肝臟缺血再灌注損傷發生機制和預防范文
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1反應性氧中間物(ROI)的產生和釋放:
肝臟缺氧期間大量堆積的ATP代謝產物次黃嘌呤和氧發生反應。
產生ROI(如過氧化物和高活性的羥基物)。由于ROI在結構上即其外軌道上有一個或多個不配對電子特點,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生的ROI可以通過以下幾個機制損傷細胞:①選擇性地損傷相鄰分子如脂質、蛋白質和核酸;②增加信號傳遞,使嗜中性粒細胞產生趨化性和被激活;③與NO反應產生高度毒性的過氧化物[2]。大量的動物實驗和臨床病例證明ROI不僅在再灌注期間明顯增加,且可持續24h以上,其產生的量與再灌注損傷呈正相關。
2炎性細胞的聚集
在缺血再灌注損傷的組織中有中性粒細胞在損傷區域大量聚集
和黏附,其聚集和黏附能力與白三烯B4(TB4)、血小板活化因子(plateletactivatingfactor,PAF)、腫瘤壞死因子(α-tumornecrosis,TNF-α)、白介素1(IL-1)等表達有關[3-4]。聚集和黏附的中性粒細胞可通過以下機制損傷組織器官:①聚集和黏附的中性粒細胞通過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胞外網狀結構的所有成分,破壞完整細胞和使免疫球蛋白、補體和凝血因子失去活性;②中性粒細胞釋放的彈力酶與ROI可以相互作用,ROI通過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等黏附分子調節后,促使粒細胞黏附于微血管內皮。因此,肝臟缺血再灌注損傷時,粒細胞、內皮細胞黏附和ROI之間的相互作用加重了組織結構的損傷。
3血管活性物質和缺血再灌注損傷
3.1一氧化氮:一氧化氮(NO)是能夠使粒細胞發生黏附作用的重要介質,是由L-精氨酸通過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可通過以下作用機制參與肝臟的缺血再灌注損傷:①NO可與ROI競爭過氧化物歧化酶的介質,形成過氧化氮物,引起血管收縮,形成再灌注損傷中竇狀隙血流停滯和無再流的現象;②NO還可通過繼發性介質cGMP引起血管擴張,最終引起微循環的淤滯和再灌注損傷。
3.2內皮素:內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,可引起全身動脈和靜脈系統血管收縮。大量的實驗證明,ET-1會導致肝臟竇狀隙收縮,血流減少,引起再灌注損傷中的無再流現象,且呈劑量依賴型。
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前體的特點,參與再灌注損傷。其作用機理主要是誘發血小板聚集和主要炎性細胞釋放各種蛋白酶和細胞因子等介質。另外ROI能通過增加內皮細胞和血小板對鈣離子(激活的PLA2)的通透性促進內皮細胞、粒細胞和血小板釋放PAF。
3.4白三烯:白三烯(LTB4)是花生四烯酸的代謝物,來源于Kupffer細胞[8],通過5-脂肪氧合酶途徑產生。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能通過增加細胞內的自由鈣激活胞漿膜上的PLA2,而PLA2又能把細胞膜上的磷脂轉化為花生四烯酸增加白三烯的產物。
4肝臟里不同細胞成分參與了肝臟缺血-再灌注損傷
4.1Kupffer細胞:已經有研究證實,Kupffer細胞參與缺血-再灌注損傷,其具體的作用機理是Kupffer細胞可以釋放大量的炎性介質
(IL-1和IL-8),吸引中性粒細胞和產生ROI;同時被激活的Kupffer細胞能釋放TNF-α,TNF-α能誘發內皮細胞釋放內皮素1(ET-1),共同損傷器官組織[9-11]。在病理標本上表現為肝小葉中央區域周圍有明顯缺氧改變,電鏡顯示Kupffer細胞有許多片層足和偽足。4.2星狀細胞:星狀細胞位于肝臟Disse間隙內皮細胞,環繞毛細血管,其功能是調節肝竇狀隙血流。肝再灌注損傷時,ET-1和P物質等血管活性物質可以使星狀細胞收縮,另外自由基也能激活星狀細胞,導致竇狀隙收縮,血流淤積、缺氧和進一步釋放炎性介質,形成惡性循環,甚至產生原發性移植肝功能不良(primarygraftdysfunction,PGD)或嚴重的原發性移植物無功能(primarynofunction,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、細胞因子、蛋白酶、鈣離子、磷脂酶A、花生四烯酸產物、血小板激活因子、內皮素和內毒素等[12]。這些因子并非獨立起作用,而是相互促進,構成網絡式或瀑布式樣反應,使肝臟缺血再灌注損傷機制尤為復雜[13-14]。結果是缺血再灌注激活了肝內皮細胞,黏附因子(如ICAM-1)的表達上調,炎性因子如TNF-α等大量釋放,導致肝白細胞和內皮細胞大量聚集,在激活細胞因子的作用下供體的免疫源性增加,甚至使移植物發生急性排斥反應;而慢性損傷肝組織在細胞因子和黏附因子的階梯式破壞反應下,發生細小血管的分化、增生和硬化,發生慢性排斥反應最終導致移植物無功能[15-16]。
二肝臟缺血-再灌注損傷的防治
肝臟缺血-再灌注損傷的預防可以從多個環節入手,包括術前、術中、術后靜脈用藥和在保存液中加入有效成分等,可以單一或多個環節共同調節預防。
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,可以有效地保護細胞膜和線粒體膜,保護肝功能。已經有實驗證明,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,由于可以提高肝細胞內的GSH水平,起到類似GSH保護肝細胞膜、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,減少細胞凋亡,有效地保護肝功能。丙酮酸乙酯(EP)能夠通過有效地下調炎癥介質,減少脂質過氧化和抑制細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有力的超氧化物合成抑制劑,已有實驗證明該藥對大鼠肝臟缺血再灌注損傷后的肝實質有顯著的保護作用[20]。
