體外心臟震波治療——晚期冠心病
患者的新曙光
Cardiac shock wave therapy--dawn of
late-stage of coronary artery disease
賈娜 何青
作者單位：100730 北心內(nèi)科 國家老年醫(yī)學(xué)中心
通訊作者：何青，電子信箱：heqingli2001@126.com
體外心臟震波治療(cardiac shock wave therapy，CSWT)是中國近十年來，針對嚴(yán)重冠心病的一種新的治療方法。其作用機(jī)制是采用物理學(xué)的方法，對缺血心肌局部進(jìn)行低能量沖擊波刺激，通過多種作用機(jī)制改善心肌血流灌注。CSWT為嚴(yán)重冠心病尤其是晚期的頑固性心絞痛、缺血性心力衰竭患者帶來了曙光。CSWT的研究在歐洲、亞洲開展的較多。相關(guān)基礎(chǔ)研究和臨床研究均顯示了其有效性和安全性。我們自2012年開展CSWT相關(guān)工作，在臨床應(yīng)用方面進(jìn)行了嘗試和研究，同時從動物實驗和分子生物學(xué)研究角度，步步深入地探討了震波可能的機(jī)制。初步結(jié)果顯示心臟震波治療具有良好的效果。
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體外震波的實驗室研究
既往研究證明，震波(SW)治療可以上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)水平；增強(qiáng)內(nèi)皮型一氧化氮合酶活性，促進(jìn)一氧化氮生成；并通過誘導(dǎo)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(stromal cell-derived factor 1, SDF1)表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞歸巢；SW還可拮抗血管內(nèi)皮細(xì)胞局部炎癥反應(yīng)，降低炎癥細(xì)胞因子[包括白細(xì)胞介素(IL)-1α、IL-4、IL-6、IL-12p70、IL-13、IL-17及干擾素γ(IFN-γ)等]的表達(dá)，最終促進(jìn)缺血部位血管形成，抑制缺血心肌局部炎癥反應(yīng)，改善心肌缺血狀態(tài)。我們的研究著重于探討SW治療對心肌細(xì)胞凋亡和自噬的調(diào)控。
1.1 SW治療在缺血缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬中的作用
大量研究顯示，細(xì)胞凋亡在冠心病的病理生理過程中起著重要的作用。有證據(jù)表明，缺血、缺氧、再灌注損傷、氧化應(yīng)激等因素均可引起心肌及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。多種因素例如氧化應(yīng)激、缺氧、化學(xué)及物理毒性損傷等可通過線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑的激活而啟動細(xì)胞凋亡。多項研究報道，抑制細(xì)胞凋亡可以阻斷心力衰竭的發(fā)展并改善心功能。我們選用大鼠心肌細(xì)胞來源的細(xì)胞系H9c2為研究對象，建立缺血缺氧損傷模型，給予不同劑量SW治療，觀察其對調(diào)亡的影響。結(jié)果提示，缺血缺氧可誘導(dǎo)H9c2細(xì)胞發(fā)生凋亡，表現(xiàn)為細(xì)胞活力下降、細(xì)胞凋亡率增加，凋亡相關(guān)蛋白Bax及活化Caspase-3的表達(dá)升高，抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)降低，并可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的活性氧產(chǎn)生增多。而SW可減輕缺血缺氧誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞的凋亡，并且細(xì)胞內(nèi)的活性氧產(chǎn)生也明顯減少。與單純?nèi)毖毖踅M相比，SW處理組Bax蛋白表達(dá)下降，Cleaved-Caspase-3蛋白表達(dá)降低，Bcl-2蛋白表達(dá)升高，提示SW可能通過降低凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)，升高抗凋亡蛋白表達(dá)，減少細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，達(dá)到減輕心肌細(xì)胞凋亡的作用[1]。與單純?nèi)毖毖踅M相比，SW處理組的H9c2細(xì)胞磷酸化AKT蛋白表達(dá)升高，提示PI3K-AKT通路可能參與了對SW減輕心肌細(xì)胞凋亡的調(diào)控。
