中枢吗啡预处理对心肌缺血再灌注损伤保护机制研究进展

郭成晓金世云 张野

安徽医科大学第二附属医院麻醉与围术期医学科，合肥 230601

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(6):659-663.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20200525-00576

 基金项目 

 国家自然科学基金青年科学基金项目（81801938）

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【综述】

缺血性心脏病是世界范围内致残和过早死亡的主要原因。目前，在众多临床治疗措施中，再灌注治疗被认为是挽救缺血心肌的标准疗法。然而，再灌注后不但不利于心肌功能的恢复，反而会加重心肌组织损伤和功能障碍，这种在缺血基础上恢复血液灌注后组织损伤反而加重的现象称为心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemic reperfusion injury, MIRI）[1‑2]。吗啡是临床经典的镇痛类药物，大量研究表明，MIRI发生时吗啡预处理的心肌保护作用可能与心脏固有和中枢系统阿片受体的激活有关，目前有关中枢吗啡预处理的心肌保护机制尚需进行归纳总结。本文将从侧脑室、鞘内和头端延髓腹外侧区水平对中枢吗啡预处理发挥的心肌保护机制进行综述。

1　MIRI发生机制     

MIRI主要表现为原有心肌梗死面积增大、心室功能严重低下和再灌注引起的心律不齐等。MIRI涉及机制尚不十分清楚，目前主要有细胞内钙超载、快速的pH值变化、氧自由基作用、能量代谢障碍和蛋白质磷酸化失衡等观点[3]，它们之间关系密切且相互作用，导致线粒体结构和功能破坏，最终引起心肌细胞发生不可逆损伤。

2　中枢吗啡预处理抗MIRI的保护机制     

吗啡作为一种非选择性阿片受体激动剂，除具有强效的镇痛作用外，也可以通过激动心脏和心脏以外系统尤其是中枢神经系统上的阿片受体，发挥降低再灌注心律失常和心脏收缩功能障碍，减少心肌梗死面积以及抑制心室重构等心肌保护作用[4‑5]。多项研究通过侧脑室或鞘内预先给予吗啡证实，中枢神经系统信号参与了中枢吗啡预处理诱导的阿片受体依赖性的心肌保护过程，且中枢阿片受体（κ受体、δ受体、μ受体）均参与其中[6‑8]。同时值得注意的是，中枢吗啡预处理激活的中枢阿片受体可独立于外周阿片受体活性而发挥抗MIRI效应[9]，而这需要吗啡通过神经、体液等途径对多种介质进行调节实现。现就相关机制归类如图1。

2.1　鞘内吗啡预处理（intrathecal morphine preconditioning, ITMP）抗MIRI的保护机制

2.1.1　抑制脊髓神经生长因子基因表达

瞬时受体电位香草酸亚型‑1（transient receptor potential vanilloid type1, TRPV1）广泛表达于脉管系统、胃肠道、膀胱和免疫系统等处，在伤害性刺激的感知、传递和调节中发挥着重要作用[10]。心肌缺血后心脏神经生长因子（nerve growth factor, NGF）表达增加，敏化心脏感觉传入神经元上的 TRPV1受体，使交感神经过度兴奋，增加心肌氧耗造成心肌氧供和氧需失衡，从而加重心肌损伤。进一步研究发现，脊髓NGF基因的表达与TRPV1水平呈正相关，ITMP可抑制NGF‑TRPV1敏化，降低NGF和TRPV1水平，减轻伤害性刺激反应，从而对抗MIRI[11]。

2.1.2　环磷酸腺苷‑蛋白激酶A（protein kinases A, PKA）依赖性机制

Xu等[12]研究发现，MIRI后脊髓背根神经节（dorsal root ganglion, DRG）中TRPV1上调，其抑制作用与ITMP的心肌保护作用有关，鞘内预先给予腺苷酸环化酶激活剂使PKA活性增加，后者虽然上调了TRPV1水平，但增加了TRPV1通道对吗啡抑制作用的敏感性。也就是说，吗啡和腺苷酸环化酶激活剂的组合可以提高吗啡抑制DRG中TRPV1升高的能力，表现为与单独ITMP相比，前者对TRPV1反应的抑制作用更明显。

