糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶，是細胞內多條信號轉導通路的重要組成部分，不僅參與細胞的多項活動 ^［1］，而且與多種疾病的發生密切相關 ^［2］。新近研究顯示GSK-3β不僅是心肌缺血-再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）多條重要發生機制的交匯點，而且是不同心肌保護干預措施機制的共同作用點。此外，多種心血管疾病相關的病態模型均是通過修飾GSK-3β及其下游靶點的狀態從而抵抗多項心肌保護干預措施。本文綜述GSK-3β的研究現狀及其在心肌IRI中作用的研究進展。

炎癥反應是心肌IRI的重要發生機制。缺血-再灌注過程可引發大量炎性介質釋放，補體系統激活，繼而激活細胞內煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH/NADH）氧化酶系統，催化伴隨再灌注進入心肌組織的大量氧分子，導致活性氧物質大量產生，造成心肌細胞結構損傷和功能障礙 ^［3］。再者，炎癥反應亦是導致微循環障礙和心肌頓抑的重要原因 ^［3］。因此，通常認為抑制心肌IRI中過度的炎癥反應能明顯減輕心肌組織損傷 ^［4，5］。

NF-κB為重要的核轉錄因子，免疫反應早期和炎癥反應各階段的許多分子均受NF-κB調控。早期研究證實，GSK-3β可通過磷酸化NF-κBp65的4個潛在的磷酸化位點而調控NF-κB的轉錄活性 ^［6］。因此，人們開始關注GSK-3β在炎癥反應中的作用。新近研究證實GSK-3β在固有免疫和適應性免疫中均發揮著重要作用，并能同時調節前炎癥細胞因子和抗炎因子，廣泛參與炎癥反應 ^［7］。此外，研究發現脂多糖能顯著提高乳鼠心肌細胞和心肌組織中GSK-3β的活性，活化后GSK-3β能夠通過磷酸化NF-κBp65的氨基酸位點而激活其轉錄活性，從而上調TNF-α表達 ^［8］。這提示GSK-3β可能與內毒素血癥誘發的炎癥反應及其所致的心肌損傷密切相關。

固有免疫和炎癥反應在心肌IRI的發生中發揮著極其重要的作用。Ha等 ^［9］在缺血1h再灌注4h的小鼠心肌IRI模型研究中，缺血前1h給予肽聚糖或直接給予Toll樣受體配體，通過激活固有免疫的重要信號轉導通路—Toll樣受體信號轉導通路，以借助受體間的相互作用而激活胞內PI3K/Akt信號轉導通路，抑制GSK-3β活性；結果顯示心肌梗死面積顯著減小、心臟功能改善和血流動力學穩定。該研究間接證實GSK-3β參與了心肌IRI誘發的炎癥反應，并且與炎癥反應調控相關的心肌保護機制是與GSK-3β活性抑制密切相關的。

Gao等 ^［10］在阻斷左冠狀動脈前降支30min和再灌注1h的在體大鼠心肌IRI模型研究中發現，灌注前5min靜脈注射TDZD-8 1mg/kg能抑制心肌NF-κB活化、減少心肌組織TNF-α和IL-6含量以及中性粒細胞浸潤，并顯著縮小心肌梗死面積。從而證實GSK-3β參與心肌IRI損傷誘發的炎癥反應，并且其活性狀態與心肌IRI密切相關。

綜上所述，GSK-3β是炎癥反應的核心調節因素之一。在缺血-再灌注導致心肌損傷的過程中，GSK-3β具有放大炎癥反應的作用。抑制GSK-3β活性能顯著抑制心肌IRI過程中的過度炎癥反應，并減輕心肌IRI。

