肝缺血再灌注损伤的机制及其预防

何剑戈，任爱红，施懿诚，侯小漫，赵义鸽

良好的血液循环是组织细胞获得充足的氧供和营养物质并排出代谢产物的根本保证。各种原因造成组织器官血液灌流量减少时发生缺血性损伤，而恢复血液灌流后，细胞功能代谢及结构破坏反而加重，这种缺血组织或器官重获血流灌注或氧供后对组织和器官所产生的损伤作用称为缺血-再灌注损伤(ischemia reperfusion injury)[1]。肝脏移植、肝部分切除手术、处理严重的肝脏外伤时，都需要暂时性阻断肝血流，重新恢复血液供应后，可造成肝的缺血再灌注损伤(hepatic ischemia reperfusion injury，HIRI)。再灌注损伤是致手术后肝脏功能衰竭的重要原因之一。其病理生理过程复杂，迄今尚无明确认识，故对其发生机制的研究已成为医学界关注的热点，如何减轻肝缺血与再灌注损伤亦是目前肝脏外科特别是肝移植外科的研究热点之一。

1 肝缺血再灌注损伤的机制

1.1钙超载正常生理条件下，肝细胞依靠 Na+/Ca2+交换系统 、H+/Ca2+交换系统、膜钙泵主动转运和膜Ca2+的低通透性维持胞内钙的动态平衡，细胞内外Ca2+浓度存在着较大的梯度，细胞内低Ca2+浓度是维持细胞正常生理机能的前提，各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构受损和功能代谢障碍的现象称为钙超载。缺氧使ATP含量下降，细胞膜上的Na+-K+-ATP 酶活性降低，细胞内Na+上升,激活 Na+/Ca2+逆向转运蛋白,大量Ca2+运入胞内,出现Ca2+超载；缺血缺氧时引起细胞膜通透性增加,导致Ca2+被动扩散进入细胞增多；肝细胞线粒体结构和功能受损；细胞内质网Ca2+大量异常释放，造成细胞内Ca2+的重新分布，导致Ca2+内流增加，出现细胞内Ca2+超载。细胞内Ca2+超载是肝细胞损伤的关键机制之一。钙超载引起肝损伤的机理有以下几个方面，细胞内高浓度Ca2+可促使黄嘌呤脱氢酶向黄嘌呤氧化酶转化,从而为氧自由基的产生提供了催化剂。Kupffer细胞的钙超载是其被激活的根本原因，激活的Kupffer细胞可通过释放大量毒性介质而参与或介导肝脏损伤。此外内皮细胞的钙超载可导致肝内微循环阻抗增大,使再灌注微循环血液流量降低。

1.2代谢性酸中毒肝脏缺血缺氧时，线粒体内氧化磷酸化受到抑制，ATP主要来源于无氧酵解，肝细胞内ATP迅速耗尽，同时细胞内乳酸、酮体等的堆积，线粒体氧化磷酸化功能低下，导致代谢性酸中毒，pH值降低，抑制了磷脂酶、蛋白水解酶等pH依赖性酶类活性，减少其对细胞的损伤，可维持细胞的活性。当再灌注后pH值恢复正常，pH的改变可激活内皮细胞和Kupffer细胞内依赖的蛋白酶和磷酸脂酶，反而会促进细胞的死亡,加重缺血再灌注损伤，这种现象称为pH反常[2]。

