移植腎缺血－再灌注損傷與炎癥和微血管病變

李 雪 綜述 孫啟全 審校

缺血－再灌注損傷(IRI)指缺血組織或器官重獲血液灌注或氧供后損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷。移植腎早期不可避免地存在IRI，它可引起移植腎原發(fā)性無功能、移植腎功能延遲恢復(fù)，同時(shí)還與免疫因素協(xié)同作用引起急性排斥反應(yīng)，嚴(yán)重者可導(dǎo)致移植腎功能喪失［1］。

IRI的發(fā)生機(jī)制一直是研究的熱點(diǎn)，尤其近年來隨著我國心臟死亡供體捐獻(xiàn)(DCD)工作的廣泛開展，IRI作為影響DCD供腎近期和遠(yuǎn)期預(yù)后的重要因素更是備受關(guān)注。

IRI的發(fā)生機(jī)制尚未完全闡明，目前認(rèn)為其重要發(fā)病環(huán)節(jié)與自由基損傷作用、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、白細(xì)胞和微血管功能障礙有關(guān)。近年來炎癥和微血管病變?cè)贗RI中的作用越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。本文就目前缺血后間質(zhì)炎癥和微血管病變的研究進(jìn)展及微血管病變?cè)贗RI治療中的意義作一綜述。

間質(zhì)炎癥

缺血首先影響腎小管上皮細(xì)胞的功能和結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重者腎小管上皮細(xì)胞壞死。缺血－再灌注除導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞損傷外，還導(dǎo)致腎間質(zhì)炎癥和微血管病變，后者是IRI引起腎功能障礙的關(guān)鍵。

Kielar等［2］認(rèn)為，炎癥過程始于血管內(nèi)皮損傷和腎小管細(xì)胞功能障礙，一系列的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子，包括白細(xì)胞介素 1(IL－1)、IL－6、IL－8、轉(zhuǎn)化生長因子 β(TGF－β)、腫瘤壞死因子 α(TNF－α)和單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP－1)，分別釋放入腎組織和血液循環(huán)。2005年，Leemans等［3］發(fā)現(xiàn) Toll樣受體 2(TLR－2)是腎臟缺血后炎癥反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)性受體。腎小管上皮細(xì)胞在急性缺血時(shí)TLR－2表達(dá)增多，而滅活TLR－2對(duì)小鼠急性缺血性腎損傷有保護(hù)作用。敲除 TLR－2(TLR－2－/－)小鼠腎組織MCP－1、TNF－α、IL－6和IL－1等細(xì)胞因子的表達(dá)及中性粒細(xì)胞的浸潤數(shù)量均顯著減少。最近有研究表明，TLR－4對(duì)腎臟缺血后IL－6 的 產(chǎn) 生 起 關(guān) 鍵 作 用［4］，只 有 表 達(dá) TLR－4(TLR－4+/+)大鼠體內(nèi)的白細(xì)胞可對(duì)高速泳動(dòng)族蛋白B1(HMGB1)應(yīng)答產(chǎn)生IL－6，而缺血后血清中IL－6水平升高與急性腎損傷(AKI)和死亡風(fēng)險(xiǎn)增高有關(guān)［5］。將 TLR－4－/－小鼠的白細(xì)胞轉(zhuǎn)移至 TLR－4+/+小鼠體內(nèi)，對(duì)后者的腎臟功能無明顯影響。

