移植肾缺血－再灌注损伤与炎症和微血管病变

李 雪 综述 孙启全 审校

缺血－再灌注损伤(IRI)指缺血组织或器官重获血液灌注或氧供后损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤。移植肾早期不可避免地存在IRI，它可引起移植肾原发性无功能、移植肾功能延迟恢复，同时还与免疫因素协同作用引起急性排斥反应，严重者可导致移植肾功能丧失［1］。

IRI的发生机制一直是研究的热点，尤其近年来随着我国心脏死亡供体捐献(DCD)工作的广泛开展，IRI作为影响DCD供肾近期和远期预后的重要因素更是备受关注。

IRI的发生机制尚未完全阐明，目前认为其重要发病环节与自由基损伤作用、细胞内钙超载、白细胞和微血管功能障碍有关。近年来炎症和微血管病变在IRI中的作用越来越受到国内外学者的重视。本文就目前缺血后间质炎症和微血管病变的研究进展及微血管病变在IRI治疗中的意义作一综述。

间质炎症

缺血首先影响肾小管上皮细胞的功能和结构，严重者肾小管上皮细胞坏死。缺血－再灌注除导致肾小管上皮细胞损伤外，还导致肾间质炎症和微血管病变，后者是IRI引起肾功能障碍的关键。

Kielar等［2］认为，炎症过程始于血管内皮损伤和肾小管细胞功能障碍，一系列的免疫调节细胞因子，包括白细胞介素 1(IL－1)、IL－6、IL－8、转化生长因子 β(TGF－β)、肿瘤坏死因子 α(TNF－α)和单核细胞趋化蛋白1(MCP－1)，分别释放入肾组织和血液循环。2005年，Leemans等［3］发现 Toll样受体 2(TLR－2)是肾脏缺血后炎症反应的重要调节性受体。肾小管上皮细胞在急性缺血时TLR－2表达增多，而灭活TLR－2对小鼠急性缺血性肾损伤有保护作用。敲除 TLR－2(TLR－2－/－)小鼠肾组织MCP－1、TNF－α、IL－6和IL－1等细胞因子的表达及中性粒细胞的浸润数量均显著减少。最近有研究表明，TLR－4对肾脏缺血后IL－6 的 产 生 起 关 键 作 用［4］，只 有 表 达 TLR－4(TLR－4+/+)大鼠体内的白细胞可对高速泳动族蛋白B1(HMGB1)应答产生IL－6，而缺血后血清中IL－6水平升高与急性肾损伤(AKI)和死亡风险增高有关［5］。将 TLR－4－/－小鼠的白细胞转移至 TLR－4+/+小鼠体内，对后者的肾脏功能无明显影响。

缺血后肾组织中特定的炎细胞浸润是肾脏IRI的标志。中性粒细胞、巨噬细胞、自然杀伤(NK)细胞和不同亚型的T细胞迁移到间质调节炎症反应［6］。中性粒细胞是缺血后最早在管周毛细血管、间质甚至肾小管聚集的细胞［6］，清除组织中浸润的中性粒细胞对一些动物缺血性肾损伤有保护作用［7］，但其临床意义仍未得到证实。巨噬细胞也参与缺血性肾损伤，但其活化依赖T细胞。T细胞在肾脏IRI中的作用目前仍存在争议。Mombaerts等［8］发现nu/nu裸小鼠不产生 CD4+和 CD8+的 T细胞，其较野生型(WT)小鼠更能耐受缺血，而对其选择性地输入CD4+T细胞可导致其缺血后肾功能迅速恶化，Rag－1基因敲除的小鼠淋巴器官较小，没有成熟的B细胞和T细胞，也有较强的缺血耐受能力。选择性输入WT小鼠CD4+细胞会逆转Rag－1基因敲除小鼠的缺氧耐受，这主要与WT小鼠CD4+细胞产生 γ 干扰素(INF－γ)有关［9］。而 CD4+/CD25+调节性T细胞(Tr细胞)对IRI呈保护作用，Lee等［10］观察Tr细胞在顺铂诱导的AKI中的作用后发现，对nu/nu裸小鼠输注Tr细胞可减轻肾小管上皮细胞损伤，降低组织中TNF－α水平从而提高其生存率。以上研究表明，CD4+T细胞既可加重IRI，也可呈保护作用，这种双重调节作用与INF－γ和 IL－4的产生不平衡有关［11］。总之，T细胞参与IRI的机制非常复杂，各亚型T细胞对缺血后肾脏修复有不同的意义。

