已酰半胱氨酸对造影剂肾病的抗氧化预防作用

向 群 综述，陆士娟 审校

（海口市人民医院心内科，海南 海口 570208）

近年来由于人民卫生事业的发展，人民平均期望寿命延长，生活水平提高，滋长的不健康的生活方式使冠心病相对和绝对发病率提高，现已成为导致人口死亡的主要原因之一[1]。随着近年来迅速崛起的心脑血管介入治疗学和外周放射介入治疗以及多种医学影像学检查技术的发展，含碘造影剂及对比剂大量应用于临床，由此引起的急性肾损伤已成为不可忽视的临床问题。故及时发现有效预防造影剂肾病(CIN)的措施显得尤为重要。

大量临床和动物实验证明，造影剂肾病的发生机制与造影剂引起肾组织内血流动力学异常，缺血、缺氧、氧化应激和造影剂本身的高渗透压、黏滞度对肾小管上皮细胞的直接毒性作用有关，最终导致肾小管上皮细胞凋亡、坏死。其中氧的代谢异常在造影剂肾病的发生发展中起到举足轻重的作用。基于这样的认识，可应用抗氧化疗法预防造影剂肾病。NAC作为广泛应用于欧洲的一种黏液溶解药，自发现其对扑热息痛中毒具有解毒作用后，它对活性氧损伤性疾病的治疗作用受到了重视[2]。

1 造影剂肾病与氧化应激

造影剂肾病是指使用造影剂48 h内发生的无其他原因可解释的急性肾功能损害性疾病，通常以血清肌酐上升超过5 mg/L或较造影前的基础水平升高超过25%为诊断标准[3-4]。目前公认的CIN危险因素常见的有慢性肾功能不全、糖尿病、充血性心力哀竭、高龄(＞75岁)、围手术期血流动力学不稳定、大量的应用对比剂等[5-6]，且危险因素具有累加效应，危险因素数量越多，发生CIN的危险越高[7-8]。在普通人群，发生率低于1%，但肾功能受损的人群为7%～8%，肾功能受损合并糖尿病的患者发病率高达50%[9]，CIN后约1%的患者行血液透析，其中需要长期透析者为13%～50%[10]。随着我国逐渐进入老龄化社会，更多的患者伴有慢性病，如动脉粥样硬化、肾功不全、糖尿病、充血性心衰等，造影剂肾病已成为院内获得性急性肾功能衰竭的第三大主要原因[11]，CIN不仅可导致急性肾衰竭，而且也会延长患者住院时间，增加患者的治疗费用，并存在较高的死亡风险[12]。2009年对比剂肾病中国专家共识的发布成为指导临床造影剂应用的重要参考[9]，共识认为CIN的预防措施策略主要包括5个方面：危险分层、静脉水化、药物预防、血液透析和对比剂的合理使用。造影剂肾病是多因素共同作用的结果[13-15]，目前认为与以下因素有关：①造影剂对肾脏的直接化学毒性(离子性、含碘物质)；②造影剂影响肾血流动力学，造成肾髓质外层血流量减少，血浆内皮血管收缩素增高，出现肾髓质低氧、缺血损伤和肾小管细胞死亡；③造影剂的高渗性导致近端肾小管细胞质的空泡形成，还可导致渗透性利尿和肾性贫血，尤其在容量不足的情况下造影剂可促进尿酸的产生，尿酸的沉积和Tamm-Horsfall蛋白堵塞肾小管加重了肾小管损伤，最终导致肾小球滤过率降低，最终肾衰竭；④氧化应激是导致内皮功能损伤的重要因素，可导致肾细胞损伤和细胞死亡，特别是细胞凋亡。在上述基础上，继发的氧化应激、炎症等在对比剂肾病中扮演了非常重要的角色。有证据表明，氧自由基及脂质过氧化参与了造影剂肾病的病理生理过程[16-18]，渗透压的升高能启动活性氧(ROS)的产生[19]，而造影剂可通过影响肾内渗透压进而影响肾功能[20]，Bakris等[16]在犬内注射造影剂，发现ROS产生增加，另外，不管是阻止氧自由基合成还是促进其分解的药物均能使肾小球滤过率增大，从而改善肾功能。Zagerd等[21]发现，细胞氧化应激为CIN的独立致病因素。其次丙二醛(Malondialdehyde，MDA)是氧化应激标志物，注射对比剂后发现尿MDA/血清肌酐(Scr)的比值增加，表明肾脏自由基产物增加，高浓度的氧自由基对肾小管细胞有毒害作用，导致氧化应激及蛋白质损害[22-23]。

