全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 20卷 第 1期
2008年 2月
Vol. 20, No. 1
Feb., 2008
心肌缺血后处理胞内信号转导研究进展
徐宪连，张英杰*
（辽宁医学院附属第一医院，锦州 1 2 1 0 0 1）
摘　要：缺血后处理对心肌再灌注损伤的保护是多因素参与的复杂过程。后处理对心肌的保护除了通
过减少活性氧类物质的产生、抑制线粒体内钙超载、减轻内皮功能失调等被动作用外，还可主动激活
再灌注损伤补救激酶(reperfusion injury salvage kinase, RISK) 途径及其他蛋白激酶而实现。本文将对心
肌缺血后处理中 RISK 通路的研究进展作一综述。
关键词：缺血后处理；再灌注损伤补救激酶；信号转导
中图分类号：R542.2 Q555.7　　文献标识码：A
Advancements of signal transduction in myocardial ischemic
postconditioning
XU Xian-lian, ZHANG Ying-jie*
(The First Afilliated Hospital, Liaoning Medical College, Jinzhou121001, China)
Abstract: Ischemic postconditioning (IPO), which can attenuate myocardial reperfusion injury, is a complex
process involving multiple factors. Besides the reduction in generation of reactive oxygen species, calcium
overload in mitochondrion, endothelial dysfunction and so on (this is considered a “passive process”), IPO
can also be an “active process” by activating the reperfusion injury salvage kinase (RISK) pathway and other
kinases. The text will review the RISK pathway in the IPO in myocardium.
Key words: ischemic postconditioning; reperfusion injury salvage kinase; signal transduction
文章编号 ：1004-0374(2008)01-0116-04
心肌缺血后处理是指心肌长时间缺血后，再灌
注即刻给予的几次短暂缺血刺激，它的保护强度跟
预处理相当，且更具有临床应用价值，但其保护机
制尚未完全清楚。Zhao等[1-3]认为它可能通过减少
中性粒细胞集聚、改善冠状动脉内皮功能、减少活
性氧的产生以及降低线粒体内钙离子浓度等被动途
径保护心肌。后来发现，即使在没有血液成分的模
型中， 后处理同样能减轻再灌注的损伤程度，表明
它对心肌还有直接的主动效应[4,5]，多数学者认为主
动效应在心肌保护作用中可能占据着更为重要的位
置。再灌注早期后处理主动激活再灌注损伤补救激
酶(reperfusion injury salvage kinase，RISK)途径，
最后在线粒体水平或经 p70S6K 发挥心肌保护作用
(图 1)。目前发现 RISK 途径主要包括磷脂酰肌醇 -
3激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)-Akt和细
胞外信号调节激酶(p42/p44 extra-cellular signal-regu-
lated kinases，ERK1/2)两条通路。
1　PI3K-Akt 通路
PI3K-Akt 是细胞内重要的信号转导通路，在细
胞的凋亡、存活，以及增殖等活动中发挥重要的生
物学功能。PI3K 是由催化亚基p110 和调节亚基p85
构成的异源性二聚体，可被生长因子、细胞因子、
激素等胞外信号通过受体酪氨酸激酶(receptor ty-
