线粒体呼吸链酶复合物在心肌缺血再灌注损伤中的作用进展

doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2024.15.022

摘要/Abstract

摘要：

心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury， MIRI）是一种常见的心血管并发症，是困扰众多临床学者的一大难题。为改善MIRI预后众多学者致力于其机制的研究，发现线粒体与MIRI的发生密切相关，其中线粒体呼吸链酶复合物功能受损，能量代谢障碍在MIRI的发生过程中起着关键作用。本综述旨在阐述MIRI中线粒体呼吸链酶复合物的变化及其对MIRI的影响，为MIRI寻找新的有效治疗靶点提供依据。

关键词: 心肌缺血再灌注损伤, 线粒体酶复合物, 线粒体呼吸链

Abstract:

Myocardial ischemia reperfusion injury （MIRI） is a common cardiovascular complications， which is a major problem for many clinical scholars. To improve the prognosis of MIRI， many scholars have devoted to the research of its mechanism， and founded that mitochondria are closely related to the occurrence of MIRI， where the function of mitochondrial respiratory chain enzyme complex is impaired， and energy metabolism disorders play a key role in the process of MIRI. The aim of this review is to describe the changes of mitochondrial respiratory chain enzyme complex in MIRI and its effect on MIRI， and to provide a basis for finding new and effective therapeutic targets for MIRI.

Key words: myocardial ischemia reperfusion injury, mitochondrial enzyme complexes, mitochondrial respiratory chain

中图分类号:

R363.2

李竹,王嫣,周雯静,王海英. 线粒体呼吸链酶复合物在心肌缺血再灌注损伤中的作用进展[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(15): 2172-2176.

Zhu LI,Yan WANG,Wenjing ZHOU,Haiying. WANG. Advances in the role of mitochondrial respiratory chain enzyme complexes in myocardial ischemia-reperfusion injury[J]. The Journal of Practical Medicine, 2024, 40(15): 2172-2176.

