移植肝缺血/再灌注損傷的研究進展

何同梅（綜述），鄭智勇，武一曼（審校）

（1．福建中醫(yī)藥大學?？偨虒W醫(yī)院，南京軍區(qū)福州總醫(yī)院病理科，福州 350025;2．福建中醫(yī)藥大學中西醫(yī)結(jié)合學院病理學教研組，福州 350003）

移植肝相關的缺血/再灌注損傷（ischemia/reperfusion injury，IRI）也稱為保存性損傷，是指從供肝者心臟停跳開始到供肝植入受者體內(nèi)，重新建立起血液循環(huán)的全過程中在任何時間和任何環(huán)節(jié)發(fā)生的肝細胞損傷。在肝移植領域，IRI與早期移植肝的無功能和肝功能障礙密切相關，同時IRI也增加了移植物急慢性排斥反應的發(fā)生率，減少IRI可以大大提高移植成功率。因此，IRI一直是器官移植研究中的一個熱點?，F(xiàn)將對IRI的發(fā)生機制、病理形態(tài)特點等方面的研究進展進行綜述。

1 IRI的發(fā)生機制

IRI的發(fā)生、發(fā)展是一個連續(xù)的過程，是許多相關因子聯(lián)合作用的結(jié)果，現(xiàn)按其病理生理學過程分為熱缺血損傷、冷保存損傷、復溫損傷和再灌注損傷四個過程。

1．1 熱缺血損傷 肝臟在離體到冷灌注開始的這段時間叫熱缺血期。這期間血流減少和氧缺乏直接導致細胞氧供的不足，線粒體呼吸鏈功能發(fā)生改變［1］，線粒體酶的氧化還原反應受到抑制，使三磷酸腺苷合成減少，無氧酵解增多導致乳酸、酮體沉積，引起代謝性酸中毒。細胞內(nèi)三磷酸腺苷的降低導致細胞膜離子交換紊亂，抑制了Na+-K+-三磷酸腺苷酶的活性，引起細胞內(nèi)Na+的蓄積，從而導致細胞的腫脹和壞死。細胞膜通透性的改變、Na+-Ca2+交換異常、酸中毒等導致細胞內(nèi)Ca2+水平增高，而鈣超載被認為是引起不可逆損傷的決定性環(huán)節(jié)。細胞質(zhì)內(nèi)鈣水平的增加可促使黃嘌呤脫氫酶向黃嘌呤氧化酶轉(zhuǎn)化，從而為氧自由基的產(chǎn)生提供了催化劑［2］。另外，庫普弗細胞的鈣超載是其被激活的原因之一，激活的庫普弗細胞可通過釋放大量毒性介質(zhì)參與或介導肝臟損傷［3］。

1．2 冷保存損傷 器官通過冷保存來降低代謝率，但同時低溫也會對器官組織的正常功能產(chǎn)生很大影響。經(jīng)研究表明［4］，冷缺血主要損傷非實質(zhì)性細胞，如庫普弗細胞、竇狀內(nèi)皮細胞和膽管上皮細胞，其原因可能與熱缺血時肝實質(zhì)細胞內(nèi)蛋白酶分解蛋白亢進有關。肝非實質(zhì)細胞的損傷機制與熱缺血損傷類似。另外，在這一過程中供肝的核因子κB受到應激并表達黏附因子、趨化因子、細胞因子等多種炎性介質(zhì)［5］。

1．3 復溫損傷 在切除患者病肝之后，供體肝臟拿到手術野進行血管重建的時段里，供肝逐漸被復溫且酶的活性及代謝率提高，許多儲存的肝糖原被快速消耗，只能通過增加無氧糖酵解來滿足代謝的需求。無氧酵解產(chǎn)生更多乳酸及酮體使得酸中毒更加嚴重，因此，肝實質(zhì)細胞損傷進一步加重［6］。