选择性清除B细胞对缺血导致的肾脏结构损伤具有保护作用，将B细胞清除的小鼠血清置换为WT小鼠血清，其保护作用将消失，目前还不清楚这种效应是否与抗体之外的因素相关［12］。

NKT细胞指能够组成性表达NK细胞表面NK1.1分子和T细胞受体TCR－CD3复合受体分子的T细胞。NKT细胞可识别不同靶细胞表面CD1分子递呈的共有脂类和糖脂类抗原，且不受主要组织相容性复合体(MHC)限制。NKT细胞的主要生物学功能是细胞毒和免疫调节作用，可产生一系列的细胞因子，放大树突状细胞、T细胞、Tr细胞、B细胞和其他 NKT 细胞的效应［13］。Li等［14］研究 NKT细胞在小鼠IRI中的作用发现，肾脏缺血30 min后，NKT细胞和中性粒细胞聚集及组织中IFN－γ水平显著升高，清除组织中NKT细胞可使产生IFN－γ的中性粒细胞数量减少，减轻缺血后肾损伤。

IRI相关炎症的另一标志是补体系统的激活［6，15］。补体系统包括30余种可溶性蛋白和膜结合蛋白，主要由肝脏和巨噬细胞产生，是固有免疫应答的重要组成部分。补体的固有成分在不同激活物作用下分别循经典途径、凝集素途径或旁路途径被顺序活化。肾脏缺血再灌注可激活补体系统，小鼠主要由旁路途径激活［16］;人肾脏缺血时可见IgM与近端肾小管上皮细胞(PTEC)结合，从而通过经典途径激活补体系统［17］。补体活化过程中可产生多种具有炎症介质作用的活性片段，如C3a、C4a和C5a等，其中C5a在IRI中意义最大［15］。C5a是一种有效的趋化因子，可募集中性粒细胞、单核细胞和T细胞［6］。肾脏中C5a受体在肾小管上皮细胞和间质巨噬细胞中表达［18］，IRI可使在近端肾小管的C5a受体表达增加［19］。抗C5a的单克隆抗体可缓解中性粒细胞和巨噬细胞浸润，从而保护缺血后小鼠的肾脏［19］。

针对间质炎症治疗肾脏IRI的研究已取得很大的进展。IL－10可通过抑制Th1细胞的功能缓解IRI［20］;抗 IL－6 单克隆抗体则通过抑制促炎性介质的产生和中性粒细胞的浸润保护肾脏［21］。近年发现，松果体分泌的褪黑素除调节昼夜节律，还可作为清除氧族和氮族自由基的高效抗氧化剂，显著减轻自由基的损伤［22］。同时，褪黑素可抑制促炎性基因的活化从而缓解缺氧后的肾损伤，此外，褪黑素还可增加促红细胞生成素的作用，增强组织对缺氧的耐受［23］。

以上研究尚处于动物实验阶段，离临床应用仍有一定距离。值得注意的是，在研究和治疗肾脏IRI时需谨记IRI不是单纯的肾小管疾病或者血管疾病，也是一种严重的炎症过程。缺血后肾脏间质炎症也参与IRI微血管病变的发生。

肾脏IRI微血管病变

动物实验与临床观察发现，去除缺血原因，缺血区并不能得到充分的血液灌注，此现象称为无复流现象，是IRI微血管病变的主要表现。

激活的中性粒细胞与血管内皮细胞相互作用可造成IRI［1］。中性粒细胞释放大量的致炎物质，如活性氧、蛋白酶及溶酶体酶等，引发自身的膜结构、骨架蛋白降解等，甚至细胞死亡，从而导致微血管结构损伤。IRI早期，细胞内Na+、H+及Ca2+增加引起的细胞内渗透压升高与细胞膜结构损伤、膜离子泵、离子通道蛋白功能障碍共同导致血管内皮细胞肿胀、微血管管径狭窄［1］。微血管结构损伤，使其通透性增高，引发组织水肿、血液浓缩，进一步促进缺血再灌注组织的无复流现象发生。同时，白细胞从血管内游走至细胞间隙，释放大量致炎物质造成周围组织细胞损伤［7］。

