右美托咪定对重要器官保护作用研究进展

2020-01-10魏碧玉李凌海

转化医学杂志 2020年6期

魏碧玉，李凌海，刘伟

围术期保证器官灌注、维持组织氧供需平衡、减轻重要器官缺血缺氧性损伤是加速康复的重要环节，加强术中氧供需平衡监测，预防性使用器官保护药物可显著降低术后心、肾、肺、脑等重要器官损伤的发生率，改善患者预后[1]。右美托咪定具有一定剂量范围内“清醒镇静”、不增加阿片类药物的呼吸抑制、抑制交感、稳定循环等诸多优点，在围术期广泛应用。还具有抗心律失常，降低肾、肺损伤的发生率，预防术后认知功能障碍的作用[2]，但其作用机制尚未明了，现将近几年国内外右美托咪定对心、肾、肺、脑保护作用及机制综述如下。

1 右美托咪定的心肌保护作用

1.1 右美托咪定可抗氧化应激和抗炎缺血/再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury，IRI)是指缺血缺氧导致细胞能量耗竭产生活性氧，再灌注后引发细胞凋亡级联反应，严重时造成器官衰竭，常见于器官移植、皮瓣移植、烧伤、感染性休克、止血带反应及体外循环下心脏直视手术[2]。研究表明，组织缺血时超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢大量活性氧生成损伤膜磷脂，使染色体断裂、蛋白质功能丧失，造成组织损伤[3]；膜泵失灵钙超载激活磷脂酶，溶解细胞膜和细胞器膜破坏细胞骨架；细胞膜降解释放趋化因子，白细胞聚集释放大量炎症介质造成血管内皮细胞肿胀阻塞微循环障碍，加重组织缺血[4]。氧化应激和炎症级联反应是IRI中的重要环节，活性氧、Ca2+及炎症趋化因子激活Toll样受体4(toll-like receptor 4，TLR4)，下游的核蛋白转录因子(nuclear factor-κB，NF-κB)被活化后进入细胞核与肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)等基因的启动子结合不断放大的炎症反应引发大量活性氧、Ca2+及炎症因子积累最终造成器官衰竭[5]。

右美托咪定抗炎途径多种多样，研究表明[6]，右美托咪定预处理组的缺血/再灌注大鼠心肌梗死面积减少、乳酸脱氢酶活性受到抑制，TNF-α、TNF-β、IL-6水平降低以及TLR4/NF-κB表达下降，右美托咪定预处理加TLR4基因敲除组大鼠缺血/再灌注后不再发生细胞损伤，右美托咪定加TLR4过表达组大鼠中未观察到右美托咪定对IRI心肌的保护作用，说明右美托咪定通过抑制TLR4/NF-κB通路对IRI心肌发挥抗炎作用。但是右美托咪定的作用靶点是什么，靶向TLR4抑制剂是否能为缺血/再灌注治疗提供一个新方向有待进一步研究。

在脂多糖诱导的脓毒症心肌病小鼠中，右美托咪定可通过α7烟碱型胆碱受体发挥抗炎作用[7]。在肺癌根治术单肺通气患者中，右美托咪定可通过促进自噬作用抗炎[8]。但是在糖尿病大鼠中，以1 μg/kg/h的速度连续泵注右美托咪定4周后，大鼠自噬相关蛋白及磷酸化蛋白激酶降低，心室舒张末期压力增加、心室收缩性增加，说明右美托咪定通过抗自噬作用抗炎[8]。右美托咪定在糖尿病大鼠心肌中对自噬作用的影响是否与右美托咪定剂量有关，仍需进一步证实。

1.2 右美托咪定可抑制细胞凋亡细胞凋亡的3种途径分别是线粒体途径、死亡受体途径和内质网途径[9]。研究表明[10]，右美托咪定可干预线粒体和内质网凋亡途径，减少H2O2诱导的心肌细胞死亡。当组织缺血线粒体受损时，线粒体中细胞色素C(cytochrome C，Cyt-C)释放激活线粒体凋亡途径，右美托咪定通过抑制线粒体生物发生和线粒体呼吸复合体[11]，调节线粒体膜电位，降低活性氧和乳酸脱氢酶水平，抑制B细胞淋巴瘤蛋白(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)家族中的促凋亡蛋白(bcl-2-associated X protein，Bax)而抑制线粒体介导的细胞凋亡。此外，组织缺血缺氧细胞内钙超载引发内质网应激，激活内质网凋亡途径[11]，右美托咪定通过抑制内质网凋亡途径下游的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12活性和葡萄糖调节蛋白78表达水平进而抑制内质网介导的氧化应激和细胞凋亡。Ca2+在激活线粒体和内质网应激中发挥了主要作用，细胞内Ca2+浓度的调节主要依靠钙调蛋白，右美托咪定是否可以调节钙调蛋白的活性并未被指出，这一点可以为右美托咪定抗心律失常的机制提供新思路。

