肠缺血再灌注损伤的防治研究*

刘争杰综述 赵永泉 牛春雨审校

肠缺血再灌注损伤的防治研究*

刘争杰综述 赵永泉 牛春雨审校

本文2010-11-02收到,2010-12-01修回,2010-12-10接受

缺血再灌注损伤(Ischem ia-Reperfusion Injury,IRI)是指在缺血基础上恢复血流后,不仅未减轻原有组织的缺血性损伤,反而使其功能障碍或结构损伤进一步加重的现象。肠道是对缺血反应最敏感的组织之一,严重创伤、失血等原因均可引起肠缺血再灌注损伤(Intestinal Ischem ia-Reper fusion Injury,IIRI)。研究发现IIRI可能造成肠黏膜屏障功能障碍,引起肠道菌群移位和内毒素血症,进而导致细胞因子及炎症介质失控性释放,诱发全身炎症反应综合征(SIRS),造成肺、肝、肾等远隔器官损伤,引起多器官功能障碍综合征(MODS)和多器官衰竭(MOF)。因此认为肠道不仅是MODS的靶器官,更是MODS的启动者;减轻肠道损伤可能是干预远隔器官损伤的重要途径。故国内外学者从基础到临床,从改善组织氧代谢障碍,拮抗氧自由基损伤、白细胞黏附、细胞因子及炎性介质损伤,抑制细胞凋亡,以及针对一氧化氮(NO)浓度和肠淋巴途径等,对IIRI的防治进行了较深入研究。现将有关进展综述如下。

1 改善微循环与组织氧代谢

一般情况下小肠血供较丰富,但由于小肠的特殊解剖结构(绒毛由一支细动脉供血又无血管吻合支),绒毛特别是绒毛顶端容易缺血,肠缺血导致肠系膜微循环障碍、肠道血液灌注量降低,组织细胞内氧供应减少或中断,细胞内有氧代谢受到抑制,无氧代谢代偿性增加,ATP合成数量急剧下降,酸性代谢产物大量蓄积,导致细胞内酶活性改变及维持离子跨膜梯度的能量匮乏,严重缺血时可使细胞内环境紊乱,甚至肠死亡。因而迅速恢复血流、改善微循环、增加氧供、补充能量及降低组织能量代谢等是对其进行防治的积极措施。

Gao等[1]发现从缺血60m in的肠腔内持续注入高氧液,可以保证肠黏膜结构和功能完整;经肠内给予葡萄糖能增加肠黏膜血流量,改善IIRI大鼠的肠道损伤;谷氨酰胺可剂量依赖性地诱导大鼠热休克蛋白70(HSP70)m RNA表达,从而减轻多个脏器的损伤。临床上,针对IIRI的传统治疗原则为:在发生肠坏死之前恢复正常血供、限制坏死范围扩大、及时切除坏死组织;但视病情可先行静脉输液、肠道休息及各种支持治疗,不能改善者再行手术治疗。最近有研究发现,以肠系膜动脉灌注罂粟碱为基础的介入治疗方案,对缺血性肠病具有肯定疗效,可降低患者的病死率[2]。

2 抗氧自由基损伤

生理条件下,黄嘌呤氧化酶能快速将ATP代谢产物次黄嘌呤转换为黄嘌呤,进而转换为尿酸;但由于组织缺血缺氧,ATP数量减少,使次黄嘌呤在缺氧组织中大量蓄积,同时缺氧也使内源性抗氧化剂(酶性氧化防御体系和非酶性氧化防御体系)失活或被耗尽,因此肠黏膜在IIRI时主要通过黄嘌呤氧化酶途径释放大量的氧自由基。这些自由基极为活泼,一旦生成,即可形成瀑布式连锁反应,不断生成新的自由基。过量的自由基具有高度化学反应活性,可攻击细胞的脂类、蛋白质及核酸等成分,引起肠黏膜损伤。因此,可从减少自由基的生成或增加抗氧化防御体系两个方面防治IIRI。

