通道以往认为质膜上的KATP通道(sKATP)是缺血预处理(IPC)的终末效应器。但近来的研究结果表明，位于线粒体内膜上的KATP通道(mKATP)在心肌保护中可能发挥着更重要的作用[14]。在大鼠和额兔的心脏中发现，mKATP通道开放剂二氮嗪能模拟IPC的保护作用，能被mKATP通道特异性阻断剂52羟葵酸(52HD)完全抑制[15]。mKATP通道开放对I/R心肌的保护机制可能与拮抗了线粒体内Ca2+超载的发生[16]、促进了ATP的生成[17]、减少了线粒体自由基的产生有关[18]。
2.4 底物补充心脏能利用多种底物代谢生成能量。而缺血缺氧时，则主要通过其他低效代谢途径提供能量[19]，这些代谢途径容易造成心肌特别是线粒体内的代谢中间物耗竭。因此，补充这些代谢中间物对心肌能量的保存具有重要意义。
3 中药对心肌缺血／再灌注线粒体损伤的保护
3.1 单味药物牡丹皮：研究发现丹皮酚能降低线粒体膜胆固醇/磷脂的比值，减少心肌细胞游离脂肪酸含量，改善Ca2+[ATP酶活性，改善和调节线粒体膜脂的流动性。表明丹皮酚能明显改善缺血再灌注损伤心肌线粒体膜的结构和功能，与保护心肌细胞膜脂结构有关［20］。银杏叶：银杏叶提取物（EGB）可有效抑制缺血所致线粒体膜磷脂含量减少，MDA水平增高，提高线粒体Ca2+[ATP酶及胞浆SOD酶活性， EGB对缺血心肌的保护作用可能与其增加胞液SOD活性、防止线粒体膜脂质过氧化、维持线粒体膜Ca2+[ATP酶活性、改善缺血心肌细胞Ca2+转运有关[21]。缬草：研究缬草提取物中活性最强的成分缬草单萜氧化物(VMO)，发现VMO对细胞膜ATP敏感性钾通道无影响，而对线粒体膜KATP(mitoKATP)有直接开放效应。提示缬草提取物的心肌保护作用与其对mitoKATP的开放有关，同时也提示VMO很可能是一种选择性mitoKATP开放剂。VMO开放mitoKATP后对心肌起保护作用的机制可能是减轻线粒体Ca2+超载，改善能量代谢[22]。川芎：研究表明，川芎嗪可明显减轻受损心肌的变性坏死反应和减少炎性细胞浸润，其机制可能是抑制线粒体钙超载,降低线粒体NOS活力，从而减轻NO所致的损伤,清除自由基，减少脂质过氧化物的生成[23]。同时川芎嗪可通过降低氧自由基水平和减轻钙超载，而改善缺血/再灌注损伤心肌的线粒体功能及结构[24]。刺五加：用酶解法获取兔心室肌细胞，用激光扫描共聚焦显微镜(多光子模式)观察线粒体荧光强度变化。结果表明，刺五加组可见线粒体荧光强度明显增加，荧光强度的增加以前5 min为主，因此，刺五加对mitoKATP有开放作用[25]。人参：研究表明不同剂量的人参二醇组皂甙(PDS)具有减轻缺血/再灌注后心肌线体损伤的作用。在其浓度增至320 mg/L时，上述作用消失，反有加重心肌线粒体损伤的倾向。因此，PDS有抗心肌缺血/再灌注损伤作用，该作用有严格的浓度—效应关系[26]。油茶：从油茶中提取的油茶皂甙(SQS)可减少心肌缺血模型大鼠线粒体Mg2+含量，增加Na+、Ca2+含量，降低Na+[K+[ATP酶、Ca2+[Mg2+[ATP酶活性。表明SQS具有抗钠钙超载的心肌细胞保护作用[27]。
3.2 中药复方芪丹通脉片：由黄芪、丹参、当归、红花、桂枝等组成的芪丹通脉片可增加异丙肾上腺素所致的急性心肌缺血大鼠心肌线粒体SOD、GSH2PX活性，降低线粒体MDA含量，有效地消除或抑制氧自由基的破坏作用[28]。益心康胶囊：由丹参、川芎、黄芪等组成的益心康胶囊（H303）预先灌注给药可明显减轻心肌脂质过氧化程度，抑制磷脂酶A2活性，抑制线粒体磷脂降解和游离脂肪酸生成,改善线粒体膜脂流动性。对呼吸功能及Ca2+[ATP酶活性也具有明显的保护作用[29]。研究还发现，益心康含药血清对氧应激致大鼠心肌线粒体呼吸链酶损伤及心肌线粒体H+[ATP酶活性损伤也有保护作用[30-31]。四逆汤：研究表明，四逆汤可提高实验性心肌缺血心肌线粒体比表面，减小心肌线粒体体密度(%)，减轻因缺血而引起的线粒体肿胀。四逆汤可显著减轻心肌的缺血性损伤，对缺血心肌具有保护性效应[32]。虽然近年来研究者对心肌缺血线粒体损伤的保护机制进行了大量研究，取得了一些成绩。但仍存在诸多不足：（1）重视单味药物，特别是其提取物的研究。（2）复方研究较少，没有突出中医临床复方的用药特点，中药复方多途径、多靶点的优势难以发挥。（3）复方组方用药不够精炼，组方复杂，难以进行成分评定、质量控制及用制药工艺对其进行剂型改革。今后应进一步探索中药复方保护心肌缺血线粒体损伤的基本组方、用药法则和配伍，筛选出安全、有效、稳定、可控的中药复方制剂。
【】
