三磷酸腺苷敏感性钾通道与心肌保护

钾通道是将细胞代谢和细胞电活动偶联起来调节细胞功能的一种重要蛋白质。心肌细胞存在2种不同分布的三磷酸腺苷敏感性钾通道（KATP通道），它们在缺血缺氧预处理中的作用是不同的，参与预处理保护作用的主要是线粒体KATP通道。线粒体KATP通道作用机制与ATP、Ca^2 、氧自由基（ROS）等关系密切。     

线粒体ATP敏感的钾通道和缺血再灌注损伤

细胞上存在两种ATP敏感的钾通道，一是位于细胞膜上的ATP敏感的钾通道；二是位于线粒体膜上的ATP敏感的钾通道。最近的药理学和分子生物学研究认为线粒体ATP敏感的钾通道开放对器官缺血再灌注损伤有保护作用。这些研究表明线粒体ATP敏感的钾通道在器官保护中具有关键作用。本文介绍了线粒体ATP敏感钾通道的结构和生理学特性，线粒体在缺血再灌注损伤中的生理变化及可能的机制，还有在器官保护中的研究进展。     

线粒体ATP敏感钾通道研究进展

1983年Noma利用膜片钳技术发现[1],在豚鼠心室肌膜存在一类K+通道,它们主要受细胞内ATP浓度的调节.这类通道被定名为ATP敏感性(或依赖性)K+通道.后进一步发现了多种组织线粒体内膜上存在ATP敏感性钾通道[2,3].     

缝隙连接蛋白43在缺血性心律失常中的作用

目的探讨心肌缺血时,心肌缝隙连接蛋白43(connexin43,Cx43)与缺血性心律失常的关系。方法对戊巴比妥钠麻醉大鼠进行30min的冠状动脉缺血。大鼠分为不处理或者接受缺血预适应(ischemic preconditioning,IPC)、静脉注射线粒体ATP磷酸敏感性钾通道(mitoKATP)开放剂二氮嗪(Dia)3组,其余2组为在接受IPC、Dia的基础上加用5羟基奎酸(5-HD)。测量各组的血流动力学指标和心律失常。采用Western blotting检测Cx43的磷酸化程度。结果与对照组相比,IPC、Dia能促进Cx43磷酸化,减少心律失常的发生率,线粒体ATP敏感性钾通道阻断剂5-HD能消除IPC和Dia的上述作用。结论IPC通过开放线粒体ATP敏感性钾通道促进Cx43磷酸化和电耦联,进而抑制心律失常的发生。     

线粒体ATP敏感性钾通道与脑缺血预处理

ATP敏感性钾通道(ATP sensitive K+ channel,KATP)首先在豚鼠的心肌细胞上发现,此后在许多类型的细胞上都发现其存在,如胰岛β细胞、骨骼肌细胞、平滑肌细胞等.KATP通道分为两类,一类是存在细胞膜上的细胞浆膜ATP敏感性钾通道(sarcolemmal ATP sensitive K+ channel,sarcKATP),另一类是存在于胞质内线粒体膜上的线粒体ATP敏感性钾通道(mitochondrial ATP sensitive K+ channel,mitoKATP),sarcKATP通道开放引起细胞的超极化,能量消耗减少.增加细胞活力,而mitoKATP通道的开放却引起线粒体去极化,钾离子流入线粒体,线粒体基质体积增加,激活电子传递链,进而促进能量的产生.     