近年来有不少实验研究表明，在造影剂刺激下，细胞原有的氧化还原平衡被打破了，细胞产生氧化应激ROS产生增加，而过量的ROS是诱导人肾小管上皮细胞HK-2细胞凋亡的重要机制之一[24]。文献报道ROS是细胞凋亡中的第二信使[25]，在刺激信号作用下，ROS升高，使p53磷酸化。p53是Bcl-2和Bax的上游调节基因。当p53与Bax启动子中p53的结合位点结合后上调Bax下调Bcl-2的表达，使线粒体释放前凋亡分子Cyt C和凋亡诱导因子，激活Caspases家族而促进凋亡Bcl-2。可通过抑制ROS和(或)ROS引起的脂质过氧化来抑制凋亡[26-27]。凋亡的内源性途径通过Bcl-2家族与线粒体途径紧密相关。这些蛋白分子调节线粒体外膜渗透性控制Cyt C释放[28-29]。文献报道造影剂可引起线粒体损伤Cyt C释放，导致肾小管上皮细胞受损[30]。也有文献报道了造影剂参与调节p53活化及p53磷酸化，使细胞色素C从线粒体释放至细胞浆这一现象[24]。进一步研究发现造影剂上调Bax的表达，抗凋亡蛋白Bcl-2表达减少，线粒体渗透性和膜电位改变而致线粒体功能障碍Cyt C释放到胞质，从而激活Caspase家族，导致细胞凋亡。而抗氧化剂NAC能减低造影剂上调的Bax蛋白的表达，阻止Bcl-2的下调。抗凋亡基因Bcl-2表达增加可通过抑制ROS升高和(或)抑制ROS引起的脂质过氧化而发挥作用，从而减少Caspase-3活化，避免ROS导致的细胞损伤及凋亡，进一步证明氧化应激在造影剂诱导HK-2凋亡中的重要作用。

2 N-乙酰半胱氨酸的抗氧化功能

对NAC的研究开始于20世纪60年代，常常被用来辅助研究自由基在体内外的生物化学作用。它是左旋半胱氨酸的天然衍生物，分子量为163.29 g/mol，分子式为C5H9NO3S，分子内含有活跃的-SH基团，所以具有还原二硫化物的功能，以往广泛应用于慢性阻塞性肺疾患祛痰的辅助治疗，疗效好且毒副作用小[31]。人口服或静脉注射NAC后，可迅速被吸收，进人体内后脱去乙酰基变为半胱氨酸，但它在通过肠黏膜及肝脏时经受灭活代谢，生物利用度仅为10%，它的半衰期较短，为5～6 h，用药1 h后，血浆中的NAC主要与血浆蛋白结合，以蛋白复合物的形式存在，12 h后尚有少量存留在体内。

