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前 言
缺血/再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，I/R injury）是指缺血期处于可逆性损伤的组织或器官恢复血液供应后产生更为严重的损伤，在冻伤、烧伤、器官移植、创伤性休克复苏、药物溶栓等血液循环障碍过程中均会发生。特别是近年来，随着医疗技术水平的不断提升，针对各种缺血性心脏病的介入手术，如冠心病溶栓手术，冠状动脉搭桥术（coronary artery bypass graft，CABG），极大地威胁着病人的手术疗效和健康状况[1]。目前，缺血/再灌注损伤是阻碍缺血性心脏病从再灌注疗法中获得最佳治疗效果的主要难题[2]，因此，针对心肌I/R 损伤机制及其防治措施的探索已成为当前生物学和医学领域内的研究热点，具有极其重要的现实意义。缺血/再灌注病理损伤后心肌能量代谢会发生一系列异常变化，糖酵解和脂肪酸氧化升高，升高的脂肪酸氧化和糖酵解会抑制葡萄糖的氧化，使葡萄糖氧化降低，引起严重的代谢障碍和功能紊乱。目前，心肌能量代谢治疗已成为多种缺血性疾病治疗的新靶点，通过利用有限的氧气和代谢底物产生更多的能源物质，消除代谢产物的不良影响，改善心肌细胞的能量代谢，为机体提供更多的能源物质，实现其生理功能。在心肌代谢过程中葡萄糖代谢发挥着重要的作用，丙酮酸脱氢酶激酶4（pyruvate dehydrogenase kinase 4，PDK4）作为葡萄糖氧化过程中的关键酶，抑制PDK4可增加葡萄糖的氧化[3]。
胰岛素作为调节葡萄糖代谢的关键激素，广泛存在于人体各系统中。我们前期在离体大鼠心肌缺血/再灌注实验中发现：胰岛素发挥心肌保护作用需要依赖葡萄糖，以脂肪酸为代谢底物时，胰岛素的心肌保护作用很弱甚至没有，在肥胖或糖尿病人中骨骼肌PDK4过表达会减少胰岛素依赖的葡萄糖摄取[4]。虽然缺血/再灌注损伤后心肌糖酵解和葡萄糖氧化情况已有相对明确的研究，但是葡萄糖摄取是如何改变的以及其与PDK4和胰岛素敏感性之间的关系目前尚不清楚。针对上述的发现和存在的问题，本课题在以往研究的基础上，探讨了缺血/再灌注心肌葡萄糖摄取的变化，初步阐述了葡萄糖氧化和葡萄糖摄取之间的关系，明确了增加葡萄糖摄取可以保护缺血/再灌注心肌，为临床上从针对性的改善葡萄糖代谢角度出发治疗缺血/再灌注损伤提供理论依据。
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文献回顾
一、缺血/再灌注损伤
1. 缺血/再灌注损伤的概念
缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，I/R injury）是指组织或器官在低灌流缺血一段时间后，随着血液供应的恢复，不但未使组织细胞缺血性损害减轻或恢复，反而较缺血时进一步加重且器官功能进一步受损恶化的现象[5]。再灌注损伤既包括组织器官的代谢紊乱和功能障碍，又包括结构的破坏等，损伤程度与缺血持续时间的长短，是否存在侧支循环的代偿以及组织需氧程度的高低和再灌注条件等密切相关。缺血/再灌注损伤主要发生在休克时微循环疏通、急性心肌梗死（acute myocardialinfarction，AMI）再灌注治疗，心脏骤停后心肺复苏、动脉搭桥术、心脏外科体外循环术、溶栓疗法、烧伤、冻伤、器官移植以及断肢再植等[6, 7]，多见于心、脑、肾、肺、肠、骨骼肌等组织器官。尤其是近年来，随着经皮冠状动脉腔内血管成形术、复杂先天性心脏病纠治术、瓣膜置换术等各种针对缺血性心脏病治疗方法的广泛开展，心肌缺血/再灌注损伤成为阻碍和影响各类缺血性心脏病手术疗效的关键难题。针对心肌缺血/再灌注损伤发生机制及保护防治措施的探索，如何减轻患者心肌再灌注损伤，最大程度的挽救心肌、保护心肌细胞功能则已经成为当前生物学与医学领域的研究热点之一[8-10]。
2. 缺血/再灌注损伤的机制
根据目前已有的文献报道，现普遍认为导致 I/R 损伤产生的病理机制主要包括：自由基生成过多，特别是来源于细胞线粒体的 ROS 爆发式大量产生[11, 12]，细胞钙超载，炎性细胞与血管内皮细胞的激活与黏附增强，能量代谢障碍，血流障碍，心肌细胞坏死和凋亡等引起的心肌梗死面积扩大，微循环障碍，再灌注心律失常等[13]。钙超载、炎症细胞等的激活以及自由基生成过多均会在一定程度上加重能量代谢障碍，因此，能量代谢障碍作为各个通路作用的综合效应，被认为是 I/R 损伤发生的关键机制[14, 15]。
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2.1 自由基生成过多