近年来研究表明缺血后管周毛细血管内皮细胞功能障碍(ED)是影响IRI肾脏功能恢复的重要因素之一［24］。缺血后ED参与急性缺血性肾损伤的最初证据来自1972年Flores等［25］的研究，大鼠在肾动脉夹闭后血管内皮细胞肿胀，在动脉血流开放后出现持续的低灌注，内皮细胞肿胀是无复流现象的重要原因。利用甘露醇溶液使细胞外液高渗透压可在一定程度上减轻内皮细胞肿胀，从而缓解肾脏缺血后损伤。

目前普遍认为缺血后ED是一种广泛的细胞功能障碍综合征，主要由于内皮细胞通透性增加，其表达的不同类型的细胞黏附分子［P选择素、E选择素和细胞间黏附分子1(ICAM－1)］增多造成，以细胞肿胀为主要表现。两种选择素和ICAM－1介导淋巴细胞和内皮细胞间相互作用，这是淋巴细胞经血管迁移的前提。抑制选择素和ICAM－1可缓解肾脏IRI损伤［26］。Basile 等［27，28］研究表明，缺血后 ED 可导致急性肾功能障碍，对IRI后肾脏的长期预后也有影响，急性肾缺血可导致管周毛细血管的持续性损伤。

针对缺血后ED的治疗为IRI提供了一种新的疗法［29］。Yamamoto 等［24］首先证实此种治疗方法有效，无免疫活性的裸鼠全身注射人成熟内皮细胞(人脐静脉内皮细胞，HUVECs)可缓解其缺血性肾脏损伤。体内观察显示缺血后毛细血管内皮细胞肿胀，微血管灌注在缺血24h后方可恢复正常。HUVECs可显著改善内皮细胞肿胀，使肾脏结构和功能迅速恢复。组织学观察证实注入的细胞部分混入肾小管周围小血管的内皮细胞层。内皮细胞治疗等针对缺血后ED的治疗是IRI的有效疗法，但也存在许多问题。对急性缺血性肾损伤而言，HUVECs作为外源性细胞的免疫原性及其短时间内的来源是目前无法解决的两个最主要问题。但对肾移植IRI，由于移植前有相对充裕的准备时间及移植后免疫抑制剂的应用，有望解决以上问题。因此，缺血后ED的治疗在肾脏移植IRI治疗的前景非常广阔。

近年来内皮祖细胞(EPC)在缺血性疾病中研究进展很快。1997年Asahara等［30］首次在成人外周血中游离出来源于CD34+单核细胞的细胞，将其命名为EPC，还发现将EPC输入有免疫缺陷的成熟动物体内能促进新生血管形成。Lapergue等［31］进一步研究发现EPC是成体干细胞的一种，在分化过程中逐步失去干细胞的特征成为成熟的内皮细胞，在损伤后内皮修复和血管生成过程中发挥重要作用。EPC是一种多能干细胞，既能黏附、增生并分化为血管内皮细胞来修复损伤的血管，又能以血管新生的方式形成新的血管结构。缺血可以诱导自身EPC动员至缺血组织形成新生血管，而EPC细胞移植也可促进缺血组织血管新生［32］。EPC对缺血性肾损伤有保护作用。Duffield等［33］研究显示，移植的EPC在IRI损伤小鼠肾小管管周血管部位分化为内皮细胞，Ma等［34］还发现，EPC具有抗纤维化作用，可改善AKI的预后。由于EPC在体外增生能力有限，很难在体外培养扩增，同时也难以避免细胞衰老和表型改变，因此限制了其在临床广泛应用。另外，在对EPC行基因修饰时，由于载体随机整合到宿主基因中，可能潜在增加宿主自身基因表达改变的风险［34］。随着研究的深入，EPC治疗IRI指日可待。

小结:IRI是影响移植肾早期恢复和远期预后的重要因素，与间质炎症和间质微血管病变关系密切。缺血后微血管病变以内皮细胞肿胀和随之而来的微血管闭塞为特征，可导致无复流现象。HUVECs和EPC的研究为移植肾IRI的治疗提供了新思路。随着基础和临床研究的不断深入，对炎症和微血管病变的干预有望改善移植肾IRI，提高边缘供肾的利用率和肾移植的成功率，延长移植肾生存时间。

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