糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，是细胞内多条信号转导通路的重要组成部分，不仅参与细胞的多项活动 ^［1］，而且与多种疾病的发生密切相关 ^［2］。新近研究显示GSK-3β不仅是心肌缺血-再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）多条重要发生机制的交汇点，而且是不同心肌保护干预措施机制的共同作用点。此外，多种心血管疾病相关的病态模型均是通过修饰GSK-3β及其下游靶点的状态从而抵抗多项心肌保护干预措施。本文综述GSK-3β的研究现状及其在心肌IRI中作用的研究进展。

炎症反应是心肌IRI的重要发生机制。缺血-再灌注过程可引发大量炎性介质释放，补体系统激活，继而激活细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH/NADH）氧化酶系统，催化伴随再灌注进入心肌组织的大量氧分子，导致活性氧物质大量产生，造成心肌细胞结构损伤和功能障碍 ^［3］。再者，炎症反应亦是导致微循环障碍和心肌顿抑的重要原因 ^［3］。因此，通常认为抑制心肌IRI中过度的炎症反应能明显减轻心肌组织损伤 ^［4，5］。

NF-κB为重要的核转录因子，免疫反应早期和炎症反应各阶段的许多分子均受NF-κB调控。早期研究证实，GSK-3β可通过磷酸化NF-κBp65的4个潜在的磷酸化位点而调控NF-κB的转录活性 ^［6］。因此，人们开始关注GSK-3β在炎症反应中的作用。新近研究证实GSK-3β在固有免疫和适应性免疫中均发挥着重要作用，并能同时调节前炎症细胞因子和抗炎因子，广泛参与炎症反应 ^［7］。此外，研究发现脂多糖能显著提高乳鼠心肌细胞和心肌组织中GSK-3β的活性，活化后GSK-3β能够通过磷酸化NF-κBp65的氨基酸位点而激活其转录活性，从而上调TNF-α表达 ^［8］。这提示GSK-3β可能与内毒素血症诱发的炎症反应及其所致的心肌损伤密切相关。

固有免疫和炎症反应在心肌IRI的发生中发挥着极其重要的作用。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给予肽聚糖或直接给予Toll样受体配体，通过激活固有免疫的重要信号转导通路—Toll样受体信号转导通路，以借助受体间的相互作用而激活胞内PI3K/Akt信号转导通路，抑制GSK-3β活性；结果显示心肌梗死面积显著减小、心脏功能改善和血流动力学稳定。该研究间接证实GSK-3β参与了心肌IRI诱发的炎症反应，并且与炎症反应调控相关的心肌保护机制是与GSK-3β活性抑制密切相关的。

Gao等 ^［10］在阻断左冠状动脉前降支30min和再灌注1h的在体大鼠心肌IRI模型研究中发现，灌注前5min静脉注射TDZD-8 1mg/kg能抑制心肌NF-κB活化、减少心肌组织TNF-α和IL-6含量以及中性粒细胞浸润，并显著缩小心肌梗死面积。从而证实GSK-3β参与心肌IRI损伤诱发的炎症反应，并且其活性状态与心肌IRI密切相关。

综上所述，GSK-3β是炎症反应的核心调节因素之一。在缺血-再灌注导致心肌损伤的过程中，GSK-3β具有放大炎症反应的作用。抑制GSK-3β活性能显著抑制心肌IRI过程中的过度炎症反应，并减轻心肌IRI。

线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）是线粒体内外膜之间的非选择性高电导通道，是由多个蛋白亚单位组成的复合物，主要组分包括位于线粒体外膜的电压依赖性阴离子通道（voltage-dependent anion channel，VDAC）和位于线粒体内膜的腺嘌呤核苷酸转位酶（adenine nucleotide translocase，ANT），此外还包括一些调节蛋白，例如亲环蛋白D（cyclophilin-D，CypD）、己糖激酶Ⅱ（Hexokinase-Ⅱ，HK-Ⅱ）和肌酸激酶（Creatine Kinase，CK）等 ^［11］。VDAC是一种跨膜蛋白，在线粒体外膜的脂质层形成2nm～3nm的亲水通道，允许ADP、ATP以及一些单价离子进入线粒体膜间隙。ANT主要是催化胞质中ADP与线粒体中ATP的交换。CypD有ANT和Ca ²⁺结合位点，在高Ca ²⁺浓度条件下，Ca ²⁺与CypD结合后，继而与ANT结合，催化ANT构象发生改变，使其不再是核苷酸转运体，而成为非特异性转换孔，从而导致mPTP开放 ^［11］。

