肺移植期间肺缺血再灌注损伤及药物治疗的研究进展

王净，胡春兰，于慧智，李小杉，胡春晓

(1.南京医科大学附属无锡人民医院 麻醉科，江苏 无锡 214023； 2.南京医科大学附属无锡人民医院 肺移植中心，江苏 无锡 214023； 3.南京医科大学附属无锡人民医院 移植麻醉科，江苏 无锡 214023)

肺移植已成为多种终末期肺病的有效治疗方法。肺缺血再灌注损伤(lung ischemia reperfusion injury, LIRI)是在肺移植期间供肺产生缺血损伤后恢复血液灌注及氧供后使肺组织损伤加重的现象,主要表现为基于肺血管内皮细胞损伤的通透性肺水肿，如急性呼吸窘迫综合征[1]。研究表明，在肺移植术后LIRI导致超过50%的肺移植受者出现原发性移植物功能障碍(primary graft dysfunction, PGD)，这是导致早期死亡、慢性排斥反应和晚期死亡的主要危险因素[2]。LIRI的发生机制目前尚不十分清楚，尚未有专门用于缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury, IRI)的治疗药物，IRI的防治尚处于实验研究和临床实验观察阶段，作者就近年来发现的在肺移植期间可减轻LIRI的药物进行综述。

1 LIRI

LIRI是一种发病率和死亡率较高的急性肺损伤(acute lung injury, ALI)，可能发生在肺移植、肺栓塞、肺梗死、休克、体外循环等之后[3]。LIRI的本质是缺血期的可逆损伤在恢复血流后进一步加重或转化为不可逆损伤，可造成肺不张、肺水肿或肺细胞坏死，进而引发呼吸功能障碍，严重影响患者预后[4]。LIRI的进展直接导致进行体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)、心肺支持、机械通气以及在重症监护病房(intensive care unit, ICU)治疗的时间延长，PGD发生率增加，这是影响肺移植后短期和长期发病率和死亡率的主要原因[3]。LIRI发生的机制尚未彻底阐明，目前认为自由基生成增多、细胞内钙超载、炎症反应过度激活、内质网应激损伤、自噬和凋亡是IRI的重要发病机制[4]。由于LIRI可直接影响肺移植的成功率以及受体术后存活率，探寻LIRI的防治策略在肺移植手术中具有重要意义。

2 肺移植期间保护性药物

目前肺移植围手术期间减轻LIRI的药物可分为在肺移植术前和肺移植术中使用的药物，肺移植术前可使用的保护性药物包括乌司他丁(ulinastatin, UTI)、伊马替尼、前列地尔、姜黄素(curcumin, CUR)、腺苷A2B受体拮抗剂和叶酸等，肺移植术中可使用的保护性药物包括七氟烷、丙泊酚、右美托咪定(dexmedetomidine, DEX)、香草乙酮(apocynin, APO)和米力农等，以下重点阐述上述药物对LIRI的保护作用、机制及使用途径。

2.1 肺移植术前用药

2.1.1 UTI UTI是一种广谱蛋白水解酶抑制剂，是一种由143个氨基酸组成的糖蛋白，具有胰蛋白酶的功能[5]。UTI能抑制胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和弹性蛋白酶等蛋白酶的活性，并且还能稳定溶酶体膜，抑制溶酶体酶的释放[6]。有研究发现UTI对心、肝、肺等重要器官的IRI有保护作用[5]。在肺移植中，IRI会使肺微血管中大量中性粒细胞聚集，同时IRI激活的中性粒细胞和血管内皮细胞会释放大量细胞因子，如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha, TNF- α)、白细胞介素- 1β(interleukin- 1β, IL- 1β)和白细胞介素- 6(interleukin- 6, IL- 6)等，会造成ALI，UTI能剂量依赖性地减弱其中的炎症反应和氧化应激，对IRI产生保护作用，这种保护作用可能是通过上调2型含锌脂蛋白1和过氧化物酶2的表达来介导的[6]。有研究表明，相比于单独使用Euro- collins肺灌洗液，添加了UTI的Euro- collins溶液可以更好地保护供肺，主要是通过降低供肺中循环内皮细胞、血管假性血友病因子及血栓调节蛋白的活性对供肺血管内皮产生保护作用，进而减轻肺组织灌注后水肿的程度，对肺氧合功能起到保护作用。ULI对供肺的保护作用呈剂量依赖性，ULI在灌注液中最佳浓度为500 U·ml-1[7]。

