【摘要】缺氧性心脏损害会引起心肌缺血再灌注损伤，血管内皮生长因子对其有保护作用，肿瘤坏死因子-α可引发和促进心肌缺血再灌注损伤。本文就近年有关VEGF、TNF-α在缺氧性心脏损害中的作用及其机制的研究进展作一综述。
【关键词】血管内皮生长因子 肿瘤坏死因子-α 缺氧性心脏损害 心肌缺血再灌注
中图分类号：R766.4 文献标识码：B 文章编号：1005-0515（2011）3-368-02
氧稳态是机体或细胞正常功能所必需，缺氧可对机体产生各种损害 ,特别是缺氧后心肌细胞主要通过坏死和凋亡两种途径引起心脏损害。心肌在缺氧/复氧、缺血/再灌注后，不但不减轻或逆转损伤，反而加重损伤，造成心肌缺血/再灌注损伤（MIRI）。缺氧后心肌缺血/再灌注加重损伤的机制十分复杂，血管内皮生长因子（VEGF）、肿瘤坏死因子（TNF-α）均为具有多种生物效应的细胞因子，本文拟对两者在缺氧性心脏损害中的作用作一简述。
1 缺氧性心脏损害发病机制
1.1 代谢障碍 能量代谢障碍是缺氧后心肌损害的重要机制，正常情况下心肌糖代谢以有氧代谢为主 ,哺乳动物心肌细胞线粒体约占其总体积的30 %,表明心肌细胞对缺氧非常敏感，缺氧后心肌细胞能量损耗、Ca失衡、氧自由基堆积、膜渗透性改变导致级联反应 ,肌纤维变脆,细胞损害,兴奋收缩偶联机制破坏,心肌收缩及舒张功能受到严重影响；高浓度复氧/再灌注致超氧离子增多,同时由于缺氧后ATP合成不足,超氧化物歧化酶活性和分泌减少,清除自由基能力降低 ,自由基引发的脂质过氧化反应增强,导致心肌细胞损害加重,甚至变性、坏死。另有研究[1]发现，缺氧还会触发心室流出道细胞程序性死亡,引起主动脉和肺动脉的结构重塑。
1.2 细胞凋亡途径 以前认为心肌细胞属终末分化细胞 ,心肌细胞的损伤和死亡主要通过细胞坏死。近年来人们发现在缺氧/复氧、缺血/再灌注的过程中，除发生坏死外，还可以诱发和启动心肌细胞凋亡，细胞坏死与细胞凋亡同时存在[2]。 心肌梗死后急速、大量的心肌细胞缺血可能是由于坏死所致，而随后的心肌细胞缺血性死亡则与凋亡有关。Jung 等[3] 研究证实,体内或离体小鼠心脏分别暴露在缺氧环境下,其心肌细胞凋亡率明显增高。Crow 等[4] 报道,在啮齿动物模型中,心肌细胞凋亡与心肌梗死、心力衰竭密切相关。细胞凋亡过程通过两条中心途径进行调节： (1) 细胞表面死亡受体途径：即由细胞表面死亡受体Fas 和肿瘤坏死因子受体-1（TNFR-1) 介导的通路。心肌细胞可被低氧、复氧、NO、过氧化物等多种氧化应激诱导,表达Fas 和TNFR-1 ,它们与死亡诱导配体[包括Fas (CD95) 配体、TNF-相关死亡诱导配体和TNF-α]相结合, (2) 线粒体途径。这两条途径在心肌细胞缺氧损伤过程中同时存在。
1.3 缺氧时心肌组织血流灌注不足 心肌在血液供应阻断30分钟以上就会引起各细胞器超微结构的改变和功能障碍，导致心肌细胞不可逆的损伤乃至坏死，及时恢复心肌的血液供应被视为挽救这部分心肌的重要措施。然而，大量的动物实验和临床观察发现，在成功恢复心脏血流，不仅功能未得到恢复，反而使心肌损伤加重，出现心率失常、微血管损伤等，这就是心肌的缺血再灌注损伤。研究表明[5]氧自由基、钙超载、心肌纤维能量代谢障碍、血管内皮细胞、一氧化氮、中性粒细胞和细胞凋亡等因素均可能参与心肌缺血/再灌注损伤的发病过程。
2 血管内皮生长因子、肿瘤坏死因子-α的作用