在自噬方面的研究中，同樣條件對細(xì)胞進(jìn)行缺氧處理后，發(fā)現(xiàn)H9c2細(xì)胞活力和ATP水平隨著缺氧時間延長逐漸降低，LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ比值自缺氧6 h開始增強(qiáng)，24 h達(dá)高峰，之后逐漸呈下降趨勢。當(dāng)給予一定能量的SW治療后，LC3B-Ⅱ/Ⅰ比值和自噬小泡數(shù)量明顯提高，原本降低的細(xì)胞活性和細(xì)胞內(nèi)ATP水平較前有所回升；缺氧后，細(xì)胞內(nèi)磷酸化AMPK、Beclin-1和HIF-1α表達(dá)上調(diào)，而磷酸化mTOR和Sirt1下調(diào)。SW治療可進(jìn)一步增強(qiáng)磷酸化AMPK的上調(diào)和磷酸化mTOR的下調(diào)，增強(qiáng)Sirt1的表達(dá)增加，降低HIF-1α的表達(dá)。據(jù)此推測，心肌細(xì)胞缺氧時自噬活動上調(diào)，SW治療能夠通過AMPK/mTOR信號通路進(jìn)一步增強(qiáng)心肌細(xì)胞自噬，并改善細(xì)胞活力和細(xì)胞內(nèi)ATP水平；SW治療可能通過Sirt1和HIF-1α通路促進(jìn)細(xì)胞存活，發(fā)揮心臟保護(hù)作用[2]。
1.2 SW治療對急性心肌梗死大鼠心肌細(xì)胞凋亡的作用及機(jī)制研究
我們采用急性心肌梗死(AMI)大鼠模型，觀察SW對AMI后心肌細(xì)胞凋亡的影響。結(jié)果提示，AMI死后，梗死邊緣區(qū)心肌細(xì)胞線粒體Cyt C向胞漿釋放，凋亡蛋白Bax的表達(dá)增高，Caspase-3剪切活化，抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)減少，促進(jìn)大鼠梗死邊緣區(qū)心肌細(xì)胞凋亡，造成心梗后心肌細(xì)胞的持續(xù)損失和功能降低。CSWT可以減少線粒體Cyt C向胞漿釋放，降低凋亡蛋白Bax的表達(dá)及Caspase-3的剪切活化，升高抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)，減輕梗死邊緣區(qū)心肌細(xì)胞的凋亡。進(jìn)一步調(diào)控機(jī)制的探索提示，CSWT可能通過抑制JNK信號通路，并抑制凋亡信號的激活，達(dá)到心肌保護(hù)的作用。目前，CSWT尚未應(yīng)用于AMI患者的臨床治療，我們的研究結(jié)果為CSWT在臨床上的應(yīng)用提供了新的思路和基礎(chǔ)依據(jù)。
1.3 SW治療的安全性研究
SW具有非選擇性對組織、細(xì)胞的作用，它可以直接影響細(xì)胞膜、細(xì)胞骨架及微血管，這對于處于缺血狀態(tài)的肌組織是否會產(chǎn)生不良的影響？ CSWT在發(fā)揮其治療作用的同時，SW的機(jī)械剪切力、空穴效應(yīng)是否導(dǎo)致額外的組織損傷？我們的動物實驗研究提示，治療劑量的CSWT對大鼠是一項安全的治療方法。SW未引起大鼠的血流動力學(xué)改變，治療前后心電圖未觀察到異常改變，血肌鈣蛋白也無顯著變化；心肌組織病理形態(tài)學(xué)特征無明顯改變，心肌組織HE染色提示對照組和震波組類似，心肌纖維排列規(guī)律，胞漿均勻，細(xì)胞核無異常，未見心肌細(xì)胞變性、壞死，心肌間質(zhì)未見炎癥細(xì)胞浸潤；心肌組織Masson染色顯示對照組和SW組均未發(fā)現(xiàn)膠原纖維染色異常，提示SW治療未引起心肌組織炎性反應(yīng)及纖維化表現(xiàn)[3]；心肌細(xì)胞凋亡率無明顯增加；心肌細(xì)胞線粒體胞漿中Cyt C的分布無明顯變化；心肌細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白(Bcl-2、Bax和Cleaved-Caspase-3)的表達(dá)也無明顯變化。我們還采用掃描電鏡對SW后的心肌細(xì)胞進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)的觀察，結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，SW治療后AMI大鼠心肌梗死邊緣區(qū)血管新生現(xiàn)象明確，且較單純AMI大鼠血管新生現(xiàn)象明顯；CSWT對于心肌細(xì)胞的作用在微觀結(jié)構(gòu)上(光鏡水平)不明顯，但采用掃描電鏡技術(shù)，可觀察到經(jīng)SW治療后心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)存在一定的損傷，但根據(jù)超微結(jié)構(gòu)損傷程度的半定量評估體系，對照組和SW組心肌超微結(jié)構(gòu)損傷評分無差異，心肌損傷程度未見顯著增加。提示CSWT后心肌組織病理學(xué)無明顯變化[4]。