2.1.2 伊马替尼 伊马替尼是一种酪氨酸激酶抑制剂，常用于Bcr- Abl阳性慢性髓细胞白血病的分子靶向治疗，其靶点包括Abl、Abl相关基因、血小板衍生生长因子受体、cKit和盘状结构域受体酪氨酸激酶1等[8]。有研究发现伊马替尼对LIRI有保护作用，在体外兔肺损伤模型中，伊马替尼显著改善了再灌注肺的氧气、二氧化碳、肺动脉压、肺湿/干(W/D)值等生理参数和支气管肺泡灌洗液蛋白浓度定量、髓过氧化物酶(marrow peroxide, MPO)等与再灌注损伤相关的生化指标[9]。Tanaka等[8]发现，在肺门夹闭模型中，伊马替尼能通过血流运输到移植肺并对LIRI产生保护作用，伊马替尼能改善移植肺的肺功能、减轻肺组织损伤和肺水肿、减少白细胞介素10(interleukin- 10, IL- 10)的水平、维持血管内皮钙黏蛋白的表达从而调节血管通透性。伊马替尼对LIRI的保护作用主要与其抗炎作用和抗渗透性相关，但其作用通路的研究尚少，有待进一步研究。

2.1.3 前列地尔 前列地尔是一种具有扩张动脉血管、改善血流动力学、抑制血小板和白细胞聚集作用的静脉注射制剂,其活性成分为前列腺素E1。有研究发现前列腺素E1对肺动脉有舒张作用，因此，前列腺素E1可用于肺动脉高压的治疗，除了血管舒张作用，前列腺素E1还具有支气管扩张作用，并且在肺组织中的血管抑制作用方面优于前列腺素I2。Chiang等[10]研究显示，将前列地尔注射液添加到UW肺灌洗液中可增强其对LIRI的保护作用，前列地尔通过诱导血管舒张、刺激环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)依赖性蛋白激酶和促进肺保护的非血管舒张机制来增强肺保护作用，用22 ℃的添加有前列地尔的UW溶液冲洗肺动脉将为肺移植提供更好的肺保护作用。也有研究发现，缺血开始时雾化吸入前列地尔可显著改善再灌注时以肺内分流和肺毛细血管渗漏为主的气体交换异常，维持肺内皮细胞的稳定性，减轻肺水肿的程度[11]。Zhang等[12]发现前列地尔能减轻炎症反应，降低丙二醛(malondialdehyde, MDA)水平，增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和过氧化氢酶活性，从而对IRI产生保护作用。所以，不管是将前列地尔加入肺灌注液还是雾化吸入预处理，都可以减轻肺移植供肺的IRI。

2.1.4 CUR CUR是从姜黄中分离出来的一种酸性多酚类物质，有较为广泛的药理活性，在抗炎、抗肿瘤等方面都有重要作用[13]。有研究发现CUR对LIRI有一定的保护作用，其作用机制可能与减轻氧化应激反应、抑制细胞自噬、抑制炎症反应有关。Sun等[14]发现，在缺血前用CUR对实验大鼠进行预处理，CUR能明显减轻IRI诱导的毛细血管屏障破坏、肺水肿和组织炎症。CUR减少IRI引起的ALI可能是通过改善氧化应激和核因子- kB(nuclear factot- kappa B, NF- kB)介导的炎症细胞因子的表达实现的。另有研究发现在单侧原位LIRI小鼠模型中用CUR进行预处理，可以减轻肺组织的形态学和超微结构损伤，抑制过度的未折叠蛋白反应中与环乙酰阿司匹林特异性蛋白酶12相关的肺细胞凋亡，从而保护LIRI[15]。CUR的给药方式并不统一，有研究通过腹腔注射，也有研究通过静脉注射，尚无研究比较其优劣，两种给药方式都对肺移植所致的LIRI有明显的保护作用，其最佳的使用剂量尚不清楚，有待进一步研究。