mPTP有3种功能状态：①完全关闭，线粒体跨膜电位完整；②可逆性的低水平开放，线粒体膜电位可逆性降低；③不可逆的高水平开放状态，线粒体膜电位不可逆性降低 ^［11］。研究发现，mPTP不可逆性高水平开放是导致心肌IRI的又一重要机制 ^［3］。在缺血期，由于缺氧导致氧化磷酸化受阻，ATP含量显著降低，ADP、AMP显著升高，乳酸蓄积，细胞内pH值降低，Na ⁺-K ⁺-ATP酶活性降低导致Na ⁺/Ca ²⁺交换蛋白反相转运，致使细胞内Ca ²⁺浓度升高；此时已经具备mPTP的开放条件，但是细胞内酸中毒抑制mPTP开放 ^［3］。再灌注后，pH值迅速恢复、Ca ²⁺浓度急剧升高以及活性氧物质大量产生激活mPTP的不可逆性高水平开放，进一步使大量的Ca ²⁺进入线粒体，严重干扰线粒体的氧化磷酸化，ATP生成急剧减少，心肌细胞能量供应进一步减少，线粒体、细胞离子稳态破坏，引起线粒体、细胞肿胀，细胞凋亡甚至坏死 ^［3］。

Johaszova等 ^［12］首次发现GSK-3β活性是心肌细胞mPTP开放的决定因素，采用突变型GSK-3β S9A基因转染的成年大鼠，在激光共聚焦显微镜下观察氧自由基诱导心肌细胞线粒体mPTP开放所需的时间。结果显示，与野生型大鼠相比，GSK-3β基因突变大鼠心肌细胞mPTP开放时间显著延长。另外，该研究在新生鼠离体心肌细胞发现，GSK-3β抑制剂LiCl、SB 216763和SB 415286均能显著降低心肌细胞mPTP对活性氧物质的敏感性，并改善线粒体功能 ^［12］。随后，Gomez等 ^［13］在缺血60min和再灌注24h的小鼠心肌IRI模型研究中，将能诱导细胞内Ca ²⁺库不可逆性开放的负荷量Ca ²⁺浓度作为观察心肌细胞mPTP开放阈值的指标，结果发现再灌注前实施3个循环的短暂缺血1min和再灌注1min的缺血后处理能显著升高危险区心肌细胞mPTP的开放阈值，然而在GSK-3βS9A过表达的突变型实验小鼠缺血后处理的这种保护作用则消失。

上述研究证实GSK-3β活性是活性氧物质和Ca ²⁺诱导心肌细胞mPTP开放的决定因素，并且抑制GSK-3β活性能显著升高心肌细胞mPTP的开放阈值。但是抑制GSK-3β活性升高mPTP开放阈值的机制目前尚未完全确立，据推测可能与以下因素有关：①作用于调节蛋白HK-Ⅱ：HK-Ⅱ是mPTP稳定剂 ^［14］。活化的GSK-3β能够磷酸化VDAC，导致HK-Ⅱ从mPTP脱落，从而降低mPTP的开放阈值 ^［15］。②IRI导致胞浆中GSK-3β定位于线粒体，并同时结合ANT 和VDAC，通过磷酸化VDAC，促进mPTP开放。在Ser9位点被磷酸化后，失活的GSK-3β单独结合ANT，可解除CypD 对ANT的作用，抑制mPTP开放程度 ^［16］。③p53具有诱导mPTP开放的功能，GSK-3β能够通过磷酸化p53，促进其活化以及定位细胞核和线粒体 ^［17］。p53抑制剂pifithrin-α能够通过促进GSK-3βSer9磷酸化，降低GSK-3β的活性而显著增加异氟烷的心肌保护效应，并且这种作用能够被mPTP开放剂苍术苷消除 ^［18］。④GSK-3β能调控ATP耗竭和无机盐堆积诱导的mPTP开放 ^［19］。抑制GSK-3β活性能减少VDAC磷酸化，阻止ATP通过VDAC进入线粒体，从而抑制由ATP水解和无机盐蓄积所致的mPTP开放 ^［19］。值得一提的是，上述四种机制在调控mPTP开放状态中并不相互独立，它们可共同作用来调控mPTP的开放状态。