激活线粒体钙激活钾通道加强心脏停搏液心肌保护作用的观察

目的:探讨线粒体钙激活钾通道(mitochondrial Ca2+-activated K+channels,mitoKCa)的激活是否加强改良St.Thomas心脏停搏液的心肌保护作用。方法:采用离体大鼠心脏灌流方法,全心停灌30 min和复灌60 min复制局部缺血/再灌注损伤模型;实验分单纯缺血复灌组、改良St.Thomas停搏液组、改良St.Thomas停搏液+NS1619组和改良St.Thomas停搏液+NS1619+Paxilline组,观察各组心室力学指标、冠状动脉流出液中乳酸脱氢酶(LDH)含量及心肌含水量的变化。结果:与单纯缺血/复灌组比较,改良St.Thomas停搏液组左心室舒张末期压力抬高程度下降(P<0.01),做功增加(P<0.01),冠状动脉流量增加(P<0.05),心肌含水量减少(P<0.01),LDH释放减少(P<0.01);与St.Thomas停搏液组比较,线粒体钙激活钾通道激动剂NS1619能进一步降低St.Thomas停搏液灌注时LDH的释放(P<0.01),心肌含水量进一步降低,促进左心室功能的恢复(P<0.01);线粒体钙激活钾通道阻断剂Paxilline取消了NS1619的作用(P<0.05~P<0.01)。结论:线粒体钙激活钾通道的激活可加强心脏停搏液的心肌保护作用。     

线粒体KATP通道开放剂对培养大鼠心肌细胞缺血/再灌注损伤心肌线粒体的保护作用

目的探讨线粒体ATP敏感性钾通道开放剂二氮嗪预处理对大鼠心肌细胞线粒体功能保护作用。方法采用培养大鼠心肌细胞缺血/再灌注损伤模型,观察二氮嗪预处理对心肌细胞缺血/再灌注损伤损伤后细胞线粒体活性和线粒体膜电位影响。结果二氮嗪预处理大鼠后,对培养大鼠心肌细胞缺血/再灌注损伤有保护作用,能减少心肌细胞线粒体活性和线粒体膜电位的下降。结论线粒体ATP敏感性钾通道开放剂能产生预处理心肌细胞线粒体保护效应。     

ATP敏感性钾通道开放剂的脑保护作用研究

细胞上存在两种三磷酸腺苷敏感性钾(KATP)通道,一是位于细胞膜上的ATP敏感的钾通道;二是位于线粒体膜上的ATP敏感的钾通道。KATP通道广泛存在于各种脑区,若给予KATP开放剂则可以使其开放发挥对脑的保护作用。越来越多的研究表明,KATP通道在脑缺氧缺血等病理状态下被激活开放,使大量K+外流,细胞膜超极化,从而使Na+、Ca2+内流减少,避免或减轻钙超载、减少能耗、减轻兴奋性氨基酸及氧自由基释放,保护脑细胞。     

线粒体ATP敏感性钾通道与心脏缺血预适应

关于心脏缺血预适应的研究较多，其机制尚不清楚，但ATP敏感性钾通道（KATP）的参与已被肯定。以往认为，心脏缺血预适应是细胞膜上钾通道开放诱导所产生，但近年来的多项研究表明是线粒体内膜ATP敏感性钾通道（mitoKATP)的作用。我们就缺血预适应目前研究现状、mitoKATP开放产生缺血预适应的证据、可能机制及mitoKATP的调节进行综述，以期找到理想的mitoKATP开放剂，通过药理干预达到类似缺血预适应的心脏保护作用。     

缺血预处理与后处理的脑保护作用

脑缺血预处理及后处理均可以诱导脑缺血耐受形成而产生神经保护作用。二者的保护效应相当,其中的保护机制可能存在相似之处。如均依赖于相同的触发因子、介质和相同的信号转导通路,最终的效应器也是共同的。二者产生的保护作用可能与内源性生成物如腺苷和一氧化氮增多、磷酯酰肌醇-3激酶/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶和细胞外信号调节激酶1/2的激活、线粒体的三磷酸腺苷敏感性钾通道开放和线粒体通透性转换孔道的关闭有关。     

