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编号:10255460
氧自由基与心肌再灌注时的血小板活化
http://www.100md.com 2003年8月25日 《心肺血管病杂志》 1999年第4期
     作者:蔡新江 张燕鸿 汪家瑞

    单位:首都医科大学宣武医院(100053)心内科

    关键词:

    氧自由基与心肌再灌注时的血小板活化 自由基(FreeRadical)指具有未配对电子的分子、原子、原子团或离子。其中氧自由基(OxygenFreeRadical,OFR)通常包括超氧自由基(O2.-)、羟自由基(.OH)以及其它活性氧——过氧化氢(H2O2)、单线态氧(1O2)等。它们具有较强的反应活性,往往导致脂质、蛋白质和DNA等生物大分子结构和功能的损害。目前,大量研究已经表明缺血再灌注时心肌组织中OFR的生成增加[1]。以往对OFR与再灌注损伤的研究大多集中在再灌注心律失常、心肌顿抑和细胞死亡等三方面[2~3]。但随着对缺血再灌注时血小板功能改变的研究不断深入,越来越多的证据表明,OFR不仅能够造成心肌细胞和内皮细胞的损伤,还能介导冠脉循环中血小板功能的活化。本文就近年来OFR与心肌再灌注时血小板活化方面的研究进展作一综述。
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    一、OFR的生成途径[2~4]

    当心肌组织缺血再灌注时,OFR的生成大体有下述4种途径:①黄嘌呤氧化酶系统:心肌缺血时,组织中的ATP依次降解为ADP、AMP、腺苷和次黄嘌呤核苷,最终生成次黄嘌呤;同时,在相应蛋白激酶的作用下,黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶。在组织恢复灌注后,黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤与O2反应生成黄嘌呤,而后者再在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸,同时产生O2.-。②中性粒细胞NADPH氧化酶系统:激活的中性粒细胞内的NADPH氧化酶能还原O2生成O2.-和NADP+。③线粒体电子传递键渗漏以及花生四烯酸代谢途径:位于线粒体呼吸链中的辅酶Q以自由基的形式进行电子传递。当组织缺氧时,脱离了电子传递键的辅酶Q仍可发生自动氧化,使氧分子变为O2.-。位于质膜上的环氧化酶和脂氧化酶,在促使花生四烯酸代谢为前列腺素、白三烯等生物活性物质时可生成自由基中间产物。④OFR及其氧化还原反应:O2.-在超氧化物歧化酶(SOD)作用下生成H2O2,而后者通过Haber-Weiss反应和Fenton反应生成具有高度活性的.OH。
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    二、OFR与血小板活化

    临床研究早已表明,在急性心肌梗死、不稳定心绞痛和肺栓塞等疾病中存在不同程度的血小板活化。1974年Canoso等[5]观察到在血栓形成时,血小板与多形核白细胞接触密切,而后者在代谢过程产生H2O2,因此推测H2O2可能通过某种途径改变血小板功能,影响血栓形成;他们的实验结果表明,H2O2在低浓度时(umo1/L)并不能直接促进血小板聚集,但能够增强预先暴露于适量致聚剂如ADP中的血小板聚集,从而首次报道了OFR能介导血小板活化。

    1.血小板与OFR的生成

    1977年Marcus等[6]发现血小板能产生O2.-,加入阿司匹林并不能抑制O2.-的生成,提示血小板能通过非环氧化酶途径生成O2.-。研究还发现,静息状态下血小板内O2.-的浓度并不随血小板的活化而改变。但此后许多研究表明,血小板活化时O2.-生成增加,而且H2O2.OH生成亦有所增加。为模拟体内缺血再灌注过程,Leo等[8]将暴露于缺氧环境中15至30min的血小板恢复供氧,观察到血小板发生自发性聚集,同时释放出O2.-和.OH。血小板产生OFR可能通过以下途径[7]:(1)细胞膜氧化酶途径,这与中性粒细胞相类似,通过DADPH传递电子,生成O2.-;(2)一氧化氮合酶途径,有证据显示在缺乏L-精氨酸时,足量的NADPH促使一氧化氮合酶产生O2.-和H2O2;(3)PGH合成酶途径,该酶具有环氧化酶和过氧化氢酶活性,在其活性部位能用自旋共振仪检测出OFR的释放。
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    2.OFR对血小板功能的作用