rosine kinase，RTK)或 G-蛋白耦联受体激活。活
化的 PI3K 使磷脂酰肌醇(P1)肌醇环上的 3-OH磷酸
化形成磷酸化的磷脂酰肌醇，包括 3-磷酸磷脂酰肌
醇(PIP) 、4, 5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2) 和 3, 4, 5-
三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)。PIP2和 PIP3作为第二信
使将胞外信号传递给PI3K下游的靶蛋白发挥生物学
效应。PI3K下游有多种效应分子，Akt 处于这一
通路的中心环节，不仅是PI3K下游的直接靶点，也
是其最主要的靶酶，传递由 PI3K始动的信息。在
收稿日期：2007-05-21；修回日期：2007-10-22
*通讯作者：E-mail: zhangyingjiejinzhou@126.com
117第1期 徐宪连，等：心肌缺血后处理胞内信号转导研究进展
PIP2、 P I P 3和磷脂酰肌醇依赖性蛋白激酶
(phosphoinositide-dependent protein kinase，PDK)的
作用下，Akt被激活并从胞膜上释放下来，到达胞
浆内继续传递生物学信号。
近年来大量实验证实，缺血后处理的保护作用
跟这条通路的激活有关。Yang等[4]在兔的离体心实
验中发现，30 min缺血后行 6个周期的 30s再灌 /30 s
缺血处理，梗死面积由(33.3± 2.2)%减少到(10.4
± 3.4)%，再灌注开始的 5min给予特异性 PI3K阻
滞剂Wortmannin，梗死面积又增加到(31.2± 4.2)％，
后处理的保护作用消失，提示后处理可能通过PI3K
途径发挥作用。Tsang等[5]证实了后处理的心肌保
护作用，梗死面积由(51.2± 3.4)% 减少到(31.5±
4.1)%，Western blot分析显示后处理诱导的Akt 磷
酸化程度增强，应用 LY294002 或Wortmannin 后
Akt 的磷酸化水平降低，同时后处理的保护作用也
消失，认为后处理通过 PI3K促使其下游的Akt 磷
酸化而发挥作用，这一结论也被随后的Yang等[4]证
实。不仅如此，Zhu等[6]发现，后处理对重构心肌
的保护作用也是经 PI3K 激活下游位点Akt 实现的。
1.1　Akt可能的下游靶点　
后处理激活的Akt 通过磷酸化其下游靶点，最
后在线粒体水平，特别是线粒体通透性转换孔
(mitochondrial permeability transition pore，mPTP) 发
挥抑制凋亡或促进增殖等效应保护心肌。Akt通过
多条途径对mPTP 进行调控，目前发现与后处理有
关的因子包括 GSK-3β、eNOS和mTOR等。
1.1.1　GSK-3β　糖原合成酶激酶 -3β(glycogen syn-
thase kinase-3β，GSK-3β)具有减轻细胞凋亡、抑制
细胞肥大、促进血管再生等作用，因而在细胞的生
长、分化、突变、凋亡和信号转导等生命活动中
具有重要的调节作用。GSK-3β活性主要由肽链中所
含丝氨酸 / 苏氨酸( Se r / Thr )的磷酸化状况决定：
Tyr216磷酸化后增强GSK-3β的活性，Ser9的磷酸
化则使GSK-3β活性受到抑制。活化的GSK -3β诱导
细胞凋亡，胞外信号分子通过 PI3K-Akt 磷酸化 Ser9
位点使GSK-3β失活，丧失其诱导细胞凋亡的作用。
Tillack等[7]在在体鼠模型中发现后处理能明显减少梗
死面积，这与 PI3K-Akt 增强GSK-3β(Ser9)的磷酸化
水平，从而降低其活性有关；彭龙云等[8]发现后处
理对肥厚心肌大鼠再灌注损伤的保护中有 PI3K-Akt-
GSK-3β通路的参与，并推测其最终可能经mPTP实
现，这一点被 Park等[9]所证实：在大鼠离体心实验
中，缓激肽经 PI3K-Akt 降低GSK-3β 的活性，从
而将梗死范围由(37.9± 3.1)% 减少到(23.1± 1.0)％，
这是通过稳定线粒体膜电位(∆Ψm)而抑制mPTP 的开放
实现的。可见，GSK-3β 参与了后处理对心肌的保护
作用。
1.1.2　eNOS　目前发现的三种一氧化氮合酶中，
