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肝臟缺血再灌注損傷發(fā)生機(jī)制和預(yù)防
肝臟缺血再灌注損傷發(fā)生機(jī)制和預(yù)防 缺血再灌注損傷是由1960 年Jennings 首先提出的,是指組織器官缺血后再灌注,不僅不能使組織器官功能恢復(fù),反而加重組織器官的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷。缺血再灌注損傷在許多重要器官包括心、肝、肺、腎、胃腸道等均可發(fā)生。肝臟缺血再灌注損傷(HIRI)是肝臟外科手術(shù)中常見(jiàn)的病理過(guò)程,多見(jiàn)于休克、需要阻斷肝臟血流的肝外科手術(shù)以及肝移植術(shù)等病理生理過(guò)程中。其發(fā)生的病理生理機(jī)制復(fù)雜,有諸多因素參與其中,形成相互制約和相互促進(jìn)的關(guān)系。包括炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和血小板聚集,反應(yīng)性氧中間物(ROI)的產(chǎn)生和釋放、各種炎性介質(zhì)(如黏附分子和白三烯)和血管活性物(如一氧化氮和內(nèi)皮素等產(chǎn)生有關(guān))[1]。
一 肝臟缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制
1 反應(yīng)性氧中間物(ROI)的產(chǎn)生和釋放:
肝臟缺氧期間大量堆積的ATP代謝產(chǎn)物次黃嘌呤和氧發(fā)生反應(yīng)。
產(chǎn)生ROI(如過(guò)氧化物和高活性的羥基物)。由于ROI 在結(jié)構(gòu)上即其外軌道上有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電子特點(diǎn),因而使ROI 具有高度活性和潛在的毒性。肝臟缺血缺氧期間產(chǎn)生的ROI 可以通過(guò)以下幾個(gè)機(jī)制損傷細(xì)胞:①選擇性地?fù)p傷相鄰分子如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸;②增加信號(hào)傳遞,使嗜中性粒細(xì)胞產(chǎn)生趨化性和被激活;③與NO 反應(yīng)產(chǎn)生高度毒性的過(guò)氧化物[2]。大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床病例證明ROI 不僅在再灌注期間明顯增加,且可持續(xù)24h 以上,其產(chǎn)生的量與再灌注損傷呈正相關(guān)。
2 炎性細(xì)胞的聚集
在缺血再灌注損傷的組織中有中性粒細(xì)胞在損傷區(qū)域大量聚集
和黏附,其聚集和黏附能力與白三烯B4(TB4)、血小板活化因子(platelet activating factor, PAF)、腫瘤壞死因子(α-tumor necrosis, TNF-α)、白介素1(IL-1)等表達(dá)有關(guān)[3-4]。聚集和黏附的中性粒細(xì)胞可通過(guò)以下機(jī)制損傷組織器官:①聚集和黏附的中性粒細(xì)胞通過(guò)激活煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(彈力酶、蛋白酶和膠原酶)釋放增加蛋白溶解酶降解細(xì)胞外網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的所有成分,破壞完整細(xì)胞和使免疫球蛋白、補(bǔ)體和凝血因子失去活性;②中性粒細(xì)胞釋放的彈力酶與ROI 可以相互作用,ROI 通過(guò)蛋氨酸氧化使彈力酶的抑制劑21-抗胰蛋白酶失活;③另外ROI 又可以由GMP-140 等黏附分子調(diào)節(jié)后,促使粒細(xì)胞黏附于微血管內(nèi)皮。因此,肝臟缺血再灌注損傷時(shí),粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞黏附和ROI 之間的相互作用加重了組織結(jié)構(gòu)的損傷。