1．4 再灌注損傷 當血流再通后，肝細胞損傷進一步加重，其機制主要與庫普弗細胞活化、內(nèi)皮細胞受損、白細胞激活及以上細胞引起的一系列應激反應有關。

1．4．1 庫普弗細胞激活 隨著門靜脈血流的開放，庫普弗細胞被進入肝臟的腸毒素進一步激活，大量釋放氧自由基、多種炎性因子及細胞因子［7］。其中氧自由基產(chǎn)生的脂質(zhì)過氧化物可以通過氧化漿膜使膜的流動性和通透性發(fā)生改變，還可以通過氧化核酸使DNA雙鏈斷裂直接損傷細胞。氧自由基還可引起內(nèi)皮細胞損傷導致微血管喪失完整性、血流量減少。腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）是庫普弗細胞激活后釋放的最重要的細胞因子之一，持續(xù)增多的TNF-α可以促進肝細胞壞死，誘導肝細胞凋亡，并且誘導氧自由基的進一步釋放和白細胞介素（interleukin，IL）1、IL-6、IL-8 分泌增加，與其他細胞因子相互作用共同加重肝組織損傷［8］。血小板活化因子在肝臟再灌注12 h后明顯增加［9］，血小板活化因子通過增加TNF-α和細胞因子誘導中性粒細胞化學趨化因子來活化中性粒細胞，可導致急性炎性反應;血管滲透壓的改變和血小板活化，提高促凝血物質(zhì)的活性，加重微循環(huán)障礙;血栓素A2合成增加可以使血小板聚集、血管收縮。以上都是庫普弗細胞激活對肝組織的損傷作用，而研究表明［10］，再灌注后庫普弗細胞的血紅素氧合酶1高表達有利于對抗白細胞聚集，減輕炎性反應。同時其他的生物活性物質(zhì)（如包括磷脂酶A2、IL-10、地諾前列酮及白三烯等）均在加重肝損傷的同時也有正面調(diào)節(jié)作用。

1．4．2 內(nèi)皮細胞損傷 肝竇內(nèi)皮細胞作為冷缺血過程中受損最嚴重的細胞［11］，是一個重要的IRI級聯(lián)反應誘發(fā)因素，它被激活后表達一系列的表面黏附分子及主要組織相容性復合體抗原，使紅細胞、中性粒細胞、血小板黏附到內(nèi)皮細胞，導致微循環(huán)障礙，并且活化中性粒細胞。另外，缺氧和內(nèi)毒素刺激肝竇內(nèi)皮細胞分泌內(nèi)皮素，內(nèi)皮素可以通過激活磷脂酶及細胞膜離子通道使收縮血管。同時具有舒張血管作用的一氧化氮減少，內(nèi)皮素與一氧化氮水平失衡又加重了微循環(huán)障礙［12］。

1．4．3 白細胞激活 中性粒細胞活化后可產(chǎn)生氧自由基、細胞因子直接或間接損傷肝細胞，中性粒細胞與內(nèi)皮細胞黏附還可促進肝微循環(huán)“無復流”現(xiàn)象產(chǎn)生，加重肝損傷。中性粒細胞的聚集也加重了微循環(huán)障礙。最近研究表明［13，14］，自然殺傷細胞、T 細胞和T細胞在肝IRI中也發(fā)揮著重要的作用，這些細胞釋放一系列細胞因子和趨化因子或通過抗原呈遞反應相互作用，最終將導致更多的淋巴細胞和中性粒細胞聚集［7］。目前關于Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）的研究很多，但還沒有形成系統(tǒng)的理論。TLRs在天然免疫系統(tǒng)中有重要作用，主要在巨噬細胞、單核細胞和樹突狀細胞上表達。許多研究［12-14］認為，TLR-4的激活在 IRI中起重要作用，TLR-4受到激活后與配體結(jié)合進一步激活轉(zhuǎn)錄因子核因子κB及多種促炎因子（TNF-α、IL-8、細胞間黏附分子1等），從而引起肝細胞凋亡、壞死，而TLR-2和TLR-9也被認為是與IRI相關的分子機制。

2 IRI的病理形態(tài)學特點

IRI不同階段供肝的病理學損傷也不一樣。缺血期主要改變有肝細胞濁腫、變性。冷保存損傷主要是肝竇內(nèi)皮細胞水腫、脫落，肝細胞進一步水腫，隨著冷保存時間的延長，中央靜脈旁的肝細胞出現(xiàn)壞死［15］。此外，還可以在肝小葉內(nèi)見到一些單一或聚集的嗜酸性顆粒，可能是肝細胞壞死后的崩解顆粒［16］。再灌注損傷是在熱缺血和冷保存損傷的基礎上進一步加重的肝組織損傷，主要表現(xiàn)為靜脈周圍肝細胞的水樣/氣球樣變、膽汁淤積、肝細胞凋亡、肝竇內(nèi)中性粒細胞浸潤，不同程度的肝細胞脫失和壞死，匯管區(qū)炎癥輕微，無靜脈內(nèi)皮炎。

肝損傷修復反應于移植后的2～3 d即可發(fā)生。輕度IRI的修復反應常限于肝細胞有絲分裂、肝板增厚和細胞核體積增大。小葉中央肝細胞壞死經(jīng)常觸發(fā)鄰近Ⅱ帶區(qū)域肝細胞的有絲分裂，可迅速增殖并重建正常小葉或肝板結(jié)構(gòu)。嚴重IRI地修復反應常會引起小膽管增生和門管區(qū)以及肝板結(jié)構(gòu)變形，這些改變通常持續(xù)1～2個月或更長的時間［15］。另外，IRI還激活了肝星形細胞，并造成了中央靜脈和匯管區(qū)纖維化［17］。

