右美托咪定抗血管内皮细胞缺血再灌注损伤研究进展*

龙送开，王白云，周麒儿，李宛军，钟荣斌 综述，钟焕晖△ 审校

南华大学衡阳医学院附属南华医院：1.麻醉科；2.临床研究所，湖南衡阳 421001

缺血再灌注损伤(IRI)是指在围术期机体组织发生缺血，血流恢复后组织功能反而进一步损伤的现象[1]。IRI的发生与很多因素相关，包括各种原因导致的休克、多发性创伤、栓塞或梗死、器官移植及年龄等。随着各国人口老龄化进程的加快，脑血管疾病及缺血性心脏病的发生率均逐年上升[2-3]。2019年全球疾病负担研究对全球204个国家和地区的心血管疾病(缺血性心脏病和中风)发生率进行统计，发现心血管疾病总流行病例从1990年的2.71亿上升至2019年的5.23亿，增长了近1倍[4]。此外，器官移植、断肢再植、经皮冠状动脉介入术及术中止血带应用等事件也随着医学技术的发展而逐年增加；这些IRI事件严重影响了患者的预后，给患者带来了巨大的痛苦，因此找到一种有效防治IRI的方法迫在眉睫。有研究发现，血管内皮细胞是IRI中的重要靶点，其屏障、旁分泌、促黏附分子表达及促血管生成等功能在围术期IRI中起重要作用[5-6]。随着对IRI防治方法的探索，研究发现麻醉镇静药物右美托咪定具有抗氧化应激、抗炎、抗凋亡、免疫调节等特殊作用，有望成为减轻围术期IRI的潜在预防与治疗的药物[7-8]。本文就血管内皮细胞与IRI的关系及右美托咪定对血管内皮细胞IRI的保护作用做一综述。

1 血管内皮细胞与IRI的关系

IRI分为缺血性损伤和再灌注损伤两部分，缺血性损伤早期会导致低氧、低营养，长时间则会导致ATP-离子泵功能障碍，细胞代谢产物滞留，水电解质酸碱平衡紊乱；当血供重新建立时，中性粒细胞和免疫细胞会被激活并聚集，这些细胞通过旁分泌和自分泌途径产生大量活性氧和炎症细胞因子，导致继发性损伤[9-10]。这一系列损伤都与血管内皮细胞密切相关，IRI会激活血管内皮细胞，导致血管内皮细胞功能障碍甚至死亡，包括屏障功能障碍、旁分泌功能紊乱、黏附分子表达增多及细胞凋亡；反之，血管内皮细胞的激活会使微循环进入危险的血栓前状态，它们在免疫反应中的核心作用同样会加剧IRI[5,11]。血管内皮细胞在IRI后的血管通透性、水肿、炎症和白细胞浸润中起关键作用。

1.1内皮细胞屏障功能障碍 研究发现，尽管血管内皮细胞比其他类型的细胞更耐缺氧，但缺氧和复氧仍会改变内皮细胞膜电位、降低膜流动性及破坏细胞骨架组织[6]，且受损内皮细胞的促血管生成活性和促炎活性也会导致细胞膜通透性的改变和水肿的形成，这与发生IRI时屏障功能丧失、ATP-离子泵功能障碍和糖萼丢失有关[11]。糖萼是覆盖在血管内皮细胞管腔表面的一种糖蛋白，对内皮细胞功能至关重要，参与调控微血管反应性、内皮细胞与血液成分的相互作用和血管通透性[12]。IRI会导致糖萼结构和功能损伤，破坏内皮细胞屏障功能。SHARMA等[13]在小鼠肺IRI模型中发现，含Pannexin-1通道蛋白抑制剂或Pannexin-1通道蛋白基因缺陷小鼠的水肿情况明显减轻，表明内皮细胞Pannexin-1通道蛋白在介导IRI后血管通透性、水肿和肺功能障碍中起关键作用。还有研究发现，IRI能通过核因子κB(NF-κB)通路活化血管内皮细胞中的核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体[14]及血脑屏障紧密连接相关蛋白claudin-5[15]，增加血管通透性。

综上所述，IRI可以通过介导内皮细胞膜结构和功能的改变，如内皮糖萼和claudin-5连接蛋白的下调、NLRP3炎性小体和Pannexin-1通道蛋白的上调，使血管通透性增加，进而加剧组织缺氧和IRI。