近年来，NAC的抗氧化活性受到了重视。许多研究结果显示了它的抗氧化和细胞保护作用。NAC可促进谷胱甘肽的合成，在谷胱甘肽循环中可激活多种酶，当器官或组织发生氧化应激损伤时，可以补充体内的抗氧化物质，发挥抗氧化作用及抗药物和毒物损伤能力，维持氧化/抗氧化平衡，达到防止细胞损伤的目的。乙酰半胱氨酸通过消除氧自由基降低其聚积能力，减少细胞损伤[32]。NAC分子中的活性巯基(-SH)，可通过氧化还原反应及与氧自由基亲电子基团直接作用，对体内氧自由基(超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基等)具有明显的拮抗、发挥抗自由基损伤，维护钙稳态等重要作用。由于NAC易进入细胞内，对能透过细胞膜与多种细胞成分(如蛋白质、DNA、氨基酸等)反应、导致细胞损伤坏死的氧自由基(H2O2、OH)具有抑制、清除作用。乙酰半胱氨酸可促进一氧化氮生成，提高一氧化氮生物活性，通过与其结合形成更稳的化学形式S2亚胱基，而S2亚胱基具有扩血管作用。NAC由于在体内能激活体内鸟苷酸环化酶，升高血浆环磷酸鸟苷酸(cGMP)水平[33]，故能作为NO分子载体并增加体内NO的生物利用度，发挥NO生理效应，促进收缩的微循环血管扩张，有效增加血液对组织氧的输送和释放，纠正组织缺氧，防止细胞进一步死亡。NAC的NO效应尚表现在抑制血小板凝集，防止粘连，抑制细胞释放细胞因子、肿瘤坏死因子、白三烯类、白细胞介素21、白细胞介素26、血小板活化因子、超氧阴离子及过氧化氢等。NAC可抑制细胞死亡通道，修复并挽救氧化反应所致的濒死细胞，另外还可通过清除自由基的同时增加GSH含量，从而抑制细胞凋亡水平。

3 N-乙酰半胱氨酸对造影剂肾病的预防作用

CIN缺乏明确的治疗手段，CIN中国共识为临床医生提供了降低CIN风险的策略[9]，首先要遵循最新指南并参考循证依据，及时发现高危人群并评估风险，停用肾毒性药物，其次，在渗透压相等的情况下，优先考虑粘滞度较小的造影剂，对高危患者，减少造影剂的用量，较为复杂的介入手术，可以分次手术以免短时间内使用大量造影剂，最大造影剂用量=5 ml×体重(kg)/基础肌酐(mg/dl)。基于循证医学依据，目前主要采取预防方法，包括水化治疗、抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸、小剂量多巴胺、钙通道阻滞剂、腺苷受体抑制剂、利尿剂，非诺多泮、内皮素受体抑制剂、预防性透析、血液滤过等[34]。其中抗氧化剂乙酰半胱氨酸对造影剂肾病的预防作用已成为学者们关注的焦点。

NAC在20世纪60年代首次被临床应用，Tepel等[35]对83例病人进行增强CT扫描(病人血清肌酐＞1.2 mg/dl，肌酐清除率＜50 ml/min)，所有患者均接受碘普罗胺75 ml并静脉注射0.45%生理盐水，按1 ml/kg速度输注(术前12 h及及术后)，按随机、双盲原则分别给予NAC 600 mg口服，1 d两次和安慰剂(CT扫描前一天及当天)，造影剂肾病定义为肌酐值上升0.5 mg/dl，结果显示10例患者发生了CIN，其中NAC组发病率为2%，安慰组为21%。NAC组平均血清肌酐值从2.5 mg/dl降至2.1 mg/dl，整个研究中无患者需要透析治疗，但仍有大部分患者在术后第6天仍出现肌酐上升，NAC的耐药性比较好，只有10%的胃肠不良反应报道。自Tepel等[35]向世人宣告NAC可减少进行造影增强计算机断层扫描患者CIN的发病率后，近几年中，进行过很多观察乙酰半胱氨酸预防高危患者发生CIN的研究，但各项实验数据显示结果并不一致。