1.3氧自由基生成过多氧自由基是一种由氧诱发的在外层电子轨道上含有单个未配对电子的化学，其具有高度不稳定性。在生理情况下，身体内氧自由基的产生和清除处于动态的平衡，对机体并无有害影响。肝缺血再灌注时主要通过黄嘌呤氧化酶系统、吞噬细胞系统、线粒体呼吸链、儿茶酚胺的自身氧化等途径来产生大量氧自由基。缺血再灌注引起细胞内Ca2+超载，激活Ca2+依赖蛋白酶促进黄嘌呤脱氢酶(XDH)向黄嘌呤氧化酶(XOD)转化,从而为氧自由基的产生提供了催化剂。 缺血缺氧，使ATP含量减少，钙进入线粒体增多，细胞色素氧化酶系统功能失调，电子传递功能障碍，产生大量的氧自由基；多形核白细胞受缺氧刺激，在活化时出现“呼吸爆发”，通过细胞膜上的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH) 氧化酶释放大量氧自由基[3]；内皮细胞和 Kupffer 细胞缺血再灌注时也会释放大量氧自由基。此外缺血使内源性抗氧化剂如超氧化物歧化酶失活或耗尽，超氧化物的清除减少[4-5]。氧自由基可通过以下机制损伤肝细胞：氧化细胞膜，改变膜的流动性和通透性；引起脂质过氧化反应，生成多种毒性很强的脂质过氧化物，直接损伤细胞；直接作用于肝窦内皮细胞膜，增加血小板及中性粒细胞的黏附、聚集，造成微循环障碍；直接氧化肝实质细胞核内DNA 双链结构，引起DNA突变而造成肝脏结构和功能的损伤。

1.4 Kupffer细胞的激活Kupffer细胞是位于肝血窦内的巨噬细胞，肝脏缺血再灌注后Kupffer细胞可被激活，激活的Kupffer细胞可释放氧自由基和多种炎性因子如 TNF、PAF 、 LT、IL等，增强肝窦内皮细胞黏附分子的表达,它们可促进白细胞、血小板与肝窦内皮细胞的黏附，从而加重内皮细胞的损伤与肝微循环紊乱。Kupffer细胞还能释放蛋白酶破坏Disse 间隙内托附肝窦内皮细胞的糖蛋白,使肝窦内皮细胞失去托附而流入肝窦内,这些进一步加重了微循环障碍,有研究表明应用Kupffer细胞活化抑制剂可明显减轻肝缺血再灌注损伤[6]。

1.5一氧化氮(NO)和内皮素(ET)浓度失衡NO是由血管内皮细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等多种细胞分泌的介质，能够舒张血管、调节微循环、抑制血小板聚集，抑制白细胞与内皮细胞的黏附，拮抗ET作用。ET是一种来源于内皮细胞并具有广泛生物学活性的多肽类物质，它可以通过激活磷脂酶及细胞膜离子通道从而收缩血管，血管收缩效应对ET具有剂量依赖性，在肝脏缺血再灌注过程中，肝窦内皮细胞合成及分泌ET的能力明显增强。ET增高一方面是因为缺氧及细胞浆内Ca2+浓度升高可促使内皮细胞产生ET，再灌注时期由门静脉进入肝脏内的肠源性内毒素也可刺激内皮细胞产生ET。ET浓度增高将导致微血管收缩、肝血流减少而引起肝脏微循环功能障碍，继而导致肝细胞的损伤。研究发现，在肝缺血再灌注中ET浓度显著增高而NO浓度则明显降低,二者浓度失衡是肝脏缺血再灌注损伤微循环障碍的一个重要原因，改善其平衡关系可影响肝脏缺血再灌注损伤的程度[7]。

2 肝脏缺血—再灌注损伤的防治

2.1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，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，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可阻断慢钙通道，从而减轻细胞和线粒体的钙超载，同时它可减轻脂质过氧化并改善肝脏微循环；异搏定、硝苯吡啶等钙拮抗剂可以阻止钙内流；氨氯地平是长效钙通道阻断药，它不仅可以减轻细胞内钙超载，还可改善肝细胞的能量代谢和微循环，并使内皮细胞及Kupffer 细胞释放的有害介质减少；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；此外，灌注液的钙浓度的控制也可有一定的效果。