2.1.3　激活脊髓神经元钾通道

鞘内注射钾通道开放剂可产生镇痛效应[13]，因为钾通道激活促使K+外流可使细胞超极化，减少Ca2+内流致神经元兴奋性降低，进而抑制伤害性刺激的传递。近期刘润宇和张野[14]在鞘内预先给予吗啡和钾通道阻滞剂格列本脲发现，与单纯ITMP比较，ITMP+格列本脲处理组室性早搏和室性心动过速/心室纤颤的发生次数增加，心肌梗死面积/缺血危险区面积升高，提示脊髓神经元钾通道的关闭可能减弱了ITMP的心肌保护作用，即脊髓神经元钾通道的激活可能参与了ITMP减小缺血再灌注后心肌损伤的过程。

2.1.4　激活脊髓内神经元一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, NOS）‑环鸟苷酸（cyclic guanylic acid, cGMP）‑蛋白激酶G（protein kinases G, PKG）通路

一氧化氮（nitric oxide, NO）对伤害性信号的感知有双重调节作用，一方面，在脊髓背角中有助于中枢敏化的发展；另一方面，可抑制周围及中枢神经系统的伤害感受[15]。很多研究已证实，在中枢水平，阿片受体激动剂的抗损伤作用与其下游调节因子NO密切相关。Lu等[16]在观察脊髓NOS‑cGMP‑ PKG通路与ITMP心肌保护作用的关系时发现，ITMP提高了脊髓中NOS、NO、鸟苷酸环化酶和PKG水平，同时增加了神经型NOS及其信使RNA的表达，且预先给予PKG、NOS、鸟苷酸环化酶抑制剂可消除吗啡的心肌保护作用。这也就意味着，ITMP可以通过激活脊髓NOS‑cGMP‑PKG通路调节其在中枢调节心肌抗MIRI中的作用。这一结论与Jiang等[17]提出的脊髓NO‑cGMP‑PKG通路参与的鞘内吗啡后处理心肌保护过程结论相似。

2.1.5　激活自主神经通路

很多研究已证实，缓激肽不仅可以促进感觉神经末梢释放降钙素基因相关肽（calcitonin generelated peptide, CGRP）[18]，且与神经通路参与的心肌缺血性预处理也有一定关系[19]。此外，NO还可以通过磷脂酰肌醇‑3‑羟激酶（phosphatidylinositol 3‑hydroxy kinase, PI3K）‑蛋白激酶B（protein kinase B, Akt）‑内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）途径触发心脏保护效应[20]。在Wong等[8]的研究中发现，ITMP激活脊髓阿片受体后，可以通过自主神经通路与缓激肽、CGRP受体、PI3K‑Akt‑eNOS通路以及KATP通道共同作用产生心肌保护效应，这种保护效应可被预先注射的自主神经拮抗剂六甲铵阻断。同样鞘内分别预先给予缓激肽受体拮抗剂、KATP通道拮抗剂和CGRP受体拮抗剂也可减弱吗啡的这种保护作用。

2.2　侧脑室吗啡预处理抗MIRI的保护机制

2.2.1　促进脊髓腺苷释放，激活腺苷受体

早在2007年，Peart和Headrick [21]提出心肌腺苷受体可协同阿片受体对抗大鼠的MIRI。梅斌等[22]在侧脑室吗啡预处理前鞘内注射茶碱（腺苷受体拮抗剂）发现吗啡诱导的心肌保护作用被削弱，而单纯的给予茶碱却对心肌梗死面积没有影响，研究还发现吗啡预处理抑制了大鼠MIRI炎症反应过程中心肌细胞间黏附分子‑1表达水平的升高。这就提示，侧脑室吗啡预处理可能通过促进脊髓腺苷释放使脊髓腺苷受体活性增加，后者通过对细胞间黏附分子‑1的抑制进一步介导了心肌保护过程。

2.2.2　促进海马钙调蛋白表达增加引起内源性CGRP释放

CGRP是由37个氨基酸组成的调节性神经肽，广泛分布在中枢和周围神经系统中，具有正性变力和变时作用，对各种心血管疾病（如心力衰竭、心肌梗死和MIRI）具有保护作用，是迄今为止已知的最有效的血管扩张药[23]。陆姚等[24]进行侧脑室吗啡预处理后发现，海马组织中钙调蛋白和血浆CGRP水平均增加，而给予钙调蛋白特异性阻断剂后血浆中CGRP的释放水平减少，同时吗啡预处理的保护效应也被取消。据此推测，侧脑室吗啡预处理的抗MIRI效应可能与其刺激海马组织中钙调蛋白表达增加进而调节内源性CGRP的释放有关。