吡格列酮保护乳鼠心肌细胞与ATP敏感性钾通道表达的关系

目的探讨吡格列酮对缺氧复氧诱导的乳鼠心肌细胞凋亡和心肌细胞ATP敏感性钾通道亚单位表达的影响。方法原代培养的sD乳鼠心肌细胞随机分为6组：溶媒组、缺氧复氧组、0．1μmol／L吡格列酮组、1．0μmol／L吡格列酮组、2．0μmol／L吡格列酮组、2．0μmol／L吡格列酮＋GW9662组（GW9662组）,药物预处理24h后建立缺氧复氧模型,利用膜联蛋白-v与溴化丙啶双染法检测心肌细胞凋亡,利用RT—PCR及Western—blot技术检测心肌细胞ATP敏感性钾通道亚单位的表达。结果0．1、1．0、2．0μmol／L吡格列酮组心肌细胞凋亡率与缺氧复氧组及GW9662组比较差异有统计学意义（P〈0．05）;0．1、1．0、2．0μmol／L吡格列酮组心肌细胞线粒体ATP敏感性钾通道（mitoKATP）亚单位Kir6．1mRNA及蛋白的表达与缺氧复氧组及GW9662组比较差异有统计学意义（P〈0．05）,各组细胞膜ATP敏感性钾通道（sarcKATP）亚单位Kir6．2mRNA表达间差异无统计学意义（P〉0．05）。结论吡格列酮抑制缺氧复氧诱导的乳鼠心肌细胞凋亡,此保护作用可能与激活PPARγ及上调mitoKATP通道亚单位表达有关,sarcKATP未参与这种保护过程。     

二氮嗪抑制癫痫大鼠海马神经元凋亡的研究

目的 观察线粒体ATP敏感性钾离子通道(mitoKATP)开放剂二氮嗪(DZ)对氯化锂-匹鲁卡品致痫大鼠海马神经元线粒体凋亡通路相关凋亡因子的影响,探讨DZ对癫痫大鼠神经保护作用的机制.方法 采用腹腔注射的方法,建立氯化锂-匹鲁卡品( PILO)诱导的大鼠癫痫持续状态(SE)模型.在检测大鼠海马凋亡相关蛋白水平变化时分为对照组,SE后24h、72 h、5d组;在检测DZ对海马神经元保护作用时分为对照组、PILO致痫72 h组(PILO组)、DZ预处理组(PILO+ DZ组)、DZ +5-羟基癸酸(5-HD)预处理组(PILO+ DZ+ 5-HD组).SE后分别在相应时间点灌注取脑,采用TUNEL法检测细胞的凋亡;采用Western blot法检测大鼠海马Bcl-2、Bax、活性半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-3( Caspase-3)蛋白的水平及细胞色素C(cytC)由线粒体到胞浆的释放.结果 与正常对照组比较,SE组大鼠在SE后备相应时间点TUNEL染色阳性细胞明显增加(P＜0.05),海马Bcl-2蛋白、线粒体中的细胞色素C(mito-cytC)的表达显著降低(P＜0.05),海马Bax、活性Caspase-3蛋白及胞浆中的细胞色素C(cyto-cytC)的表达明显增高(P＜0.05).与PILO组及PILO+ DZ+ 5-HD组比较,PILO+ DZ组降低的海马Bcl-2蛋白水平显著升高(P＜0.05),而升高的海马Bax、活性Caspase-3蛋白的水平明显降低(P＜0.05),cytC由线粒体到胞浆的释放减少(P＜0.05),TUNEL染色阳性细胞明显减少(P＜0.05).DZ的保护作用能被5-HD阻断.结论 DZ可通过上调Bcl-2/Bax水平,减少cytC的释放,抑制Caspase-3的激活,从而通过线粒体凋亡通路抑制氯化锂-匹鲁卡品致痫大鼠SE后海马神经元的凋亡,对癫痫发作所致的脑损伤具有神经保护作用,为癫痫的神经保护治疗提供新的治疗靶点.     

