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冠状动脉是为心脏供血的主要血管,它起始于心脏顶部粗大的主动脉,并逐渐向下方分叉延伸。在衰老、高血压、高血脂等因素的作用下,冠状动脉会发生堵塞并导致心肌细胞缺血,此时患者就会出现胸口疼痛、呼吸困难等症状,也就是俗称的心梗发作。如果没有及时治疗,缺血的心肌细胞会逐渐坏死,患者也会因心脏衰竭而死亡。

图表 1 粥样硬化斑块是冠状动脉堵塞的常见原因,它可能导致心脏缺血并出现心梗症状

临床上治疗心梗的首要目标就是尽快恢复供血,然而由于心肌细胞自缺血开始就逐渐出现一系列“异常状态”,当它们再次接触到新鲜血液时往往无法快速适应原本的“正常状态”,这会导致心脏遭受进一步的损伤,即缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)损伤。2014年,罗格斯大学新泽西医学院的研究者发现,如果让小鼠的心脏提前接受缺血预处理(Ischemic preconditioning, IPC)的“训练”,就能减轻实际心梗后的再灌注损伤;更为重要的是,为小鼠注射NMN(烟酰胺单核苷酸)可以“模拟”这种“训练”并达到同样的效果。这项研究于同年6月被发表在《科学公共图书馆·综合》(PLOS One)期刊上。

在实验中,研究人员为小鼠实施了开胸手术,并利用缝合线和硅胶管将小鼠冠状动脉中的部分血管进行了结扎,此时心电图显示小鼠的心脏已经出现了缺血症状。一段时间后,研究人员撤去了缝合线和硅胶管,使小鼠的心脏得到血液的再灌注。结果显示,相比于对照组而言,经过短时间(3分钟)反复性缺血-再灌注“训练”的小鼠,在实际承受20分钟的心脏缺血并接受再灌注后,心肌坏死的面积更小。这个效果在“训练”后的5分钟内尤为显著,但在24小时后也依旧能得到维持。

图表 2 缺血预处理(Ischemic preconditioning, IPC)可以显著减轻缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)损伤

进一步研究发现,缺血预处理能激活小鼠体内一种名为Nampt的酶的表达增加。Nampt是生物体内催化NAM(烟酰胺)合成NMN的酶,而NMN又会被生物体快速地转化为NAD+并发挥一系列生物功效。研究人员在Nampt表达程度较低的基因编辑小鼠(Nampt-/+ mice)身上进行了同样的缺血/再灌注实验,发现不仅再灌注后心脏坏死的面积显著增大,缺血预处理带来的心脏保护作用也消失了。

图表 3 敲低了Nampt的表达后,缺血预处理“训练”对小鼠心脏的保护作用不再显著

由于Nampt在生物体内起到帮助合成NMN的作用,Nampt表达的增加往往意味着NMN水平的提高,因此研究人员猜想直接补充NMN或许同样有效。在接下来的缺血-再灌注手术中,研究人员挑选了不同的时机为小鼠注射了500mg/kg(换算到人身上相当于2.25g)的NMN,具体注射流程如下图所示。结果显示,在缺血前30分钟及缺血后持续注射NMN都显著降低了小鼠心脏的缺血/再灌注损伤

图表 4 注射NMN显著降低了小鼠心脏受到的缺血/再灌注损伤

总结来说,本次研究发现让小鼠的心脏经历缺血预处理的“训练”,可以有效降低心梗后的缺血/再灌注损伤;而注射NMN可以“模拟”缺血预处理的过程并达到相同的心脏保护效果。考虑到实际治疗中不可能让冠状动脉疾病的患者也经历缺血预处理的“训练”,因此NMN治疗显然具有更大的临床潜力。此外,2020年美国马里兰大学的研究者发现,NMN治疗同样可以降低小鼠脑梗后的缺血性脑损伤1,这进一步验证了NMN对抗缺血后损伤的关键作用。

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