缺血后腎組織中特定的炎細(xì)胞浸潤是腎臟IRI的標(biāo)志。中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷(NK)細(xì)胞和不同亞型的T細(xì)胞遷移到間質(zhì)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)［6］。中性粒細(xì)胞是缺血后最早在管周毛細(xì)血管、間質(zhì)甚至腎小管聚集的細(xì)胞［6］，清除組織中浸潤的中性粒細(xì)胞對(duì)一些動(dòng)物缺血性腎損傷有保護(hù)作用［7］，但其臨床意義仍未得到證實(shí)。巨噬細(xì)胞也參與缺血性腎損傷，但其活化依賴T細(xì)胞。T細(xì)胞在腎臟IRI中的作用目前仍存在爭(zhēng)議。Mombaerts等［8］發(fā)現(xiàn)nu/nu裸小鼠不產(chǎn)生 CD4+和 CD8+的 T細(xì)胞，其較野生型(WT)小鼠更能耐受缺血，而對(duì)其選擇性地輸入CD4+T細(xì)胞可導(dǎo)致其缺血后腎功能迅速惡化，Rag－1基因敲除的小鼠淋巴器官較小，沒有成熟的B細(xì)胞和T細(xì)胞，也有較強(qiáng)的缺血耐受能力。選擇性輸入WT小鼠CD4+細(xì)胞會(huì)逆轉(zhuǎn)Rag－1基因敲除小鼠的缺氧耐受，這主要與WT小鼠CD4+細(xì)胞產(chǎn)生 γ 干擾素(INF－γ)有關(guān)［9］。而 CD4+/CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tr細(xì)胞)對(duì)IRI呈保護(hù)作用，Lee等［10］觀察Tr細(xì)胞在順鉑誘導(dǎo)的AKI中的作用后發(fā)現(xiàn)，對(duì)nu/nu裸小鼠輸注Tr細(xì)胞可減輕腎小管上皮細(xì)胞損傷，降低組織中TNF－α水平從而提高其生存率。以上研究表明，CD4+T細(xì)胞既可加重IRI，也可呈保護(hù)作用，這種雙重調(diào)節(jié)作用與INF－γ和 IL－4的產(chǎn)生不平衡有關(guān)［11］?？傊?，T細(xì)胞參與IRI的機(jī)制非常復(fù)雜，各亞型T細(xì)胞對(duì)缺血后腎臟修復(fù)有不同的意義。

選擇性清除B細(xì)胞對(duì)缺血導(dǎo)致的腎臟結(jié)構(gòu)損傷具有保護(hù)作用，將B細(xì)胞清除的小鼠血清置換為WT小鼠血清，其保護(hù)作用將消失，目前還不清楚這種效應(yīng)是否與抗體之外的因素相關(guān)［12］。

NKT細(xì)胞指能夠組成性表達(dá)NK細(xì)胞表面NK1.1分子和T細(xì)胞受體TCR－CD3復(fù)合受體分子的T細(xì)胞。NKT細(xì)胞可識(shí)別不同靶細(xì)胞表面CD1分子遞呈的共有脂類和糖脂類抗原，且不受主要組織相容性復(fù)合體(MHC)限制。NKT細(xì)胞的主要生物學(xué)功能是細(xì)胞毒和免疫調(diào)節(jié)作用，可產(chǎn)生一系列的細(xì)胞因子，放大樹突狀細(xì)胞、T細(xì)胞、Tr細(xì)胞、B細(xì)胞和其他 NKT 細(xì)胞的效應(yīng)［13］。Li等［14］研究 NKT細(xì)胞在小鼠IRI中的作用發(fā)現(xiàn)，腎臟缺血30 min后，NKT細(xì)胞和中性粒細(xì)胞聚集及組織中IFN－γ水平顯著升高，清除組織中NKT細(xì)胞可使產(chǎn)生IFN－γ的中性粒細(xì)胞數(shù)量減少，減輕缺血后腎損傷。

IRI相關(guān)炎癥的另一標(biāo)志是補(bǔ)體系統(tǒng)的激活［6，15］。補(bǔ)體系統(tǒng)包括30余種可溶性蛋白和膜結(jié)合蛋白，主要由肝臟和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，是固有免疫應(yīng)答的重要組成部分。補(bǔ)體的固有成分在不同激活物作用下分別循經(jīng)典途徑、凝集素途徑或旁路途徑被順序活化。腎臟缺血再灌注可激活補(bǔ)體系統(tǒng)，小鼠主要由旁路途徑激活［16］;人腎臟缺血時(shí)可見IgM與近端腎小管上皮細(xì)胞(PTEC)結(jié)合，從而通過經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體系統(tǒng)［17］。補(bǔ)體活化過程中可產(chǎn)生多種具有炎癥介質(zhì)作用的活性片段，如C3a、C4a和C5a等，其中C5a在IRI中意義最大［15］。C5a是一種有效的趨化因子，可募集中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和T細(xì)胞［6］。腎臟中C5a受體在腎小管上皮細(xì)胞和間質(zhì)巨噬細(xì)胞中表達(dá)［18］，IRI可使在近端腎小管的C5a受體表達(dá)增加［19］?？笴5a的單克隆抗體可緩解中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤，從而保護(hù)缺血后小鼠的腎臟［19］。

針對(duì)間質(zhì)炎癥治療腎臟IRI的研究已取得很大的進(jìn)展。IL－10可通過抑制Th1細(xì)胞的功能緩解IRI［20］;抗 IL－6 單克隆抗體則通過抑制促炎性介質(zhì)的產(chǎn)生和中性粒細(xì)胞的浸潤保護(hù)腎臟［21］。近年發(fā)現(xiàn)，松果體分泌的褪黑素除調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律，還可作為清除氧族和氮族自由基的高效抗氧化劑，顯著減輕自由基的損傷［22］。同時(shí)，褪黑素可抑制促炎性基因的活化從而緩解缺氧后的腎損傷，此外，褪黑素還可增加促紅細(xì)胞生成素的作用，增強(qiáng)組織對(duì)缺氧的耐受［23］。