阿片样物质与心肌保护研究进展

阿片类物质及其受体在心肌组织中能够产生缺血预适应作用,对抗心肌缺血/再灌注损伤,其机制与Gi/o蛋白、线粒体ATP敏感钾通道、蛋白激酶C、环氧化酶2等都有关。现综述近年来关于阿片类物质参与心肌保护的信号转导及其机制;阿片类物质心肌保护的临床应用及研究进展。     

葛根素预处理保护心肌缺血再灌注损伤的机制

目的:探讨线粒体ATP敏感性钾通道(mitoKATP)是否参与葛根素(puerarin,PUE)预处理保护心肌缺血再灌注损伤的机制.方法:开胸结扎左冠状动脉前降支(LAD),复制大鼠心肌缺血再灌注损伤模型,设立假手术(sham)组、缺血再灌注(I/R)组、PUE预处理组,PUE预处理加mitoKATP特异性阻断剂5-hydroxydecanoate(5-HD)组和5-HD组,采用TTC法测定心肌梗塞面积,TUNEL法检测心肌细胞凋亡情况,并测定血清肌酸激酶(CK)活力.结果:I/R组较sham组心肌梗塞面积、血清CK活力以及心肌细胞凋亡指数显著增高;与I/R组比较,PUE预处理组心肌梗塞面积明显缩小,血清CK活力和心肌细胞凋亡指数显著降低;PUE加5-HD组与PUE预处理组相比心肌梗塞面积增大,心肌细胞凋亡增加,血清CK活力增高;5-HD组与I/R组相比以上指标差异均无显著意义.结论:葛根素预处理明显减轻了大鼠心肌I/R损伤,其心肌保护效应可能部分通过开放mitoKATP通道的途径产生.     

Protective role of mitochondrial K-ATP channel and mitochondrial membrane transport pore in rat kidney ischemic postconditioning

Background  Previous studies suggested that mechanical intervention during early reperfusion, or ischemia postconditioning (IPo), could protect kidneys against renal ischemia reperfusion injury (RIRI). However, the mechanisms responsible for this protection remain unclear. This study therefore investigated the protection afforded by IPo in rat kidneys in vivo, and the roles of mitochondrial K_ATP channels (mitoK_ATP) and mitochondrial permeability transition pores (MPTPs), by inhibiting mitoK_ATP with 5-hydroxydecanoate (5-HD), and by directly detecting open MPTPs using calcein-AM and CoCl₂.

Methods  Thirty-five male Sprague-Dawley rats were randomly assigned to sham-operation (S), ischemia-reperfusion (I/R), IPo, ischemia reperfusion with 5-HD (I/R+5-HD), or IPo with 5-HD (IPo +5-HD) groups. Rats in each group were sacrificed after 6 hours of reperfusion by heart exsanguination or cervical dislocation under anesthesia. RIRI was assessed by determination of creatinine and blood urea nitrogen (BUN), and by examination of histologic sections. The roles of mitoK_ATP and MPTP were investigated by analyzing fluorescence intensities of mitochondria, mitochondrial membrane potential, intracellular reactive oxygen species (ROS) and intracellular calcium, using appropriate fluorescent markers. The relationship between apoptosis and RIRI was assessed by determining the apoptotic index (AI) of kidney tubular epithelial cells.

Results  The RIRI model was shown to be successful. Significantly higher levels of creatinine and BUN, and abnormal pathology of histologic sections, were observed in group I/R, compared with group S. 5-HD eliminated the renoprotective effects of IPo. Mitochondrial and mitochondrial membrane potential fluorescence intensities increased, and intracellular calcium, ROS fluorescence intensities and AI decreased in group IPo, compared with group I/R. However, mitochondrial and mitochondrial membrane potential fluorescence intensities decreased, and intracellular calcium and ROS fluorescence intensities and AI increased in group IPo+5-HD, compared with group IPo.

Conclusions  mitoK_ATP and MPTPs participated in IPo-induced renoprotective mechanisms in rat kidneys subjected to RIRI, possibly through decreased renal tubular epithelial cell apoptosis. 

     

线粒体ATP敏感性钾通道及其神经保护作用机制的研究进展

大量药理学和生物学研究已证实,ATP敏感性钾通道（KATP）的开放在多种组织细胞损伤中发挥着重要的保护作用,其对脑的保护作用研究正逐渐成为研究热点.目前发现细胞上主要存在两种KATP：质膜表面KATP（sKATP）和细胞质内的线粒体膜KATP（mitoKATP）.已有研究证明,mitoKATP对KATP开放剂的敏感程度是sKATP的近2000倍,这预示着mitoKATP在脑保护作用中可能发挥着更大的作用.     