1.2旁分泌功能紊乱 在人体健康状态下，血管张力可维持血管扩张和收缩信号的平衡，使血压和流量适应当前的活动要求。血管内皮细胞通过向血管周围的平滑肌细胞发送旁分泌信号来控制血管张力。研究发现，最有效的血管收缩剂是内皮素，以惰性的形式(前内皮素)储存在血管内皮细胞内。当发生IRI时，梗死区的血管内皮细胞会被转化生长因子β(TGF-β)、白细胞介素(IL)-1、血管紧张素Ⅱ、流体-机械切应力及促炎信号激活，诱导细胞高尔基体内的内皮素转换酶1将前内皮素转化为成熟肽并释放[16]。而对抗血管收缩的一氧化氮(NO)主要由血管内皮细胞合成，弥散至血管平滑肌细胞，通过激活环磷酸鸟苷，减少钙离子内流发挥扩血管作用[17]。还有研究发现，NO还是一种抗炎因子，可以通过稳定线粒体，从而抑制NLRP3炎性小体激活[18]。随着缺血时间的延长，血管内皮细胞的NO储备会逐渐被消耗且合成减少，导致血管张力及通透性增加。但也有研究发现，在IRI后期，血管内皮细胞中的一氧化氮合酶(NOS)因为缺氧会通过解偶联生成NO，同时产生活性氧，而不断升高的NO和活性氧会导致血管内皮细胞功能受损[19]。

血管内皮细胞的旁分泌功能紊乱贯穿于IRI的全过程。在IRI初期，血管内皮细胞大量分泌内皮素和消耗NO，而当IRI发展到一定程度时，细胞内的NOS分解，产生NO及活性氧，造成内皮细胞功能障碍，加重IRI。

1.3促黏附分子表达介导炎症、免疫反应 研究表明，血管内皮细胞能表达目前已知的10种Toll样受体(TLR)。在静息的内皮细胞中，TLR7、TLR8和TLR10缺失，但在炎症激活的情况下它们是可诱导表达的，当激动剂激活TLR时，会启动NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路，加快IL和肿瘤坏死因子(TNF)-α等细胞因子的产生，进而促进黏附分子的表达[15]。也有研究表明，内皮素1可以增加血管细胞黏附分子(VCAM)和细胞间黏附分子(ICAM)在内皮细胞上的表达[16,20]。在动物实验中也发现，IRI通过激活内皮细胞中的染色质重塑蛋白Brahma相关基因1，增加L-选择素配体的表达，加重小鼠心肌IRI[21]。因此，当IRI发生时，NF-κB和MAPK等信号通路被激活，血管内皮细胞中的E-选择素、P-选择素、ICAM或VCAM等黏附因子的表达增加，进而募集免疫细胞，调节炎症部位的白细胞外渗，释放血管活性物质，增加血管通透性。此外，白细胞、免疫细胞及趋化因子与内皮细胞的黏附及局部凝血系统的激活在一定程度上会造成血管堵塞，加重组织损伤。

1.4氧化应激与细胞凋亡 正常生理条件下，人体活性氧簇处于动态平衡中，过多或过少的活性氧簇都会损伤组织细胞。活性氧簇主要参与酶与非酶两个来源的氧化应激反应。当组织处于再灌注状态下，酶与非酶来源的氧化应激反应加剧，大量产生活性氧，当超出了人体内抗氧化酶的代偿能力，即可引起细胞内脂质过氧化、核酸损伤及抑制酶活性等一系列病理过程，使细胞结构和功能发生改变；与此同时，细胞凋亡会在产生活性氧的过程中被激活，是细胞氧化应激反应的最终结局[22]。凋亡机制分为两条主要途径：死亡受体途径和线粒体途径，这两条途径相互干扰。死亡受体途径由死亡配体和受体激活，包括TNF-α、Fas配体、肿瘤坏死因子相关凋亡配体等，这些死亡信号复合体会激活半胱氨酸蛋白水解酶(caspase)8来裂解caspase3，然后在受损细胞中通过蛋白水解诱导细胞死亡；线粒体途径是在缺氧、辐射或细胞毒素的作用下被激活，导致线粒体膜的完整性改变，激活促凋亡的B淋巴细胞瘤-2基因家族，再通过形成凋亡体诱导caspase蛋白级联反应促进细胞凋亡。有研究者通过构建动物模型发现，IRI会降低血管内皮细胞中HECTD1基因的表达[23]，增加程序性死亡基因-4的表达[24]，导致内皮细胞迁移和凋亡数增加。还有研究表明高迁移率族蛋白1/晚期糖基化终产物受体促炎轴可以促进缺血肢体的血管内皮细胞凋亡[25]。