2.2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，还原型谷胱甘肽(r-GSH )预处理通过抑制氧自由基(OFR) 爆发，起到保护肝脏 I/R 损伤的作用[8]。N-乙酰半胱氨酸(NAC)作为GSH的前体物质，动物实验表明，NAC能增强细胞内GSH 的合成，提高肝细胞内的GSH水平[9]，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。Fe离子鳌合剂，如去铁胺等，可减轻脂质过氧化，从而减轻肝缺血再灌注损伤。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。丙酮酸盐(或酯) 是有效的氧自由基清除剂，EP(丙酮酸乙酯) 是一种可溶解的丙酮酸盐衍生物，它能够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[10]。

2.3中医中药的应用中医有着几千年辉煌历史，是中国人民乃至世界人民的宝贵财富。 HIRI防治研究中也发现，中医中草药具有显著的功效和极大的发展前景。动物实验显示参附注射液对大鼠移植肝脏缺血再灌注损伤有防治作用，其可能作用机制包括抑制枯否氏细胞激活[11]和氧自由基产生[12]，抑制核转录因子NF-KB的活性,下调炎症因子的释放，改善微循环，减少细胞凋亡。黄芪可以抑制中性粒细胞与内皮细胞的黏附，抑制中性粒细胞的聚集、活化，从而减轻肝脏缺血再灌注损伤。川芎嗪是有效的氧自由基清除药，它还有钙通道阻断作用，并能改善微循环而对缺血发挥保护作用。丹参可增加肝脏再灌注中内源性SOD活性，保护肝细胞线粒体的结构和功能，抑制肝细胞凋亡，预防HIRI；同时丹参选择作用于受体操作性钙通道，防止细胞钙超载。另外银杏提取物(ginkgo biloba extract,EGb)其主要成分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。青藤碱对于肝脏缺血再灌注损伤有较好的保护作用，其机制可能与其提高肝I/R后组织的抗氧化能力、减轻氧自由基所造成的组织损伤、增加 I/R 后肝窦内皮细胞合成、释放NO，而改善肝I/R后微循环的功能等有关[13]。

如果把人比作一台精密的机器，而人类肝脏移植想要达到像更换机器零件那样的水平，缺血再灌注损伤则是人们所要克服的一大障碍之一。目前，对缺血再灌注损伤机制的认识虽取得了一些进展，但并无多大的突破，对它的研究，绝大部分是在实验动物身上进行的。开发对肝脏缺血具有保护作用的中草药制剂已成为目前研究的热点，山茱萸作为我国传统的名贵中药，已广泛应用于临床，具有良好的应用价值和开发前景。研究发现，山茱萸具有抗血小板聚集、抗休克、强心、抗心律失常、抗氧化、抗菌、消炎、抗衰老、降血糖、保肝、降血脂、抗癌、抗艾滋病和治疗不育症等作用，而且具有调节机体功能和抗疲劳等保健作用。成分分析证明山茱萸果核富含大量的油脂、各种氨基酸、微量元素、可水解鞣质、水溶性有机酸、酚类物质及多种矿质元素和维生素A、维生素B2、维生素C等，具有巨大的开发价值，但是每年都有大量的山茱萸果核被当作废物抛弃，无形中造成了巨大的浪费。在肝缺血再灌注损伤的诸多发病机制中，氧自由基的产生是缺血再灌注损伤的主要原因之一。能够清除氧自由基的药物理应能够对缺血再灌注损伤起到一定的保护作用。研究证明，山茱萸果肉和果核均具有抗氧化性，而且果核抗氧化作用更强。对于山茱萸果核的研究报道不多，且山茱萸果核用于大鼠肝脏缺血再灌注损伤防治研究的罕见报道。因此，山茱萸果核是值得开发的一种中药，山茱萸果核提取物用于防治肝脏缺血再灌注损伤将是一个崭新的研究方向，对肝脏缺血再灌注损伤作用机制的研究有重大的意义，对临床肝脏缺血再灌注损伤的防治也起到积极的作用。

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