二氮嗪对黄疸大鼠肝脏缺血再灌注损伤的影响

目的:研究二氮嗪对梗阻性黄疸肝脏的缺血再灌注损伤是否有保护作用。方法:采用胆总管结扎法制作梗阻性黄疸模型,雄性S-D大鼠60只,分5组:缺血再灌注损伤组(对照组),缺血30 min和再灌注120 min:GSH活性氧(清除剂)处理组,缺血再灌注前10 min静脉注射GSH 50 mg/kg;二氮嗪预处理组(A、B、c)缺血再灌注前10 min分别静脉注射1 mg/kg、5 mg/kg、10 mg/kg。结果:与时照组相比,二氮嗪预处理各组血清中ALT、AsT、LDH含量,细胞内MDA含量和SOD活性,肝细胞凋亡指数差异无显著性(P>0.05),而GSH组与对照组相比,各组血清中ALT、AST、LDH含量,细胞内MDA含量和SOD活性,肝细胞凋亡指数差别具有显著性(P<0.05)。结论:二氮嗪预处理对大鼠梗阻性黄疸肝脏缺血30 min再灌注120 min无保护作用,GSH预处理对大鼠梗阻性黄疸肝脏缺血再灌注损伤能提供保护作用。     

Sevoflurane postconditioning protects isolated rat hearts against ischemia-reperfusion injury

Background Studies suggested that anesthetics administered upon the early reperfusion or ＂anesthetic postconditioning＂ could protect post-ischemic hearts against myocardial ischemia reperfusion injury （MIRI）. However, the mechanism responsible for such protection was not well-elucidated. We investigated the cardioprotection induced by sevoflurane postconditioning （SpostC） in rat hearts in vitro, and the respective role of phosphatidylinositol-3-kinase （PI3K）, extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 （ERK 1/2）, mitochondrial KATP channels （mitOKAme） and mitochondrial permeability transition pore （mPTP）, by selectively inhibiting PI3K, ERK 1/2, mitOKATP, with LY294002 （LY）, PD98059 （PD）, 5-hydroxydecanoate （5-HD） and by directly opening of mPTP with atractyloside （ATR）, respectively. Methods Isolated rat hearts were randomly assigned to one of the 12 groups （n=-15）： Time control （continuous perfusion）, ISCH （30 minutes of ischemia followed by 60 minutes of reperfusion alone）, SpostC （3% sevoflurane postconditioning was administered during the first 15 minutes of reperfusion after 30 minutes of ischemia）, ISCH＋LY, ISCH＋PD, ISCH＋ATR, ISCH＋5-HD and ISCH＋ dimethyl sulfoxide （DMSO） groups （LY, PD, ATR, 5-HD and DMSO （the vehicle） was administered respectively during the first 15 minutes of reperfusion following test ischemia）, SpostC＋LY, SpostC＋PD, SpostC＋ATR and SpostC＋5-HD groups （LY, PD, ATR and 5-HD was coadministered with 3% sevoflurane, respectively）. Hemodynamics was compared within and between groups. Infarction size was determined at the end of experiments using triphenyltetrazolium chloride （TTC） staining. Lactate dehydrogenase （LDH）, creatine kinase-MB （CK-MB） and cardiac troponin I （cTnl） released from necrotic myocardium, were compared among TC, ISCH and SpostC groups. To investigate the relationships between RISK and mPTP implicated in SpostC, NAD＋ content in myocardium, a marker of mPTP opening, was compared among some experimental groups （TC, ISCH, ISCH＋LY, ISCH＋PD, ISCH＋DMSO, SpostC, SpostC＋LY, SpostC＋PD）. To further investigate whether the anti-apoptotic mechanism is implicated in SpostC-induced cardioprotection and its association with mitochondria, TUNEL staining was performed in some experimental groups （TC, ISCH, ISCH＋5-HD, ISCH＋ATR, ISCH＋DMSO, SpostC, SpostC＋5-HD, SpostC＋ATR）. Results When compared with unprotected hearts subjected to 30 minutes of ischemia, exposure to 3% sevoflurane for 15 minutes during early reperfusion significantly improved functional recovery, decreased myocardial infarct size, decreased LDH, CK-MB and cTnl release, and decreased cardiomyocyte apoptosis （P 〈0.05）. However, such cardioprotective effects of hemodynamic recovery and infarct size reduction by sevoflurane was completely abolished by any one of LY294002, PD98059, atractyloside and 5-hydroxydecanoate （P 〈0.05）. Additionally, either LY294002 or PD98059 could reverse the inhibitory effect of SpostC over mPTP opening upon reperfusion （P 〈0.05）. Both atractyloside and 5-hydroxydecanoate could abrogate the anti-apoptotic effects of SpostC （P 〈0.05）. Conclusion These findings demonstrate that PI3K, ERK 1/2, mitOKATP and mPTP are key players in sevoflurane postconditioning induced cardioprotective mechanisms in isolated rat hearts subjected to MIRI.     

