ATP敏感性钾通道在心肌缺血/再灌注损伤中的作用

李 清(综述)，王国林(审校)

(天津医科大学总医院麻醉科，天津 300052)

随着冠状动脉内溶栓、经皮冠状动脉介入治疗、心脏搭桥手术等方法的广泛应用，再灌注治疗成为急性冠状动脉综合征的重要治疗方法。而随之带来的再灌注损伤愈来愈引起临床医师的重视。寻找有效的心肌保护措施减轻心肌缺血/再灌注损伤具有重要意义。心脏停跳液是有效的心肌保护策略，它除了提供一个良好的无血手术视野外，还可以通过改变细胞膜的离子流动降低细胞内钙超载和ATP的耗竭。虽然机制不太清楚，但存在于心肌细胞中的ATP敏感性钾通道在停跳液的心肌保护中起重要作用［1-4］。自 Murry等［5］和 Zhao 等［6］首次提出缺血预处理和缺血后处理的概念以来，大量研究表明缺血预处理和后处理对缺血/再灌注心肌具有保护作用［7-9］。其作用机制比较复杂，但ATP敏感性钾通道与缺血预处理和后处理的心肌保护作用密切相关［10-11］。现就ATP敏感性钾通道在心肌缺血/再灌注损伤中的作用予以综述。

1 ATP敏感性钾通道的结构和调节

ATP敏感钾离子通道(ATP-sensitive potassium channel，KATP通道)是可被细胞内ATP和其他腺嘌呤核苷酸抑制的内向整流K+通道，因此称为ATP敏感的选择性 K+通道［12］。1991 年，Inoue 等［13］在大鼠肝细胞线粒体中发现了存在于线粒体内膜的KATP通道，由此将KATP通道分为质膜KATP通道(sarcolemmaATP-sensitive potassium channel，SarcKATP)和线粒体KATP通道(mitochondriaATP-sensitive potassium channel，MitoKATP)。

1.1 结构 KATP通道是异四聚体复合物，由受细胞内ATP浓度调节的一种内向整流钾通道(Kir亚基)和ATP结合蛋白超家族成员磺酰脲类受体两个亚基组成。SUR亚基在C端包含两个核苷酸结合位点(NBD-1和 NBD-2)，每一个位点包含 Walker A和Walker B两个基序，是与ATP和Mg2+-ADP结合的敏感位点［1］。ATP敏感性钾通道的功能性结构模式包括通道闸门、转换亚单位、ATP结合抑制亚单位、两个磷酸化位点和二磷酸核苷结合位点。调节KATP通道功能的因素包括ATP、二磷酸核苷、Mg2+、Na+及位于细胞膜上的与腺苷受体相耦联的G蛋白等［14］。

1.2 调节 在生理状态下，ATP与Kir亚基结合使KATP通道处于关闭状态，当细胞内ATP浓度明显降低时才逐渐开放。这种关闭状态在［ATP］i和［Mg2+-ATP］i＞1 mmol/L时即可以维持，由于外源性的ATP输入而导致的［ATP］增加则对KATP通道的开放状态无作用。正常内环境中ATP浓度较高，激活肌酸激酶使KATP通道受抑制，处于关闭状态，限制了K+的跨膜流动。而当外界发生刺激时(如缺血、代谢变化等)糖酵解增加，使［ATP］浓度降低，ADP浓度升高，ATP与Kir亚基分离，肌酸激酶活性降低或受抑制，导致 KATP通道的开放［1］。

许多学者报道KATP通道的开放对缺血的器官和细胞都有保护作用。KATP通道的开放使膜电位固定在钾的可逆电位，细胞处于非激活及停搏状态，非常接近膜静息电位，跨膜离子平衡，离子流最少，各种ATP泵转运活性最小，使心肌处于最佳代谢状态，则可产生心肌保护作用［15-16］。MitoKATP的开放，引起K+的内流，使线粒体膜发生除极，降低了线粒体外Ca2+内流的驱动力，从而减少了Ca2+超载所引起的损伤。SarcKATP开放，可以加速细胞膜动作电位第三期的除极过程，缩短动作电位时间，抑制Ca2+内流，起到了保护作用［16］。