因此，IRI会导致内皮细胞出现氧化应激损伤和凋亡。反之，血管内皮细胞的损伤和凋亡会造成内皮细胞层缺损，暴露基底部，使血小板、白细胞及免疫细胞被激活并黏附，导致血栓形成、炎症反应的发生及血管形成障碍,加重IRI。

2 右美托咪定对血管内皮细胞的保护作用

2.1改善内皮细胞屏障功能 基础状态的血管内皮层是光滑的、完整的，长期维持不凝、抗黏附的状态。发生IRI时，由于内皮细胞屏障功能障碍，缺血组织表现为水肿[11]。ZHANG等[26]在盲肠结扎穿孔诱导的脓毒症大鼠血管内皮细胞损伤模型中发现，右美托咪定预处理能有效减轻大鼠肺泡隔增宽和充血程度，血浆血管生成Ⅱ表达水平和血管生成素Ⅱ/Ⅰ也明显低于对照组，而肺组织血管内皮细胞钙粘连蛋白(VE-cadherin)表达水平却高于对照组，提示右美托咪定可以通过降低血管生成素Ⅱ水平和血管生成素Ⅱ/Ⅰ，改善内皮细胞屏障功能，减轻组织水肿，其机制可能是通过触发血管生成素Ⅱ信号转导途径影响VE-cadherin的表达。曹瑞娜等[27]的研究通过结扎肾动脉构建肾IRI模型，发现模型组电镜下的肾小球内皮糖萼结构明显被破坏，而右美托咪定处理组的血肌酐、血尿素氮、肾组织多配体聚糖、硫酸乙酰肝素酶蛋白水平明显降低，表明右美托咪定可以通过下调大鼠硫酸乙酰肝素酶和多配体聚糖的表达，减少内皮细胞糖萼的降解，进而保护内皮细胞屏障功能，减轻组织损伤。KOBAYASHI等[28]在大鼠中暑模型中也观察到，右美托咪定可以减少内皮糖萼破坏，下调多配体聚糖的表达，改善微循环灌注，降低中暑大鼠的病死率。

因此，右美托咪定可以改善血管内皮细胞屏障功能和减少内皮细胞糖萼降解，减轻组织水肿，发挥抗IRI作用。

2.2缓解内皮细胞炎症损伤，减轻IRI 炎症反应常常表现为红、肿、热、痛，这些反应都是通过内皮细胞的血管屏障功能的改变来介导的，因此改善内皮细胞屏障功能即可减轻炎症反应。在体外细胞与动物模型实验中，也都有观察到右美托咪定可以减少中性粒细胞浸润和炎症活性物质水平，发挥抗炎作用。目前而言，NF-κB和MAPK信号通路被发现是右美托咪定发挥抗炎作用的重要通路之一。KIM等[7]在大鼠脑IRI模型中发现，右美托咪定预处理组的炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6水平及TLR-4、NF-κB水平均低于其他各组，提示右美托咪定通过调控TLR-4/NF-κB信号通路发挥抗炎作用。CHAI等[29]采用U937单核细胞和人脐静脉内皮细胞进行单核细胞与内皮细胞的黏附实验，结果表明，右美托咪定可以抑制人脐静脉内皮细胞上连接蛋白Cx43的表达，降低人巨噬细胞趋化蛋白-1、可溶性ICAM-1、可溶性VCAM-1、ICAM-1、VCAM-1的表达，最终导致U937细胞与人脐静脉内皮细胞黏附力下降，进而减少内皮细胞炎症损伤。也有学者在体外细胞实验中发现，右美托咪定预处理可以上调巨噬细胞内ATP的表达，下调IL-1β、TNF-α等促炎细胞因子的表达，减少中性粒细胞与内皮细胞的黏附，减轻炎症反应[30]。