[1]Vandenhoek T，Shao Z，Li C，et al．Myocardial electron transport can be a significant source of oxidative injury in cardiomyocyte[J]．J Moll Cell Cardiol,1997,29:2441-2450.
[2]Halestrap A.Interactions between oxidative stress and calcium overload on mitochondrial function [J]．Protein and Disease，1994，113-142.
[3]Halestrap A，Kerr P，Javadov S，et al．Elucidating the molecular mechanism of the permeability transition pore and its role in perfusioninjury of the heart[J]．Biochim Biophys Acta，1998，1366:79-94.
[4]Griffiths E，Ocampo C，Savage J，et al．Mitochondrial calcium transporting pathways during hypoxia and reoxygenation in single rat cardiomyocytes[J]．Cardiovasc Res，1998，39：423-433．
[5]Buja L M．Modulation of the myocardial response to ischemia [J]．LabInvest，1998，78：1345-1373.
[6]Woodfield K，Ruck A，Brdiczka D，et al．Direct demonstration of a specific interaction between cyclophilin[D and the adenine nucleotide translocase confirms their role in the mitochondrial permeability transition [J]．Biochem，1998，336：287-290．
[7]Halestrap A，Connern C，Griffiths E，et al．Cyclosporin a binding to mitochondrial cyclophilin inhibits the permeability transition pore and protects hearts from ischemia/reperfusion injury[J]．Mol Cell Biochem，1997，174：167-172.
[8]Yang J，Cortopassi G．Induction of the mitochondrial permeability transition causes release of the apoptogenic factor cytochromec [J]．Free Radic Biol Med，1998，24：624-631．
[9]Fliss H，Gattinger D．Apoptosis in ischemic and reperfused rat myocardium[J]．Circ Res，1996，79：949-956.
[10]Bartling B，Holtz J，Darmer D．Contribution of myocyte apoptosis to myocardial infarction [J]．Basic Res Cardiol，1998，93：71-84.
[11]Kerr P，Suleiman M，Halstrap A．Recover of rat hearts reperfused after aperiod of ischemiais accompanied by reversal of the mitochondrial permeability transition and is enhanced by pyruvates[J]．Am J Phisiol，1999，276，496-502．
[12]Miyamae M，Camacho S，Weiner M，et al．Attenuation of postischemic reperfusion injury is related to prevention of [Ca2+]moverload in rat hearts [J]．Am J Physiol，1996，271：2145-2153.
