肝脏缺血再灌注损伤发生机制和预防范文

一肝脏缺血-再灌注损伤的发生机制

1反应性氧中间物(ROI)的产生和释放:

肝脏缺氧期间大量堆积的ATP代谢产物次黄嘌呤和氧发生反应。

产生ROI(如过氧化物和高活性的羟基物)。由于ROI在结构上即其外轨道上有一个或多个不配对电子特点,因而使ROI具有高度活性和潜在的毒性。肝脏缺血缺氧期间产生的ROI可以通过以下几个机制损伤细胞:①选择性地损伤相邻分子如脂质、蛋白质和核酸;②增加信号传递,使嗜中性粒细胞产生趋化性和被激活;③与NO反应产生高度毒性的过氧化物[2]。大量的动物实验和临床病例证明ROI不仅在再灌注期间明显增加,且可持续24h以上,其产生的量与再灌注损伤呈正相关。

2炎性细胞的聚集

在缺血再灌注损伤的组织中有中性粒细胞在损伤区域大量聚集

和黏附,其聚集和黏附能力与白三烯B4(TB4)、血小板活化因子(plateletactivatingfactor,PAF)、肿瘤坏死因子(α-tumornecrosis,TNF-α)、白介素1(IL-1)等表达有关[3-4]。聚集和黏附的中性粒细胞可通过以下机制损伤组织器官:①聚集和黏附的中性粒细胞通过激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(弹力酶、蛋白酶和胶原酶)释放增加蛋白溶解酶降解细胞外网状结构的所有成分,破坏完整细胞和使免疫球蛋白、补体和凝血因子失去活性;②中性粒细胞释放的弹力酶与ROI可以相互作用,ROI通过蛋氨酸氧化使弹力酶的抑制剂21-抗胰蛋白酶失活;③另外ROI又可以由GMP-140等黏附分子调节后,促使粒细胞黏附于微血管内皮。因此,肝脏缺血再灌注损伤时,粒细胞、内皮细胞黏附和ROI之间的相互作用加重了组织结构的损伤。

3血管活性物质和缺血再灌注损伤

3.1一氧化氮:一氧化氮(NO)是能够使粒细胞发生黏附作用的重要介质,是由L-精氨酸通过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可通过以下作用机制参与肝脏的缺血再灌注损伤:①NO可与ROI竞争过氧化物歧化酶的介质,形成过氧化氮物,引起血管收缩,形成再灌注损伤中窦状隙血流停滞和无再流的现象;②NO还可通过继发性介质cGMP引起血管扩张,最终引起微循环的淤滞和再灌注损伤。

3.2内皮素:内皮素属于血管活性肽族,可以分为ET-1、ET-2、ET-3三种,其中ET-1是最重要的血管收缩剂,可引起全身动脉和静脉系统血管收缩。大量的实验证明,ET-1会导致肝脏窦状隙收缩,血流减少,引起再灌注损伤中的无再流现象,且呈剂量依赖型。

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质前体的特点,参与再灌注损伤。其作用机理主要是诱发血小板聚集和主要炎性细胞释放各种蛋白酶和细胞因子等介质。另外ROI能通过增加内皮细胞和血小板对钙离子(激活的PLA2)的通透性促进内皮细胞、粒细胞和血小板释放PAF。

3.4白三烯:白三烯(LTB4)是花生四烯酸的代谢物,来源于Kupffer细胞[8],通过5-脂肪氧合酶途径产生。白三烯在缺血再灌注损伤中明显升高,参与肝脏缺血-再灌注损伤。另外ROI能通过增加细胞内的自由钙激活胞浆膜上的PLA2,而PLA2又能把细胞膜上的磷脂转化为花生四烯酸增加白三烯的产物。

4肝脏里不同细胞成分参与了肝脏缺血-再灌注损伤

4.1Kupffer细胞:已经有研究证实,Kupffer细胞参与缺血-再灌注损伤,其具体的作用机理是Kupffer细胞可以释放大量的炎性介质

(IL-1和IL-8),吸引中性粒细胞和产生ROI;同时被激活的Kupffer细胞能释放TNF-α,TNF-α能诱发内皮细胞释放内皮素1(ET-1),共同损伤器官组织[9-11]。在病理标本上表现为肝小叶中央区域周围有明显缺氧改变,电镜显示Kupffer细胞有许多片层足和伪足。4.2星状细胞:星状细胞位于肝脏Disse间隙内皮细胞,环绕毛细血管,其功能是调节肝窦状隙血流。肝再灌注损伤时,ET-1和P物质等血管活性物质可以使星状细胞收缩,另外自由基也能激活星状细胞,导致窦状隙收缩,血流淤积、缺氧和进一步释放炎性介质,形成恶性循环,甚至产生原发性移植肝功能不良(primarygraftdysfunction,PGD)或严重的原发性移植物无功能(primarynofunction,PNF)。