3 血管活性物質(zhì)和缺血再灌注損傷
3.1 一氧化氮:一氧化氮(NO)是能夠使粒細(xì)胞發(fā)生黏附作用的重要介質(zhì),是由L-精氨酸通過(guò)NO 合成酶合成的,其突出的作用是松弛血管平滑肌和抑制血小板聚集[5-7]。NO 可通過(guò)以下作用機(jī)制參與肝臟的缺血再灌注損傷:①NO 可與ROI 競(jìng)爭(zhēng)過(guò)氧化物歧化酶的介質(zhì),形成過(guò)氧化氮物,引起血管收縮,形成再灌注損傷中竇狀隙血流停滯和無(wú)再流的現(xiàn)象;②NO 還可通過(guò)繼發(fā)性介質(zhì)cGMP 引起血管擴(kuò)張,最終引起微循環(huán)的淤滯和再灌注損傷。
3.2 內(nèi)皮素:內(nèi)皮素屬于血管活性肽族,可以分為ET-1、ET-2、ET-3 三種,其中ET-1 是最重要的血管收縮劑,可引起全身動(dòng)脈和靜脈系統(tǒng)血管收縮。大量的實(shí)驗(yàn)證明,ET-1 會(huì)導(dǎo)致肝臟竇狀隙收縮,血流減少,引起再灌注損傷中的無(wú)再流現(xiàn)象,且呈劑量依賴(lài)型。
3.3 血小板活化因子:血小板活化因子(PAF)是自身有效磷脂,具有血管活性和炎性介質(zhì)前體的特點(diǎn),參與再灌注損傷。其作用機(jī)理主要是誘發(fā)血小板聚集和主要炎性細(xì)胞釋放各種蛋白酶和細(xì)胞因子等介質(zhì)。另外ROI 能通過(guò)增加內(nèi)皮細(xì)胞和血小板對(duì)鈣離子(激活的 PLA2)的通透性促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞、粒細(xì)胞和血小板釋放PAF。
3.4 白三烯:白三烯(LTB4)是花生四烯酸的代謝物,來(lái)源于Kupffer 細(xì)胞[8],通過(guò)5-脂肪氧合酶途徑產(chǎn)生。白三烯在缺血再灌注損傷中明顯升高,參與肝臟缺血-再灌注損傷。另外ROI 能通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)的自由鈣激活胞漿膜上的PLA2,而PLA2又能把細(xì)胞膜上的磷脂轉(zhuǎn)化為花生四烯酸增加白三烯的產(chǎn)物。
4 肝臟里不同細(xì)胞成分參與了肝臟缺血-再灌注損傷
4.1 Kupffer 細(xì)胞:已經(jīng)有研究證實(shí),Kupffer 細(xì)胞參與缺血-再灌注損傷,其具體的作用機(jī)理是Kupffer 細(xì)胞可以釋放大量的炎性介質(zhì)
(IL-1 和IL-8),吸引中性粒細(xì)胞和產(chǎn)生ROI;同時(shí)被激活的Kupffer 細(xì)胞能釋放TNF-α,TNF-α能誘發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞釋放內(nèi)皮素1(ET-1),共同損傷器官組織[9-11]。在病理標(biāo)本上表現(xiàn)為肝小葉中央?yún)^(qū)域周?chē)忻黠@缺氧改變,電鏡顯示Kupffer 細(xì)胞有許多片層足和偽足。 4.2 星狀細(xì)胞:星狀細(xì)胞位于肝臟Disse 間隙內(nèi)皮細(xì)胞,環(huán)繞毛細(xì)血管,其功能是調(diào)節(jié)肝竇狀隙血流。肝再灌注損傷時(shí),ET-1 和P 物質(zhì)等血管活性物質(zhì)可以使星狀細(xì)胞收縮,另外自由基也能激活星狀細(xì)胞,導(dǎo)致竇狀隙收縮,血流淤積、缺氧和進(jìn)一步釋放炎性介質(zhì),形成惡性循環(huán),甚至產(chǎn)生原發(fā)性移植肝功能不良(primary graft dysfunction, PGD)或嚴(yán)重的原發(fā)性移植物無(wú)功能(primary nofunction, PNF)。