2.1.5 腺苷A2B受体拮抗剂 腺苷是一种内源性嘌呤核苷，存在于活细胞的细胞内和细胞外。腺苷在细胞应激和炎症期间释放，通常被认为介导抗炎反应。现在已知腺苷的促炎或抗炎作用因所涉及的组织和细胞、表达的腺苷受体和损伤类型而异。腺苷通过4种G蛋白偶联受体(A1R、A2AR、A2BR和A3R)介导其作用，每一种都表现出不同的组织分布模式、细胞内信号传导和药代动力学[16]。4种腺苷受体都在小鼠和人类的肺中表达，A1R、A2AR和A3R激动剂在大鼠LIRI 模型中具有保护作用，而A2BR对腺苷的亲和力较其他受体弱，在生理应激后表达升高，有研究表明A2BR具有促炎作用，而A2BR 拮抗剂则能通过阻止白细胞介素8(interleukin- 8, IL- 8)从肺泡上皮细胞释放、减少中性粒细胞浸润及减轻血管通透性对LIRI产生保护作用[17]。目前，在大鼠LIRI模型中A2BR 拮抗剂的使用剂量为1 mg·kg-1，而A2BR 拮抗剂用于预防LIRI的临床研究尚缺乏，有待进一步的研究。

2.1.6 叶酸 叶酸也称为维生素B9，是一种水溶性的维生素，可以从食物中以叶酸的形式摄取并在体内代谢。叶酸在调节线粒体功能中起到重要作用，有研究发现，用叶酸喂养实验动物1周，可以提高组织细胞中高能磷酸化合物包括腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)和二磷酸腺苷(adenosine diphosphate, ADP)的含量。在有氧环境中，ATP大量合成并保持在一定的浓度水平。在再灌注过程中，ATP由无氧糖酵解产生，因此磷酸肌酸等高能磷酸化合物不能满足组织需要，ATP的净含量也因此下降。用叶酸治疗干预，可使组织储存更多的高能磷酸化合物以延缓细胞致死性损伤的发生[18]。在心肌IRI中叶酸可维持心肌高能磷酸盐的水平，从而维持缺血期间的心功能并且减轻再灌注损伤[19]。在大鼠LIRI模型中，术前用叶酸灌胃大鼠1周，与缺血再灌注组相比，叶酸组肺组织病理损伤明显减轻, IL- 8和TNF- α表达水平均明显降低，IL- 8和TNF- α为促炎因子，与早期严重移植物功能障碍和移植受体早期死亡率相关[20]。因此，在肺移植术前可以预防性给予受体叶酸治疗，降低其缺血再灌注过程中的炎症反应，增加肺组织中高能磷酸化合物储备，从而提高移植受体的生存率。

2.2 肺移植术中用药

2.2.1 七氟烷 七氟烷是临床最常用的吸入麻醉药，目前适用于各年龄、各部位的大小手术，其优点在于诱导迅速、无刺激性、苏醒快。有研究[21]发现，七氟烷对LIRI有保护作用，其机制主要与减少肺中性粒细胞、肥大细胞和血小板的活化，抑制促炎细胞因子的释放，减轻肺氧化应激反应，减轻肺细胞凋亡和线粒体功能的降低，防止肺泡表面活性物质减少有关。Chai 等[22]发现，七氟烷预处理可抑制蛋白激酶- α的转运，促进再灌注后紧密连接蛋白occludin和透明带闭合蛋白1的肺表达，从而减轻肺通透性。另有研究发现七氟烷可改善肺移植物的氧合作用并减轻肺水肿，保护肺部糖萼，降低IL- 1β、IL- 6和TNF- a的水平，抑制白细胞募集和基质金属蛋白酶- 9分泌，同时七氟烷通过细胞色素c释放到胞质溶胶和胱天蛋白酶- 3裂解中来显著抑制细胞凋亡[23- 24]。所以在肺移植手术中，使用七氟烷进行麻醉诱导以及麻醉维持可以预防并且减轻LIRI。

2.2.2 丙泊酚 丙泊酚是非巴比妥类静脉麻醉药，是临床最常用的一种短效、快效的静脉麻醉药。研究发现丙泊酚对LIRI有保护作用，其作用机制主要与抑制氧化应激和肥大细胞脱颗粒、抑制脂质氧化、抑制炎症反应有关[25]。研究表明，丙泊酚能特异性对抗IRI诱导的脂质过氧化，减轻肺组织和其他组织产生的氧化剂造成的肺损伤[26]。同时，丙泊酚能通过改善氧自由基的活性、恢复一氧化氮/内皮素的动态平衡、减少肺损伤中细胞间黏附分子- 1的表达来减轻LIRI[27]。在其具体机制方面，最近研究发现，丙泊酚可通过激活磷脂酰肌醇- 3- 激酶(phosphatidylin- ositol- 3- kinase, PI3K)/蛋白激酶B( protein kinase B, Akt)通路来减弱胰岛素抵抗诱导的肺组织细胞凋亡、抑制氧化应激反应、抑制肥大细胞脱颗粒、抑制炎症因子TNF- α、IL- 6、IL- 8表达，从而减轻LIRI[25]。同时丙泊酚也可通过激活核因子- E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2- related factor 2, Nrf2)与抗氧化反应元件(anti- oxidative response element, ARE)构成的Nrf2/ARE信号通路产生抗氧化作用来减轻LIRI[28]。在肺移植麻醉期间用丙泊酚诱导并维持麻醉能对LIRI产生一定的保护作用，术中使用丙泊酚的具体剂量在维持适当麻醉深度后因病人和具体术中情况而异。