以上研究尚處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，離臨床應(yīng)用仍有一定距離。值得注意的是，在研究和治療腎臟IRI時(shí)需謹(jǐn)記IRI不是單純的腎小管疾病或者血管疾病，也是一種嚴(yán)重的炎癥過程。缺血后腎臟間質(zhì)炎癥也參與IRI微血管病變的發(fā)生。

腎臟IRI微血管病變

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床觀察發(fā)現(xiàn)，去除缺血原因，缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌注，此現(xiàn)象稱為無復(fù)流現(xiàn)象，是IRI微血管病變的主要表現(xiàn)。

激活的中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用可造成IRI［1］。中性粒細(xì)胞釋放大量的致炎物質(zhì)，如活性氧、蛋白酶及溶酶體酶等，引發(fā)自身的膜結(jié)構(gòu)、骨架蛋白降解等，甚至細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致微血管結(jié)構(gòu)損傷。IRI早期，細(xì)胞內(nèi)Na+、H+及Ca2+增加引起的細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷、膜離子泵、離子通道蛋白功能障礙共同導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、微血管管徑狹窄［1］。微血管結(jié)構(gòu)損傷，使其通透性增高，引發(fā)組織水腫、血液濃縮，進(jìn)一步促進(jìn)缺血再灌注組織的無復(fù)流現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，白細(xì)胞從血管內(nèi)游走至細(xì)胞間隙，釋放大量致炎物質(zhì)造成周圍組織細(xì)胞損傷［7］。

近年來研究表明缺血后管周毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙(ED)是影響IRI腎臟功能恢復(fù)的重要因素之一［24］。缺血后ED參與急性缺血性腎損傷的最初證據(jù)來自1972年Flores等［25］的研究，大鼠在腎動(dòng)脈夾閉后血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，在動(dòng)脈血流開放后出現(xiàn)持續(xù)的低灌注，內(nèi)皮細(xì)胞腫脹是無復(fù)流現(xiàn)象的重要原因。利用甘露醇溶液使細(xì)胞外液高滲透壓可在一定程度上減輕內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，從而緩解腎臟缺血后損傷。

目前普遍認(rèn)為缺血后ED是一種廣泛的細(xì)胞功能障礙綜合征，主要由于內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加，其表達(dá)的不同類型的細(xì)胞黏附分子［P選擇素、E選擇素和細(xì)胞間黏附分子1(ICAM－1)］增多造成，以細(xì)胞腫脹為主要表現(xiàn)。兩種選擇素和ICAM－1介導(dǎo)淋巴細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞間相互作用，這是淋巴細(xì)胞經(jīng)血管遷移的前提。抑制選擇素和ICAM－1可緩解腎臟IRI損傷［26］。Basile 等［27，28］研究表明，缺血后 ED 可導(dǎo)致急性腎功能障礙，對(duì)IRI后腎臟的長期預(yù)后也有影響，急性腎缺血可導(dǎo)致管周毛細(xì)血管的持續(xù)性損傷。

針對(duì)缺血后ED的治療為IRI提供了一種新的療法［29］。Yamamoto 等［24］首先證實(shí)此種治療方法有效，無免疫活性的裸鼠全身注射人成熟內(nèi)皮細(xì)胞(人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，HUVECs)可緩解其缺血性腎臟損傷。體內(nèi)觀察顯示缺血后毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，微血管灌注在缺血24h后方可恢復(fù)正常。HUVECs可顯著改善內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，使腎臟結(jié)構(gòu)和功能迅速恢復(fù)。組織學(xué)觀察證實(shí)注入的細(xì)胞部分混入腎小管周圍小血管的內(nèi)皮細(xì)胞層。內(nèi)皮細(xì)胞治療等針對(duì)缺血后ED的治療是IRI的有效療法，但也存在許多問題。對(duì)急性缺血性腎損傷而言，HUVECs作為外源性細(xì)胞的免疫原性及其短時(shí)間內(nèi)的來源是目前無法解決的兩個(gè)最主要問題。但對(duì)腎移植IRI，由于移植前有相對(duì)充裕的準(zhǔn)備時(shí)間及移植后免疫抑制劑的應(yīng)用，有望解決以上問題。因此，缺血后ED的治療在腎臟移植IRI治療的前景非常廣闊。