缺血再灌注所致的线粒体损伤、钙稳态失衡和氧化损伤共同构成了细胞凋亡的恶性网络循环，促进细胞凋亡发生 ^［3］。心肌细胞作为终末分化细胞，其凋亡直接关系到再灌注后细胞功能的恢复。GSK-3β一方面通过调控mPTP开放状态影响线粒体凋亡途径 ^{［12，13］}；另一方面亦参与凋亡相关转录因子表达的调节。例如GSK-3β能够通过p53诱导Bax和Bid表达而参与线粒体调控的内源性细胞凋亡途径 ^［20］。再者，研究发现抑制GSK-3β活性能显著增强环腺苷酸反应元件结合蛋白（cyclic AMP response element binding protein，CREB）促Bcl-2蛋白表达的作用，抑制细胞凋亡发生 ^［21］。因此，GSK-3β能在基因水平对线粒体凋亡途径中促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白进行双向调控，而降低内源性凋亡途径的阈值，促进细胞凋亡发生。

研究证实，调控GSK-3β相关信号转导通路是缺血预处理、缺血后处理以及多种心肌保护药物的重要作用靶点。而且，在心血管疾病相关病态心肌IRI模型中，GSK-3β及其信号转导通路异常是抑制多种干预措施发挥心肌保护作用的重要原因。

　Kaga等 ^［22］在大鼠在体IRI模型证实，包括4个循环4min短暂缺血和4min再灌注的缺血预处理能够激活由GSK-3β参与负性调控的Wnt/β-catenin通路，上调促生存基因VEGF、Bcl-2和survivin的转录。并且该研究亦进一步证实Wnt/β-catenin通路负性调控因子GSK-3β抑制剂LiCl和SB216763均能模拟缺血预处理，增加β-catenin聚集入核、启动核转录因子TCF/LEF的转录活性以及促进VEGF、Bcl-2和survivin靶基因表达，并显著抑制心肌细胞和血管内皮细胞凋亡，促进再灌注后新生血管形成。从而再次证实GSK-3β在缺血预处理心肌保护作用中的重要地位。

Gomez等 ^［13］在缺血60min和再灌注24h的小鼠在体心肌IRI模型证实，再灌注前实施包括3个循环的1min短暂缺血和1min再灌注的缺血后处理、静脉注射70mg/kg的GSK-3β抑制剂SB216763后处理或静脉注射10mg/kg的mPTP开放抑制剂CSA，结果显示三种干预获得了相似的心肌保护作用，主要是再灌注后心肌梗死面积减小和Ca ²⁺诱导的心肌细胞mPTP开放阈值提高。但是在GSK-3βS9A过表达的突变型小鼠心肌IRI模型中，除了CSA后处理还保留上述的心肌保护作用之外，缺血后处理和SB216763后处理的心肌保护作用消失。上述实验结果提示，抑制GSK-3β活性是缺血后处理心肌保护作用的决定性机制，并且这与GSK-3β的下游靶点mPTP密切相关。

Wu等 ^［23］在LAD阻断30min和再灌注2h的在体心肌IRI大鼠模型证实，再灌注前实施缺血后处理和GSK-3β活性抑制剂SB216763药物后处理，能够获得相似的心肌保护作用，即显著抑制再灌注后心肌GSK-3β活性、增加胞质和胞核中β-catenin含量、上调抗凋亡蛋白Bcl-2表达和显著缩小心肌梗死面积。但是，在再灌注前10min应用PI3K抑制剂渥漫青霉素（wortmannin）则能完全消除缺血后处理的心肌保护作用。从而提示缺血后处理能通过激活PI3K/ GSK-3β/β-catenin信号通路，上调抗凋亡相关蛋白表达，从而抑制心肌细胞凋亡和减轻心肌IRI。

Li等 ^［24］在小鼠在体心肌IRI模型研究中发现，缺血前采用下肢止血带实施4个循环的缺血5min和再灌注5min的远端缺血预处理，结果显示能明显抑制心肌细胞GSK-3β活化、促进β-catenin核内移位、上调E-钙粘素（E-cadherin）和氧化物酶体增长因子活化受体δ（peroxisome-proliferatoractivated receptor δ，PPARδ）基因表达，从而促进心肌细胞生存。同样，这种保护作用能够被PI3K抑制剂渥漫青霉素所阻断，提示远端缺血预处理的心肌保护作用亦与PI3K/ GSK-3β/β-catenin信号转导通路密切相关。