图/表 1

参考文献 43

1	TIAN H， ZHAO X， ZHANG Y， et al. Abnormalities of glucose and lipid metabolism in myocardial ischemia-reperfusion injury ［J］. Biomed Pharmacother， 2023， 163：114827. doi:10.1016/j.biopha.2023.114827 doi: 10.1016/j.biopha.2023.114827
2	李招兵，刘雨露，黄云辉. 下调硫酸乙酰肝素酶减轻大鼠心肌缺血再灌注损伤的机制［J］. 实用医学杂志， 2023， 39（21）： 2761-2767，2774. doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2023.21.012 doi: 10.3969/j.issn.1006-5725.2023.21.012
3	郑学斌，沙莎，杨慧琼，等. Mettl14介导的m6A修饰对改善心肌梗死的分子机制［J］. 实用医学杂志， 2023， 39（21）： 2754-2760. doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2023.21.011 doi: 10.3969/j.issn.1006-5725.2023.21.011
4	MARIN W， MARIN D， AO X， et al. Mitochondria as a therapeutic target for cardiac ischemia‑reperfusion injury （Review）［J］. Int J Mol Med， 2021， 47（2）： 485-499. doi:10.3892/ijmm.2020.4823 doi: 10.3892/ijmm.2020.4823
5	CHEN C L， ZHANG L， JIN Z， et al. Mitochondrial redox regulation and myocardial ischemia-reperfusion injury ［J］. Am J Physiol Cell Physiol， 2022， 322（1）： C12-C23. doi:10.1152/ajpcell.00131.2021 doi: 10.1152/ajpcell.00131.2021
6	ZHAO R Z， JIANG S， ZHANG L， et al. Mitochondrial electron transport chain， ROS generation and uncoupling （Review）［J］. Int J Mol Med， 2019， 44（1）： 3-15.
7	TRUJILLO-RANGEL W A， GARCIA-VALDES L， MENDEZ-DEL VILLAR M， et al. Therapeutic Targets for Regulating Oxidative Damage Induced by Ischemia-Reperfusion Injury： A Study from a Pharmacological Perspective ［J］. Oxid Med Cell Longev， 2022， 2022：8624318. doi:10.1155/2022/8624318 doi: 10.1155/2022/8624318
8	FERNANDEZ-VIZARRA E， UGALDE C. Cooperative assembly of the mitochondrial respiratory chain ［J］. Trends Biochem Sci， 2022， 47（12）： 999-1008. doi:10.1016/j.tibs.2022.07.005 doi: 10.1016/j.tibs.2022.07.005
9	VERCELLINO I， SAZANOV L A. The assembly， regulation and function of the mitochondrial respiratory chain ［J］. Nat Rev Mol Cell Biol， 2022， 23（2）： 141-61. doi:10.1038/s41580-021-00415-0 doi: 10.1038/s41580-021-00415-0
10	IVERSON T M， SINGH P K， CECCHINI G. An evolving view of complex Ⅱ-noncanonical complexes， megacomplexes， respiration， signaling， and beyond ［J］. J Biol Chem， 2023， 299（6）： 104761. doi:10.1016/j.jbc.2023.104761 doi: 10.1016/j.jbc.2023.104761
11	BANERJEE R， PURHONEN J， KALLIJARVI J. The mitochondrial coenzyme Q junction and complex Ⅲ： biochemistry and pathophysiology ［J］. FEBS J， 2022， 289（22）： 6936-6958. doi:10.1111/febs.16164 doi: 10.1111/febs.16164
12	FERNANDEZ-VIZARRA E， ZEVIANI M. Mitochondrial disorders of the OXPHOS system ［J］. FEBS Lett， 2021， 595（8）： 1062-1106. doi:10.1002/1873-3468.13995 doi: 10.1002/1873-3468.13995
13	DAMBROVA M， ZUURBIER C J， BORUTAITE V， et al. Energy substrate metabolism and mitochondrial oxidative stress in cardiac ischemia/reperfusion injury ［J］. Free Radic Biol Med， 2021， 165：24-37. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2021.01.036 doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2021.01.036
14	WANG Z， BIAN W， YAN Y， et al. Functional Regulation of K（ATP） Channels and Mutant Insight Into Clinical Therapeutic Strategies in Cardiovascular Diseases ［J］. Front Pharmacol， 2022， 13：868401. doi:10.3389/fphar.2022.868401 doi: 10.3389/fphar.2022.868401
15	ROUSLIN W. Mitochondrial complexes Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ， Ⅳ， and Ⅴ in myocardial ischemia and autolysis ［J］. Am J Physiol， 1983， 244（6）： H743-H748. doi:10.1152/ajpheart.1983.244.6.h743 doi: 10.1152/ajpheart.1983.244.6.h743