近年來內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPC)在缺血性疾病中研究進(jìn)展很快。1997年Asahara等［30］首次在成人外周血中游離出來源于CD34+單核細(xì)胞的細(xì)胞，將其命名為EPC，還發(fā)現(xiàn)將EPC輸入有免疫缺陷的成熟動(dòng)物體內(nèi)能促進(jìn)新生血管形成。Lapergue等［31］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)EPC是成體干細(xì)胞的一種，在分化過程中逐步失去干細(xì)胞的特征成為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞，在損傷后內(nèi)皮修復(fù)和血管生成過程中發(fā)揮重要作用。EPC是一種多能干細(xì)胞，既能黏附、增生并分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞來修復(fù)損傷的血管，又能以血管新生的方式形成新的血管結(jié)構(gòu)。缺血可以誘導(dǎo)自身EPC動(dòng)員至缺血組織形成新生血管，而EPC細(xì)胞移植也可促進(jìn)缺血組織血管新生［32］。EPC對(duì)缺血性腎損傷有保護(hù)作用。Duffield等［33］研究顯示，移植的EPC在IRI損傷小鼠腎小管管周血管部位分化為內(nèi)皮細(xì)胞，Ma等［34］還發(fā)現(xiàn)，EPC具有抗纖維化作用，可改善AKI的預(yù)后。由于EPC在體外增生能力有限，很難在體外培養(yǎng)擴(kuò)增，同時(shí)也難以避免細(xì)胞衰老和表型改變，因此限制了其在臨床廣泛應(yīng)用。另外，在對(duì)EPC行基因修飾時(shí)，由于載體隨機(jī)整合到宿主基因中，可能潛在增加宿主自身基因表達(dá)改變的風(fēng)險(xiǎn)［34］。隨著研究的深入，EPC治療IRI指日可待。

小結(jié):IRI是影響移植腎早期恢復(fù)和遠(yuǎn)期預(yù)后的重要因素，與間質(zhì)炎癥和間質(zhì)微血管病變關(guān)系密切。缺血后微血管病變以內(nèi)皮細(xì)胞腫脹和隨之而來的微血管閉塞為特征，可導(dǎo)致無復(fù)流現(xiàn)象。HUVECs和EPC的研究為移植腎IRI的治療提供了新思路。隨著基礎(chǔ)和臨床研究的不斷深入，對(duì)炎癥和微血管病變的干預(yù)有望改善移植腎IRI，提高邊緣供腎的利用率和腎移植的成功率，延長移植腎生存時(shí)間。

1 Dragun D，Hoff U，Park JK，et al.Ischemia－reperfusion injury in renal transplantation is independent of the immunologic background.Kidney Int，2000，58(5):2166 －2177.

2 Kielar ML，John R，Bennett M，et al.Maladaptive role of IL－6 in ischemicacute renalfailure.J Am Soc Nephrol，2005，16(11):3315－3325.

3 Leemans C，Stokman G，Claessen N，t al.Renal－associated TLR2 mediates ischemia/reperfusion injury in the kidney.J Clin Invest，2005，115(10):2894 －2903.

4 Chen J，Hartono JR，John R，et al.Early interleukin 6 production by leukocytes during ischemic acute kidney injury is regulated by TLR4.Kidney Int，2011，80(5):504 －515.

5 Simmons EM，Himmelfarb J，Sezer MT，et al.Plasma cytokine levels predict mortality in patients with acute renal failure.Kidney Int，2004，65(4):1357 －1365.

6 Devarajan P.Update on mechanisms of ischemic acute kidney injury.J Am Soc Nephrol，2006，17(6):1503 － 1520.

7 Friedewald JJ，Rabb H.Inflammatory cells in ischemic acute renal failure.Kidney Int，2004，66(2):486 －491.

8 Mombaerts P，Iacomini J，Johnson RS，et al.RAG－1－deficient mice have no mature B and T lymphocytes.Cell，1992，68(5):869 －877.

9 Day YJ，Huang L，Ye H，et al.Renal ischemia－reperfusion injury and adenosine 2A receptor－mediated tissue protection:the role of CD4+T cells and IFN－gamma.J Immunol，2006，176(5):3108 －3114.

10 Lee H，et al.CD4+CD25+regulatory T cells attenuate cisplatininduced nephrotoxicityinmice.KidneyInt，2010.78(11):p.1100－1109.

11 Yokota N，Burne－Taney M，Racusen L，et al.Contrasting roles for STAT4 and STAT6 signal transduction pathways in murine renal ischemia－reperfusion injury.Am J Physiol Renal Physiol，2003，285(2):F319－325.