1.3 右美托咪定可抗心律失常心肌缺血时K+和Ca2+失衡，异位起搏点和折返通路形成，严重扰乱心脏电活动，为心肌IRI后室速与室颤的发生奠定基础，右美托咪定对先天性心脏病术中及术后反复发生的快速性室性心律失常的预防和治疗有确切作用[12]。心脏是一个缝隙连接蛋白(connexin43，Cx43)广泛分布的“功能合胞体”[13]，兴奋传到心房和心室，通过心肌细胞间的Cx43传遍整个心房和心室，引起心房、心室收缩。右美托咪定可通过抑制Cx43的减少和排列紊乱而抑制心肌细胞间失偶联，从而发挥抗心律失常的作用。右美托咪定预处理的缺血/再灌注大鼠心律失常比例降低且心律失常恢复时间缩短，免疫组化染色右美托咪定组心肌细胞Cx43分布均匀，数量多，结构完整。而且L型钙通道和钠钙交换体在心脏电活动中发挥重要作用[14]，右美托咪定可通过下调L型钙通道和钠钙交换体的表达减弱钙离子进入心肌细胞从而抗心律失常。

2 右美托咪定的肾保护作用

2.1 右美托咪定可抗氧化应激和抗炎肾脏血流丰富，侧枝循环少，需氧量高，肾功能储备少，所以手术失血、麻醉抑制、高血压和糖尿病均可使肾脏成为缺血/再灌注易受累的器官。研究表明，右美托咪定通过激活磷脂酰肌醇3/蛋白激酶B/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin,PI3K/AKT/mTOR)信号通路上调缺氧诱导因子表达和调节泛素连接酶磷酸化而减少缺氧诱导因子降解对H2O2诱导的人肾小管上皮细胞发挥保护作用[15]。右美托咪定预处理毒性链脲霉素糖尿病大鼠可降低炎症小体NLRP3(NACHT、LRR and PYD domains-containing protein 3)，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1、IL-1β、AKT、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)水平，但是在缺血/再灌注后给予右美托咪定降低炎症小体NLRP3的效果差，机制可能是右美托咪定通过抑制P38丝裂原活化蛋白激酶和硫氧还原蛋白的表达减轻毒性链脲霉素糖尿病大鼠缺血/再灌注导致的急性肾损伤[16]。此外，右美托咪定能抑制肾素-血管紧张素系统，增加肾血流，显著降低大鼠右肾切除术手术开始、缺血后15 min、再灌注后15 min、手术后6 h血浆中性粒细胞凝胶蛋白酶载脂蛋白[17],在肾缺血早期发挥保护作用，减少肾缺血急性肾小管坏死的发生率。

右美托咪定可通过抗氧化应激、抗炎、抗交感活性和抑制细胞凋亡等多种途径发挥肾脏保护作用，从减轻缺血/再灌注诱导的急性肾损伤和慢性肾功能衰竭，改善肾小管间质纤维化、减少管状细胞的衰老和降低衰老相关标志物p53、p21与p16基因表达等方面[18]具有重大意义。

2.2 右美托咪定可促进保护性蛋白合成右美托咪定结合α2b受体刺激肾远曲小管细胞产生三磷酸肌醇活化蛋白激酶C(protein kinase C,PKC),PKC激活细胞内器官保护的信号通路，打开肌纤维膜和线粒体上的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)敏感的K+通道，并通过基因转录促进保护性细胞蛋白合成[19]。

3 右美托咪定的肺保护作用

缺血/再灌注肺损伤常见于肝肾移植手术，体外循环心脏直视手术，体外膜肺氧合。心、肝、脑等缺血再灌注后，释放大量的炎症因子可造成肺水肿，通气血流比值失调，右美托咪定可能通过抑制TLR4/NF-κB信号通路降低血浆中炎性介质水平，减轻肺水肿，增加肺顺应性，降低肺损伤评分[20]。右美托咪定一方面通过抑制高迁移率族蛋白B1介导的TLR4/NF-κB和PI3K/AKT/mTOR途径，另一方面通过微RNA381靶向减弱脂多糖诱导的急性肺损伤[21]，从而减轻内毒素脂多糖造成的急性肺损伤。