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體外心臟震波的臨床研究
在臨床實踐中，有些嚴(yán)重冠心病患者雖經(jīng)歷了藥物治療，冠狀動脈介入治療(PCI)或旁路移植手術(shù)(CABG)，仍然有反復(fù)心絞痛發(fā)作，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量。我們的臨床研究探討了CSWT應(yīng)用于這類患者的臨床有效性和安全性。
入選患者包括經(jīng)冠狀動脈造影證實為嚴(yán)重血管病變(冠脈多支病變、彌漫病變)的冠心病患者，往往經(jīng)PCI/CABG治療，又出現(xiàn)心絞痛發(fā)作；不適宜或不愿行PCI/CABG術(shù)者，如不能耐受手術(shù)或不能耐受術(shù)后必須的藥物治療患者；患者存在具有客觀檢查所證實的確切的可逆性心肌缺血區(qū)域。排除標(biāo)準(zhǔn)包括：AMI后3個月內(nèi)；PCI/CABG術(shù)后3個月內(nèi)；心臟移植術(shù)后、金屬瓣膜置換術(shù)后；存在心腔內(nèi)血栓；難以控制的心力衰竭、嚴(yán)重心律失常；心臟起搏器/ICD植入者；感染性心內(nèi)膜炎未愈；嚴(yán)重的慢性阻塞性肺??；惡性腫瘤或腫瘤切除術(shù)后5年內(nèi)等?；颊呔?jīng)正規(guī)的冠心病二級預(yù)防藥物治療。
評估體系包括了臨床評估、影像學(xué)評估和血液生化指標(biāo)等，以了解CSWT的有效性和安全性。治療方案采用3個月療程法，共治療9次。每次2個節(jié)段，每個節(jié)段治療9個點，每個點發(fā)放SW 200次，能量為0.09 mJ/mm2。
首批共納入15例頑固心肌缺血患者，比較SW治療前后的療效。結(jié)果顯示，治療后4個月患者CCS分級、NYHA分級、SAQ評分和硝酸甘油使用量均有顯著改善，超聲心動評估左室舒張末內(nèi)徑(LVEDD)略有增加而左室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)有所改善，但均未達(dá)統(tǒng)計學(xué)差異。治療節(jié)段心肌核素靜息評分和負(fù)荷評分顯著改善，治療節(jié)段心肌靜息缺血面積和負(fù)荷缺血面積顯著改善，靜息室壁運動幅度和增厚率顯著改善。安全性研究提示SW治療對心率、血壓和氧飽和度無明顯影響，血CK、CK-MB、TnT、ALT、CRP和hs-CRP也無顯著變化[5]。有11例患者完成了一年隨訪，結(jié)果顯示，與治療前相比CCS分級、NYHA分級、6 min步行試驗仍有改善，心肌灌注評分在靜息和負(fù)荷狀態(tài)均有明顯好轉(zhuǎn)，缺血面積在負(fù)荷狀態(tài)有明顯減小，在靜息狀態(tài)有減少但無顯著差異。治療節(jié)段室壁的運動幅度在靜息狀態(tài)有明顯改善，在一年時有好轉(zhuǎn)，但無顯著差異[6]。
為進(jìn)一步探討治療效果，我們還設(shè)計了隨機(jī)對照雙盲研究，以評估SW治療的真實療效。患者分層入組，完成兩個周期的治療，分別為真實震波治療和安慰效應(yīng)震波治療。終點評價體系同前。預(yù)計兩年將完成30例患者的研究，最終結(jié)果有待2020年展現(xiàn)(試驗編號：ChiCTR-INR-16009777)。
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討論
冠心病是嚴(yán)重威脅人類健康的心血管疾病。盡管近年來針對冠心病的藥物治療、PCI和外科研究都取得了很大進(jìn)展，但嚴(yán)重冠心病患者，或冠心病晚期患者人數(shù)逐漸增多。這類患者僅依賴單純的藥物治療，生活質(zhì)量差，死亡率高。CSWT是近年來針對嚴(yán)重冠心病患者的新的治療手段，目前已在日本、德國、瑞士等10余個國家開展。2000年德國埃森大學(xué)心血管中心研究者首次報道低能量的沖擊波可以上調(diào)體外培養(yǎng)的上皮細(xì)胞的血管內(nèi)皮生長因子，拉開了體外SW促進(jìn)血管新生、改善組織缺血研究的序幕[7]。我國上海和昆明先后引進(jìn)該項設(shè)備，我院于2012年開展CSWT治療。
