乌司他丁在神经外科的应用进展

王开磊

乌司他丁（ulinastatin，urinary trypsin inhibitor，UTI）是从人体尿液中分离纯化的一种胰蛋白酶抑制剂。1909年，Beuer和Reich第一次报道了人体尿液中存在这种胰蛋白酶抑制剂，其分解形式的低分子成分也具有很强的抑制水解酶的作用[1]，对细胞膜、溶酶体膜有明显的稳定作用，临床上主要用于治疗急性胰腺炎、急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征、多器官功能障碍综合征以及大中型手术围手术期的器官保护等。近年来，UTI在神经外科的应用也日趋增多。

1 乌司他丁的结构与理化性质

UTI是含有143个氨基酸组成的蛋白质，N端为丙氨酸，C端为亮氨酸，在第10位丝氨酸和45位天冬酰胺上有糖链，丝氨酸上的O－糖苷链中含有多个硫酸软骨素单元，分子量约为67 000 D，具有三个功能域构成，包括O连接糖基化区域（Ala1－Lgs21），N 端 Kunitz 型结构域 I（Lys22－Arg77）和具有胰蛋白酶抑制活性的C端Kunitz型结构域Ⅱ（Thr78－Leu143）。乌司他丁的酶抑制活性主要存在于主体蛋白骨架中的Kunitz型结构域，有很广的抑酶谱，且不完全重叠。能抑制胰蛋白酶、α-糜蛋白酶、透明质酸酶、弹性蛋白酶、组织蛋白酶G等多种水解酶的活性[2]。O连接糖基化区域主要是稳定细胞膜和溶酶体酶的生理功能[3]。

2 乌司他丁的药理学特性

UTI来源于人体，无免疫原性，安全性高，其生物利用度为100%。健康男性30万U/10 ml静脉注射后在肝、肾中迅速积累，5 min达到峰值，消除半衰期约为40 min，主要通过肾脏代谢，给药后12 h，绝大部分通过尿和粪便排出体外。UTI具有广谱的酶抑制作用，能抑制胰蛋白酶、α-糜蛋白酶、透明质酸酶、弹性蛋白酶、组织蛋白酶G、磷脂酶A2、脂肪酶等，还能稳定溶酶体膜，抑制清除氧自由基，阻断内源性休克因子如心肌抑制因子（myocardial depressant factor，MDF）的生成，抑制多种炎症介质如肿瘤坏死因子 （tumor necrosis factor，TNF-α）、 血小板活化因子 （platelet activating factor，PAF）、白介素（interleukin，IL）IL－1、IL－6、 IL－8、髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPD）等产生和释放。还具有免疫调节作用，对多种脏器有保护作用，并参与抑制肿瘤的侵袭和转移[4]。

3 乌司他丁在神经外科中的应用

3.1 颅脑损伤 严重颅脑损伤后早期自身免疫系统广泛抑制，易诱发颅内细菌、病毒和寄生虫感染，影响患者的临床病情演变和预后[5－8]；脑组织水肿、脑血管痉挛，导致颅内压升高，脑血流量减少，引起脑缺血、缺氧；血脑屏障破坏，中性粒细胞、单核、巨噬细胞和T淋巴细胞侵入到损伤区，释放炎性介质，如 IL－1、IL－6、肿瘤坏死因子，导致神经炎症反应，神经元受损[9－13]。颅脑损伤是一个复杂的生理病理过程，之中缺血、缺氧是一个重要环节，炎症、免疫功能障碍在这之中也扮演了很重要的角色[14]。颅脑损伤往往合并有其他器官的损伤，进一步加重了病情。

