心肌梗塞后坏死区炎症、损伤、修复与三七总皂苷的治疗研究

            作者：杜武勋，肖学凤，朱明丹，柴山周乃，冯利民，刘长玉，刘梅

【摘要】  急性心肌梗塞后坏死区存在免疫炎症损伤，经历炎症、损伤、修复的过程，最终形成瘢痕。瘢痕的早期形成和形成瘢痕组织的质量对心室重构的发生发展起着关键重要的作用。文章提出了心室重构防治的一条重要的研究思路，三七总皂苷有效组分中药在此方面研究具有重要的作用和意义。

【关键词】  急性心肌梗塞;心室重构;心肌修复;三七总皂苷

　　急性心肌梗塞(AMI)后梗塞区和非梗塞区由于形态与结构上的改变而发生心室重构。AMI后心室重构由3个因素参与：梗塞扩展、梗塞愈合和室壁切应力。AMI后早期，梗塞区由于心肌细胞的丧失及胶原酶活性增强而引起胶原降解亢进，导致心室壁变薄，心腔扩张，由此引起并发症如心力衰竭、心室破裂和室壁瘤形成等。后期过多的胶原沉积则使组织僵硬度增加，心肌舒张顺应性降低，从而影响心功能并加重心功能不全的进展[1]。梗塞愈合是一个主动的过程，在瘢痕的形成过程中，梗塞区结构发生着重构。瘢痕组织的成分和机械特性是影响心室收缩和舒张性能的一个重要因素。当前许多针对心室重构的干预研究亦多集中于如何逆转胶原重构[2]，而对瘢痕的成分特性对心室重构的影响缺少关注和相应的措施，瘢痕的成分特性决定着心室壁的顺应性和抗张强度，从而影响心功能。心肌梗塞后在愈合的不同时期瘢痕结构存在差异，瘢痕的机械特性也会不同。瘢痕的早期形成和形成瘢痕组织的质量，如纤维排列稀疏、松散、无序、紊乱或缺失等特征，对心室重构的发生发展起着关键重要的作用。从心肌损伤开始到组织坏死和修复，心肌经历了一个完整的损伤修复的病理过程，这个过程的干预对心室重构的发生起决定性的作用。本文提出了心室重构防治的另一条重要的研究思路，中医药在此方面的研究具有重要的作用和意义。

　　1AMI后坏死区免疫炎症损伤

　　早在20世纪初Mallory等就报道在AMI猝死的患者尸检中发现心肌组织的炎症浸润。AMI心肌局部和全身性炎症反应在心室重塑和心力衰竭的发生发展过程中起重要作用[3]。AMI后除了心肌缺血性损伤外，免疫介导的炎症反应则起到加重心肌损伤和扩大心肌梗死范围的作用。AMI后坏死的心肌组织引起补体的激活、细胞因子的释放、炎症和免疫细胞的趋化和浸润，同时亦通过病理性自身免疫应答参与了心肌损伤。在补体的趋化和细胞间黏附分子的作用下中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞等炎症细胞得以进入心肌缺血区，产生炎症反应。在炎症细胞的浸润中，以中性粒细胞浸润对于心肌损伤的意义最为重要。早在1983年，Romson等[4]就观察到在犬心肌缺血再灌注模型中给以去除中性粒细胞的血液再灌注可以明显减小心肌坏死的范围。正常情况下，中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量明显增加，其摄入的氧大部分经细胞内还原型辅酶Ⅱ(NADPH)氧化酶和还原型辅酶I(NADH)氧化酶的作用形成氧自由基，用以杀灭病原微生物或降解吞噬颗粒。心肌缺血再灌注时由于中性粒细胞的聚集加之氧供增加，促使中性粒细胞出现耗氧量骤增的“呼吸爆发”现象，在缺血心肌局部大量产生氧自由基，对心肌细胞生物膜有直接损伤作用。中性粒细胞聚集还会形成微血栓堵塞毛细血管，造成再灌注过程中局部的“无复流现象”。氧自由基的大量生成，除直接损伤心肌细胞生物膜之外，形成的活性氧还能触发心肌细胞凋亡，加重心肌损伤[5]。一旦发生急性心肌梗塞，心肌血流中断，心肌中肥大细胞快速脱颗粒，释放引起炎症瀑布反应的组胺和TNF-α，导致单核细胞IL-6表达上调。IL-6激活黏附分子，使白细胞聚集，中性粒细胞诱导损伤。此外，IL-6作为NO依赖性心肌抑制因子可能介导心肌顿抑[6]。心梗后愈合的不同时期，有各种炎症因子表达，包括IL-6家族成员、IL-1β、FGF-β、内皮生长因子、FGF等。