16	GALEMOU YOGA E， SCHILLER J， ZICKERMANN V. Ubiquinone Binding and Reduction by Complex Ⅰ-Open Questions and Mechanistic Implications ［J］. Front Chem， 2021， 9：672851. doi:10.3389/fchem.2021.672851 doi: 10.3389/fchem.2021.672851
17	OKOYE C N， KOREN S A， WOJTOVICH A P. Mitochondrial complex I ROS production and redox signaling in hypoxia ［J］. Redox Biol， 2023， 67：102926. doi:10.1016/j.redox.2023.102926 doi: 10.1016/j.redox.2023.102926
18	LESNEFSKY E J， CHEN Q， TANDLER B， et al. Mitochondrial Dysfunction and Myocardial Ischemia-Reperfusion： Implications for Novel Therapies ［J］. Annu Rev Pharmacol Toxicol， 2017， 57：535-565. doi:10.1146/annurev-pharmtox-010715-103335 doi: 10.1146/annurev-pharmtox-010715-103335
19	JIANG L， YIN X， CHEN Y H， et al. Proteomic analysis reveals ginsenoside Rb1 attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury through inhibiting ROS production from mitochondrial complex I ［J］. Theranostics， 2021， 11（4）： 1703-1720. doi:10.7150/thno.43895 doi: 10.7150/thno.43895
20	LENNICKE C， COCHEME H M. Redox metabolism： ROS as specific molecular regulators of cell signaling and function ［J］. Mol Cell， 2021， 81（18）： 3691-3707. doi:10.1016/j.molcel.2021.08.018 doi: 10.1016/j.molcel.2021.08.018
21	JIANG Z， SHEN T， HUYNH H， et al. Cardiolipin Regulates Mitochondrial Ultrastructure and Function in Mammalian Cells ［J］. Genes （Basel）， 2022， 13（10）：1889. doi:10.3390/genes13101889 doi: 10.3390/genes13101889
22	DU X， ZENG Q， LUO Y， et al. Application research of novel peptide mitochondrial-targeted antioxidant SS-31 in mitigating mitochondrial dysfunction ［J］. Mitochondrion， 2024， 75：101846. doi:10.1016/j.mito.2024.101846 doi: 10.1016/j.mito.2024.101846
23	ABE K， HAYASHI N， TERADA H. Effect of endogenous nitric oxide on energy metabolism of rat heart mitochondria during ischemia and reperfusion ［J］. Free Radic Biol Med， 1999， 26（3/4）： 379-387. doi:10.1016/s0891-5849(98)00222-6 doi: 10.1016/s0891-5849(98)00222-6
24	BAE J， SALAMON R J， BRANDT E B， et al. Malonate Promotes Adult Cardiomyocyte Proliferation and Heart Regeneration ［J］. Circulation， 2021， 143（20）： 1973-1986. doi:10.1161/circulationaha.120.049952 doi: 10.1161/circulationaha.120.049952
25	WOJTOVICH A P， BROOKES P S. The complex Ⅱ inhibitor atpenin A5 protects against cardiac ischemia-reperfusion injury via activation of mitochondrial KATP channels ［J］. Basic Res Cardiol， 2009， 104（2）： 121-129. doi:10.1007/s00395-009-0001-y doi: 10.1007/s00395-009-0001-y
26	VEITCH K， HOMBROECKX A， CAUCHETEUX D， et al. Global ischaemia induces a biphasic response of the mitochondrial respiratory chain. Anoxic pre-perfusion protects against ischaemic damage ［J］. Biochem J， 1992， 281（Pt 3）： 709-715. doi:10.1042/bj2810709 doi: 10.1042/bj2810709
27	BLEIER L， DROSE S. Superoxide generation by complex Ⅲ： from mechanistic rationales to functional consequences ［J］. Biochim Biophys Acta， 2013， 1827（11/12）： 1320-1331. doi:10.1016/j.bbabio.2012.12.002 doi: 10.1016/j.bbabio.2012.12.002
28	COVIAN R， TRUMPOWER B L. Regulatory interactions between ubiquinol oxidation and ubiquinone reduction sites in the dimeric cytochrome bc1 complex ［J］. J Biol Chem， 2006， 281（41）： 30925-30932. doi:10.1074/jbc.m604694200 doi: 10.1074/jbc.m604694200
29	LOTZ C， ZHANG J， FANG C， et al. Isoflurane protects the myocardium against ischemic injury via the preservation of mitochondrial respiration and its supramolecular organization ［J］. Anesth Analg， 2015， 120（2）： 265-274. doi:10.1213/ane.0000000000000494 doi: 10.1213/ane.0000000000000494