杜杭根等[15]在应用UTI治疗创伤性颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）过程中，发现UTI治疗组预后良好率较对照组高（P＜0.05），可以成为治疗TBI的一种辅助用药。UTI治疗TBI的机制是：①抑制炎症因子的产生和释放：UTI具有广谱的酶抑制作用，能抑制胰蛋白酶、α-糜蛋白酶、透明质酸酶、弹性蛋白酶、组织蛋白酶G、磷脂酶A2、脂肪酶等；另外，UTI分解形成的低分子量成分也具有很强的抑制水解酶的作用，谢康等[16]在应用UTI治疗严重烧伤大鼠动物实验中，发现其血清中致炎因子IL-1β、IL-6和TNF－α较对照组明显下降（P＜0.01）。与孙来芳等报道的UTI影响严重脓毒症大鼠 IL-1O、TNF－α、IL-1β 水平的研究一致。通过抑制 TNF－α、IL-1β分泌从而减轻组织损伤，中断炎症激活的恶性循环，避免TBI后SIRS进一步向MODS发展。IL－1可促进小胶质细胞增生，形成神经瘢痕和空洞形成，导致神经元再生和功能障碍，IL－6的暴露是脑损伤和神经变性的一个共同特征，IL－6可上调组织相容性抗原（MCH Ⅱ）表达和吞噬细胞的活性，使脑细胞神经元功能受损；②抑制产生和释放ET：章国军等[17]在应用UTI治疗重型颅脑损伤中，发现血浆内皮素水平较对照组明显降低；ET是机体在严重缺血、缺氧下由血管内皮细胞分泌产生的一种内源性致伤因子，具有强烈的缩血管效应，可导致脑血管痉挛，还可激活细胞膜上的磷脂酶A2，刺激花生四烯酸代谢过程中氧自由基产生，破坏细胞膜，引起脑水肿；③减少氧自由基的生成：UTI可稳定溶酶体膜，改善血管通透性，减少氧自由基的生成并能加快氧自由基的消耗和破坏，临床试验证实应用UTI后，SOD升高，Clausen等[13]认为氧自由基抑制剂在血管内皮水平影响T淋巴细胞和中性粒细胞渗入到脑组织损伤区，可以提高TBI的预后；④改善脑组织血液循环：UTI能稳定溶酶体膜，抑制清除氧自由基，阻断内源性休克因子如MDF的生成，可以提高脑组织灌注压，改善脑组织缺血、缺氧；江莲等[18]在参麦、UTI对大鼠脑缺血再灌注损伤保护作用的研究中发现UTI可以改善血液循环，减少脑血管内血栓形成，减轻脑组织损伤，而脑血管内微血栓形成是引起继发性颅脑损伤的重要原因；⑤脑保护作用：田文智等[19]在UTI与高渗盐水单独或联合预处理对大鼠脑缺血再灌注的影响中证实UTI可以减少脑组织损伤，其机制可能为通过抑制水肿区域单核-巨噬细胞、中性粒细胞过度释放的炎性介质以及阻断缺血，再灌注时钙超载所致的磷脂酶激活途径，保护脑细胞，减少脑细胞凋亡；UTI能减少缺血对运动神经传导速度 （motor nerve conduction velocity，MNCV）的影响，并能抑制迟发性神经细胞死亡；UTI还能够减少海马区神经细胞凋亡，促进学习记忆功能的改善，改善脑损伤患者的预后；刘瑶等[20]报道了UTI能减少体外循环心脏手术患者脑内IL-6和IL-8的浓度，从而对脑组织有保护作用。

3.2 颅内肿瘤 UTI在治疗颅内原发性肿瘤中的作用，目前还没见到有关于这方面的临床报道。但Hiroshi等[21]报道在体外研究中，UTI有参与抑制肿瘤的侵袭和转移作用，对人们有一定的参考意义。笔者认为UTI可以成为治疗颅内转移性肿瘤的辅助手段。其中的治疗机制可能与以下几方面有关：①在体外研究中，Hiroshi等[21]发现人卵巢癌细胞(HOCIcells)、人绒毛膜细胞（SMT－cells）、鼠 Lewis 肺癌细胞（3LL cells）的细胞膜表面存在着乌司他丁受体，可与UTI结合，从而阻止肿瘤细胞向远处转移和扩散，但能否与颅内原发性肿瘤细胞结合，目前尚未有人报道；②抑制纤溶酶、透明质酸酶、中性粒细胞弹性蛋白酶的活性，抑制肿瘤向周围扩散及远处转移，在动物实验研究中，有人发现UTI可抑制和阻止鼠Lewis肺癌细胞侵犯周围组织和侵入血管内皮基质，从而阻止肿瘤的扩散和转移；③保护血管内皮细胞，改善血液循环，减少转移瘤细胞对脑血管壁的粘附和侵犯：Okumura等[22]发现UTI可以减少IL-1β和TNF－α诱导的细胞间粘附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和内皮细胞白细胞黏附分子-1 （endothelial leukocyte adhesion molecule-1，ELAM-1）表达。