    自Canoso等首次提出OFR能介导血小板活化后,有关OFR与血小板功能的报道逐渐增多。研究表明[9],在分离的血小板中加入黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶系统生成O2.-,可促使血小板聚集和释放5-羟色胺;而超氧化物歧化酶通过灭活O2.-抑制血小板的活化,提示O2.-与血小板活化有关。但旨在探讨H2O2与血小板活化之间关系的研究却得出矛盾的结论:H2O2既能抑制也能提高血小板聚集性。有人认为这与各组研究使用的H2O2浓度不同有关:高浓度的H2O2(如2~10mmol/L)能抑制ADP介导的血小板聚集,同时也会严重损伤血小板结构和膜表面受体;另外,该浓度与体内生理状态不相符——缺血再灌注组织中H2O2浓度仅能达到10~20umo1/L;接近组织浓度的H2O2.OH能触发置于低于阈值浓度致聚剂中的血小板活化[10~11]。最近,Iuliano报道激活的白细胞、受损的红细胞和内皮细胞亦能释放OFR来介导血小板活化,而三者在再灌注时与血小板接触密切。总之,OFR作为一种血小板致聚剂,在再灌注时血小板的活化方面发挥重要作用。
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    3.OFR介导血小板活化的机制[4,7]

    OFR介导血小板活化的机制尚未完全清楚。OFR可能通过参与不同层次的信号激活途径来活化血小板,例如抑制一氧化氮(NO)活性,刺激花生四烯酸代谢,促进钙内流以及激活酪氨酸蛋白激酶(PTK)。

    NO是内皮细胞释放的一种具有血管舒张功能的物质,它也能通过提高血小板内cGMP的浓度抑制血小板聚集。O2.-能与NO迅速反应生成过氧亚硝酸阴离子(OONO.-),后者在中性pH值时降解为.OH。

    花生四烯酸的代谢产物对血小板功能的调节十分重要。细胞内游离的花生四烯酸很少,主要由以下几种酶调控:(1)磷脂酶A2和磷脂酶C激活后能从膜磷脂中释放出花生四烯酸;(2)花生四烯酸辅酶A合成酶利用花生四烯酸重新合成磷脂。OFR能激活磷脂酶A2,H2O2还能抑制花生四烯酸辅酶A合成酶的活性,两者均提高游离花生四烯酸浓度。另有报道提出OFR可提高血小板内钙离子浓度,促使钙离子与钙调蛋白结合从而激活磷脂酶A2,但目前尚不能排除高浓度OFR破坏细胞膜结构的可能性。
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    酪氨酸蛋白激酶(PTK)的磷酸化是多种细胞对外来刺激产生反应的关键步骤。在致聚剂作用下,血小板胞浆内发生多重酪氨酸磷酸化反应,使用PTK抑制剂酪氨酸蛋白磷酸酶则能阻断血小板膜Ⅱb/Ⅲa受体活化和血小板聚集。研究发现,OFR通过抑制酪氨酸蛋白磷酸酶的活性,增加激活的PTK含量,后者使分裂素活化的蛋白激酶磷酸化,从而激活磷脂酶A2

    OFR能在不同水平上刺激血小板内花生四烯酸代谢,例如增加环氧化酶的活性,产生更多的血栓素A2。但实验表明,预先经阿司匹林处理过的血小板,尽管已经阻断了环氧化酶途径,抗氧化剂仍能显著地抑制高浓度致聚剂诱导的血小板聚集,提示OFR可通过非花生四烯酸代谢途径来活化血小板。