30	STEWART S， LESNEFSKY E J， CHEN Q. Reversible blockade of electron transport with amobarbital at the onset of reperfusion attenuates cardiac injury ［J］. Transl Res， 2009， 153（5）： 224-231. doi:10.1016/j.trsl.2009.02.003 doi: 10.1016/j.trsl.2009.02.003
31	RUGOLO M， ZANNA C， GHELLI A M. Organization of the Respiratory Supercomplexes in Cells with Defective Complex Ⅲ： Structural Features and Metabolic Consequences ［J］. Life （Basel）， 2021， 11（4）：351. doi:10.3390/life11040351 doi: 10.3390/life11040351
32	LEE H L， CHEN C L， YEH S T， et al. Biphasic modulation of the mitochondrial electron transport chain in myocardial ischemia and reperfusion ［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2012， 302（7）： H1410-H1422. doi:10.1152/ajpheart.00731.2011 doi: 10.1152/ajpheart.00731.2011
33	PETROSILLO G， RUGGIERO F M， DI VENOSA N， et al. Decreased complex Ⅲ activity in mitochondria isolated from rat heart subjected to ischemia and reperfusion： role of reactive oxygen species and cardiolipin ［J］. FASEB J， 2003， 17（6）： 714-716. doi:10.1096/fj.02-0729fje doi: 10.1096/fj.02-0729fje
34	PAPA S， GUERRIERI F， CAPITANIO N. A possible role of slips in cytochrome C oxidase in the antioxygen defense system of the cell ［J］. Biosci Rep， 1997， 17（1）： 23-31. doi:10.1023/a:1027331116866 doi: 10.1023/a:1027331116866
35	LESNEFSKY E J， CHEN Q， SLABE T J， et al. Ischemia， rather than reperfusion， inhibits respiration through cytochrome oxidase in the isolated， perfused rabbit heart： role of cardiolipin ［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2004， 287（1）： H258-H267. doi:10.1152/ajpheart.00348.2003 doi: 10.1152/ajpheart.00348.2003
36	LESNEFSKY E J， SLABE T J， STOLL M S， et al. Myocardial ischemia selectively depletes cardiolipin in rabbit heart subsarcolemmal mitochondria ［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2001， 280（6）： H2770-H2778. doi:10.1152/ajpheart.2001.280.6.h2770 doi: 10.1152/ajpheart.2001.280.6.h2770
37	SCHIFFER T A， PELELI M， SUNDQVIST M L， et al. Control of human energy expenditure by cytochrome c oxidase subunit Ⅳ-2 ［J］. Am J Physiol Cell Physiol， 2016， 311（3）： C452-C461. doi:10.1152/ajpcell.00099.2016 doi: 10.1152/ajpcell.00099.2016
38	KADENBACH B. Complex Ⅳ- The regulatory center of mitochondrial oxidative phosphorylation ［J］. Mitochondrion， 2021， 58：296-302. doi:10.1016/j.mito.2020.10.004 doi: 10.1016/j.mito.2020.10.004
39	YU Q， NGUYEN T， OGBI M， et al. Differential loss of cytochrome-c oxidase subunits in ischemia-reperfusion injury： exacerbation of COI subunit loss by PKC-epsilon inhibition ［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2008， 294（6）： H2637-H2645. doi:10.1152/ajpheart.91476.2007 doi: 10.1152/ajpheart.91476.2007
40	SOLAINI G， HARRIS D A. Biochemical dysfunction in heart mitochondria exposed to ischaemia and reperfusion ［J］. Biochem J， 2005， 390（Pt 2）： 377-394. doi:10.1042/bj20042006 doi: 10.1042/bj20042006
41	BONORA M， GIORGI C， PINTON P. Molecular mechanisms and consequences of mitochondrial permeability transition ［J］. Nat Rev Mol Cell Biol， 2022， 23（4）： 266-285. doi:10.1038/s41580-021-00433-y doi: 10.1038/s41580-021-00433-y
42	BONORA M， BONONI A， DE MARCHI E， et al. Role of the c subunit of the FO ATP synthase in mitochondrial permeability transition ［J］. Cell Cycle， 2013， 12（4）： 674-683. doi:10.4161/cc.23599 doi: 10.4161/cc.23599
43	HURST S， GONNOT F， DIA M， et al. Phosphorylation of cyclophilin D at serine 191 regulates mitochondrial permeability transition pore opening and cell death after ischemia-reperfusion ［J］. Cell Death Dis， 2020， 11（8）： 661. doi:10.1038/s41419-020-02864-5 doi: 10.1038/s41419-020-02864-5