2.1 血管内皮生长因子(VEGF) 又称为血管通透性因子， 是 1989 年 Ferrara从牛垂体滤泡中的星状细胞体外培养液中首先纯化出来的。人体细胞分泌的 VEGF分子有 6种 ,VEGF121、165 和 189 是主要的分泌形式，与缺氧缺血性心血管疾病关系密切。Soeki等研究发现 ,急性心肌梗死患者血清 VEGF明显增高。VEGF心肌保护作用有：① 血管生成和血管再生作用 VEGF被公认是作用最强、特异性最高的促血管生成因子之一，VEGF刺激血管内皮细胞有丝分裂、增殖，诱导其迁移形成管腔样结构。最新的研究表明，VEGF在原代培养的胚胎血管系统的发育分化及器官内血管形成过程中是必不可少的重要因子，它能诱导血管生成。毛细血管生成是指在已存在的血管上，以出芽的方式长出新的毛细血管。该过程依赖内皮细胞的有丝分裂，最终增加缺血心肌的毛细血管密度，是VEGF作用的主要方式。因此，VEGF在心血管发育过程中发挥了关键性作用，对维持血管的正常状态和完整性，以及调节血管紧张性发挥了重要作用[6]。② 增加血管通透性 VEGF是目前发现的最强的血管通透因子， 效应比组胺强 5 000倍 ,其快速(5 min)而短暂 (仅持续 30 min)的通透作用不伴肥大细胞颗粒减少 ,也不能被抗组胺类药物所阻断；③ 抗凋亡作用 心肌细胞凋亡影响梗死面积，是心肌梗死范围扩大的一个独立因素。有研究发现，缺氧使乳鼠心肌细胞p53、Fas、Bax过度表达可诱导心肌细胞凋亡(Skulachev等，1995)。Bcl-2是公认的凋亡抑制基因，有研究发现Bcl-2过度表达可以减少缺血/再灌注心肌细胞凋亡，心肌注射VEGF165在减少心肌细胞凋亡的同时，还抑制p53、Fas、Bax蛋白的表达和增加Bcl-2表达，减少心肌梗死过程中心肌细胞凋亡的数量(Sawa等，1995)。但Alirez等[7]报道了他们发现的VEGF完全不同的信号转导通路，在研究人类内皮细胞和鸡胚脉管系统细胞凋亡时发现，VEGF是通过丝氨酸蛋白激酶激活Raf-l，引起酪氨酸340和酪氨酸341 的磷酸化，以丝裂原活化蛋白激酶-1(MApKKI)依赖性保护作用使细胞免受外源性介导的凋亡。④ 趋化作用。⑤VEGF还具有营养及保护神经作用。VEGF在正常成人和动物中一般表达水平较低 ,在一些病理情况下可以出现过量表达。目前已知影响 VEGF活性最主要的调控因素是缺氧，缺氧时细胞合成一种缺氧诱导因子 ,可以激活正常的缺氧感受基因 ,从而使 VEGF的表达上调 , 蛋白合成增加[8]，缺氧还可以增强 VEGF mRNA的稳定性,防止降解 ,从而间接提高 VEGF的生理活性[9]；且缺氧组织的内皮细胞对VEGF的反应比正常组织强烈[10]。另外细胞因子TNF-α也能促进VEGF表达。
2.2 肿瘤坏死因子α 肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF)是1975年Carswell等发现的一种能杀伤某些肿瘤细胞或使体内肿瘤组织发生血坏死的因子，1985年Shalaby把巨噬细胞产生的TNF命名为TNF-α。TNF-α是一种多效应的细胞因子，是参与机体炎症和免疫反应的重要前炎症性细胞因子，适量TNF可参与机体免疫细胞的激活和炎症反应，具有抗感染、抗病毒和抗肿瘤的作用，但生成失调(表达减少或过度)则可造成一些病理伤害如组织损伤、休克、细胞凋亡等的发生。