線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）是線粒體內外膜之間的非選擇性高電導通道，是由多個蛋白亞單位組成的復合物，主要組分包括位于線粒體外膜的電壓依賴性陰離子通道（voltage-dependent anion channel，VDAC）和位于線粒體內膜的腺嘌呤核苷酸轉位酶（adenine nucleotide translocase，ANT），此外還包括一些調節蛋白，例如親環蛋白D（cyclophilin-D，CypD）、己糖激酶Ⅱ（Hexokinase-Ⅱ，HK-Ⅱ）和肌酸激酶（Creatine Kinase，CK）等 ^［11］。VDAC是一種跨膜蛋白，在線粒體外膜的脂質層形成2nm～3nm的親水通道，允許ADP、ATP以及一些單價離子進入線粒體膜間隙。ANT主要是催化胞質中ADP與線粒體中ATP的交換。CypD有ANT和Ca ²⁺結合位點，在高Ca ²⁺濃度條件下，Ca ²⁺與CypD結合后，繼而與ANT結合，催化ANT構象發生改變，使其不再是核苷酸轉運體，而成為非特異性轉換孔，從而導致mPTP開放 ^［11］。

mPTP有3種功能狀態：①完全關閉，線粒體跨膜電位完整；②可逆性的低水平開放，線粒體膜電位可逆性降低；③不可逆的高水平開放狀態，線粒體膜電位不可逆性降低 ^［11］。研究發現，mPTP不可逆性高水平開放是導致心肌IRI的又一重要機制 ^［3］。在缺血期，由于缺氧導致氧化磷酸化受阻，ATP含量顯著降低，ADP、AMP顯著升高，乳酸蓄積，細胞內pH值降低，Na ⁺-K ⁺-ATP酶活性降低導致Na ⁺/Ca ²⁺交換蛋白反相轉運，致使細胞內Ca ²⁺濃度升高；此時已經具備mPTP的開放條件，但是細胞內酸中毒抑制mPTP開放 ^［3］。再灌注后，pH值迅速恢復、Ca ²⁺濃度急劇升高以及活性氧物質大量產生激活mPTP的不可逆性高水平開放，進一步使大量的Ca ²⁺進入線粒體，嚴重干擾線粒體的氧化磷酸化，ATP生成急劇減少，心肌細胞能量供應進一步減少，線粒體、細胞離子穩態破壞，引起線粒體、細胞腫脹，細胞凋亡甚至壞死 ^［3］。

Johaszova等 ^［12］首次發現GSK-3β活性是心肌細胞mPTP開放的決定因素，采用突變型GSK-3β S9A基因轉染的成年大鼠，在激光共聚焦顯微鏡下觀察氧自由基誘導心肌細胞線粒體mPTP開放所需的時間。結果顯示，與野生型大鼠相比，GSK-3β基因突變大鼠心肌細胞mPTP開放時間顯著延長。另外，該研究在新生鼠離體心肌細胞發現，GSK-3β抑制劑LiCl、SB 216763和SB 415286均能顯著降低心肌細胞mPTP對活性氧物質的敏感性，并改善線粒體功能 ^［12］。隨后，Gomez等 ^［13］在缺血60min和再灌注24h的小鼠心肌IRI模型研究中，將能誘導細胞內Ca ²⁺庫不可逆性開放的負荷量Ca ²⁺濃度作為觀察心肌細胞mPTP開放閾值的指標，結果發現再灌注前實施3個循環的短暫缺血1min和再灌注1min的缺血后處理能顯著升高危險區心肌細胞mPTP的開放閾值，然而在GSK-3βS9A過表達的突變型實驗小鼠缺血后處理的這種保護作用則消失。