全國肝膽腫瘤及移植病理協(xié)作組2008年提出的移植肝IRI組織學分級［18］，按以下三個主要病理指標進行分級，其中最嚴重的一項作為分級依據(jù)。①肝細胞水樣/氣球樣變:按累及面積分為3級，0級:無;輕度:﹤ 30%;中度:30%～50%;重度:﹥50%。②肝細胞膽汁淤積:同上。③肝細胞壞死:按累及面積分為3級，0級:無;輕度:﹤3個肝細胞的點狀壞死;中度:3～5個肝細胞的灶性壞死;重度:﹥5個肝細胞的融合性/帶狀壞死。

3 IRI的預防及治療

3．1 IRI的預處理 目前主動預防是國內(nèi)外的研究熱點，主動預防主要是預處理，即通過觸發(fā)機體組織產(chǎn)生內(nèi)源性抗損傷機制而發(fā)揮臟器保護作用，主要有以下兩種不同的預處理方式。

3．1．1 肝臟缺血預處理 肝臟缺血預處理（ischemia preconditioning，IPC）是指組織或器官在經(jīng)過短暫的缺血后，能啟動內(nèi)源性保護機制，增加其對隨后持續(xù)性缺血的耐受性。目前，對于IPC的研究大多處于動物實驗階段，國外有報道部分應用于臨床，但其效果并不一致。一些研究表明［19-21］，IPC具有減輕IRI的作用，有臨床意義。而 Testa等［22］研究認為，實施缺血預處理組和未實施缺血預處理組的器官保護作用沒有統(tǒng)計學差異，所以認為無臨床意義。

IPC的保護性作用機制還沒有完全研究清楚，可能通過以下一系列內(nèi)源性機制減輕由IRI造成的損害。①IPC可抑制庫普弗細胞產(chǎn)生氧自由基，誘導細胞產(chǎn)生抗氧自由基，從而減輕由氧自由基引起的肝實質(zhì)細胞和非實質(zhì)細胞的損傷。②IPC可抑制庫普弗細胞產(chǎn)生TNF-α等多種細胞因子，從而在起始階段阻止多種細胞因子的釋放。同時還可激活血紅素加氧酶1，從而抑制IL-1的表達，減少轉(zhuǎn)錄因子核因子κB與細胞核結(jié)合，增加細胞抗氧化能力。③IPC可抑制肝竇狀隙內(nèi)皮細胞和中性粒細胞表達黏附分子、細胞間黏附分子1和巨噬細胞分化抗原1，從而減少中性粒細胞的黏附、游走和激活，進而保護肝實質(zhì)細胞。④IPC可激活腺苷A2A受體，刺激一氧化氮合酶的產(chǎn)生，增加一氧化氮的產(chǎn)生，使一氧化氮與內(nèi)皮素重新趨向平衡。⑤IPC還可以通過腺苷和緩激肽等激活細胞膜受體，進而激活蛋白激酶C、p38絲裂原活化蛋白激酶等介導的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導途徑［23］。目前認為蛋白激酶C和p38絲裂原活化蛋白激酶可維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，防止細胞凋亡。

3．1．2 藥物性預處理 用藥物替代缺血誘導對肝臟的保護作用。由于該法的安全閾大，無需其他特殊儀器設備，操作簡單、便于臨床推廣和應用，所以研究前景很大，但目前大多處于動物實驗研究階段。相關藥物主要是抗氧化劑、腺苷受體激動劑、一氧化氮、能量代謝調(diào)節(jié)劑、抑制中性粒細胞激活的黏附劑、細胞保護因子等［24］。多種藥物混合使用是藥物性預處理的發(fā)展方向［25］。

3．2 IRI的治療 目前對于IRI的治療還沒有一項有確定療效的治療方案，但是相關的臨床和試驗室研究都很多。氨基酸類的藥物有甘氨酸、N-乙酰半胱氨酸等［26］，減少氧自由基的藥物包括抗氧化劑、一氧化氮、一氧化碳等，減輕炎性反應的藥物有前列環(huán)素、阿托品、糖皮質(zhì)激素等［27］。另外，在分子水平、基因水平的動物試驗性研究也很多，如干擾素調(diào)節(jié)因子、IL-10、程序性死亡因子、Bcl-6、Fas基因等。

4 結(jié)語

IRI一直是困擾肝臟移植的難題，近年來這方面的研究雖然取得了很大進展，但大多處于動物實驗階段，人類臨床試驗仍相對較少，并面臨很多問題，如IPC的最佳復灌-缺血時間、用藥劑量及時間是否符合倫理等。但是，隨著對肝臟IRI的機制研究的不斷深入，針對肝臟IRI具體機制的各個環(huán)節(jié)/靶點尋求幾種方法相結(jié)合的綜合防治措施將是未來研究的主要方向。

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