總之,在肝臟缺血和再灌注損傷中,有9 大因子起作用,即氧自由基、細(xì)胞因子、蛋白酶、鈣離子、磷脂酶A、花生四烯酸產(chǎn)物、血小板激活因子、內(nèi)皮素和內(nèi)毒素等[12]。這些因子并非獨(dú)立起作用,而是相互促進(jìn),構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式或瀑布式樣反應(yīng),使肝臟缺血再灌注損傷機(jī)制尤為復(fù)雜[13-14]。結(jié)果是缺血再灌注激活了肝內(nèi)皮細(xì)胞,黏附因子(如 ICAM-1)的表達(dá)上調(diào),炎性因子如TNF-α等大量釋放,導(dǎo)致肝白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞大量聚集,在激活細(xì)胞因子的作用下供體的免疫源性增加,甚至使移植物發(fā)生急性排斥反應(yīng);而慢性損傷肝組織在細(xì)胞因子和黏附因子的階梯式破壞反應(yīng)下,發(fā)生細(xì)小血管的分化、增生和硬化,發(fā)生慢性排斥反應(yīng)最終導(dǎo)致移植物無(wú)功能[15-16]。
二 肝臟缺血-再灌注損傷的防治
肝臟缺血-再灌注損傷的預(yù)防可以從多個(gè)環(huán)節(jié)入手,包括術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后靜脈用藥和在保存液中加入有效成分等,可以單一或多個(gè)環(huán)節(jié)共同調(diào)節(jié)預(yù)防。
1 自由基清除劑:別嘌呤醇、谷胱甘肽(GSH)、維生素E、維生素C、輔酶Q10 等抗氧化劑,可以在氧化反應(yīng)中提供電子給氧自由基,使氧自由基還原而被清除,減輕肝臟缺血再灌注損傷,可以有效地保護(hù)細(xì)胞膜和線粒體膜,保護(hù)肝功能。已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證明,谷胱甘肽靜脈給藥可以作為抗氧化劑阻止大鼠肝臟移植后的缺血再灌注損傷[17]。N -乙酰半胱氨酸(NAC)作為GSH 的前體物質(zhì),由于可以提高肝細(xì)胞內(nèi)的GSH水平,起到類(lèi)似GSH保護(hù)肝細(xì)胞膜、減輕肝臟缺血再灌注損傷后肝功能障礙的作用[18]。超氧化物歧化酶(SOD)是機(jī)體另外一種重要的氧自由基清除劑,能夠特異性地清除氧自由基,減少細(xì)胞凋亡,有效地保護(hù)肝功能。丙酮酸乙酯(EP)能夠通過(guò)有效地下調(diào)炎癥介質(zhì),減少脂質(zhì)過(guò)氧化和抑制細(xì)胞凋亡而阻止肝臟缺血再灌注損傷[19]。硫普羅寧作為一種強(qiáng)有力的超氧化物合成抑制劑,已有實(shí)驗(yàn)證明該藥對(duì)大鼠肝臟缺血再灌注損傷后的肝實(shí)質(zhì)有顯著的保護(hù)作用[20]。
2 鈣通道阻滯劑:細(xì)胞內(nèi)鈣超載是肝臟發(fā)生缺血再灌注損傷的主要機(jī)制之一。因此,通過(guò)應(yīng)用鈣拮抗劑可以通過(guò)誘導(dǎo)或抑制凋亡相關(guān)基因的表達(dá)而抑制細(xì)胞凋亡,降低肝組織中丙二醛、血清內(nèi)皮素-1、腫瘤壞死因子α等水平,對(duì)肝臟缺血再灌注損傷有良好的保護(hù)作用。經(jīng)典的鈣拮抗劑維拉帕米和非選擇性鈣通道拮抗劑嗎多明均能有效阻止肝臟缺血再灌注損傷。另外,能抑制T 型和L 型鈣通道的粉防已堿(tetrandrine, TET)也能減輕大鼠肝臟缺血再灌注的脂質(zhì)過(guò)氧化和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)[21]。
