细胞凋亡与心血管疾病关系的研究

【关键词】 细胞凋亡;心血管疾病;病理学

从细胞形态、超微结构和生化变化等特征来分析，细胞有坏死(necrosis)和凋亡(apoptosis) 2种死亡形式[1]，坏死是细胞受到伤害时，细胞肿大、胀裂，胞内物质溢出，导致细胞周围组织发生炎症的病理生理改变;而凋亡是与细胞增殖相平衡的维持正常组织形态、体积和功能的主动自杀过程，无炎症改变。目前，细胞凋亡与疾病发生、发展、转归的研究是医学研究的热点之一，通过对凋亡的研究发现很多疾病都与细胞凋亡有着密切的联系。本文对凋亡与心血管疾病关系的研究简要概述。

1 凋亡概述

凋亡是在基因调控下发生的主动、有序的细胞死亡，大多数发生在生理情况下，某些病理性刺激也可影响凋亡的发生，其形态学特征表现为染色质浓缩、边集(margination)，进而形成月牙形核、细胞膜出芽、胞质进行性浓缩、细胞骨架改变、凋亡小体(apoptosis body)形成等[1]。生物化学特征性改变尤以dna片段化断裂及蛋白质的降解为特点，凋亡发作时，细胞内外的凋亡诱导因素通过一系列细胞内信号转导环节激活内源性核酸内切酶使dna碎裂成180～200 bp或其整数倍的片段，琼脂凝胶电泳时表现出典型的dna梯状带(dna ladder patern)[2]。细胞凋亡往往需要新的基因转录和蛋白质合成，是个耗能的过程，需要atp的参与。

细胞凋亡过程有凋亡信号传导、凋亡基因激活、凋亡的执行、凋亡细胞的清除4个阶段和死亡受体、线粒体2个途径。细胞凋亡是一种不同于细胞坏死的生理死亡过程，在机体生命活动过程中调控着细胞增殖与更新间的平衡，维持组织器官正常生理功能及细胞数量的相对稳定[3]。

2 凋亡在心脏中的主要信号转导途径

心肌细胞凋亡涉及5种主要的信号转导通路：(1)氧化还原系统(通过氧自由基和no/onoo激活);(2)细胞因子受体中的fadtnfa受体操纵(通过死亡区域与几条胞内信号通路联系);(3)半胱天冬氨酸激酶-半胱氨酸蛋白激酶家族操纵(受体起始信号或线粒体相关的细胞色素c激活的级联反应中);(4)配体、激动剂诱导的g蛋白偶联受体(cpcr)依赖的刺激，如atⅱ和它的受体信号系统g caq和新颖的和caq相关的cpcr通路[4]。其共同作用原理为：单个前凋亡刺激可能导致凋亡单个或多条通路的激活;凋亡信号通路的最后共同通路都包括许多细胞结构功能白的分解、转录的调节和细胞循环的调节;调节凋亡过程的检查点也在心肌细胞中出现，bcl?2家族蛋白和bax相关蛋白可能调制细胞膜或线粒体激活的凋亡[5]。

3 凋亡与心血管疾病

心肌细胞属终末分化细胞(极少数细胞具有增殖能力)，因此其在生理或病理状态下是否发生凋亡一直颇有争议。carson等[6]和kawano等 [7]采用电镜结合dna琼脂糖凝胶电泳方法取得心肌细胞凋亡的直接证据，从而揭示心肌细胞存在凋亡，随后的大量研究表明心肌细胞凋亡存在于各种类型的心脏病中，甚至存在于正常的老化细胞中。

3.1 心律失常

3.1.1 凋亡与wolff?parkinson?white(wpw)综合征 形态学观察wpw综合征病人的右心房心肌组织心肌细胞有凋亡性退化改变，这种改变可能与快速性心律失常时引起的微循环障碍有关，微循环障碍引起心肌细胞的代谢改变和缺血可能触发凋亡，而凋亡后的广泛纤维化可能是病人发生恶性心律失常和猝死的原因之一[8,9]。