总之,在肝脏缺血和再灌注损伤中,有9大因子起作用,即氧自由基、细胞因子、蛋白酶、钙离子、磷脂酶A、花生四烯酸产物、血小板激活因子、内皮素和内毒素等[12]。这些因子并非独立起作用,而是相互促进,构成网络式或瀑布式样反应,使肝脏缺血再灌注损伤机制尤为复杂[13-14]。结果是缺血再灌注激活了肝内皮细胞,黏附因子(如ICAM-1)的表达上调,炎性因子如TNF-α等大量释放,导致肝白细胞和内皮细胞大量聚集,在激活细胞因子的作用下供体的免疫源性增加,甚至使移植物发生急性排斥反应;而慢性损伤肝组织在细胞因子和黏附因子的阶梯式破坏反应下,发生细小血管的分化、增生和硬化,发生慢性排斥反应最终导致移植物无功能[15-16]。

二肝脏缺血-再灌注损伤的防治

肝脏缺血-再灌注损伤的预防可以从多个环节入手,包括术前、术中、术后静脉用药和在保存液中加入有效成分等,可以单一或多个环节共同调节预防。

1自由基清除剂:别嘌呤醇、谷胱甘肽(GSH)、维生素E、维生素C、辅酶Q10等抗氧化剂,可以在氧化反应中提供电子给氧自由基,使氧自由基还原而被清除,减轻肝脏缺血再灌注损伤,可以有效地保护细胞膜和线粒体膜,保护肝功能。已经有实验证明,谷胱甘肽静脉给药可以作为抗氧化剂阻止大鼠肝脏移植后的缺血再灌注损伤[17]。N-乙酰半胱氨酸(NAC)作为GSH的前体物质,由于可以提高肝细胞内的GSH水平,起到类似GSH保护肝细胞膜、减轻肝脏缺血再灌注损伤后肝功能障碍的作用[18]。超氧化物歧化酶(SOD)是机体另外一种重要的氧自由基清除剂,能够特异性地清除氧自由基,减少细胞凋亡,有效地保护肝功能。丙酮酸乙酯(EP)能够通过有效地下调炎症介质,减少脂质过氧化和抑制细胞凋亡而阻止肝脏缺血再灌注损伤[19]。硫普罗宁作为一种强有力的超氧化物合成抑制剂,已有实验证明该药对大鼠肝脏缺血再灌注损伤后的肝实质有显着的保护作用[20]。

2钙通道阻滞剂:细胞内钙超载是肝脏发生缺血再灌注损伤的主要机制之一。因此,通过应用钙拮抗剂可以通过诱导或抑制凋亡相关基因的表达而抑制细胞凋亡,降低肝组织中丙二醛、血清内皮素-1、肿瘤坏死因子α等水平,对肝脏缺血再灌注损伤有良好的保护作用。经典的钙拮抗剂维拉帕米和非选择性钙通道拮抗剂吗多明均能有效阻止肝脏缺血再灌注损伤。另外,能抑制T型和L型钙通道的粉防已碱(tetrandrine,TET)也能减轻大鼠肝脏缺血再灌注的脂质过氧化和中性粒细胞浸润[21]。

3蛋白酶抑制剂:如抑肽酶、乌司他丁、甲磺酸加贝酯(GM)等,可以通过抑制多形粒细胞聚集、黏附[22],抑制微血管内皮细胞氧自由基的释放,抑制致炎细胞因子如TNF-α和IL-6等释放[23],减少细胞凋亡的发生,改善微血管灌注等机制有效地改善肝脏的缺血再灌注损伤,提高移植肝的存活率[24]。4中医中药的应用:参附注射液(SF)是由中药人参、附片提取物组成。其主要有效成份为人参皂甙和乌头类生物碱。已经有大量研究证实SF对治疗缺血再灌注损伤有明显疗效,其主要的作用机制可能为:①清除机体氧自由基,防止钙超载,抑制机体促炎性细胞因子TNF-α、IL-6和IL-8等的生成和释放,减轻炎性反应[25];②抑制核转录因子NF-KB的活性,下调炎症因子的释放[26];③保护内皮细胞,促进内皮释放NO,扩张血管,改善微循环[27];③通过对凋亡相关基因Bax、bcl-2和Fax等的调控及促进HSP70的表达,参与对缺血再灌注损伤的影响[28-29]。缺血再灌注损伤的病理机制非常复杂,SF在各种研究中已经显示出对心、肾、脑、胃肠道等重要脏器的缺血再灌注损伤的防治有重要的临床意义[30-31]。SF对肝脏缺血再灌注损伤也有成功的报导,动物实验显示该药对大鼠移植肝脏缺血再灌注损伤有防治作用[32]。其可能作用机制包括抑制枯否氏细胞激活和氧自由基产生,改善微循环,减少细胞凋亡。另外银杏提取物(ginkgobilobaextract,EGb),其主要成份为总黄酮类和银杏内酯,有独特的抗氧自由基及调整循环稳定,改善血液循环保护组织的作用[33]。已有研究EGb对多种组织器官(心、脑、肝等)的缺血再灌注损伤具有保护作用[34-36]。其它中医中药如丹参和承气方剂[37]也有改善肝脏能量代谢和抗氧自由基作用、保护线粒体的结构和功能、抑制肝细胞凋亡和防止细胞内钙超载,对减轻肝脏缺血再灌注损伤有良好的作用。