综上所述，多种内源性心肌保护干预措施均能通过抑制心肌细胞GSK-3β活性而降低mPTP开放和上调抗凋亡蛋白表达，从而提高心肌组织对IRI的耐受力。

研究发现GSK-3β是多种外源性药物心肌保护作用机制的交汇点。Obame等 ^［25］采用在体和离体细胞实验发现，阿片类药物能够激活PI3K/GSK-3β信号转导通路的下游机制。在缺血35min和再灌注2h的在体大鼠心肌IRI模型发现，再灌注前5min静脉注射0. 3mg/kg吗啡或0. 6mg/kg的SB216763均能明显缩小心肌梗死面积，并能提高缺血危险区心肌细胞线粒体对高钙诱导mPTP开放的阈值。再者，在离体成年大鼠心肌细胞缺氧-复氧损伤模型研究中，复氧即刻给予2μM吗啡或3μM的SB216763均能提高复氧心肌细胞mPTP的开放阈值。另外，不论是在体还是离体实验中，给予PI3K抑制剂渥漫青霉素能够阻断吗啡和SB216763的上述作用。这些结果揭示阿片类药物能够通过启动PI3K/ GSK-3β信号转导通路而提高心肌细胞mPTP的开放阈值，从而增强心肌细胞对IRI的耐受性。

Wu等 ^［26］采用LAD阻断30min和再灌注2h的在体心肌IRI大鼠模型证实，再灌注前应用15μg/kg舒芬太尼能显著升高Akt和GSK-3β的磷酸化水平、减少促凋亡蛋白caspase-3和Bax表达、升高抗凋亡蛋白Bcl-2表达、显著降低心肌细胞凋亡指数和明显缩小心肌梗死面积。然而，同时应用15μg/kg渥曼青霉素则可消除舒芬太尼的心肌保护作用。

Mio等 ^［27］在LAD阻断30min和再灌注2h的在体心肌IRI大鼠模型证实，缺血前应用70%氙气/30%氧气预处理5min，反复实施3次，每次间隔15min，亦能通过Akt/GSK-3β信号转导通路升高再灌注后心肌细胞线粒体Ca ²⁺诱导mPTP开放阈值，从而显著减轻心肌损伤。此外，Fang等 ^［28］在缺血40min和再灌注1h的离体心肌IRI大鼠模型证实，缺血后采用2. 0%七氟烷处理10min能激活PI3K/ Akt信号转导通路和抑制GSK-3β活性，但减少线粒体Cyto-C释放和抑制线粒体凋亡途径介导的心肌细胞凋亡。

　流行病学调查证实，糖尿病是心血管疾病的独立危险因素，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，针对糖尿病模型进行心肌IRI方面的研究临床意义更大。然而，研究证实糖尿病是阻碍多种心肌保护干预措施发挥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是多项心肌保护干预措施作用机制的交汇点。然而，在糖尿病患者和动物模型研究中均发现GSK-3β表达和活性状态均显著异常。因而许多学者推测GSK-3β调控障碍可能是心肌保护干预在糖尿病心肌IRI模型中失效的关键原因。

Yadav等 ^［30］在缺血30min和再灌注120min的离体心肌IRI模型研究中发现，糖尿病能屏蔽缺血预处理的心肌保护作用，但是再灌注前应用4次GSK-3β活性抑制剂LiCl （20mM）或者SB216763（3μM）均能重现缺血预处理在正常大鼠心肌IRI模型的心肌保护作用。再者，无论是缺血预处理对正常大鼠的心肌保护作用还是缺血预处理复合GSK-3β抑制剂对糖尿病大鼠的心肌保护作用，均能被mPTP开放剂苍术苷减弱。这些结果直接证实缺血预处理对糖尿病心肌IRI无效的内部原因是：糖尿病修饰了mPTP的关键上游调控点GSK-3β的反应性。在纠正这种影响之后，预处理能再次发挥心肌保护作用。

Cross等 ^［31］在比较吗啡后处理和GSK-3β抑制剂SB216763后处理对正常和糖尿病大鼠心肌IRI的作用时发现，两者均能显著减轻正常大鼠的心肌IRI，但是在糖尿病心肌IRI中仅SB216763后处理依然具有保护作用。该研究还发现，糖尿病大鼠心肌细胞中GSK-3β的上游调控点Akt、ERK和STAT活性均显著降低，而吗啡对这些上游靶点的调控能力亦显著降低。从而证实糖尿病对GSK-3β及其上游通路的修饰是导致吗啡后处理心肌保护作用消失的关键机制。

Tai等 ^［32］在缺血30min和再灌注120min的在体心肌IRI大鼠模型研究中亦证实，再灌注前5min应用1MAC的七氟烷能显著升高Akt和GSK-3β磷酸化水平，并明显缩小心肌梗死面积。但是在脲佐菌素诱导的糖尿病模型中，七氟烷的上述心肌保护作用消失，但是GSK-3β抑制剂SB216763在正常和糖尿病大鼠心肌IRI模型均能发挥上述心肌保护作用。从而揭示糖尿病所致的GSK-3β及其上游通路异常也是七氟烷发挥心肌保护作用的靶点。