古松岗等[3]的实验证明,IIRI时应用依达拉嗪,能够有效清除氧自由基,保护肠组织。大鼠IIRI后给予阿魏酸钠,可明显提高肠组织超氧化物歧化酶(SOD)活性,减少自由基代谢产物丙二醛(M DA)含量,从而保护肠组织。有研究[4]发现茶多酚可剂量依赖性地减轻IIRI所致小肠组织形态学改变,对IIRI导致的急性肠损伤有保护作用;针对休克后的肠复苏模型,应用羟自由基清除剂二甲基亚砜可显著减轻肠黏膜损害程度,降低肠源性感染的发生率;别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶的特异性抑制剂,能竞争性地抑制黄嘌呤氧化酶,减少再灌注期氧自由基的产生,由于别嘌呤醇药理作用清楚,因此很可能成为临床防治IIRI的药物之一。临床上多从抗氧化酶体系着手防治自由基损伤,目前应用于临床的主要有SOD和过氧化氢酶。从牛红细胞中提取的结晶重组人铜锌SOD、镁SOD等已应用于临床,并取得了较好效果。其它抗氧化剂如甘露醇、谷胱甘肽、维生素C、维生素 E等也对IIRI具有保护性作用。此外,还可采用低温方法降低能量代谢,减少氧自由基生成。

3 抗细胞因子与炎性介质损伤

肠道缺血引起肠屏障功能障碍,导致肠源性细菌/内毒素移位,启动炎症介质和细胞因子释放,触发全身炎症反应。其中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)在IIRI中出现较早,能诱导中性粒细胞(PMN)在组织中聚集、黏附,释放白介素-6(IL-6)和IL-8等炎症介质。Wang等[5]提出高迁移率族蛋白1(HMGB1)是一种新的晚期炎症介质,与其主要配体晚期糖基化末端产物受体(RAGE)结合,诱导氧化应激,进而激活IκB 激酶(IKK),使 IκB 磷酸化,释放出核因子-κB(NF-κB),游离的NF-κB随即转位至核内,激活相关靶基因的表达,产生相应的生物学效应。NF-κB 可与 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等多种细胞因子的基因启动子或增强子发生特异性结合,促进基因转录和表达,而其靶基因产物(如 TNF-α和IL-1β)可正反馈激活NF-κB,诱发级联放大效应。另外HMGB1还可与内源性配体 Toll样受体 4(TLR4)结合,激活巨噬细胞、肠道上皮细胞等,可能作为肝脏、肾脏、肺和脑等器官IRI中最主要的炎症应答触发器[6～9]。因此,采用各种细胞因子抗体,阻断炎症反应途径,对减轻IIRI有一定的作用。

对IIRI模型动物预防性给予鼠抗人TNF-α单克隆抗体治疗,可有效减轻全身性损害;卡巴胆碱可降低大鼠IIRI时TNF-α的产生和释放,减轻肠道炎症反应;辅酶Q10可能通过抑制IL-6、IL-8及 TNF-α的释放,对大鼠IIRI所致肺损伤有保护作用。尽管 TNF-α、IL-1β等多种早期细胞因子拮抗剂在动物实验中有效,但其临床效果并不理想,因此寻求新型、有效的细胞因子拮抗剂成为关注的焦点。随着对晚期炎症介质HMGB1的进一步认识,近年来很多研究者尝试采取各种措施来拮抗HMGB1的表达,比如抗HMGB1抗体、抗B box抗体、丙酮酸乙脂等。越来越多的实验显示HMGB1很有可能成为临床新的研究靶点。临床上应用连续性静脉血液滤过来治疗重度烧伤合并急性肾损伤,经与治疗前相比,治疗后组28天的病死率下降[10]。而重度脓毒血症或感染性休克患者,应用高容量血液滤过除去体液中诸如炎性因子的物质,可改善患者症状[11]。因此,血液滤过技术也有可能成为临床防治IIRI的手段之一。