5物理疗法:利用短暂的亚致死量的高温疗法,即称为热休克预处理可以防止多种脏器缺血时线粒体膜完整性的破坏并有助于线粒体在再灌注时产生高能磷酸化合物[38],对保护肝细胞、防止细胞凋亡有重要的意义。YamagamiK发现热休克反应后能产生热休克蛋白HSP70,HSP70能抑制氧自由基、脂质过氧化的产生,增加细胞的耐受力[39];同时热休克反应能促进机体内源性抗氧化物触酶的产生[40]。另外一种物理疗法即通过臭氧氧化预处理,可以提升内源性NO浓度和维持细胞氧化还原平衡状态来保护肝脏,避免缺血再灌注损伤,对日益增加的肝脏移植手术有重要的临床意义。

6新型免疫抑制剂的应用:新型和高效的器官移植免疫抑制剂FK506是一种从链霉素中分离出来的大环内酯类抗生素。有研究证明,FK506可以通过抑制了NF-KB与其靶基因启动子特异序列的结合活性,抑制靶基因的表达;同时抑制促炎因子TNF-α、IL-1、ICAM-1等的产生,抑制中性粒细胞在病灶区的聚集。如Okano[41]等发现FK506可增加肝脏低温保存再灌注的血流,增加组织ATP含量。

Carcia-Criad[42]等研究证明,FK506可以减低热缺血再灌注肝脏氧自由基含量,抑制细胞因子的释放和中性粒细胞的浸润能力。而国内赵浩亮[43]等研究在肝脏保存液和灌注液中加入FK506,显示用药组ET含量下降,ALT下降,肝细胞和肝窦内皮细胞形态异常减轻。另外FK506可以移植肝脏保存液中TNF-αmRNA的表达,使TNF-αmRNA表达减少[44-45],故此FK506是一种新型高效的预防肝脏缺血再灌注损伤的药物。

7基因治疗:随着干细胞和分子生物学的发展以及对肝脏内皮细胞在缺血再灌注损伤中的认识,基因敲除技术被用于缺血再灌注损伤的防治。其作用机理是清除有害基因,抑制内皮细胞的活化,减轻炎症反应的程度,从而减轻缺血再灌注损伤。Lehmann[46]等用腺病毒转载Cu/Zn-SOD基因至大鼠供肝中,行肝移植后转基因大鼠全部存活。而Ichihara[47]等证实人视网膜母细胞瘤(Rb)转基因小鼠在肝脏表达Rb蛋白后有抗凋亡作用。也有研究[48]发现用CD40Ig进行靶向基因治疗可以发挥抗氧化剂HO-1和抗凋亡Bcl-2/Bcl-X1的表达,有效保护缺血再灌注损伤的大鼠肝脏。另外一项研究[49]发现通过腺病毒转染丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶,可以阻止凋亡细胞的死亡和随后的缺血再灌注损伤,提高肝细胞的存活率。

8其它治疗:其它还有许多药物正在试验中,如钠钾通道拮抗剂奎尼丁等,可以提高缺血肝脏ADP和总腺苷水平。细胞因子释放抑制剂可以抑制活化的Kupffer细胞释放肿瘤坏死因子,对减轻缺血再灌注损伤有一定的效果。而潘生丁和外源性腺苷预先处理,可对肝脏缺血再灌注损伤有良好的保护作用[50],这与诱导内皮细胞NO合成增加改善肝脏血流、抑制炎症因子合成有关[51]。

三结语

总之,关于肝脏缺血再灌注损伤发生的病理生理机制复杂,有诸多因素参与其中,形成相互制约和相互促进的关系。但其具体的分子机制等方面应该进行进一步的研究。相信随着干细胞、分子生物学和基因技术等研究领域的新进展,能为各种可能发生肝脏缺血再灌注损伤患者提供了新的希望,为肝脏缺血再灌注损伤治疗开辟新的途径。