临床中大潮气量高浓度氧不仅不会提高患者氧合，还会造成急性肺水肿。右美托咪定通过抑制氧化应激、炎症反应、肺上皮细胞凋亡和NLRP3炎性体的激活减轻急性肺损伤，所以右美托咪定镇静适用于长期使用呼吸机进行氧疗的患者[22]。

4 右美托咪定的脑保护作用

4.1 右美托咪定可抗氧化应激和抗炎小胶质细胞M1表型与炎症反应有关，M2表型可抗炎，在脑缺氧、外伤时，神经炎症和小胶质细胞密切相关。右美托咪定可抑制小胶质细胞活化发挥脑保护作用，改造M1表型小胶质细胞到M2表型小胶质细胞而发挥抗炎作用[23]。右美托咪定还可通过抑制细胞癌基因FOS下游的c-Fos/NLRP3/caspase-1伤害性凋亡通路抑制LPS和ATP诱导的小胶质细胞炎症级联反应[24]。

在新生大鼠脑缺血/再灌注模型中，神经保护作用与抑制脑TLR4/NF-κB和细胞间粘附分子在脑组织的表达有关，进而抑制氧化应激和炎症反应使海马CA3区细胞凋亡减少，TLR4表达降低[25]。

4.2 右美托咪定可抗凋亡 PI3K/AKT信号通路在调控细胞代谢、生长、凋亡和转录方面均有重要作用，也是右美托咪定抗凋亡的主要作用靶点[26]。大量研究证明，右美托咪定具有神经保护活性，在缺氧诱导的神经毒性神经元模型中，右美托咪定通过抑制还原型辅酶Ⅱ介导的氧化应激，抑制细胞内钙超载，改善线粒体功能降低Cyt-C，从而抑制线粒体Cyt-C诱导蛋白酶凋亡通路[24]。右美托咪定可激动α2受体，通过G蛋白偶联受体激活ERK1/2和PI3K/AKT信号通路以及下游的GSK-3β的磷酸化，治疗暴露于缺血/再灌注的大鼠,可显著减轻因小鼠大脑中动脉闭塞引起的大脑半球IRI而导致的脑梗死、脑水肿、还能降低海马CA1区和皮质神经元的凋亡，降低神经功能损伤评分[25]。氯胺酮能显著降低神经干细胞的存活率和增殖，增加细胞凋亡。右美托咪定预处理防止氯胺酮诱导的神经干细胞损伤，以剂量依赖性的方式降低其凋亡，提高了小鼠的存活率和增殖能力[24]。

右美托咪定通过促进抗凋亡基因Mdm-2(murine double minute 2)和Bcl-2的表达减小线粒体膜的通透性使Cyt-C、凋亡诱导因子等释放减少，通过抑制线粒体凋亡途径激活减少神经元凋亡[26]。右美托咪定可通过PERK-CHOP-Caspase-11(RNA-like endoplasmic reticulum kinase-Caspase-11)依赖的内质网凋亡途径抑制脑IRI，使内质网应激相关凋亡通路蛋白表达减少，细胞凋亡明显减少[27]。

4.3 右美托咪定改善术后认知功能术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction,POCD)发生在20%～50%的术后患者中，血管疾病和心力衰竭的老年患者发病率较高[24]。此外，POCD与许多负面结果相关，如住院时间延长、住院率增加、患者死亡率增加，不利于患者术后康复。右美托咪定通过加强镇静减轻焦虑、加强镇痛、增加舒适感而减弱应激反应，儿茶酚胺，胰高血糖素和糖皮质激素分泌减少，炎症生物标记物IL-1β、TNF-α合成释放受到抑制，同时促进脑源性生长因子和血管内皮生长因子生成，从而阻断POCD的发生[28]。有研究表明，在自闭症大鼠全身麻醉中，右美托咪定显著优于丙泊酚，注射镇静剂右美托咪定后，自闭症大鼠失去反射的时间少于丙泊酚，麻醉后恢复反射的时间长于丙泊酚，且海马区γ-氨基丁酸A抑制性受体表达减少，兴奋性受体N-甲基-D-天冬氨酸受体表达增多[29]。右美托咪定可能用于自闭症的治疗，且作用靶点的研究为自闭症的治疗提供一个新方向。