上述研究證實GSK-3β活性是活性氧物質和Ca ²⁺誘導心肌細胞mPTP開放的決定因素，并且抑制GSK-3β活性能顯著升高心肌細胞mPTP的開放閾值。但是抑制GSK-3β活性升高mPTP開放閾值的機制目前尚未完全確立，據推測可能與以下因素有關：①作用于調節蛋白HK-Ⅱ：HK-Ⅱ是mPTP穩定劑 ^［14］。活化的GSK-3β能夠磷酸化VDAC，導致HK-Ⅱ從mPTP脫落，從而降低mPTP的開放閾值 ^［15］。②IRI導致胞漿中GSK-3β定位于線粒體，并同時結合ANT 和VDAC，通過磷酸化VDAC，促進mPTP開放。在Ser9位點被磷酸化后，失活的GSK-3β單獨結合ANT，可解除CypD 對ANT的作用，抑制mPTP開放程度 ^［16］。③p53具有誘導mPTP開放的功能，GSK-3β能夠通過磷酸化p53，促進其活化以及定位細胞核和線粒體 ^［17］。p53抑制劑pifithrin-α能夠通過促進GSK-3βSer9磷酸化，降低GSK-3β的活性而顯著增加異氟烷的心肌保護效應，并且這種作用能夠被mPTP開放劑蒼術苷消除 ^［18］。④GSK-3β能調控ATP耗竭和無機鹽堆積誘導的mPTP開放 ^［19］。抑制GSK-3β活性能減少VDAC磷酸化，阻止ATP通過VDAC進入線粒體，從而抑制由ATP水解和無機鹽蓄積所致的mPTP開放 ^［19］。值得一提的是，上述四種機制在調控mPTP開放狀態中并不相互獨立，它們可共同作用來調控mPTP的開放狀態。

缺血再灌注所致的線粒體損傷、鈣穩態失衡和氧化損傷共同構成了細胞凋亡的惡性網絡循環，促進細胞凋亡發生 ^［3］。心肌細胞作為終末分化細胞，其凋亡直接關系到再灌注后細胞功能的恢復。GSK-3β一方面通過調控mPTP開放狀態影響線粒體凋亡途徑 ^{［12，13］}；另一方面亦參與凋亡相關轉錄因子表達的調節。例如GSK-3β能夠通過p53誘導Bax和Bid表達而參與線粒體調控的內源性細胞凋亡途徑 ^［20］。再者，研究發現抑制GSK-3β活性能顯著增強環腺苷酸反應元件結合蛋白（cyclic AMP response element binding protein，CREB）促Bcl-2蛋白表達的作用，抑制細胞凋亡發生 ^［21］。因此，GSK-3β能在基因水平對線粒體凋亡途徑中促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白進行雙向調控，而降低內源性凋亡途徑的閾值，促進細胞凋亡發生。

研究證實，調控GSK-3β相關信號轉導通路是缺血預處理、缺血后處理以及多種心肌保護藥物的重要作用靶點。而且，在心血管疾病相關病態心肌IRI模型中，GSK-3β及其信號轉導通路異常是抑制多種干預措施發揮心肌保護作用的重要原因。

　Kaga等 ^［22］在大鼠在體IRI模型證實，包括4個循環4min短暫缺血和4min再灌注的缺血預處理能夠激活由GSK-3β參與負性調控的Wnt/β-catenin通路，上調促生存基因VEGF、Bcl-2和survivin的轉錄。并且該研究亦進一步證實Wnt/β-catenin通路負性調控因子GSK-3β抑制劑LiCl和SB216763均能模擬缺血預處理，增加β-catenin聚集入核、啟動核轉錄因子TCF/LEF的轉錄活性以及促進VEGF、Bcl-2和survivin靶基因表達，并顯著抑制心肌細胞和血管內皮細胞凋亡，促進再灌注后新生血管形成。從而再次證實GSK-3β在缺血預處理心肌保護作用中的重要地位。

Gomez等 ^［13］在缺血60min和再灌注24h的小鼠在體心肌IRI模型證實，再灌注前實施包括3個循環的1min短暫缺血和1min再灌注的缺血后處理、靜脈注射70mg/kg的GSK-3β抑制劑SB216763后處理或靜脈注射10mg/kg的mPTP開放抑制劑CSA，結果顯示三種干預獲得了相似的心肌保護作用，主要是再灌注后心肌梗死面積減小和Ca ²⁺誘導的心肌細胞mPTP開放閾值提高。但是在GSK-3βS9A過表達的突變型小鼠心肌IRI模型中，除了CSA后處理還保留上述的心肌保護作用之外，缺血后處理和SB216763后處理的心肌保護作用消失。上述實驗結果提示，抑制GSK-3β活性是缺血后處理心肌保護作用的決定性機制，并且這與GSK-3β的下游靶點mPTP密切相關。