综上所述，右美托咪定可以降低血管内皮细胞中的黏附分子表达，减少白细胞、免疫细胞与内皮细胞黏附，抑制炎症反应过度激活，发挥器官保护作用。

2.3抑制内皮细胞氧化应激及细胞凋亡可减轻IRI IRI机制受多种因素影响，其中氧化应激损伤、细胞凋亡是重要的因素之一[9]。苏玲等[31]在体外细胞实验中发现，通过H2O2处理血管内皮细胞构建氧化应激损伤模型，结果显示右美托咪定预处理组细胞生存率升高，凋亡率降低，超氧化物歧化酶活力升高，丙二醛水平降低，提示右美托咪定对H2O2诱导的血管内皮细胞损伤具有保护作用。也有研究通过建立大鼠脑IRI模型，发现右美托咪定可以通过降低NF-κB和ICAM-1 mRNA的表达，提高超氧化物歧化酶活性及降低血清S100B蛋白和丙二醛水平，发挥抗氧化应激的作用，改善大鼠脑IRI[32]。还有研究发现，右美托咪定可以通过抑制线粒体通路，下调Bax、caspase3 、caspase9及细胞色素C的表达，减少细胞凋亡，减轻IRI[33]。SHA等[34]在大鼠急性应激性肝损伤模型中发现右美托咪定能通过激活NF-κB信号通路，抑制急性应激诱导的c-jun氨基末端激酶、p38和BAD信号通路，降低活性氧和氧化应激水平，减少急性应激诱导的肝脏炎症和凋亡。在其他研究中也观察到，右美托咪定可以通过内质网应激通路及糖原合成酶激酶-3/核因子E2相关因子2通路减轻氧化应激损伤，抑制细胞凋亡[35-36]。这些通路相互交错，相互影响，共同调控着氧化应激与细胞凋亡的进程。

因此，右美托咪定可以通过增强抗氧化酶活性降低活性氧水平，抑制内皮细胞的氧化应激损伤与凋亡，减轻IRI。

2.4免疫调节作用 内皮细胞属于免疫系统的古典细胞，虽然内皮细胞不能杀死、吞噬和产生抗体或类似的物质，但它们本质上协调免疫反应，参与先天免疫应答，是免疫反应的重要参与者[37]。内皮细胞可以诱导黏附分子的表达，组织免疫细胞的募集，调节炎症部位的白细胞外渗，参与缺血后的无菌性炎症反应[5]。除了TLR家族，内皮细胞中还存在其他类型的模式识别受体，如核酸寡聚化结构域样受体(Nod)和C型凝集素样受体(CLEC)；Nod 1能感应内皮细胞胞质内小体释放的降解细菌成分，通过激活p38-MAPK和NF-κB信号通路，导致内皮细胞产生IL-8[38]。而CLEC-1在内皮细胞中是作为一种细胞内模式识别受体，它能被免疫介质上调，并参与控制移植后的免疫反应[39]。ZHOU等[40]通过构建小鼠70%温肝IRI模型，发现右美托咪定预处理可以促进巨噬细胞M2的活化，诱导精氨酸酶1和甘露糖受体C1基因表达增加，而诱导型NOS基因表达减少，还抑制了磷酸化信号转导和转录激活因子1，降低了促炎性TNF-α和IL-6等炎症因子水平。在一项小鼠同种异体心脏移植实验中发现，右美托咪定处理组小鼠存活时间增加，而体内CD19+B细胞及CD4+/IFN-γ+TH1细胞数量降低[41]，表明右美托咪定对移植后的免疫反应具有调节作用。因此，右美托咪定可以通过促进巨噬细胞活化，抑制促炎症先天免疫激活；抑制内皮细胞黏附因子的表达，发挥免疫调节作用，进而减轻IRI,提高移植手术的成功率及预后生存率。

还有研究在口腔癌根治及重建手术患者体内发现，除CD8+T细胞外，右美托咪定组与对照组的CD3+T细胞、CD4+T细胞、B淋巴细胞、树突状细胞和骨髓源性抑制细胞数量均降低；而与对照组相比，右美托咪定CD3+T细胞、CD4+T细胞、树突状细胞百分比及CD4+/CD8+升高，骨髓源性抑制细胞百分比降低[42]，提示右美托咪定可以减轻口腔癌根治和重建手术患者的免疫抑制反应。也有研究发现，术后睡眠限制会增加老龄小鼠脾脏重量和脾脏中骨髓源性抑制细胞的百分比，并抑制脾脏CD8+T细胞的活性，而通过右美托咪定可以增加膈下迷走神经介导的三叶因子2在老龄小鼠脾脏中的表达，增加受损巨噬细胞的吞噬活性，最终抑制巨噬细胞M2极化[43]。

综上所述，右美托咪定的免疫调节作用可以减轻IRI，但血管内皮细胞参与右美托咪定的免疫调节作用的机制仍不明确，有待更深入的研究。

3 结 语

血管内皮细胞损伤与IRI互为因果，相互牵连。因此，在IRI中有必要以血管内皮细胞作为治疗靶点，右美托咪定良好的器官保护特性可能会使它成为围术期抗IRI的一线药物。但值得注意的是，关于血管内皮细胞的研究大部分都集中于体外实验和动物实验，在临床和人体的研究仍较少，在伦理通过的情况下有必要进一步探究。探讨右美托咪定对血管内皮细胞的保护作用机制，可为更深入了解右美托咪定抗IRI的机制提供依据，也为临床防治IRI提供新思路。