CSWT改善臨床預(yù)后的機(jī)制，既往的研究分為以下方面：(1)促進(jìn)缺血心肌組織血管新生，改善側(cè)支循環(huán)。很多研究均驗證了SW治療后缺血心肌組織血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)明顯增加[8]；缺血心肌側(cè)支血管較治療前明顯增多，局部毛細(xì)血管密度及缺血心肌局部血流明顯增加[9,10]。(2)促進(jìn)干細(xì)胞分化。中國和意大利學(xué)者發(fā)現(xiàn)SW干預(yù)可以促進(jìn)祖細(xì)胞的增殖與分化，內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、分化也明顯增強(qiáng)[11,12]。2013年日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)，SW治療通過上調(diào)缺血組織SDF-1的表達(dá)而促進(jìn)外周血中內(nèi)皮祖細(xì)胞的動員以及向缺血組織的歸巢。提示SW治療可以促進(jìn)內(nèi)源性及外源性干細(xì)胞的增殖、向缺血組織的遷移及分化[13]。(3)減輕組織炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激。日本學(xué)者用缺血性心衰豬模型，研究發(fā)現(xiàn)SW治療組抗炎因子IL-10 mRNA的轉(zhuǎn)錄活性明顯升高，促進(jìn)炎癥反應(yīng)的MMP-9明顯降低；線粒體氧化應(yīng)激蛋白表達(dá)減低[14]。提示CSWT可能減輕炎癥、氧化應(yīng)激，改善線粒體功能。德國學(xué)者也提出SW可能通過TLR3通路抑制炎癥反應(yīng)[15]。2014年日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)大鼠AMI后第3天，SW治療組缺血心肌中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞浸潤減低，具有抗炎作用的M2型巨噬細(xì)胞浸潤增加，梗死邊緣區(qū)促炎因子減少[16]。(4)減輕心肌纖維化。意大利的研究顯示，較高能量的SW可通過促進(jìn)TGF-β及Ⅰ型和Ⅲ型膠原的合成而促進(jìn)組織修復(fù)，低能量體外SW可能通過減少治療區(qū)域成纖維細(xì)胞數(shù)量而減輕心肌纖維化[17]。日本學(xué)者也證實，AMI后SW組第28天大鼠左室纖維化面積SW組明顯少于對照組，左室纖維化減輕[16]。(5)減輕左室重構(gòu)，改善心臟功能。很多研究均發(fā)現(xiàn)SW治療后伴隨血管新生，LVEF改善，室壁增厚指數(shù)提高，左室舒張末容積減少[9,18]。奧地利學(xué)者采用直接心外膜SW治療豬缺血性心衰模型，結(jié)果顯示SW治療后6周LVEF由43%增加至62%[19]。
隨著CSWT研究的不斷增多，幾項薈萃分析研究也浮出水面。整體的臨床結(jié)局，CSWT組明顯優(yōu)于對照組。對心肌灌注的改善最為明顯，對活動耐量有中等程度的提高，部分研究顯示可改善心功能[20,21]。
根據(jù)其他學(xué)者的研究基礎(chǔ)，我們在探討作用機(jī)制方面將目光對準(zhǔn)心肌細(xì)胞的凋亡和自噬通路。我們的研究提示，SW治療可通過降低凋亡相關(guān)蛋白，上調(diào)抗凋亡蛋白，增強(qiáng)心肌細(xì)胞自噬，改善細(xì)胞活力和細(xì)胞內(nèi)ATP水平發(fā)揮保護(hù)作用。我們的研究結(jié)果證實了SW治療的有效性和安全性，為SW治療臨床應(yīng)用提供了新的依據(jù)。
CSWT具有無創(chuàng)、無痛和安全的優(yōu)點，為嚴(yán)重冠心病尤其是晚期患者的心絞痛、心力衰竭提供一個新的治療手段，開創(chuàng)了一種全新的冠心病治療理念。CSWT主要用于慢性心肌缺血、穩(wěn)定性心絞痛患者。2012年俄羅斯、德國將CSWT擴(kuò)展應(yīng)用于缺血性心力衰竭患者的治療。其他學(xué)者也嘗試治療下肢動脈疾病。2017年日本學(xué)者將研究擴(kuò)展至心肌梗死急性期患者。各國專家還在不斷擴(kuò)展SW治療的應(yīng)用范圍，期望給患者帶來更多的獲益，SW治療必將有著更為廣闊的應(yīng)用前景。
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