4 抗白细胞黏附

再灌注期,损伤的肠血管内皮表达多种细胞间黏附分子(ICAM),促进PMN的黏附和聚集;此外,再灌注损伤使细胞膜磷脂降解所释放的大量趋化因子能吸引大量PMN黏附于血管内皮细胞,并进入组织。IIRI时白细胞在ICAM的作用下很容易黏附在血管内皮细胞上,极易嵌顿、堵塞微循环血管,加重组织损伤。而激活的PMN与血管内皮细胞作用可释放大量的致炎物质,进一步促进PMN聚集,不仅改变自身的结构和功能,而且造成周围组织细胞损伤。因此,阻止白细胞激活、趋化以及白细胞与内皮细胞的黏附可防治IIRI。

Prorock等[12]研究发现,雌激素在内皮细胞一氧化氮合酶作用下减少白细胞黏附与滚动,从而减轻内皮细胞损伤。de Rossi等[13]发现,异氟醚作用于PMN后可使L-选择素表达减少,抑制白细胞和内皮细胞的黏附。Ilhan等[14]提出,抗ICAM-1单克隆抗体可以明显改善IIRI大鼠小肠黏膜的组织病理损害,阻止白细胞激活、趋化以及向内皮细胞的黏附,可以改善IIRI。还有研究发现[15],应用抗 CD11-CD18单克隆抗体或抗ICAM-1抗体可特异性地抑制白细胞和内皮细胞的黏附,对IIRI起保护作用。尽管这些基础研究在抗黏附治疗方面取得一定的成绩,但在临床上尚未得到肯定疗效。且单克隆抗体的应用剂量、时机等还存在一系列问题,还需进一步完善。临床上发现,在失血性休克复苏中早期大量应用甲基强的松龙能够抑制小肠组织ICAM-1的产生,减少肠组织中PMN活化,从而减轻PMN介导的肠黏膜破坏及通透性增加,对失血性休克及复苏后的肠黏膜屏障具有保护作用。在严重的脓毒血症时可以考虑应用去白细胞的血液再灌注,或血液透析的方法来减轻症状。

5 抑制细胞凋亡

IIRI时,主要通过死亡受体通路和线粒体途径两条经典通路介导细胞凋亡。尽管这些信号及随后的反应途径多种多样,但凋亡后期的共同途径为Caspases的激活。在细胞凋亡调控机制中,bcl-2为第一个被确认有抑制细胞凋亡作用的原癌基因,ba x基因则是凋亡促进基因;bcl-2与bax的比值决定了细胞接受刺激后是否凋亡。因此可通过干预凋亡信号通路防治IIRI后的细胞凋亡。但其成果多停留在体外实验与动物实验水平。

有研究[16]表明参附注射液可通过抑制促凋亡基因Caspase-3基因表达,增强抑凋亡基因bcl-2的表达,在一定程度上抑制IIRI期间肠黏膜上皮细胞凋亡,并减轻IIRI时肠黏膜的损伤。Wu等[17]的实验表明,iNOS的诱导作用与大鼠IIRI时凋亡细胞增加有关,给予凋亡抑制剂能预防IIRI模型大鼠的细胞凋亡,保护IIRI大鼠的器官功能和形态结构。Jacob等[18]发现,氨基乙酸可下调 ba x、Caspase-3等促凋亡基因,并上调bcl-2等抗凋亡基因水平,减少IIRI大鼠肠黏膜上皮的凋亡。SB203580是一种吡啶咪哇类抑制剂,可特异性地抑制p38丝裂原活化蛋白激酶(p38M APK)表达,从而阻断p38MAPK对下游基因的调控,降低小肠组织及全身炎症反应,减轻 IIRI[19]。环孢丝裂A、碱性成纤维细胞生长因子、钙阻滞剂、SOD等亦可通过调控细胞凋亡,减轻IIRI。