Wu等 ^［23］在LAD阻斷30min和再灌注2h的在體心肌IRI大鼠模型證實，再灌注前實施缺血后處理和GSK-3β活性抑制劑SB216763藥物后處理，能夠獲得相似的心肌保護作用，即顯著抑制再灌注后心肌GSK-3β活性、增加胞質和胞核中β-catenin含量、上調抗凋亡蛋白Bcl-2表達和顯著縮小心肌梗死面積。但是，在再灌注前10min應用PI3K抑制劑渥漫青霉素（wortmannin）則能完全消除缺血后處理的心肌保護作用。從而提示缺血后處理能通過激活PI3K/ GSK-3β/β-catenin信號通路，上調抗凋亡相關蛋白表達，從而抑制心肌細胞凋亡和減輕心肌IRI。

Li等 ^［24］在小鼠在體心肌IRI模型研究中發現，缺血前采用下肢止血帶實施4個循環的缺血5min和再灌注5min的遠端缺血預處理，結果顯示能明顯抑制心肌細胞GSK-3β活化、促進β-catenin核內移位、上調E-鈣粘素（E-cadherin）和氧化物酶體增長因子活化受體δ（peroxisome-proliferatoractivated receptor δ，PPARδ）基因表達，從而促進心肌細胞生存。同樣，這種保護作用能夠被PI3K抑制劑渥漫青霉素所阻斷，提示遠端缺血預處理的心肌保護作用亦與PI3K/ GSK-3β/β-catenin信號轉導通路密切相關。

綜上所述，多種內源性心肌保護干預措施均能通過抑制心肌細胞GSK-3β活性而降低mPTP開放和上調抗凋亡蛋白表達，從而提高心肌組織對IRI的耐受力。

研究發現GSK-3β是多種外源性藥物心肌保護作用機制的交匯點。Obame等 ^［25］采用在體和離體細胞實驗發現，阿片類藥物能夠激活PI3K/GSK-3β信號轉導通路的下游機制。在缺血35min和再灌注2h的在體大鼠心肌IRI模型發現，再灌注前5min靜脈注射0. 3mg/kg嗎啡或0. 6mg/kg的SB216763均能明顯縮小心肌梗死面積，并能提高缺血危險區心肌細胞線粒體對高鈣誘導mPTP開放的閾值。再者，在離體成年大鼠心肌細胞缺氧-復氧損傷模型研究中，復氧即刻給予2μM嗎啡或3μM的SB216763均能提高復氧心肌細胞mPTP的開放閾值。另外，不論是在體還是離體實驗中，給予PI3K抑制劑渥漫青霉素能夠阻斷嗎啡和SB216763的上述作用。這些結果揭示阿片類藥物能夠通過啟動PI3K/ GSK-3β信號轉導通路而提高心肌細胞mPTP的開放閾值，從而增強心肌細胞對IRI的耐受性。

Wu等 ^［26］采用LAD阻斷30min和再灌注2h的在體心肌IRI大鼠模型證實，再灌注前應用15μg/kg舒芬太尼能顯著升高Akt和GSK-3β的磷酸化水平、減少促凋亡蛋白caspase-3和Bax表達、升高抗凋亡蛋白Bcl-2表達、顯著降低心肌細胞凋亡指數和明顯縮小心肌梗死面積。然而，同時應用15μg/kg渥曼青霉素則可消除舒芬太尼的心肌保護作用。

Mio等 ^［27］在LAD阻斷30min和再灌注2h的在體心肌IRI大鼠模型證實，缺血前應用70%氙氣/30%氧氣預處理5min，反復實施3次，每次間隔15min，亦能通過Akt/GSK-3β信號轉導通路升高再灌注后心肌細胞線粒體Ca ²⁺誘導mPTP開放閾值，從而顯著減輕心肌損傷。此外，Fang等 ^［28］在缺血40min和再灌注1h的離體心肌IRI大鼠模型證實，缺血后采用2. 0%七氟烷處理10min能激活PI3K/ Akt信號轉導通路和抑制GSK-3β活性，但減少線粒體Cyto-C釋放和抑制線粒體凋亡途徑介導的心肌細胞凋亡。