3 蛋白酶抑制劑:如抑肽酶、烏司他丁、甲磺酸加貝酯(GM)等,可以通過(guò)抑制多形粒細(xì)胞聚集、黏附[22],抑制微血管內(nèi)皮細(xì)胞氧自由基的釋放,抑制致炎細(xì)胞因子如TNF-α和IL-6 等釋放[23],減少細(xì)胞凋亡的發(fā)生,改善微血管灌注等機(jī)制有效地改善肝臟的缺血再灌注損傷,提高移植肝的存活率[24]。 4 中醫(yī)中藥的應(yīng)用:參附注射液(SF)是由中藥人參、附片提取物組成。其主要有效成份為人參皂甙和烏頭類(lèi)生物堿。已經(jīng)有大量研究證實(shí)SF 對(duì)治療缺血再灌注損傷有明顯療效,其主要的作用機(jī)制可能為:①清除機(jī)體氧自由基,防止鈣超載,抑制機(jī)體促炎性細(xì)胞因子 TNF-α、IL-6 和IL-8 等的生成和釋放,減輕炎性反應(yīng)[25];②抑制核轉(zhuǎn)錄因子NF-KB 的活性,下調(diào)炎癥因子的釋放[26];③保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞,促進(jìn)內(nèi)皮釋放NO,擴(kuò)張血管,改善微循環(huán)[27];③通過(guò)對(duì)凋亡相關(guān)基因Bax、bcl-2 和Fax 等的調(diào)控及促進(jìn)HSP70 的表達(dá),參與對(duì)缺血再灌注損傷的影響[28-29]。缺血再灌注損傷的病理機(jī)制非常復(fù)雜,SF 在各種研究中已經(jīng)顯示出對(duì)心、腎、腦、胃腸道等重要臟器的缺血再灌注損傷的防治有重要的臨床意義[30-31]。SF 對(duì)肝臟缺血再灌注損傷也有成功的報(bào)導(dǎo),動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示該藥對(duì)大鼠移植肝臟缺血再灌注損傷有防治作用[32]。其可能作用機(jī)制包括抑制枯否氏細(xì)胞激活和氧自由基產(chǎn)生,改善微循環(huán),減少細(xì)胞凋亡。另外銀杏提取物(ginkgo biloba extract, EGb),其主要成份為總黃酮類(lèi)和銀杏內(nèi)酯,有獨(dú)特的抗氧自由基及調(diào)整循環(huán)穩(wěn)定,改善血液循環(huán)保護(hù)組織的作用[33]。已有研究EGb 對(duì)多種組織器官(心、腦、肝等)的缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用[34-36]。其它中醫(yī)中藥如丹參和承氣方劑[37]也有改善肝臟能量代謝和抗氧自由基作用、保護(hù)線粒體的結(jié)構(gòu)和功能、抑制肝細(xì)胞凋亡和防止細(xì)胞內(nèi)鈣超載,對(duì)減輕肝臟缺血再灌注損傷有良好的作用。
5 物理療法:利用短暫的亞致死量的高溫療法,即稱(chēng)為熱休克預(yù)處理可以防止多種臟器缺血時(shí)線粒體膜完整性的破壞并有助于線粒體在再灌注時(shí)產(chǎn)生高能磷酸化合物[38],對(duì)保護(hù)肝細(xì)胞、防止細(xì)胞凋亡有重要的意義。Yamagami K 發(fā)現(xiàn)熱休克反應(yīng)后能產(chǎn)生熱休克蛋白 HSP70,HSP70 能抑制氧自由基、脂質(zhì)過(guò)氧化的產(chǎn)生,增加細(xì)胞的耐受力[39];同時(shí)熱休克反應(yīng)能促進(jìn)機(jī)體內(nèi)源性抗氧化物觸酶的產(chǎn)生[40]。另外一種物理療法即通過(guò)臭氧氧化預(yù)處理,可以提升內(nèi)源性NO 濃度和維持細(xì)胞氧化還原平衡狀態(tài)來(lái)保護(hù)肝臟,避免缺血再灌注損傷,對(duì)日益增加的肝臟移植手術(shù)有重要的臨床意義。