自由基指外层轨道中不配对电子的分子、原子和原子团，，具有极强的活性和不稳定性，极易同含不饱和键的化合物发生过氧化反应。机体内的自由基主要包括氧自由基和烷自由基，其中最具代表性的是活性氧（reactive oxygen species，ROS）。由于 ROS 具有很活泼的反应性，它能和细胞中的膜磷脂、蛋白质、核酸等发生一系列的氧化应激（oxidative stress）反应，引起蛋白质变性、DNA 特别是线粒体 DNA损伤，脂质过氧化、线粒体通透性孔道开放等，造成细胞死亡和组织损伤。超氧化物歧化酶（superoxyde dismutase，SOD）的发现证明了活性氧的重要的生物学作用[16]，后来，又有研究发现活性氧通过激活鸟苷酸环化酶和刺激“第二信使”cGMP 的形成发挥重要的生物学有利性[17, 18]，现在普遍认为，活性氧是一把双刃剑，作为信号分子可参与调控多种重要的生理功能。于 I/R 前给予缺血预处理（ischemic precondioning，IPC）可以减少再灌注心肌的损伤，其保护机制被证明与 ROS 生成减少有关，研究发现，IPC 可以通过刺激 ROS 信号转导通路发挥心肌保护作用[19, 20]。
2.2 细胞钙超载
在生理情况下，细胞内钙离子的浓度约为 0.1 μmol/L，细胞外钙离子的浓度约为1-3 mmol/L，细胞内外钙离子的浓度相差一万倍以上，如此大的电化学梯度和浓度梯度差需要强有力的机制来维持，如果这种保护机制遭到破坏，细胞外大量的钙离子进入细胞内对细胞产生不可逆损害。在 I/R 损伤中，引起细胞钙超载主要发生在复灌期[21]，灌注区钙通道开放，肌质网功能障碍，引起钙离子释放增多、摄取和外移受阻，各种交换机制（H+-Na+交换体、Na+-Ga2+交换体、Ga2+-Mg2+-ATP 酶）异常以及蛋白激酶 C（protein kinase，PKC）的激活等均会引起细胞内钙离子浓度增加[22]，导致心肌细胞受损。
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3 结果............. 34
3.1 大鼠缺血/再灌注心肌葡萄糖的摄取能力降低......... 34
3.2 大鼠缺血/再灌注心肌葡萄糖氧化和糖酵解发生脱偶联............. 36
3.3 大鼠缺血/再灌注心肌中 PDK4 水平升高....... 37
3.4 抑制 PDK4 后刺激再灌注大鼠心肌葡萄糖的氧化，增加葡萄糖的摄取 ...... 38
3.5 刺激葡萄糖的摄取保护缺血/再灌注心肌....... 40
3.6 胰岛素保护缺血/再灌注心肌依赖于葡萄糖代谢..... 42
3.7 胰岛素保护缺血/再灌注心肌部分依赖于胰岛素信号通路......... 42
3.8 抑制 PDK4 可增加缺血/再灌注心肌的胰岛素敏感性....... 43
4 讨论............. 45
3 结果
3.1 大鼠缺血/再灌注心肌葡萄糖的摄取能力降低
本实验中我们通过小动物PET/CT检测大鼠缺血/再灌注损伤后心肌葡萄糖摄取水平的改变。发现，与Sham组相比，大鼠缺血/再灌注心肌对葡萄糖的摄取能力明显降低，Sham组大鼠左心室摄取FDG后显像信号均匀，呈一近似圆形，而再灌注之后，左心室心肌对FDG的摄取明显减少，显像后信号不均一，缺血区心肌放射性信号减少了60%左右，PET/CT统计结果最大摄取标准值（standard uptake value，SUVmax）明显降低（图1A）。为了更充分地检测再灌注损伤后心肌对葡萄糖的摄取能力的变化，荧光标记的2-脱氧葡萄糖（2-NBDG）可检测心肌葡萄糖的摄取能力。实验结果说明：与Sham组大鼠相比，再灌注后大鼠缺血性心肌对2-NBDG的摄取明显较少，非缺血区心肌对2-NBDG的摄取并没有明显改变（图1B），该实验结果充分地证实了再灌注损伤后心肌对葡萄糖的摄取显著下降。心肌对葡萄糖的转运主要依赖葡萄糖转运体GLUT1和GLUT4，接下来我们检测了GLUT1和GLUT4的蛋白水平，发现再灌注损伤后，缺血区心肌GLUT1的表达水平明显上调，而非缺血区GLUT1的表达水平与Sham组大鼠心肌相比几乎没有发生变化（图2A、2B），再灌注后缺血区和非缺血区心肌GLUT4的水平比较稳定，与Sham组相比并无明显改变，膜上GLUT4转位也没有发生明显变化（图2A、2C），该实验结果说明大鼠缺血/再灌注心肌对葡萄糖摄取能力的降低并不是因为葡萄糖转运体变化的结果，很可能还要其他方面的作用机制。#p#分页标题#e#
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小 结
1. 大鼠缺血/再灌注损伤后心肌葡萄糖的摄取下降。2. 缺血/再灌注大鼠心肌葡萄糖的氧化降低抑制葡萄糖的摄取。3. 抑制 PDK4 可提高胰岛素的敏感性，增加葡萄糖的摄取，保护缺血/再灌注心肌。为临床上从改善葡萄糖代谢角度出发防治缺血/再灌注心肌损伤提供新的靶点和策略。
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参考文献（略）