　流行病學調查證實，糖尿病是心血管疾病的獨立危險因素，而且糖尿病患者急性心肌梗死后的死亡率是非糖尿病患者的2～6倍。所以，針對糖尿病模型進行心肌IRI方面的研究臨床意義更大。然而，研究證實糖尿病是阻礙多種心肌保護干預措施發揮作用的重要原因之一 ^［29］。

如前所述，在正常心肌IRI模型中GSK-3β是多項心肌保護干預措施作用機制的交匯點。然而，在糖尿病患者和動物模型研究中均發現GSK-3β表達和活性狀態均顯著異常。因而許多學者推測GSK-3β調控障礙可能是心肌保護干預在糖尿病心肌IRI模型中失效的關鍵原因。

Yadav等 ^［30］在缺血30min和再灌注120min的離體心肌IRI模型研究中發現，糖尿病能屏蔽缺血預處理的心肌保護作用，但是再灌注前應用4次GSK-3β活性抑制劑LiCl （20mM）或者SB216763（3μM）均能重現缺血預處理在正常大鼠心肌IRI模型的心肌保護作用。再者，無論是缺血預處理對正常大鼠的心肌保護作用還是缺血預處理復合GSK-3β抑制劑對糖尿病大鼠的心肌保護作用，均能被mPTP開放劑蒼術苷減弱。這些結果直接證實缺血預處理對糖尿病心肌IRI無效的內部原因是：糖尿病修飾了mPTP的關鍵上游調控點GSK-3β的反應性。在糾正這種影響之后，預處理能再次發揮心肌保護作用。

Cross等 ^［31］在比較嗎啡后處理和GSK-3β抑制劑SB216763后處理對正常和糖尿病大鼠心肌IRI的作用時發現，兩者均能顯著減輕正常大鼠的心肌IRI，但是在糖尿病心肌IRI中僅SB216763后處理依然具有保護作用。該研究還發現，糖尿病大鼠心肌細胞中GSK-3β的上游調控點Akt、ERK和STAT活性均顯著降低，而嗎啡對這些上游靶點的調控能力亦顯著降低。從而證實糖尿病對GSK-3β及其上游通路的修飾是導致嗎啡后處理心肌保護作用消失的關鍵機制。

Tai等 ^［32］在缺血30min和再灌注120min的在體心肌IRI大鼠模型研究中亦證實，再灌注前5min應用1MAC的七氟烷能顯著升高Akt和GSK-3β磷酸化水平，并明顯縮小心肌梗死面積。但是在脲佐菌素誘導的糖尿病模型中，七氟烷的上述心肌保護作用消失，但是GSK-3β抑制劑SB216763在正常和糖尿病大鼠心肌IRI模型均能發揮上述心肌保護作用。從而揭示糖尿病所致的GSK-3β及其上游通路異常也是七氟烷發揮心肌保護作用的靶點。

Ghaboura等 ^［33］在高脂誘導的胰島素抵抗型糖尿病大鼠模型研究中發現，紅細胞生成素后處理能通過激活GSK-3β的上游信號通路抑制GSK-3β活性而發揮作用；但是在脲佐菌素化學破壞胰島β細胞的Ⅰ型糖尿病大鼠模型，紅細胞生成素這種啟動GSK-3β而保護心肌IRI的作用則被完全抑制。

綜合上述研究結果，在各種內源性和外源性心肌保護干預措施中，GSK-3β及其上、下游信號轉導通路發揮著至關重要的作用，糖尿病能夠通過修飾GSK-3β相關信號轉導通路消除多種心肌保護干預措施作用。然而，采取各種方法重啟GSK-3β相關信號轉導通路則有助于減輕糖尿病心肌IRI。