内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，
eNOS)的保护作用已经得到认可。eNOS 受多种因
素调节，蛋白激酶，如 PI3K、Akt、PKA、AMPK、
PKC 等通过磷酸化 eNOS而调节其活性。eNOS活
性状态的改变因刺激因素的不同而异, Tsang等[5]在
大鼠的离体心模型中首次证实，经 PI3K-Akt 通路
激活 eNOS是缺血后处理的保护机制之一；Yang等[4]
发现，当后处理组中加入 L-NAME(eNOS阻滞剂)
时，抵消了其减少梗死面积的作用，可见后处理的
心肌保护作用有 eNOS的参与。至于 eNOS在后处
理中的作用，多数学者认为与eNOS 促进内源性NO
产生有关：NO 通过拮抗内皮素、促进血管扩张、
保护内皮功能、抑制血小板聚集、抑制心肌和血管
内超氧化物形成等发挥保护作用；Zhao等[10]在健康
的小型猪离体实验中发现，后处理所产生的内源性
NO具有保护冠脉内皮、减少无复流面积、降低心
肌梗死范围、改善心功能等作用；Yang等[4]发现内
源性NO通过激活cGMP或其他信号传导通路保护心
肌；Rastaldo等[11]进一步证实内源性NO经 cGMP途
径激活 PKG，最后通过抑制mPTP的开放发挥保护
作用。
1.1.3 mTOR　雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of
rapamycin，mTOR)是一种 Ser/Thr蛋白激酶，由
图1　RISK途径示意图
118 生命科学 第20卷
于其羧基末端与 PI3K催化区高度同源,故被认为是
PI3K相关的蛋白激酶家族成员。在生长因子等外界
刺激因素的作用下，mTOR可被PI3K直接激活或由
PI3K经Akt间接活化。活化的mTOR磷酸化下游的
真核翻译起始因子4E (eukaryotic translation initiation
factor 4E，eIF-4E)及 p70S6K促进蛋白翻译、调节
细胞生长与增殖；雷帕霉素与mTOR特异性结合，
抑制了其生物学功能。对于mTOR的研究大多集中
在肿瘤发生上，近年来人们发现它也参与了后处理
对心肌的保护。Weinbrenner等[12]在大鼠的离体心模
型中发现Wortmannin或 LY294002完全抵消了后处
理的心肌保护作用，而雷帕霉素的使用也使梗死范围由
(28±5)% 增加到 (51± 4)%，证实后处理的心肌保护
作用中有mTOR的参与。
1.2 PI3K-Akt下游可能的效应器——mPTP
mPTP 是横跨在线粒体内外膜之间非选择性高
导电性通道，是由两层膜蛋白和基质共同构成的复
合体。生理情况下mPTP处于关闭状态，线粒体内
膜对所有的代谢产物和离子几乎都不具有通透性；
在某些刺激因素作用下mPTP开放，相对分子质量
小于 1 500的物质进入线粒体，使线粒体基质渗透
压升高，导致线粒体肿胀和外膜破裂，促调亡因子
(PAF)、Cyt-c等释放到胞浆；加之此时能量代谢
障碍、细胞内钙超载：所有这些都加剧了细胞的缺
血性损伤。相反抑制mPTP的开放能减轻再灌注损
伤，可见mPTP在再灌注损伤中发挥了极为重要的
作用。
心肌缺血时mPTP 仍处于关闭状态，再灌注早
期mPTP 被激活而开放，缺血后处理对心肌的保护
作用可能跟抑制其开放有关。Argaud等[13]对在体兔
的研究发现，缺血后处理对心肌有保护作用，其机
制可能为后处理降低了mPTP对 Ca2+的敏感性，延
迟了 Ca2+介导的mPTP的开放时间；Bopassa等[14]在
大鼠的离体心模型中除有类似发现外，还证实应用
Wortmannin或 LY294002后处理的心肌保护作用消
失，说明后处理对心肌的保护跟PI3K-Akt途径调节
mPTP通透性有关。而 PI3K-Akt途径是如何调节
mPTP通透性的，目前尚无统一定论。Davidson等[15]
发现，PI3K抑制剂 Wortmannin和 LY294002、Akt
抑制剂 SH-6、eNOS抑制剂L-NAME 均能抵消胰岛
素降低mPTP通透性发挥心肌保护作用，提示mPTP
通透性受 PI3K-Akt-eNOS通路的调控；也有学者证
实缓激肽对心肌的保护作用是经 PI3K-Akt-GSK-3β
抑制mPTP开放实现的[6,16]。
2 　ERK1/2 通路