　　刘英等[7]研究梗塞后第1周心肌梗塞区和交界区炎症细胞如中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和成纤维母细胞浸润明显，证实炎症参与AMI后心室重塑。同期梗塞区、交界区和非梗塞区TNF-α、IL-1β、IL-6、TGF-β1和IL-10 mRNA有不同程度的升高，其中TGF-β1表达最高，表明细胞因子参与了AMI后心肌的炎症反应与组织修复以及心室重塑过程。在术后第4，8周心肌炎症细胞减少，心肌纤维化修复，其他细胞因子表达下降，TGF-β1仍高表达，提示心肌组织由坏死后炎症反应逐渐转变为心肌组织的修复，TGF-β1可能扮演重要角色。研究证实在心肌梗塞后炎性细胞因子的含量持续增加,并且在心力衰竭的发生发展过程中起着十分重要的作用，其作用机制为:①炎性细胞因子可以通过使β-肾上腺素受体与腺苷环化酶失偶联或在神经鞘氨醇和NO的介导下使心肌收缩力下降[8];②炎性细胞因子可以通过加速细胞蛋白质的合成并使蛋白质降解减少,以及影响胶原纤维的表达、基质金属蛋白酶和基质金属蛋白酶组织抑制物等的表达和活性等作用而导致心肌肥大和间质纤维化[9];③炎性细胞因子可以通过影响内皮细胞代谢并减少内皮细胞舒血管因子和NO的合成等作用而导致内皮细胞功能障碍[10];④炎性细胞因子可以通过促进iNOS的合成从而导致NO的大量生成及释放,或者通过影响原癌基因的表达等作用而促进心肌细胞凋亡[11]。

　　2AMI后坏死区心肌组织的自然修复

　　坏死心肌修复的理想目标是：修复组织完全达到正常心肌的结构和功能，并可促进局部血管新生和侧支循环的建立，以有利于改善局部的缺血状态。根据病理演化的趋势，AMI后的组织修复过程可以划分为4个阶段[12]：①急性缺血期，从缺血开始至缺血后4~6 h;②坏死期，在人类为缺血后6 h~7 d，大鼠为5 d左右;③纤维化期，在人类为7~28 d左右，大鼠为5~14 d;④重塑期，人类为28 d~2个月左右，大鼠为14~28 d。由于心脏的周期性舒缩，梗塞区的组织修复过程不同于皮肤骨骼等器官的损伤后修复过程，即必须在巨大压力阶差的反复作用下进行[13]。压力负荷对心室内壁产生的应力促使肉芽组织中的胶原纤维排列和分布逐渐从无序过渡到有序，并产生相互交联，从而达到有效防止心室进一步扩张乃至破裂的目的[14，15]。间质细胞及细胞外基质的修复是AMI后组织修复的主导。这一过程始于急性缺血触发的炎症反应[16]。坏死心肌组织的清除和新生(extracellular matrix，ECM)的填充交织在整个炎症进程中。

　　ECM的改变被认为是心室重塑的重要组成部分。ECM主要包括胶原、蛋白多糖、糖蛋白、糖胺多糖和弹力纤维等5大类物质。由于心肌细胞的自身分化能力有限，心脏发生缺血坏死后，梗死区域的组织缺损只能由胶原纤维组织代替。心肌胶原纤维，尤其是Ⅰ，Ⅲ型胶原，在维持相邻心肌细胞构成的完整功能单位中起重要作用。I型胶原属于成熟型胶原，抗张强度大，伸展及回弹性较小;Ⅲ型胶原属于胚胎型胶原，伸展及回弹性较大，抗张性较差[17]。心脏构型和收缩、舒张功能正常维持不仅和心肌实质、间质适当数量和比值有关，也和间质胶原网络中I、Ⅲ型胶原数量、比值有关。AMI后心脏Ⅰ，Ⅲ型胶原含量、Ⅰ型/Ⅲ型胶原的比例、构型、排列以及交联等生化、结构特性发生异常改变，破坏了整个心脏组织形态，并最终导致心脏收缩和舒张功能障碍。研究认为AMI后心肌组织中RAAS受到激活，导致心肌组织中AngⅡ和醛固酮(ALD)水平增高是其发生的主要机理。AMI后梗死区活化的巨噬细胞以及修复过程中形成的肌型成纤维细胞和血管内皮细胞均可表达血管紧张素转换酶(ACE)[17]。ACE活性增强促使AngⅠ向AngⅡ转化，使心肌组织AngⅡ水平增加。促使Ⅰ型和Ⅲ型胶原基因表达增加，从而致AMI后梗死区修复性纤维化，也在非梗死区胶原纤维化中起重要作用，而醛固酮(ALD)是另一个重要致纤维化因子。正常情况下基质的合成和降解受到严格调节,处于一种动态平衡中,但在左心室的重塑过程中，ECM的合成增加而降解减少，结果使ECM总量增加，产生纤维化,导致心肌间质重构[18]。在心衰患者心肌组织中,胶原和纤连蛋白等ECM组分在数量上增长，增加的结缔组织使心肌僵硬，收缩无力，舒张障碍。