异氟烷预处理对缺血再灌注损伤鼠脑组织中Bcl-2和Bax的mRNA表达的影响

目的:通过观察异氟烷(ISO)预处理对沙士鼠脑缺血再灌注(I/R)凋亡相关基因Bcl-2和Bax的mRNA在脑组织中的表达,探讨ISO预处理的作用机制。方法:50只沙士鼠随机分5组:SHAM组(假手术组),只分离双侧颈总动脉而未夹闭;I/R组,夹闭双侧颈总动5min后开放;ISO组,I/R前60min接受1.2%～1.5%的ISO预处理;5-HD ISO组,线粒体ATP敏感性钾通道(mitoKATP)阻滞剂5-HD 10mg/kg腹腔内注射30min后同ISO组;5-HD组,5-HD腹腔内注射30min后行I/R损伤。24h后取鼠前脑,采用RT-PCR检测脑组织中Bcl-2、Bax基因的mRNA表达。结果:ISO组Bcl-2的mRNA表达增高,与SHAM组和5-HD ISO组比较差异显著(P<0.05);I/R、5-HD ISO和5-HD组Bax的mRNA表达明显增高,与SHAM组比较差异显著(P<0.05)。结论:ISO预处理对沙士鼠脑I/R的保护作用可能就是通过激活mitoKATP通道,使Bcl-2结合到线粒体膜上的量增加,同时阻止Bax转录到线粒体膜上,稳定了线粒体,发挥细胞保护作用。     

右美托咪定预处理减轻离体大鼠心脏缺血/再灌注损伤的线粒体相关机制

目的：研究右美托咪定（dexmedetomidine,Dex）预处理对心肌缺血/再灌注（I/R）损伤的作用及其与线粒体渗透性转换孔（mPTP）和/或线粒体ATP敏感性钾通道（mitoK_ATP）的关系。方法：分离SD雄性大鼠心脏置于Langendorff系统行全心停灌30 min,再灌注120 min建立心肌I/R损伤模型,停灌前15 min给予Dex（10 nmol/L）处理。测定左心室动力学、再灌注期间冠脉流量及再灌注5 min时中乳酸脱氢酶（LDH）含量,实验结束测定心肌组织formazan含量以反映心肌梗死状况。结果：与正常对照组相比,I/R组明显降低了再灌注期间的左室发展压、冠脉流量及再灌注末心肌组织formazan含量,显著升高了再灌注左室舒张末压、心肌LDH渗出;Dex预处理明显改善了I/R心脏功能及心肌组织活性（P<0.01）;mPTP开放剂苍术苷（20 μmol/L,再灌注前给药20 min）及mitoK_ATP抑制剂5-羟基癸酸（100 μmol/L,停灌前给药20 min）可取消Dex预处理产生的抗心脏I/R损伤作用。结论：围手术期常用的辅助麻醉药Dex具有减轻离体大鼠心脏I/R损伤作用,且该心肌保护作用可能与Dex促进缺血前mitoKATP的开放,抑制再灌注早期mPTP的开放有关。