2 ATP敏感性钾通道在缺血预处理心肌保护中的作用

Murry等［5］于1986年首次提出了心肌缺血预处理的概念，发现心肌经反复短暂的缺血/再灌注后，能在随后的长时间缺血中延长并缩小心肌梗死面积、保护心肌的收缩和舒张功能。缺血预处理对于缺血/再灌注心肌保护作用的机制涉及很多方面，ATP敏感性钾通道是其中之一［17-18］。关于SarcKATP通道和MitoKATP通道在缺血预处理心肌保护中的作用目前尚存在争议。Kong等［19］学者观察到单纯的MitoKATP通道抑制剂5-羟基葵酸盐(5-hydroxydecanoate，5-HD)和SarcKATP通道抑制剂HMR1908都无法完全消除缺血预处理的心肌保护作用，而只有两者联合应用才能全部消除其保护作用。Sanada等［20］在犬心肌缺血/再灌注模型中也发现了类似的现象，说明SarcKATP通道和MitoKATP通道在缺血预处理心肌保护中共同发挥作用。但是，Suzuki等［21］在野生大鼠和KiR6.2 knockout大鼠心肌缺血/再灌注模型中发现，缺血预处理可以缩短动作电位时间起到心肌保护作用，SarcKATP通道抑制剂HMR1908可消除这种心肌保护作用，而MitoKATP通道抑制剂5-HD则无影响，由此说明，SarcKATP通道在缺血预处理心肌保护中发挥主要作用，而不是 MitoKATP通道。然而，Sasaki等［22］学者在大鼠离体心脏模型和兔心肌细胞模型中发现，MCC-134，一种 SarcKATP通道开放剂和MitoKATP通道抑制剂，可以明显消除缺血预处理的心肌保护作用，说明MitoKATP通道在缺血预处理心肌保护中发挥主导作用。SarcKATP通道和MitoKATP通道在缺血预处理心肌保护中的作用尚需继续研究。

3 ATP敏感性钾通道在缺血后处理心肌保护中的作用

Zhao等［6］于2003年首先提出缺血后处理概念，再灌注后立即给予一次或多次短暂重复心肌缺血/再灌注，能提高心肌对以前发生的较长时间缺血的耐受性;在犬的在体急性缺血/再灌注模型中证实了缺血后处理能改善缺血/再灌注后心脏的功能，缩小梗死面积。研究发现，缺血后处理的心肌保护作用与 KATP活化机制存在密切相关性［23］，KATP通道的开放可能是信号转导成分之一，也可能是终末效应机制之一［8］。有学者在兔的体心肌缺血/再灌注模型研究中发现，缺血后处理可以明显减少心肌梗死面积，给缺血后处理组分别加入非选择性KATP通道抑制剂格列苯脲和选择性线粒体KATP通道抑制剂5-HD，发现均能抵消缺血后处理的心肌保护作用，证实缺血后处理与KATP通道的开放有关［24］。Mykytenko等［25］在犬体冠状动脉阻塞60 min和再灌注24 h的模型中，发现5-HD可以消除缺血后处理的心肌保护作用，而SarcKATP抑制剂HMR1908则无此作用，说明缺血后处理的心肌保护作用通过特定的KATP通道，即线粒体 KATP通道发挥作用。Penna等［26］在离体鼠心脏缺血/再灌注模型中研究也发现用线粒体KATP抑制剂5-HD可以使缺血后处理的心肌保护作用消失，说明缺血后处理的心肌保护作用与线粒体KATP通道密切相关。

4 ATP敏感性钾通道在钾镁停跳液心肌保护中的作用

术中应用心脏停跳液心肌保护策略是传统的心肌保护方法，与传统的高钾停跳液相比，钾镁心脏停跳液具有更强的心肌保护作用。有研究表明，ATP敏感性钾通道在钾镁心脏停跳液心肌保护作用中发挥重要作用［3，27］，其中线粒体 KATP的作用尤为突出。Toyoda等［3］在心肌缺血前、缺血即刻或再灌注即刻应用 SarcKATP抑制剂 HMR1883和 MitoKATP抑制剂5-HD，发现无论是缺血前、即刻还是再灌注即刻应用HMR1883对钾镁停跳液的心肌保护作用无任何影响，术后心肌梗死面积和术后心脏功能的恢复无明显变化，而缺血前和即刻应用5-HD可以明显消除钾镁停跳液的心肌保护作用，再灌注即刻应用5-HD却无此作用，由此说明，钾镁停跳液的心肌保护作用通过线粒体KATP实现，发挥作用的时机为心肌缺血前或缺血时，而不是再灌注时。Wakiyama等［4］应用猪急性心肌梗死体外循环模型，模仿人急性心肌梗死后冠状动脉搭桥手术的过程，发现MitoKATP开放剂二氮嗪与钾镁停跳液联合应用比单纯应用钾镁停跳液，可明显减少心肌梗死面积，具有心肌保护作用。

5 小结

缺血/再灌注损伤是缺血性心脏病以及心脏手术后心功能不全的主要病理基础，寻找有效的心肌保护措施减轻心肌缺血/再灌注损伤具有重要意义。ATP敏感性钾通道在缺血/再灌注心肌损伤的心肌保护中发挥重要作用，它可能是诱发启动因子，也可能是终末作用机制。缺血预处理、缺血后处理及钾镁停跳液等对缺血/再灌注心肌的保护作用机制中都涉及此通道，尤其是线粒体ATP敏感性钾通道更是缺血/再灌注心肌保护的重要作用机制。

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