[13]马宇，徐美英，王学敏．异丙酚对家兔心肌缺血/再灌注损伤后心肌线粒体钙稳态的影响[J]．中华麻醉学杂志，2001，21：672-675.
[14]Wang S，James C，Liu Y．Dual roles of mitochondrial KATP channels indiazoxide[mediated protection in isolated rabbit hearts [J]．Am J Physiol Heart Circ Physiol，2001，280：246-256．
[15]Fryer R M，Eells J T，Hsu A K，et al．Ischemic preconditioning in rats：role of mitochondrial KATP channel inpreservation of mitochondrial function[J]．Am J Physiol Heart Circ Physiol，2000，278：305-312．
[16]Babcock D F，Herrington J，Goodwin P C，et al．Mitochondrial participation in the intracellular Ca2+ network [J]．J Cell Biol，1997，136：833-844．
[17]Halestrap A P．The regulation of the matrix volume of mammalian mitochondria in vivo and in vitro and its role in the control of mitochondrial metabolism [J]．Biochim Biophys Acta，1989，973：355-382．
[18]Pain T，Yang X M，Critz S D，et al．Opening of mitochondrial KATP channel striggers the preconditioned state by generating free radicals [J]．Circ Res，2000，87：460-466．
[19]Taegtmeyer H，Goodwin G，Doenst T，et al．Substrate metabolism as a determinant for postischemic function alrecovery of the heart [J]．Am J Phisiol，1997，80：3-10．
[20]张卫国，张志善．丹皮酚对大鼠心肌缺血再灌注损伤的线粒体膜脂的保护作用[J]．中草药，1994，25（4）：193-194.
[21]郑海燕，周海梅，王向红，等.银杏叶提取物对缺血心肌线粒体膜脂质过氧化与ATP酶活性的影响[J]．中医药信息杂志，2001，8（10）：18-20.
[22]黄峥嵘，唐其柱，张丽娟，等.缬草单萜氧化物对兔心室ATP敏感性钾通道的影响[J]．微循环学杂志，2005，15(1)：69-71.
[23]黎玉，万福生，李少华．川芎嗪对大鼠缺血心肌线粒体NO及自由基的影响[J]．中医药学报，2004，32（2）：47-48.
[24]王万铁，许涛，徐正礻介，等.川芎嗪对缺血／再灌注损伤兔心肌线粒体结构及功能的影响[J]．基础医学与临床，2004，124(3)：295-297.
[25]周逸，唐其柱，史锡滕，等.刺五加皂甙B对心肌线粒体ATP敏感性钾通道的作用[J]．中国心脏起搏与心电生理杂志，2004，18（6）：473-474.
[26]陈立波，崔东哲，刘玉梅，等．人参二醇组皂甙对家兔缺血再灌注损伤心肌线粒体的影响[J]．中国中医药科技，2003，10（3）：152-153.
[27]黄起壬，曹守仪，万福生，等，油茶皂甙对缺血大鼠心肌线粒体Na+、Ca2+、Mg2+含量及ATPase活性的影响[J]．中国临床药与学杂志，1999, 4(3)：195-196.
[28]王宗仁，马静，行利，等．芪丹通脉片对大鼠心肌线粒体损伤的保护作用[J]．第四军医大学学报，2003，24(5)：400-402.
[29]韩玲，陈可冀．再灌注致大鼠心肌线粒体损伤及益心康胶囊的保护作用[J]．中华老年心脑血管病杂志，2001，3（5）：331-332.
[30]韩玲，陈可冀．益心康含药血清对氧应激致大鼠心肌线粒体呼吸链酶损伤的保护作用[J]．中国心血管杂志，2002，6（1）：1-4.
[31]韩玲，陈可冀．益心康胶囊含药血清对氧应激所致大鼠心肌线粒体H+[ATP酶活性损伤的保护作用[J]．中国实验方剂学杂志，2001，7（4）：17-19.
[32]吴伟康，杨昆，吴全浪，等．四逆汤保护缺血心肌的电镜形态学观察[J]．广东解剖学通报，1994，16（1）：20-21.