3.1.2 凋亡与房颤(af) 心房纤颤是最常见的快速心律失常之一，发病率大约为1% ，其基本特征是电重构和功能退化。这两种现象是可以逆转的，但长期持续心房纤颤后，快速电重构和收缩功能的慢恢复之间出现不一致，这种不协调可能导致心肌形态学重构[10]。在单心房纤颤的实验模型上，重构包括可记忆恢复的去分化细胞改变，特征是细胞体积增大、肌溶解、糖原堆积、线粒体改变和染色体再分布，研究表明与细胞凋亡有关[11]。aime 等[12]观察了50例心房纤颤病人的右房心肌，发现大部分心肌中存在心肌细胞凋亡现象，凋亡促成了心肌细胞的重构，这种解剖上的变化结合房颤引起的心房肌电生理特性改变，导致心房纤颤频繁复发和不可逆。hatem等[13]也认为心房纤颤中的电重构与心肌细胞凋亡有关。

3.1.3 凋亡与长qt综合征 长qt综合征心电图显示为qt间期延长及t波改变，临床表现以反复晕厥发作、猝死为特点，此类疾病有较强的家族遗传性，以往对细胞凋亡与长qt综合征的关系研究较少。james等[14] 在对5例长qt综合征病人切下的窦房结研究发现窦房结中线粒体数量多、体积小、畸形，窦房结细胞染色质浓缩、核仁碎裂、凋亡小体形成，有吞噬现象，无炎症反应，提示窦房结中存在凋亡现象，推测这种窦房结的异常是引起该类病人窦性心动过缓、窦性停搏、异位心律失常甚至猝死的原因之一。gorgels等[15]报道了1例长qt综合征病例，qt延长同时伴有2∶1房室传导阻滞，左、右束支传导障碍，希氏束、蒲肯野纤维传导异常，窦性停搏和加速的房室交界性逸搏心律，发现在传导系统异常中有细胞凋亡现象。目前，关于长qt综合征相关细胞凋亡的研究较多，基本可以明确长qt综合征是一类与心肌细胞凋亡异常有关的疾病[16]。

3.2 高血压

以往观点认为，心肌细胞作为一种终末分化细胞不具备增生能力，但新近观点认为，成年心肌细胞在特定的条件下具有一定的增殖能力。实验表明，高血压病心肌肥厚除了与间质增生有关外，还与心肌细胞增殖与凋亡的失衡有密切的关系，在血压升高早期或之前心肌细胞以增殖为主，凋亡相对不足。此外人体实验也表明，慢性心力衰竭的高血压病患者心肌细胞与非心肌细胞凋亡均增多，心肌细胞凋亡指数增加，caspase?3表达激活，而功能代偿状态的肥厚心肌和血压正常的心脏则无上述现象[17]。由此推测，在高血压病早期心肌细胞以增殖为主，其凋亡不足是促使心肌肥厚的主要原因;至高血压病晚期(心力衰竭)，由于过度代偿肥大的心肌细胞相对缺血缺氧和多种细胞凋亡相关基因 (如c.myc、c.fos、053和waf?1等) 的表达诱导大量心肌细胞凋亡，则是促使心功能严重恶化的重要原因[18]。心脏压力负荷增加可诱发心肌细胞肥大、凋亡，说明凋亡可能参与高血压心室重构的发病过程。

hatem等[13]报道遗传性高血压病鼠的心、脑、肾组织中实质细胞凋亡增多，凋亡诱导剂对自发性高血压病大鼠(shr)主动脉平滑肌细胞(smc)的作用明显强于正常血压鼠，提示原发性高血压病的发病和高血压所致靶器官损害的机制可能与细胞凋亡有关，losartan和硝苯地平可刺激shr肥厚血管壁的smc发生凋亡而使血管肥厚消退[19]。diez等[20]发现shr 心肌内小动脉smc中bcl?2过度表达，用喹那普利治疗后bcl?2表达降至正常而bax表达明显增加，提示bcl?2/bax平衡失调可能是高血压病血管smc凋亡失衡的机制。

3.3 缺血性心脏病

研究表明,细胞凋亡是缺血性心肌细胞死亡的重要方式之一。在培养的乳鼠心肌细胞,缺氧刺激12 h 后便有核小体间dna 断裂,即凋亡的证据,而成纤维细胞缺氧72 h 也可发生凋亡。在离体的肌,发现心肌过重负荷触发细胞凋亡，在体心脏实验表明,再灌注损伤和心肌梗死均能诱发心肌细胞凋亡。大量临床资料也表明,细胞凋亡参与人类心肌梗死的病理过程[21]。

