誰能修復“受傷”的心?

我國每年發生急性心肌梗死的患者大約100萬人。並且,急性心肌梗死的發生率和致死率在我國一直處於上升趨勢。該病會造成大量的心肌細胞死亡,而心臟的再生能力非常弱,這些死亡的心肌細胞將由纖維疤痕替代,導致心律失常和心力衰竭。

“通常儘早給予再灌注治療,及時恢復冠狀動脈血供被認為是臨床治療急性心肌梗死的‘ 首要目標’。”中科院上海營養與健康研究所研究員楊黃恬告訴《中國科學報》,不過,此舉會對患者心臟造成“二次傷害”,醫學上將其稱為心肌缺血/再灌注損傷。

楊黃恬將這種因心肌細胞損傷、減容形成的纖維疤痕形容為“心臟疤痕”,“它對心臟的影響是永久性的”。

為此,楊黃恬和中科院上海矽酸鹽研究所研究員常江思考,可否通過促進血管新生、逆轉心肌細胞減容,縮小“心臟疤痕”甚至消除“心臟疤痕”?於是,兩個課題組聯合攻關,不斷研究、反覆試驗,最終找到了解決辦法。相關研究成果近日發表於《科學進展》。

靈感突現

常江告訴《中國科學報》,他們研究發現利用緩釋活性鍶離子的可降解水凝膠,通過改善心肌缺血/再灌注後心肌細胞存活、促進血管新生,能恢復損傷心臟心功能和抑制纖維疤痕。

目前,臨床缺乏針對心肌缺血/再灌注損傷的有效干預手段。“一是沒有專門藥物;二是僅有的方法療效也非常有限。”用楊黃恬的話說,這是國際難題。

鑑於此,他們圍繞鍶離子展開研究。剛接觸鍶元素時,學醫出身的楊黃恬也是各種“補課”。她發現了一個有趣的故事,古羅馬角鬥士以勇猛善戰而著稱於世,但科學家對其骸骨分析發現,以素食為主的角鬥士骨骼所含的鍶元素非常高。部分古羅馬文獻也記載,角鬥士在訓練後會喝一種草木灰飲料以促進受損骨癒合,這種飲料可能富含鍶元素。

當前,業界對鍶離子在骨再生方面具有促進血管生成的作用已形成業內共識。常江和楊黃恬就想,既然它可以促進血管生成,是否也能夠保護心肌,進而減輕心肌缺血/再灌注損傷。

但經過檢索文獻後,他們並沒有發現鍶離子在心臟中的作用。

“鍶離子是無機離子,一般不會考慮將其用在心臟上。”常江恰恰就是研究組織再生與損傷修復材料、藥物緩釋材料以及生物材料與細胞的相互作用的專家,非常熟悉鍶元素。

既然鍶製劑已用於防治骨質疏鬆,如其對損傷心臟有益,則更容易用於臨床,造福心臟病患者。於是,兩個團隊瞄準鍶離子展開科研攻關,並最終證明鍶離子可保護心肌減輕心肌缺血/再灌注損傷,這也是國內外首次公開報道。

逐步推進

科研進展往往不是一帆風順的,楊黃恬和常江等人都清楚,且早有準備。

最開始,研究團隊進行了鍶離子在體外細胞的實驗,他們發現其對血管細胞的確有啟用作用,但體外細胞和體內細胞畢竟有所不同。於是,研究團隊製作心肌缺血再灌模型後,直接向心肌注入鍶離子,“對心梗後心功能有所改善,但效果不明顯”。因此,如何讓心梗部位細胞能獲得持續有效的鍶離子刺激是一個挑戰。

於是,他們嘗試設計並利用水凝膠,把鍶離子固定住並讓其慢慢地釋放,維持一定的濃度。這一設想在常江團隊的體外細胞實驗中實現了,並在體內得以證實。

楊黃恬介紹,他們在小鼠心肌缺血/再灌注(60分鐘/20分鐘)後注射鍶離子複合水凝膠,可顯著改善心肌缺血/再灌注一個月後小鼠的心功能、縮小“心臟疤痕”。“這些心肌修復作用伴隨著血管數量增加和血管生成相關因子表達升高、凋亡心肌細胞數量減少、凋亡相關蛋白酶活性以及反映細胞損傷程度的血清乳酸脫氫酶活性降低。”

研究人員進一步分析發現,在注射後一個月小鼠心臟中鍶離子水平逐步下降,但在兩週內,小鼠心臟中鍶離子仍然維持在較高水平,且未在肝臟、腎臟、肺器官中積累,並主要通過尿液排出。這也初步驗證了鍶離子水凝膠治療的安全性。

值得一提的是,鍶離子複合水凝膠在移植兩週後可降解。

就這樣,研究團隊設計和製備出具有可注射性、可降解性、可緩釋合適濃度的鍶離子複合水凝膠。就像楊黃恬所說,科研就是不斷探索、反覆試驗、逐步推進。

防大於治

也許有人會說,既然再灌注治療心肌梗死會造成心臟 “二次傷害”,那就不必治療了,但如果急性心肌梗死不及時開啟閉塞的血管、恢復血供,重者送命,輕者會留下嚴重的後遺症。

楊黃恬解釋道,如果心臟供血的“主幹道”被大面積堵住,不治療就意味堵塞區域內的心肌細胞凋亡,那麼梗死區域周圍細胞的“工作量”就會加大,長此以往,工作效率就會下降,最後出現心功能不全或心力衰竭。

但一經恢復血供,又會給心肌細胞帶來新的損傷,部分抵消再灌注治療的效果。因此,臨床上急需對抗心肌缺血/再灌注損傷的專門藥物。

不過,這一解決辦法距臨床應用還有一定距離。楊黃恬說:“還需用大動物進行驗證,進入臨床試驗前還需通過系統的安全性評估;如果作為藥物進入市場,還需要審批,尤其是心臟藥物要求更苛刻。”

“從鍶離子已用於骨損傷治療來看,其安全性的問題可能更容易解決。”楊黃恬說。

楊黃恬更希望從“源頭”避免心肌梗死的發生。“心肌梗死病人治療一年後,約20%左右的病人會發生心力衰竭,危害很大。”她進一步解釋道,重度心力衰竭病人活動嚴重受限,五年生存率僅為50%。

“如果將心臟的冠狀動脈比作河道,通過科學合理的飲食、運動、工作方式等,就能有效地避免河道的狹窄,即使有的河道被堵住了,還能通過增加支流的活力,進而源源不斷地為心臟注入新鮮血液。”楊黃恬說。

記者 秦志偉)

來源: 《中國科學報》

猜你喜歡