Ghaboura等 ^［33］在高脂诱导的胰岛素抵抗型糖尿病大鼠模型研究中发现，红细胞生成素后处理能通过激活GSK-3β的上游信号通路抑制GSK-3β活性而发挥作用；但是在脲佐菌素化学破坏胰岛β细胞的Ⅰ型糖尿病大鼠模型，红细胞生成素这种启动GSK-3β而保护心肌IRI的作用则被完全抑制。

综合上述研究结果，在各种内源性和外源性心肌保护干预措施中，GSK-3β及其上、下游信号转导通路发挥着至关重要的作用，糖尿病能够通过修饰GSK-3β相关信号转导通路消除多种心肌保护干预措施作用。然而，采取各种方法重启GSK-3β相关信号转导通路则有助于减轻糖尿病心肌IRI。

研究发现，除糖尿病能导致GSK-3β及其上游信号转导通路异常而阻碍各种心肌保护干预措施发挥作用之外，其他心肌IRI相关并存疾病亦有类似作用。

Yadav等 ^［34］发现高脂血症能明显削弱缺血预处理的心肌保护作用，但是对GSK-3β抑制剂LiCl和SB216763预处理的心肌保护作用无明显影响；并且mPTP开放剂苍术苷对缺血预处理在正常心肌和GSK-3β抑制剂在高脂血症心肌的保护作用均有显著抑制作用。Yadav等 ^［35］在大鼠高脂血症心肌IRI模型研究了GSK-3β抑制剂的延迟性心肌保护作用，结果显示：缺血-再灌注前24h采用LiCl和SB216763实施预处理具有明显的心肌保护作用，但是在术前1h应用热休克蛋白72阻滞剂槲皮黄酮能显著减弱LiCl 和SB216763预处理的心肌保护作用。这些结果提示高脂血症能够抑制GSK-3β的反应性，致使其下游靶点调控失效，此乃缺血预处理心肌保护作用减弱的重要原因。

Waqner等 ^［36］采用在体心肌IRI大鼠模型进行研究发现，缺血后实施3个循环的缺血30s和再灌注30s或者6个循环的缺血10s和再灌注10s的干预处理能显著缩小心肌梗死面积，并增加心肌GSK-3β磷酸化水平大约2. 1倍。但是，在自发性高血压并存心肌肥厚的心肌IRI大鼠模型，上述现象均消失。表明上述病态模型亦能通过改变GSK-3β反应性而屏蔽不同缺血后处理干预的心肌保护作用。

除并存疾病外，高龄是影响心肌保护干预措施发挥作用的另一个重要原因 ^［32］。Zhu等 ^［37］在对比研究异氟烷预处理对成年（3～5月）和老年大鼠（20～24月）心肌IRI影响时发现，异氟烷能显著升高成年大鼠心肌Akt和GSK-3β磷酸化水平，显著抑制缺血-再灌注心肌细胞的mPTP开放，并具有明显的心肌保护作用。但是在老龄大鼠异氟烷预处理的心肌保护作用消失，并且其对灌注后心肌Akt、GSK-3β以及mPTP的作用也消失。这些结果提示异氟烷预处理的心肌保护作用具有明显的年龄依赖性，这与衰老所致的心肌细胞Akt/GSK-3β信号转导通路及其下游靶效应器mPTP反应异常相关 ^［37］。Zhu等 ^［38］随后的研究还证实，虽然GSK-3β抑制剂SB-216763能显著升高老龄大鼠GSK-3β磷酸化水平而抑制其活性，但是却不能抑制缺血-再灌注诱导的心肌细胞mPTP开放，并且无明显的心肌保护作用。从而进一步揭示衰老引起GSK-3β与其下游靶效应器失联是导致相关心肌保护干预措施无效的重要原因。

GSK-3β是细胞内多条信号转导通路的负性调控成分，广泛参与细胞的多项生命活动。现有的证据表明，GSK-3β通过放大炎症反应、改变线粒体结构以及调节凋亡相关蛋白表达参与心肌IRI的发生。调控缺血-再灌注心肌GSK-3β及其信号转导通路是多种心肌保护干预措施的共同作用机制。不同的心肌IRI发病高风险因素均可改变GSK-3β及其信号转导通路的活性状态，从而影响多种心肌保护干预措施发挥作用。虽然目前对GSK-3β相关信号转导通路异常改变的具体机制尚未完全阐明，但是多项研究证实，通过各种方式使外源信号与细胞内GSK-3β信号转导通路再次关联能重启多项干预措施在病态心肌IRI中发挥保护作用，这极有可能成为心肌IRI相关研究之临床转化问题的突破口。