研究發現，除糖尿病能導致GSK-3β及其上游信號轉導通路異常而阻礙各種心肌保護干預措施發揮作用之外，其他心肌IRI相關并存疾病亦有類似作用。

Yadav等 ^［34］發現高脂血癥能明顯削弱缺血預處理的心肌保護作用，但是對GSK-3β抑制劑LiCl和SB216763預處理的心肌保護作用無明顯影響；并且mPTP開放劑蒼術苷對缺血預處理在正常心肌和GSK-3β抑制劑在高脂血癥心肌的保護作用均有顯著抑制作用。Yadav等 ^［35］在大鼠高脂血癥心肌IRI模型研究了GSK-3β抑制劑的延遲性心肌保護作用，結果顯示：缺血-再灌注前24h采用LiCl和SB216763實施預處理具有明顯的心肌保護作用，但是在術前1h應用熱休克蛋白72阻滯劑槲皮黃酮能顯著減弱LiCl 和SB216763預處理的心肌保護作用。這些結果提示高脂血癥能夠抑制GSK-3β的反應性，致使其下游靶點調控失效，此乃缺血預處理心肌保護作用減弱的重要原因。

Waqner等 ^［36］采用在體心肌IRI大鼠模型進行研究發現，缺血后實施3個循環的缺血30s和再灌注30s或者6個循環的缺血10s和再灌注10s的干預處理能顯著縮小心肌梗死面積，并增加心肌GSK-3β磷酸化水平大約2. 1倍。但是，在自發性高血壓并存心肌肥厚的心肌IRI大鼠模型，上述現象均消失。表明上述病態模型亦能通過改變GSK-3β反應性而屏蔽不同缺血后處理干預的心肌保護作用。

除并存疾病外，高齡是影響心肌保護干預措施發揮作用的另一個重要原因 ^［32］。Zhu等 ^［37］在對比研究異氟烷預處理對成年（3～5月）和老年大鼠（20～24月）心肌IRI影響時發現，異氟烷能顯著升高成年大鼠心肌Akt和GSK-3β磷酸化水平，顯著抑制缺血-再灌注心肌細胞的mPTP開放，并具有明顯的心肌保護作用。但是在老齡大鼠異氟烷預處理的心肌保護作用消失，并且其對灌注后心肌Akt、GSK-3β以及mPTP的作用也消失。這些結果提示異氟烷預處理的心肌保護作用具有明顯的年齡依賴性，這與衰老所致的心肌細胞Akt/GSK-3β信號轉導通路及其下游靶效應器mPTP反應異常相關 ^［37］。Zhu等 ^［38］隨后的研究還證實，雖然GSK-3β抑制劑SB-216763能顯著升高老齡大鼠GSK-3β磷酸化水平而抑制其活性，但是卻不能抑制缺血-再灌注誘導的心肌細胞mPTP開放，并且無明顯的心肌保護作用。從而進一步揭示衰老引起GSK-3β與其下游靶效應器失聯是導致相關心肌保護干預措施無效的重要原因。

GSK-3β是細胞內多條信號轉導通路的負性調控成分，廣泛參與細胞的多項生命活動。現有的證據表明，GSK-3β通過放大炎癥反應、改變線粒體結構以及調節凋亡相關蛋白表達參與心肌IRI的發生。調控缺血-再灌注心肌GSK-3β及其信號轉導通路是多種心肌保護干預措施的共同作用機制。不同的心肌IRI發病高風險因素均可改變GSK-3β及其信號轉導通路的活性狀態，從而影響多種心肌保護干預措施發揮作用。雖然目前對GSK-3β相關信號轉導通路異常改變的具體機制尚未完全闡明，但是多項研究證實，通過各種方式使外源信號與細胞內GSK-3β信號轉導通路再次關聯能重啟多項干預措施在病態心肌IRI中發揮保護作用，這極有可能成為心肌IRI相關研究之臨床轉化問題的突破口。