    此外,OFR还能通过调控再灌注时多种血小板致聚剂的合成、释放和活性来影响血小板活化。OFR不仅抑制NO生物活性,还能使再灌注时受损的内皮细胞内环氧化酶失活,这与对血小板内环氧化酶的作用截然不同,造成PGI2生成减少,而PGI2是较强的血小板聚集抑制剂之一。另一方面,再灌注时内皮细胞促进凝血酶的产生,正常情况下内皮细胞表面上的血栓调节素能与凝血酶结合,使其失去促凝和促血小板聚集的作用,但OFR通过氧化血栓调节素上凝血酶结合部位的蛋氨酸,使它失去与凝血酶结合的作用。血小板活化因子(PAF)是迄今发现最强的血小板致聚剂,OFR能迅速且不可逆地灭活PAF降解酶—PAF乙酰基水解酶,诱导受损内皮细胞内PAF的表达,从而增加局部PAF的含量。
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    三、OFR与再灌注时血小板活化的临床意义

    临床研究证实,急性心肌梗死(AMI)患者早期再灌注治疗,相应部位的心肌虽然可以有程度不同的再灌注损伤,但此后能明显改善左心室收缩功能,提高生存率。因此早期溶栓十分重要。近年来,随着溶栓疗法的广泛开展,人们发现在使用链激酶和组织型纤溶酶原激活物等溶栓药物时尚可观察到显著的血小板功能活化,从而有可能削弱血栓对溶栓药物的反应,延迟再灌注,甚至造成血管再闭塞[12~14];ISIS-2试验[15]结果显示,溶栓时使用抗血小板药物阿司匹林可增强溶栓药物的作用,加速再灌注,进一步减少死亡率。同时,有关研究还表明,PTCA术中血小板的活化与术后早期血栓形成、血管痉挛以及再狭窄密切相关[16]。EPIC研究[17]证实PTCA术后常规治疗与血小板膜Ⅱb/Ⅲa受体拮抗剂c7E3Fab合用,与对照组比较可使30天内发生的死亡、非致命性心肌梗死和不能预期的需要进行血管再通治疗如CABG、PTCA等心血管事件的发生率减少35%,术后再狭窄发生率也有减少。以上研究结果表明,使用抗血小板药物抑制血小板活化可明显增强溶栓和PTCA的疗效,改善预后。
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    成功的溶栓治疗使闭塞的冠状动脉再通,恢复冠脉灌注,造成心肌再灌注损伤,OFR的生成增加;PTCA术中反复球囊扩张也可导致心肌多次再灌注,而且球囊导管扩张时损伤血管壁,引起局部炎症性反应,使中性粒细胞迁移、激活并释放OFR[18]。由此推测,在再灌注时使用抗氧化剂清除OFR来抑制血小板活化,也应能改善临床疗效。同时,部分不稳定心绞痛和AMI病人的冠状动脉狭窄处伴有内皮细胞损伤,冠状动脉血流发生周期性变化,已证明与血小板在狭窄部位聚集有关。血小板通过暂时的聚集堵塞血管以及释放血管收缩物质如5-羟色胺和血栓素A2等造成冠状动脉血流发生周期性改变。依据这一原理,Yao等[19]建立了严重冠状动脉狭窄以及内皮损伤的动物模型(Folts冠脉血栓模型),观察抗氧化剂对再灌注时血小板活化所引起的冠脉周期性血流变异(CyclicFlowVariations)的作用。结果发现重组含锰超氧化物歧化酶、重组含铜锌超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等三种药物与空白对照比较可分别抑制冠脉血流变异的发生率63%、62%和64%。Ikieda等[20]也报道了相似的结论,他们还发现黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶系统和H2O2可显著增加冠脉周期性血流变异程度。这些研究初步表明,OFR在介导再灌注血小板活化方面有重要作用,提示抗氧化剂能抑制血小板活化,为进一步改善AMI的治疗提供了新的途径。
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    综上所述,心肌再灌注时OFR通过多种机制介导冠脉循环中的血小板活化,从而有可能促进血栓形成、血管痉挛和再闭塞以及PTCA术后再狭窄;抗氧化剂在一定程度上能抑制再灌注时血小板的活化,但能否作为一种抗血小板药物应用于临床,尚需进一步的研究来证实。

    张燕鸿(首都医科大学化学教研室100054)

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    (1998-07-17收稿)

    (1998-10-05修回), 百拇医药