　　3干预AMI后坏死区早期修复和修复质量的重大意义

　　胶原纤维在心肌的分布是广泛的，它们在心肌细胞之间相互编织，构成一个多层次、多方位复杂的三维空间网络，心肌细胞被固定并活动在这个网络中。正是由于胶原纤维这种排列的多样性，使之具有较高的强度。AMI后梗死区胶原纤维组织和血清纤维反应增加，间质结缔组织增生，心肌僵硬度增加，最终形成纤维瘢痕。瘢痕组织缺乏舒缩功能，导致心腔内各方向压力重新分布，进而加重未梗死区心肌重构。由于心肌细胞的自身分化能力有限，心脏发生缺血坏死后，梗死区域的组织缺损只能由胶原纤维组织代替。梗塞区域的修复要依次经历坏死组织酶解吸收、肉芽组织新生和重塑以及瘢痕结构的形成等病理生理学过程。成熟的心肌瘢痕组织主要由非弹性的胶原构成，可使左心室壁僵硬度增加导致舒张功能障碍;而在愈合早期，不成熟胶原较多以及Ⅲ型胶原增加，薄弱的瘢痕易被牵拉力伸展而导致心室扩张。弹性纤维作为结缔组织的重要成分，赋予所在器官以良好弹性，其良好的变形性和无需耗能的回弹力，可与胶原纤维形成功能互补，增加梗塞区的顺应性和抗张强度，它的出现和量的改变可能对梗塞愈合过程有特殊的意义[19]。新近的实验证实了弹性纤维参与心肌梗塞愈合过程。弹性纤维在梗塞后2周即可出现在梗塞区瘢痕中，其含量变化有明显的时相性。这些新生的弹性纤维，可能来源于梗塞区边缘的成纤维细胞和肌性成纤维细胞(myofibroblast，MyoFb)[19]。

　　血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)、血管紧张素Ⅱ受体抑制剂(ARB)、β受体拮抗剂、醛固酮受体阻滞剂等广泛使用，并且循证医学研究AMI患者从中受益，其治疗目是抑制RASS激活，达到抗纤维化、抗胶原增生。但是应该指出，在AMI后不同发展阶段，心脏梗塞区和非梗死区改建特点是不同的。而目前研究和治疗过度重视反应性纤维化，忽视修复性纤维化。并且在干预AMI后心室重构没有考虑到AMI不同时期相同药物干预对心脏不同部位胶原改建影响可能不同。合用ACEI和ARB[20]更强烈地抑制RAAS，使梗塞区TGFβ1浓度相对减低，不利于胶原合成和梗塞区修复，胶原含量减低可能导致瘢痕强度不足以有效平衡扩张压力，加重梗塞区扩张，并导致整个心室应力增加，抵消了其更有效抑制非梗塞区肥厚和纤维化作用[20]。因此AMI后坏死区的早期修复及修复形成的瘢痕的质量，其中主要是胶原纤维的比例及其排列的稀疏、松散、无序、紊乱或缺失等特征对室壁生物力学的特征具有重要的作用，从而影响整个心功能今后的发生发展。

　　4三七皂苷有效组分中药早期治疗的重要作用

　　AMI后梗塞区早期的炎症损伤及组织的修复是一个复杂的、动态发展的病理过程，自缺血炎症反应始，损伤和抗损伤、修复和抗修复在动态的发展中进行，如何达到抗损伤和加速组织的修复，目前“单分子-单靶点”的西药在治疗上很难达到治疗目的，“多分子-多靶点”药物是治疗此类疾病的理想药物。近年来，中药的抗炎作用已受到人们的广泛关注。研究表明，一些中药具有很好的抗炎作用;临床治疗上，抗炎药物是仅次于抗感染药物的第二大类药物，人们越来越重视天然药物中的抗炎药物的研究。三七总皂苷( total saponins of panax notoginseng，PNS)是中药三七提炼出的有效物质，具有抗心肌缺血、抗氧化、调节血脂、降低血黏度等作用，能在细胞水平保护心肌缺血性损害及抑制酶的释放，抑制炎症细胞的活性及炎症因子的表达来达到抑制MMP-9表达的目的[21]。PNS直接作用于内皮细胞，影响内皮细胞表面粘附分子的数量以及炎症因子的分泌等，具有抗炎作用[22]。三七总皂苷属于磷脂酶A2抑制剂，可以通过抑制炎症介质活性或拮抗其受体，阻断或减轻炎症过程，对炎症反应性疾病具有良好应用前景[23]。三七总皂苷的作用机制许多专家从不同角度进行了研究。