6 新型免疫抑制劑的應(yīng)用:新型和高效的器官移植免疫抑制劑 FK506 是一種從鏈霉素中分離出來(lái)的大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素。有研究證明,FK506 可以通過(guò)抑制了NF-KB 與其靶基因啟動(dòng)子特異序列的結(jié)合活性,抑制靶基因的表達(dá);同時(shí)抑制促炎因子TNF-α、IL-1、ICAM-1 等的產(chǎn)生,抑制中性粒細(xì)胞在病灶區(qū)的聚集。如Okano[41]等發(fā)現(xiàn) FK506 可增加肝臟低溫保存再灌注的血流,增加組織ATP 含量。
Carcia-Criad[42]等研究證明,FK506 可以減低熱缺血再灌注肝臟氧自由基含量,抑制細(xì)胞因子的釋放和中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)能力。而國(guó)內(nèi)趙浩亮[43]等研究在肝臟保存液和灌注液中加入FK506,顯示用藥組ET 含量下降,ALT 下降,肝細(xì)胞和肝竇內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)異常減輕。另外 FK506 可以移植肝臟保存液中TNF-αmRNA 的表達(dá),使TNF-α mRNA 表達(dá)減少[44-45],故此FK506 是一種新型高效的預(yù)防肝臟缺血再灌注損傷的藥物。
7 基因治療:隨著干細(xì)胞和分子生物學(xué)的發(fā)展以及對(duì)肝臟內(nèi)皮細(xì)胞在缺血再灌注損傷中的認(rèn)識(shí),基因敲除技術(shù)被用于缺血再灌注損傷的防治。其作用機(jī)理是清除有害基因,抑制內(nèi)皮細(xì)胞的活化,減輕炎癥反應(yīng)的程度,從而減輕缺血再灌注損傷。Lehmann[46]等用腺病毒轉(zhuǎn)載Cu/Zn-SOD 基因至大鼠供肝中,行肝移植后轉(zhuǎn)基因大鼠全部存活。而Ichihara[47]等證實(shí)人視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(Rb)轉(zhuǎn)基因小鼠在肝臟表達(dá) Rb 蛋白后有抗凋亡作用。也有研究[48]發(fā)現(xiàn)用CD40Ig 進(jìn)行靶向基因治療可以發(fā)揮抗氧化劑HO-1 和抗凋亡Bcl-2/Bcl-X1 的表達(dá),有效保護(hù)缺血再灌注損傷的大鼠肝臟。另外一項(xiàng)研究[49]發(fā)現(xiàn)通過(guò)腺病毒轉(zhuǎn)染絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶,可以阻止凋亡細(xì)胞的死亡和隨后的缺血再灌注損傷,提高肝細(xì)胞的存活率。
8 其它治療:其它還有許多藥物正在試驗(yàn)中,如鈉鉀通道拮抗劑奎尼丁等,可以提高缺血肝臟ADP 和總腺苷水平。細(xì)胞因子釋放抑制劑可以抑制活化的Kupffer 細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子,對(duì)減輕缺血再灌注損傷有一定的效果。而潘生丁和外源性腺苷預(yù)先處理,可對(duì)肝臟缺血再灌注損傷有良好的保護(hù)作用[50],這與誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞NO 合成增加改善肝臟血流、抑制炎癥因子合成有關(guān)[51]。
三 結(jié)語(yǔ)
總之,關(guān)于肝臟缺血再灌注損傷發(fā)生的病理生理機(jī)制復(fù)雜,有諸多因素參與其中,形成相互制約和相互促進(jìn)的關(guān)系。但其具體的分子機(jī)制等方面應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的研究。相信隨著干細(xì)胞、分子生物學(xué)和基因技術(shù)等研究領(lǐng)域的新進(jìn)展,能為各種可能發(fā)生肝臟缺血再灌注損傷患者提供了新的希望,為肝臟缺血再灌注損傷治療開(kāi)辟新的途徑。
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