3.3.1 动脉粥样硬化 动脉粥样硬化(as)病变中细胞凋亡发生率虽然较低，但可致细胞数减少并贯穿于整个病变发展过程中，细胞凋亡多数是smc和巨噬细胞。在as中，凋亡的重要性取决于斑块所处的阶段、部位和所涉及的细胞类型，原发性as中凋亡能导致斑块破裂和血栓形成，因此它是有害的;在血脂下降后凋亡的减少可能在斑块的细胞生物学稳定方面发挥重要作用。纤维帽中细胞凋亡增加可降低斑块稳定性而致急性临件发生。血管成形术后血管再狭窄(rs)病变中细胞凋亡检出率很高。实验显示，新生内膜的smc有c?myc基因上调，p53蛋白在部分血管成形术后rs部位出现过度表达，提示新生内膜中c?myc上调可能激活p53，通过p53依赖性通路可诱导细胞凋亡[21]。

3.3.2 急性冠脉综合征(acs) acs包括不稳定型心绞痛(ua)和急性心肌梗死(ami)。大量基础研究和临床实验表明acs与凋亡密切相关，心肌缺血、缺氧可刺激体外培养的心肌细胞凋亡，而且凋亡现象还普遍存在于动物的缺血和心肌梗死模型及心肌梗死患者尸检标本中。

chen等[22]通过不完全结扎猪冠状动脉左前降支造成心肌缺血、缺氧状态，分别于1、7 d及4周后复查，证实缺血区心肌细胞存在细胞凋亡，且心肌细胞凋亡发生的严重程度与缺血程度正相关。kajstura等[23]发现实验大鼠心肌梗死区及周边区有特殊标记的dna片段，并且指出ami时先有心肌细胞凋亡，随后心肌坏死。此外，在ami的并发症如室间隔穿孔、再灌注损伤、心力衰竭中也发现有细胞凋亡参与。

3.3.3 心肌缺血再灌注 1994年gottlies等[24] 首次在家兔心脏实验性缺血再灌注后发现，持续0.5～4h的缺血无dna ladder，缺血30 min后再灌注则表现出典型的dna ladder，该实验证实了再灌注损伤使心肌细胞凋亡，并指出是再灌注损伤而非心肌缺血本身导致心肌细胞迟发性死亡;之后fliss等[25]在大鼠心肌缺血前给予胰岛素样生长因子-1(igf-1)或抑制凋亡的bc1?2基因产物，结果使再灌注损伤引起的细胞凋亡明显减轻，从另一方面证实了细胞凋亡在缺血再灌注损伤中的作用。

如上所述，心肌缺血达一定程度后心肌细胞会发生凋亡，而凋亡是个耗能过程，早期再灌注恢复了能量供应，可为凋亡程序的完成提供能量，促进凋亡的进展。一方面，由于凋亡的非炎症性反应减少了次级损伤，另一方面，凋亡细胞的膜稳定性较坏死更能减少心律失常的发生，从这一意义上说，缺血再灌注时心肌细胞通过凋亡方式起到了非常有益的保护作用。另外fliss 等[25]还发现心肌的阶梯状电泳条带,可作为诊断凋亡的可靠指标,在心肌缺血再灌注中的病理生理作用和地位越来越受到承认和重视,为临床上心肌缺血再灌注治疗提供了重要依据。

3.4 心肌病

心肌病是一组原因不明的以心肌病变为主的一类疾病，其局灶性心肌损害、无炎症反应提示可能与细胞凋亡有关。namla等[26]对7例移植的心脏研究发现其中的4例特发性扩张性心脏病(idcm)经证实全部有凋亡的依据。原发性心肌病终末期心衰患者心肌中脱氧核糖核酸酶i(dnaase i)水平升高，快速起搏心室导致的扩张型心肌病狗心肌中fas表达增加，心肌细胞凋亡增加。大量的实验证实，扩张型心肌病的早、中期已有明显的心肌细胞凋亡，并随着心脏扩大、心力衰竭的进展而加重。总之，包括idcm、致心律失常性右室发育不良(arvd)在内的各种病因引起的心肌病都有凋亡的依据存在，说明凋亡在心肌病进展中有一定作用，但其病理作用尚需进一步深入研究。