2鈣通道阻滯劑:細胞內鈣超載是肝臟發生缺血再灌注損傷的主要機制之一。因此,通過應用鈣拮抗劑可以通過誘導或抑制凋亡相關基因的表達而抑制細胞凋亡,降低肝組織中丙二醛、血清內皮素-1、腫瘤壞死因子α等水平,對肝臟缺血再灌注損傷有良好的保護作用。經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過氧化和中性粒細胞浸潤[21]。
3蛋白酶抑制劑:如抑肽酶、烏司他丁、甲磺酸加貝酯(GM)等,可以通過抑制多形粒細胞聚集、黏附[22],抑制微血管內皮細胞氧自由基的釋放,抑制致炎細胞因子如TNF-α和IL-6等釋放[23],減少細胞凋亡的發生,改善微血管灌注等機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中醫中藥的應用: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生物堿。已經有大量研究證實SF對治療缺血再灌注損傷有明顯療效,其主要的作用機制可能為:①清除機體氧自由基,防止鈣超載,抑制機體促炎性細胞因子TNF-α、IL-6和IL-8等的生成和釋放,減輕炎性反應[25];②抑制核轉錄因子NF-KB的活性,下調炎癥因子的釋放[26];③保護內皮細胞,促進內皮釋放NO,擴張血管,改善微循環[27];③通過對凋亡相關基因Bax、bcl-2和Fax等的調控及促進HSP70的表達,參與對缺血再灌注損傷的影響[28-29]。缺血再灌注損傷的病理機制非常復雜,SF在各種研究中已經顯示出對心、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對肝臟缺血再灌注損傷也有成功的報導,動物實驗顯示該藥對大鼠移植肝臟缺血再灌注損傷有防治作用[32]。其可能作用機制包括抑制枯否氏細胞激活和氧自由基產生,改善微循環,減少細胞凋亡。另外銀杏提取物(ginkgobilobaextract,EGb),其主要成份為總黃酮類和銀杏內酯,有獨特的抗氧自由基及調整循環穩定,改善血液循環保護組織的作用[33]。已有研究EGb對多種組織器官(心、腦、肝等)的缺血再灌注損傷具有保護作用[34-36]。其它中醫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、保護線粒體的結構和功能、抑制肝細胞凋亡和防止細胞內鈣超載,對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,即稱為熱休克預處理可以防止多種臟器缺血時線粒體膜完整性的破壞并有助于線粒體在再灌注時產生高能磷酸化合物[38],對保護肝細胞、防止細胞凋亡有重要的意義。YamagamiK發現熱休克反應后能產生熱休克蛋白HSP70,HSP70能抑制氧自由基、脂質過氧化的產生,增加細胞的耐受力[39];同時熱休克反應能促進機體內源性抗氧化物觸酶的產生[40]。另外一種物理療法即通過臭氧氧化預處理,可以提升內源性NO濃度和維持細胞氧化還原平衡狀態來保護肝臟,避免缺血再灌注損傷,對日益增加的肝臟移植手術有重要的臨床意義。
6新型免疫抑制劑的應用: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的大環內酯類抗生素。有研究證明,FK506可以通過抑制了NF-KB與其靶基因啟動子特異序列的結合活性,抑制靶基因的表達;同時抑制促炎因子TNF-α、IL-1、ICAM-1等的產生,抑制中性粒細胞在病灶區的聚集。如Okano[41]等發現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,抑制細胞因子的釋放和中性粒細胞的浸潤能力。而國內趙浩亮[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,肝細胞和肝竇內皮細胞形態異常減輕。另外FK506可以移植肝臟保存液中TNF-αmRNA的表達,使TNF-αmRNA表達減少[44-45],故此FK506是一種新型高效的預防肝臟缺血再灌注損傷的藥物。
7基因治療:隨著干細胞和分子生物學的發展以及對肝臟內皮細胞在缺血再灌注損傷中的認識,基因敲除技術被用于缺血再灌注損傷的防治。其作用機理是清除有害基因,抑制內皮細胞的活化,減輕炎癥反應的程度,從而減輕缺血再灌注損傷。Lehmann[46]等用腺病毒轉載Cu/Zn-SOD基因至大鼠供肝中,行肝移植后轉基因大鼠全部存活。而Ichihara[47]等證實人視網膜母細胞瘤(Rb)轉基因小鼠在肝臟表達Rb蛋白后有抗凋亡作用。也有研究[48]發現用CD40Ig進行靶向基因治療可以發揮抗氧化劑HO-1和抗凋亡Bcl-2/Bcl-X1的表達,有效保護缺血再灌注損傷的大鼠肝臟。另外一項研究[49]發現通過腺病毒轉染絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶,可以阻止凋亡細胞的死亡和隨后的缺血再灌注損傷,提高肝細胞的存活率。
8其它治療:其它還有許多藥物正在試驗中,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。細胞因子釋放抑制劑可以抑制活化的Kupffer細胞釋放腫瘤壞死因子,對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先處理,可對肝臟缺血再灌注損傷有良好的保護作用[50],這與誘導內皮細胞NO合成增加改善肝臟血流、抑制炎癥因子合成有關[51]。
三結語
總之,關于肝臟缺血再灌注損傷發生的病理生理機制復雜,有諸多因素參與其中,形成相互制約和相互促進的關系。但其具體的分子機制等方面應該進行進一步的研究。相信隨著干細胞、分子生物學和基因技術等研究領域的新進展,能為各種可能發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辟新的途徑。