6 针对NO的防治措施

NO具有双重作用:一方面,生理浓度的NO可通过减少氧自由基生成、增加氧自由基清除,抑制白细胞对血管内皮细胞的黏附,干预 IIRI;另一方面,病理应激状态下,大量细胞因子和氧自由基通过信号转导,激活内皮细胞的诱生性NO合酶(iNOS)活性,从而生成大量NO;NO可与迅速反应生成另一种强氧化剂——ONOO-,这是一种氧化性更强的自由基,性质稳定,能硝基化酪氨酸蛋白残基,产生具有细胞毒性的硝基酪氨酸而致细胞死亡[20]。因此应尽可能发挥NO的有利作用,而将其负面影响降到最低。

实验证明补充NO能减轻IIRI大鼠肠和肺的损伤[20]。IIRI模型大鼠外源性NO通过抑制内皮细胞表面的内皮黏附分子P选择素,从而抑制白细胞和内皮细胞间的相互黏附,减轻 IIRI。肠腔内应用硝酸甘油(外源性NO)可预防与IIRI相关的肠渗透性增加。Liu等[22]报道,通过 HSP能明显减轻脂多糖源性与炎症相关的iNOS释放。Naito等[23]的研究表明,应用选择性iNOS抑制剂可减少IIRI。还有研究发现,应用 NO供体如FK 409[24]可减轻 IIRI。临床上把吸入NO气体作为一种新兴的医疗技术,用于改善吸入性损伤患者的心功能,因此可考虑应用吸入性NO防治IIRI。但NO作为气体,其剂量不容易控制,且其生理浓度存在个体差异,故该方法尚待进一步深入研究。

7 以肠淋巴途径为靶标的防治措施

研究发现,休克、创伤、烧伤等危重病患者肠道屏障功能障碍,细菌/内毒素移位,它们主要通过肠淋巴途径到达全身。针对肠淋巴途径在IIRI发病学中的作用,有研究者采用夹闭大鼠肠系膜动脉 45 m in、开夹再灌注2 h,导致了肺内PMN聚集、微血管通透性增加,而结扎大鼠胸导管可减轻IIRI及与其相关的肺损伤[25],并降低血清中IL-1β和IL-10的含量[26]。结扎肠系膜淋巴管,可提高IIRI引起的肠系膜动脉闭塞性(SMAO)休克大鼠的存活率[27]。Cox等[28]的研究显示,狗IIRI后心肌含水量增加,髓过氧化物酶增多,而淋巴液转流狗,其心脏的上述指标均接近基础值。这些研究结果表明,IIRI及远隔器官损伤与病理状态下肠淋巴液经淋巴途径转运肠源性细菌/内毒素及炎症因子有关。笔者所在研究所曾以IRI概念为基础,将“夹闭肠系膜淋巴管、阻断淋巴液回流1h,再行淋巴液灌注”称为“肠淋巴再灌注”(Mesenteric Lymph Reperfusion,M LR),首先提出了M LR这一新概念。之后的实验进一步证实了M LR可加重SM AO休克导致远隔器官损伤[29],其机制与MLR加重炎症反应和自由基损伤等因素有关[30];我们的实验结果表明,在IIRI导致SMAO休克发病学中,有无 MLR,对机体的影响存在巨大的差别;进而提示临床在IIRI的防治策略中,应充分考虑肠淋巴途径的发病学作用,对可能引起IIRI的诸多治疗措施,均应防止淋巴管挤压及其后的再灌注,这对预防IIRI导致远隔器官损伤、提高治愈率具有重要临床意义。

总之,随着IIRI机制的逐步阐明,IIRI的有效防治有了明确方向。但还需要寻找多角度、多靶点的干预措施,同时注意炎症因子及肠淋巴途径的双相作用,以期更有效地防治IIRI。

本文第一作者简介:

刘争杰(1982～),女,汉族,硕士研究生,研究方向为危重病基础与临床

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