3.5 心肌炎

近年来已有许多关于心肌炎中存在着心肌细胞凋亡的报道，心肌细胞凋亡的异常在病毒性的发病中起着重要作用，提示凋亡可能是心肌炎心肌损害的机制之一。研究发现细胞介导的细胞毒作用主要通过2种途径杀伤靶细胞：一是通过穿孔素与颗粒酶的作用，具体表现为t细胞、自然杀伤细胞与靶细胞相互识别、接触，颗粒内容物穿孔素和颗粒酶释放到细胞间隙中，穿孔素在靶细胞膜上打洞，颗粒酶进入靶细胞，启动细胞凋亡;二是通过fas、fasl作用诱导细胞凋亡。fas是细胞膜上的受体蛋白，主要表达于成熟的淋巴细胞、心脏等;fasl是fas的配体，主要表达于活化的t淋巴细胞[27]。当激活的细胞毒t淋巴细胞经fas/fasl与靶细胞结合时，细胞膜上的fasl可与靶细胞表面的fas受体结合，向细胞内转导死亡信号，从而使靶细胞在数小时内发生凋亡 。在病毒感染后，一方面机体调动凋亡体系，诱导感染细胞发生凋亡以清除入侵的病毒;另一方面，病毒在宿主细胞内存活与繁殖，促发宿主细胞凋亡，引起宿主病理损伤。

3.6 先天性心脏病

房间隔缺损(asd)是一种常见的先天性心脏病，尽管其胚胎学和生理学已经阐明，但其病因与发病机制却仍不十分清楚。近年来有研究表明细胞凋亡参与先天性心脏病的发病机制，研究发现csx/nkx2.5等转录因子基因突变能通过引发发育心肌细胞过度凋亡而导致asd 的发生[27]。另外目前有关erbb2基因缺陷与asd病因的关系已有报道，该基因在心内膜区表达低下导致房间隔发育不良。目前许多实验都在致力于寻找细胞凋亡与房间隔缺损的联系，但由于大部分研究并未获得促凋亡基因在asd心房肌组织中整体表达上调的结果，所以进一步获得asd患者心房肌组织细胞凋亡的直接形态学证据(如电镜、tunel等检测结果)尤为必要。

3.7 肺动脉高压

临床上肺动脉高压按病因可分为原发性和继发性2种，其中继发性较常见，主要为左向右分流性先天性或后天性心脏病的预后，早期为流量型压力升高，后期为阻力型压力升高，肺血管结构改建是后期肺动脉高压主要的病理改变，以往对于肺血管改建的研究主要集中于肺动脉壁细胞和细胞间质的过度增生，而生物体内的细胞增殖和凋亡正常情况下处于动态平衡，如果细胞增殖过多或凋亡减少，都会导致细胞过剩性疾病[28]。然而现在证实肺血管床的改建是一种细胞过剩性疾病，患者肺动脉壁细胞凋亡减少作为一种致病因素与增殖因素共同作用造成细胞过度堆积而参与肺血管结构改建的形成。大量实验结果表明：肺动脉高压组bc1-2明显增强，而且主要位于肺动脉血管壁，而对照组少有表达或没有表达，bax在对照组表达强于肺动脉高压组。而bc1-2家族中抑制和促进细胞凋亡的两类蛋白的比例决定了细胞在受到凋亡信号刺激时是否发生凋亡，这种比例的变化部分是由于特定的蛋白质间竞争的二聚化作用[24]。因此，验证了肺动脉高压组肺动脉在血流冲击、缺氧等因素作用下，两种基因的比例发生变化，细胞凋亡现象减少，细胞堆积，参与肺血管结构改建，是肺动脉高压的形成机制之一[29]。

细胞凋亡是机体病理生理条件下的一种普遍现象，与诸多心血管疾病关系密切，在这些疾病的发生、发展过程中都有细胞凋亡的参与，是这些疾病发生、发展的一个重要病理生理基础。心肌细胞一旦坏死，则是不可逆转的改变，无法通过人为干预恢复其活性和正常生理功能，但细胞凋亡是受一系列死亡程序控制的过程，人们有可能通过干预死亡程序加以挽救即将死亡的心肌细胞，使其恢复原有的正常功能，从而治疗疾病，改变疾病的转归[30，31]。

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