2.2.3　抑制疼痛

疼痛是由缺血等伤害性刺激传至大脑皮质产生的，且疼痛信号转导与缺血再灌注损伤途径之间存在串扰[25]，因此，明确吗啡抗缺血再灌注损伤与疼痛干预之间的关系具有重要意义。P物质（substance P, SP）作为一种神经肽，主要在脑干和神经末梢释放，其释放水平与疼痛的严重程度呈正相关。早在1980年，Yaksh等[26]就报道了ITMP可抑制SP从哺乳动物脊髓释放，且进一步研究发现侧脑室吗啡预处理产生的心肌保护效应也与SP的抑制有关[24]，以及近期Chen等[27]又表明吗啡、选择性μ阿片受体激动（DAMGO）和内啡肽‑2均可抑制脊髓水平SP的释放。综合以上结果我们发现，对疼痛的抑制参与了中枢吗啡预处理的心肌保护过程。

2.2.4　促进中枢β‑内啡肽释放

程新琦等[28]发现，侧脑室吗啡预处理可以改变β‑内啡肽在中枢和外周的分布，促进下丘脑弓状核释放β‑内啡肽，减少β‑内啡肽在弓状核中含量，并且增加在中脑导水管周围灰质及左室心肌中的分布。有趣的是，中枢吗啡预处理之后侧脑室给予β‑内啡肽阻断剂可取消吗啡的心肌保护作用，而在之前给予阻断剂却保留了这种作用。同样，静脉给予阻断剂也未能消除中枢吗啡预处理的保护效应，这也说明β‑内啡肽是作为吗啡的下游介导因子而非上游因子参与了其对缺血后心肌的影响，且在此过程中中枢β‑内啡肽起主要作用。这一结论在随后Cheng等[29]的研究中得到进一步证实。

3　其 他     

除上述保护机制之外，徐凯生等[30]发现头端延髓腹外侧区内吗啡预处理，不但降低了心肌缺血再灌注诱导的头端延髓腹外侧区内c‑fos（一种原癌基因）水平的升高，而且明显增高了脊髓T2~T5节段和左心室肌中β‑内啡肽含量，这更加表明了β‑内啡肽在中枢吗啡预处理心肌保护过程中的介导作用。

4　小结与展望     

综上所述，MIRI是一个多机制（如细胞内钙超载、氧自由基作用、能量代谢障碍等）综合作用的复杂过程，当心脏已经发生缺血性损伤时，再灌注不但不利于心脏功能恢复反而会加重其损伤，而中枢吗啡预处理可以模仿缺血预处理减少梗死，防止再灌注引起的心肌细胞死亡，进而提高心肌对缺血再灌注损伤的耐受性。机制主要有：吗啡作用于中枢阿片受体使其活性增加，经NO‑cGMP‑PKG通路促进脊髓神经元钾通道开放而降低伤害性神经元兴奋性；通过cAMP‑PKA依赖性途径以及对脊髓NGF基因表达的抑制而降低TRPV1水平；经自主神经通路与缓激肽、CGRP受体、PI3K‑Akt‑eNOS通路以及KATP通道共同作用；或刺激海马Ca2+/钙调蛋白通路引起内源性CGRP释放水平增加；增加脊髓腺苷受体活性抑制炎症反应以及促进中枢β‑内啡肽释放或抑制脊髓SP水平等多种途径，最终降低心肌细胞的损伤而发挥抗MIRI作用。值得一提的是，与心肌缺血性处理相比，利用吗啡进行干预可以避免前者增加心肌缺血区面积或延长缺血时间的弊端，并降低相关并发症的发生率。而且吗啡后处理与吗啡延迟后处理无需预测缺血事件的发生时段，较吗啡预处理更加适合应用于临床。此外，与静脉内给药相比，中枢吗啡预处理存在以下几点优势：所需剂量小[7]，不必进入冠状动脉循环，与外周阿片受体无关，吗啡在中枢神经系统中的半衰期更长[31]，可观察在体状态下目的核团或脑区甚至区域神经元及神经胶质细胞对吗啡刺激的反应以及所得结果较体外实验（如离体再灌注实验）更接近正常生理状态下的反应。不过值得注意的是，目前实验研究还是以动物为主，阿片药物处理成果向临床应用的转化仍然是医学难题之一。但庆幸的是近期学者又确定了MIRI期间脊髓的长链非编码RNA、信使RNA表达模式和蛋白质相互作用网络[32‑33]。相信在未来，随着基因水平、心脏干细胞等多水平的试验开展以及基因治疗等技术的不断涌现，终会实现理论向临床应用转化的跨越。

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