2.2.3 DEX DEX是一种高选择性、高特异性的α2肾上腺素能受体激动剂，具有镇静、抗焦虑、抑制交感活性、镇痛、催眠等作用，现已广泛作为区域、局部和全身麻醉的辅助用药[29]。有研究发现DEX可以减轻LIRI，其作用机制与改善肺微血管通透性、抗炎、抗氧化和调节细胞凋亡有关[4, 29]。Zhou等[30]发现，DEX能减轻IRI后肺水肿和肺组织损伤，降低肺组织中的MDA水平和SOD活性，降低葡萄糖调节蛋白78和CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(CHOP)的mRNA和蛋白质水平，同时发现DEX呈剂量依赖性，高剂量的DEX(10 nM)对肺损伤的保护作用最强，Yohimbine是一种α2受体拮抗剂，可明显逆转DEX对肺组织的保护作用。Chen等[31]发现，DEX预处理可通过α2肾上腺素受体对肠IR期间的肺部损伤起到保护作用，其抗氧化机制可能与Nrf2/血红素加氧酶1(HO- 1)信号通路有关。综上所述，在肺移植手术中用DEX辅助麻醉可以改善肺微血管通透性、减少炎症反应、减少肺细胞损伤，从而减少LIRI。

2.2.4 APO APO是一种特异性的NAPDH氧化酶抑制剂,可以抑制活性氧的产生，从而减轻LIRI[32]。张霖等[33]发现，在大鼠LIRI模型中，经股静脉注射50 mg·kg-1的APO，能够改善肺组织的W/D，减少活性氧自由基(ROS)和MDA的水平，降低MPO和SOD的活性，抑制肺组织NAPDH 氧化酶2(NOX2)、NAPDH 氧化酶 4(NOX4)蛋白表达。Chiang等[34]发现，在分离灌注的大鼠LIRI模型中，使用APO减轻了炎症反应和NF- kB激活有关的肺通透性，从而保护了LIRI。

2.2.5 米力农 米力农是一种磷酸二酯酶3抑制剂，可增加细胞内cAMP和cAMP依赖性蛋白激酶A的激活，并发挥积极的正性肌力和血管舒张作用[35]。在临床上，米力农主要用于治疗心力衰竭、心肌梗死以及减少IR所致的心肌细胞损伤[36]。有研究发现，米力农还可以减轻肺移植后的LIRI，其作用机制可能与抑制炎性反应、减少氧化应激反应、促进一氧化氮对肺细胞的保护作用以及减少肺血管通透性有关[37]。Zhang等[38]发现，在热缺血期间雾化吸入米力农，可防止IR所致的肺内皮功能障碍，可选择性扩张患有肺动脉高压的供肺的肺血管，显著降低了肺阻力，有利于捐献人心脏死亡后的肺捐献和肺保存。所以，可在供肺IR时雾化吸入米力农，减少肺移植术围手术期发病率和死亡率，改善患者预后。

针对LIRI的发病机制，上述药物均能抑制炎症反应过度激活，其中同时能减少氧自由基生成的药物有UTI、前列地尔、CUR、七氟烷、丙泊酚、DEX、APO和米力农，能抑制细胞凋亡的药物有CUR、七氟烷、丙泊酚和DEX，能抑制细胞自噬的药物有CUR。这些药物可以通过对供肺进行预处理、加入到肺灌洗液和保存液中、在麻醉期间使用等方式来减轻LIRI。

3 小 结

LIRI是肺移植术后发生早期PGD的重要原因之一，是不可避免的，研究防治LIRI的药物对降低PGD发生率、提高肺移植患者生存率等方面具有重要临床意义。本文作者主要总结了近年来关于减少LIRI的药物研究的最新进展。但是由于伦理及安全性等问题的限制，多数试验药物的干预对象是动物，我们还需要更进一步的研究来证明其在临床方面的疗效，从而改善肺移植患者的预后。