丝裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated pro-
tein kinases, MAPK)是真核细胞中信号转导的重要通
路 ,对于细胞的增殖、分化及凋亡起关键作用。
MAPK进化保守，始终保持着三级激酶模式，各激
酶均含有 Ser/Thr残基，上级激酶通过使下级所含
的 Ser/Thr残基磷酸化而使之激活。目前发现存在
着多条并行的MAPK通路，不同的细胞外刺激可以
激活不同的MAPK信号通路，生长因子激活ERK1/
2通路，形成经典的 Ras-Raf-MEK1/2-ERK1/2信号
转导通路。生长因子与细胞膜上的 RTK 结合后，
将信号传给 Ras，Ras发生膜转位并激活 Ser/Thr激
酶 Raf，后者是蛋白酪氨酸激酶受体信号传导的中
心，活化的 Raf通过磷酸化MEK1/2(MAP kinase/
ERK kinase)上的两个调节性 Ser位点来激活MEK；
MEK可以使 Ser/Thr和 Tys磷酸化，最终高度选择
性地激活 ERK1/2。ERK激活后转位进入细胞核，
磷酸化某些核内的转录因子，如 c-fos、c-jun、c-myc
和ATF2等，调节蛋白的转录并参与细胞增殖和分
化的调控。
这条通路参与了缺血预处理的心肌保护作用，
也有实验证实它与后处理的保护作用有关。Yang等[17]
在兔的在体心模型中发现，再灌注前 30min给予
MEK1/2抑制剂PD98059后处理的保护作用消失[梗死
面积由(19.8± 1.8)%增加到(44.8± 3.1)%]，推测后
处理可能经MEK1/2途径保护心肌；Darling等[18]在兔
的离体心模型(30 min的冠脉闭塞后行四个周期的30s
缺血 /30s再灌注)中也得出了类似的结论。
p70S6K是体内主要的核糖体蛋白 S6激酶，对
S6具有高度特异性。p70S6K可通过ERK1/2途径被
激活，而更主要的是经 PI3K-Akt途径由mTOR来
调控，因此 p70S6K是 RISK两条通路的共同环节。
活化的 p 7 0 S 6 K 通过磷酸化 S 6 蛋白对 5 T O P
(5terminal oligopyrimidine tract) mRNAs 的翻译起始
起上调作用。5TOPmRNAs占细胞总mRNAs的
20 %，虽含量不多，但作用重要，研究表明，所
有核糖体蛋白和翻译延长因子的转录片段在翻译起始
点均含有 5TOP结构，因此p70S6K控制着翻译元件
的生物合成，是蛋白质合成的必需激酶。在 Tsang
等[5]的实验中，Western blot 分析显示后处理组
p70S6K 的磷酸化水平较对照组明显增高，提示后处
理可能通过 p70S6K发挥心肌保护作用。p70S6K在
119第1期 徐宪连，等：心肌缺血后处理胞内信号转导研究进展
体内主要促进蛋白质合成，后处理对心肌的作用是
否通过 p70S6K产生的保护性因子起效，以及是哪些
因子发挥了作用还有待于进一步研究。
3　问题及展望
综上所述，缺血后处理是个多因素参与、多路
径调节的复杂过程，各因素、各路径间相互影响，
共同实现着对心肌的保护。目前对于RISK通路虽取
得一定认识，但仍有大量问题亟待解决。首先，后
处理激活RISK 的机制还不完全清楚：Kin等[19]认为
后处理通过延缓血管中内源性腺苷的冲刷增加腺苷浓
度，并上调胞膜上腺苷的A2 受体激活 RISK 通路，
但目前并未得到大家的认可；再灌注早期胰岛素、
缓激肽、阿片肽等生长因子通过RISK 保护心肌，后
处理在对心肌的保护上也起了相似的作用，但后处
理是否经上述生长因子激活RISK 起效尚未见报道。
其次，PI3K-Akt可能的其他下游靶点：除 eNOS、
GSK-3β及mTOR外，PI3K-Akt 也可经 Bad、p53、
bax及 caspases等抑制mPTP的开放发挥心肌保护作
用，而后处理中是否存在这些物质的参与少有报
道。最后，RISK 的最终效应器，除mPTP外，也
有学者认为线粒体ATP 敏感性钾通道是RISK的最终
效应器[18,20,21]：对于这些问题的深入研究将使我们从
根本上了解后处理，使后处理在临床上发挥更大的
作用，同时也利于药物后处理的进一步开展。
[参　考　文　献]
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