12 Burne－Taney MJ，Ascon DB，Daniels F，et al.，B cell deficiency confers protection from renal ischemia reperfusion injury.J Immunol，2003，171(6):3210 －3215.

13 Kinsey GR，Li L，Okusa MD.Inflammation in acute kidney injury.Nephron Exp Nephrol，2008，109(4):e102 － 107.

14 Li L，Huang L，Sung SS，et al.NKT cell activation mediates neutrophil IFN－gamma production and renalischemia－reperfusion injury.J Immunol，2007，178(9):5899 －5911.

15 Arumugam TV，Shiels IA，Woodruff TM，et al.The role of the complement system in ischemia－reperfusion injury.Shock，2004，21(5):401－409.

16 Holers VM，Thurman JM.The alternative pathway of complement in disease:opportunities for therapeutic targeting.Mol Immunol，2004，41(2－3):147－152.

17 van der Pol P，Roos A，Berger SP，et al.，Natural IgM antibodies are involved in the activation of complement by hypoxic human tubular cells.Am J Physiol Renal Physiol，2011，300(4):F932 － 340.

18 Fayyazi A，Scheel O，Werfel T，et al.The C5a receptor is expressed in normal renal proximal tubular but not in normal pulmonary or hepatic epithelial cells.Immunology，2000，99(1):38 －45.

19 de Vries B，K?hl J，Leclercq WK，et al.Complement factor C5a mediates renal ischemia－reperfusion injury independent from neutrophils.J Immunol，2003，170(7):3883 －2889.

20 Deng J，Kohda Y，Chiao H，et al.Interleukin－10 inhibits ischemic and cisplatin－induced acute renal injury.Kidney Int，2001， 60(6):2118－2128.

21 Patel NS，Chatterjee PK，Di Paola R，et al.Endogenous interleukin－6 enhances the renal injury，dysfunction，and inflammation caused by ischemia/reperfusion.J Pharmacol Exp Ther，2005，312(3):1170 －1178.

22 Tan DX，Manchester LC，Terron MP，et al.One molecule，many derivatives:a never－ending interaction of melatonin with reactive oxygen and nitrogen species?J Pineal Res，2007，42(1):28 － 42.

23 Deng J，Hu X，Yuen PS，et al.Alpha－melanocyte－stimulating hormone inhibits lung injury after renal ischemia/reperfusion.Am J Respir Crit Care Med，2004，169(6):749 －756.

24 Yamamoto T，Tada T，Brodsky SV，et al.Intravital videomicroscopy of peritubular capillaries in renal ischemia.Am J Physiol Renal Physiol，2002，282(6):F1150 －1155.

25 Flores J，DiBona DR，Beck CH，et al.The role of cell swelling in ischemic renal damage and the protective effect of hypertonic solute.J Clin Invest，1972，51(1):118 －126.

26 Kelly KJ，Williams WW Jr，Colvin RB，et al.Intercellular adhesion molecule－1－deficient mice are protected against ischemic renal injury.J Clin Invest，1996，97(4):1056 －1063.

27 Basile DP.The endothelial cell in ischemic acute kidney injury:implications for acute and chronic function.Kidney Int，2007，72(2):151－156.

28 Basile DP，Donohoe D，Roethe K，et al.Renal ischemic injury results in permanent damage to peritubular capillaries and influences longterm function. Am J Physiol Renal Physiol， 2001， 281(5):F887－899.

29 Molitoris BA，Sutton TA，Endothelial injury and dysfunction:role in the extension phase of acute renal failure.Kidney Int，2004，66(2):496－499.

30 Asahara T，Murohara T，Sullivan A，et al.Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis.Science，1997，275(5302):964－967.

31 Lapergue B，Mohammad A，Shuaib A.Endothelial progenitor cells and cerebrovascular diseases.Prog Neurobiol，2007，83(6):349 － 362.

32 Gulati R，Simari RD.Cell therapy for acute myocardial infarction.Med Clin North Am，2007 Jul;91(4):769－785.

33 Duffield JS，Park KM，Hsiao LL，et al.Restoration of tubular epithelial cells during repair of the postischemic kidney occurs independently of bone marrow － derived stem cells.J Clin Invest，2005 Jul;115(7):1743－1755.

34 Ma YY，Sun D，Li J，et al.Transplantation of endothelial progenitor cells alleviates renal interstitial fibrosis in a mouse model of unilateral ureteral obstruction.Life Sci，2010 May 22;86(21 －22):798 －807.