3.3 脑血管病 UTI在治疗动脉瘤、脑血管畸形方面还没有文献报道。文献报道了UTI在高血压脑出血、脑梗死和全脑缺血再灌注中的应用，并且取得良好效果。龙威等[23]报道了UTI在高血压脑出血中的应用，在2个月时的随访表明治疗组患者的GOS评分、语言运动功能评级和生活质量评分优于对照组（P<0.05）。 治疗组住院病死率（18.0%，11/61）低于对照组（29.8%，17/57），两组比较差异有显著性（P<0.05）。 认为UTI治疗高血压脑出血的机制是：①通过抑制水肿区域单核-巨噬细胞、中性粒细胞过度释放的炎性介质以及阻断缺血、再灌注时钙超载所致的磷脂酶激活途径，保护脑细胞，减少脑细胞凋亡；②UTI能减少缺血对运动神经传导速率（MNCV）的影响，并能抑制延迟性神经细胞死亡；③UTI能够抑制自由基生成，保护神经元与血管功能，减轻细胞损伤，保护细胞器，稳定生物膜，从而抑制缺血、再灌注导致的脑细胞凋亡，减轻脑水肿；④还能够减少海马区神经细胞凋亡，促进学习记忆功能的改善，改善脑损伤患者的预后。

季云秋等[24]报道了用UTI治疗急性脑梗死中观察到治疗组在病情稳定时间、并发症发生率、器官衰竭发生率、平均住院天数、病死率方面都好于对照组，且有统计学差异。认为UTI治疗脑梗死的机理主要是：UTI能够抑制脑梗死后炎症细胞的侵入及炎症细胞释放的炎症因子所导致的神经损伤。

陈伟峰等[25]在UTI对大鼠全脑缺血再灌注的研究中发现UTI可通过抑制核转录因子（NF－kB）的表达，抑制炎症反应而保护脑组织。

综合上述观点，笔者认为UTI在治疗脑血管病中主要的作用和机制为：①UTI减少脑组织缺血/再灌注时炎症介质的释放，抑制中性粒细胞的粘附和浸润：动物实验也表明UTI可抑制器官缺血－再灌注过程中细胞因子 IL－6、IL－8、TNF－α、核转录因子（NF－kB）的过度生成，减轻神经炎症反应引起的神经元受损；②UTI可拮抗中性粒细胞释放的组织毒性物质：主要包括毒性氧自由基和蛋白酶，减少细胞毒性作用带来的神经损伤；③UTI的膜稳定作用，减轻了细胞缺血－再灌注时细胞结构的破坏，从而保护了脑组织；④抑制心肌抑制因子（MDF）、血小板活化因子（PAF）、细胞粘附因子（ICAM－1）的表达，改善脑组织缺血、缺氧状态。

3.4 颅脑手术围手术期的脑保护作用 胡珏等[26]对颅底显微手术患者应用UTI，发现颅底显微手术对机体免疫有抑制作用，而UTI可以改善机体免疫。笔者认为UTI在颅脑手术围手术期中的作用机制是：①对于术前身体状况较差患者，UTI可改善术前的负氮平衡，提高机体免疫力和吞噬细胞的功能，提高机体对手术的耐受能力；②UTI通过抑制各种水解酶和清除自由基及控制炎症介质的释放，可减轻麻醉对脑组织的损伤和抗手术侵袭的作用；③UTI可帮助患者手术后免疫功能尽快恢复正常。

总之，UTI作为一种内源性蛋白酶抑制剂，无免疫原性。可以抑制TBI后的SIRS，减轻神经元损伤，减少并发症的发生，改善预后；可以抑制转移瘤侵犯CNS；可提高高血压脑出血、脑梗死、脑缺血/灌注损伤的预后；可在颅脑手术时减轻麻醉对脑组织的损伤和抗手术侵袭的作用、促进术后恢复。UTI在神经外科有很好的应用前景。

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