有些前瞻性随机实验发现，乙酰半胱氨酸可以显著减少高危患者CIN的发生。Diaz-Sandoval等[36]研究了54例接受冠脉造影的患者(肌酐＞1.4 mg/dl，肌酐清除率＜50 ml/min)，所以患者接受静脉滴注0.45%生理盐水。按随机分组的方法随机分成两组，一组给予给予安慰剂，一组给予NAC处理。对比剂肾病定义为肌酐增加0.5 mg/dl或超过基础值25%。结果显示安慰组造影剂肾病的发生率为45%，NAC组为8%(P=0.05)。Kay等[37]研究了200名接受冠脉造影的香港患者(肌酐清除率＜60 ml/min)，按随机、双盲原则分为两组，一组按照Tepel方案给予NAC处理，另一组给予安慰剂处理，以肌酐较基础值上升25%为造影剂肾病诊断标准，NAC组发病率为12%，安慰组发病率4%(P=0.03)，同时发现NAC对糖尿病患者获益更大。其余包括Shyu等[38]、Baker等[39]的研究均表明NAC可降低患者肌酐值，对造影剂肾病有明显预防作用。另外张益民等[40]报道N-乙酰半胱氨酸还对老年冠心病患者CIN具有一定预防保护作用。中山大学附属第一医院肾脏病研究所张益民教授使用Mate分析的方法对那些取自BIOSIS+/RRM、MEDLINE、The Cochrane Library Databasea等资料库的随机对照研究进行分析，得出结论：与造影剂使用前的单纯使用水化疗法相比，乙酰半胱氨酸联合水化疗法可显著降低慢性肾衰竭造影剂肾病的危险。造影剂肾病的相对危险与造影剂的剂量以及原来的慢性肾衰竭的程度无关。

但也有研究结果显示NAC并不能减少CIN的发生。Auaqaband等[41]入选了123例进行冠脉造影的患者(肌酐＞1.6 mg/dl肌酐清除率＜60ml/min)，单盲法分为三组，一组给予单纯生理盐水，一组给予菲洛多泮，一组按Tepel方案给予NAC，均为静脉注射，CIN定义为48 h内肌酐上升0.5 mg/dl，结果显示NAC组造影剂的发病率为17.7%，生理盐水组为15.3%，菲洛多泮组为 15.7%(P=0.919)；Boccalandro 等[42]入选了73例接受造影的患者(肌酐＞1.2 mg/dl肌酐清除率＜50 ml/min)按随机原则给予单纯静脉输注生理盐水和按Tepel方案给予NAV处理，结果显示对照组造影剂肾病发病率为13%，NAC为12%(P=0.84)；Briguori等[43]入选了更广泛的人群，患者为接受冠脉造影或外周血管造影的病人(肌酐＞1.2 mg/dl肌酐清除率＜70 ml/min)按随机原则给予静脉输注生理盐水及Tepel方案给予NAC处理，CIN定义为48 h后肌酐较基础值上升25%，NAC组(共92例)有6例发生了造影剂肾病，发生率为6.5%，对照组(共91例)有10例发生了造影剂肾病，发生率为11%(P=0.22)，Goldenberg等[44]、Vallero等[45]所做的研究均说明NAC对造影剂肾病无预防作用。

上述这些研究都是近年的结果，研究项目之多，可见NAC对CIN的预防作用是当今学者们的热点研究对象。由于目前的各项研究多为单中心，小规模的，且各实验设计之间存在明显的异质性，故各项研究并不能很好的分析NAC对CIN预防效果，在大规模的多中心前瞻性随机对照试验完成之前，NAC的作用仍存在争议。但由于NAC是安全，成本低的药物，以及目前还未出现可以代替其预防CIN的药物，NAC已在许多国家的造影患者中普遍使用。

4 结 语

对临床医生来说，对CIN的预防与治疗，因为其发生机制的复杂性而显得棘手，NAC在CIN预防的运用，国内外报道较多，但结论却不一致。目前关于NAC、NS、SB之间及其组合之间对CIN的预防效果的比较有很多，结论也不一致，所以我们尚需要多中心、大规模的试验来证实。但从NAC的巯基抗氧化复合物特性来看，它的长期使用具有可行性与安全性。通过对氧化应激、CIN病理机制及NAC作用机制的进一步探讨，有助于开辟其预防的新途径。

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