TNF-α主要是由单核-巨噬细胞分泌[11], 其他类型的细胞如淋巴细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等在一定条件下也具有产生和释放TNF-α的能力。在正常的心肌组织中TNF-α的含量很低[12]，近来有研究表明成熟的心肌细胞在一定的刺激条件下,也有TNF-α的mRNA 的表达及其蛋白质的合成,产生的TNF-α可能与多种心脏病的发生有关[13]。心肌细胞在低氧应激情况下，能合成TNF-αmRNA。TNF 在心肌缺血再灌注损伤过程中有其重要作用,TNF 水平的升高与心肌功能抑制有明显的相关性,在心肌缺血再灌注损伤发展过中,TNF 可能是一个联系性的里程碑[14]。过量的TNF-α会导致心脏的损伤, 研究显示，大鼠心肌缺血再灌注时可合成、释放TNF-α，其水平与缺血后及再灌注后的损伤程度相关，证明TNF-α的增加是心肌对损伤的一种应激反应，TNF-α可诱导心肌细胞的凋亡。另有研究表明应用TNF-α抗体减少血清TNF-α的含量会对缺血的心肌起到保护作用。
TNF-α浓度增加可以通过以下机制导致心血管损害：①急性负性肌力效应 通过对心肌收缩力的直接影响而抑制心肌收缩功能[14]。②缺血/再灌注期间, TNF-α释放增加,可激活多形核白细胞( PMN) ,增加细胞间黏附分子-1 ( ICAM-1) 和血管黏附分子(VCAM-1) 在缺血区的聚集和表达,促进中性粒细胞聚集和释放蛋白水解酶,使细胞膜损伤和细胞自溶,导致心肌损伤[15]。③ TNF-α具有直接内皮毒性及NO灭活作用，加速内皮功能损伤过程,阻塞缺血区微血管，释放氧自由基损伤心肌细胞，导致易损区心肌细胞死亡，内皮细胞损伤使其释放大量TNF反过来又加重PMN对内皮的黏附浸润，产生更多氧自由基，从而加重心肌损伤或坏死。④ 影响多种正常细胞的生长分化,如心肌细胞等，当其作用于血管内皮细胞,则会导致血管损伤和血栓形成。⑤ TNF-α水平增加可能引起心肌细胞空间排列的改变,细胞凋亡及细胞外基质改变,即TNF-α参与心室重构过程，目前认为诱导心肌细胞凋亡主要通过它与TNFR1 或FAS 结合后,激活细胞凋亡的信号转导通路[16]。
2.3 两者的相关性 VEGF和TNF-α在许多疾病当中发挥着作用，两者共同参与某种疾病病理生理过程。目前有两种观点存在：在多数肿瘤的生长或炎症的形成过程中TNF-α能促进VEGF的表达，有实验发现CIA大鼠TNF-α含量越高，VEGF的表达量也越高，而且二者各组均呈正相关；另有动物实验及临床干预实验发现两者表达相反，研究结果表明TNF-α刺激COLO-357和CAPAN-1产生VEGF mRNA显著减少,低氧刺激细胞株COLO-357和CAPAN-1产生VEGF mRNA明显增加。显然TNF- a和低氧是胰腺癌细胞合成和分泌VEGF的调节因子[17]。心肌缺氧/复氧、缺血/再灌注损伤的发生机制十分复杂，VEGF和TNF-α两者均可以受低氧调控， TNF -α是VEGF 诱导血管通透性增加的允许因素[18，19],提示TNF-α与VEGF可能具有相互影响、相互促进协调的作用。
3 应用前景
目前已有少量抗TNF-α制剂和VEGF基因治疗试用于临床，但仍有许多问题尚未解决，并且还有待于观察它们的长期安全性。所以,我们深入研究TNF-α和VEGF在缺氧性心脏损害中的作用机制,无论对于心脏相关疾病的治疗,还是针对这些环节的新药开发,都具有十分重要的意义。
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