肝缺血再灌注損傷的機(jī)制及其預(yù)防

何劍戈，任愛紅，施懿誠，侯小漫，趙義鴿

良好的血液循環(huán)是組織細(xì)胞獲得充足的氧供和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并排出代謝產(chǎn)物的根本保證。各種原因造成組織器官血液灌流量減少時(shí)發(fā)生缺血性損傷，而恢復(fù)血液灌流后，細(xì)胞功能代謝及結(jié)構(gòu)破壞反而加重，這種缺血組織或器官重獲血流灌注或氧供后對(duì)組織和器官所產(chǎn)生的損傷作用稱為缺血-再灌注損傷(ischemia reperfusion injury)[1]。肝臟移植、肝部分切除手術(shù)、處理嚴(yán)重的肝臟外傷時(shí)，都需要暫時(shí)性阻斷肝血流，重新恢復(fù)血液供應(yīng)后，可造成肝的缺血再灌注損傷(hepatic ischemia reperfusion injury，HIRI)。再灌注損傷是致手術(shù)后肝臟功能衰竭的重要原因之一。其病理生理過程復(fù)雜，迄今尚無明確認(rèn)識(shí)，故對(duì)其發(fā)生機(jī)制的研究已成為醫(yī)學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)，如何減輕肝缺血與再灌注損傷亦是目前肝臟外科特別是肝移植外科的研究熱點(diǎn)之一。

1 肝缺血再灌注損傷的機(jī)制

1.1鈣超載正常生理?xiàng)l件下，肝細(xì)胞依靠 Na+/Ca2+交換系統(tǒng) 、H+/Ca2+交換系統(tǒng)、膜鈣泵主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和膜Ca2+的低通透性維持胞內(nèi)鈣的動(dòng)態(tài)平衡，細(xì)胞內(nèi)外Ca2+濃度存在著較大的梯度，細(xì)胞內(nèi)低Ca2+濃度是維持細(xì)胞正常生理機(jī)能的前提，各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱為鈣超載。缺氧使ATP含量下降，細(xì)胞膜上的Na+-K+-ATP 酶活性降低，細(xì)胞內(nèi)Na+上升,激活 Na+/Ca2+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,大量Ca2+運(yùn)入胞內(nèi),出現(xiàn)Ca2+超載；缺血缺氧時(shí)引起細(xì)胞膜通透性增加,導(dǎo)致Ca2+被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞增多；肝細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)和功能受損；細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+大量異常釋放，造成細(xì)胞內(nèi)Ca2+的重新分布，導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流增加，出現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載是肝細(xì)胞損傷的關(guān)鍵機(jī)制之一。鈣超載引起肝損傷的機(jī)理有以下幾個(gè)方面，細(xì)胞內(nèi)高濃度Ca2+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。Kupffer細(xì)胞的鈣超載是其被激活的根本原因，激活的Kupffer細(xì)胞可通過釋放大量毒性介質(zhì)而參與或介導(dǎo)肝臟損傷。此外內(nèi)皮細(xì)胞的鈣超載可導(dǎo)致肝內(nèi)微循環(huán)阻抗增大,使再灌注微循環(huán)血液流量降低。

1.2代謝性酸中毒肝臟缺血缺氧時(shí)，線粒體內(nèi)氧化磷酸化受到抑制，ATP主要來源于無氧酵解，肝細(xì)胞內(nèi)ATP迅速耗盡，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)乳酸、酮體等的堆積，線粒體氧化磷酸化功能低下，導(dǎo)致代謝性酸中毒，pH值降低，抑制了磷脂酶、蛋白水解酶等pH依賴性酶類活性，減少其對(duì)細(xì)胞的損傷，可維持細(xì)胞的活性。當(dāng)再灌注后pH值恢復(fù)正常，pH的改變可激活內(nèi)皮細(xì)胞和Kupffer細(xì)胞內(nèi)依賴的蛋白酶和磷酸脂酶，反而會(huì)促進(jìn)細(xì)胞的死亡,加重缺血再灌注損傷，這種現(xiàn)象稱為pH反常[2]。

1.3氧自由基生成過多氧自由基是一種由氧誘發(fā)的在外層電子軌道上含有單個(gè)未配對(duì)電子的化學(xué)，其具有高度不穩(wěn)定性。在生理情況下，身體內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)的平衡，對(duì)機(jī)體并無有害影響。肝缺血再灌注時(shí)主要通過黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)、吞噬細(xì)胞系統(tǒng)、線粒體呼吸鏈、兒茶酚胺的自身氧化等途徑來產(chǎn)生大量氧自由基。缺血再灌注引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，激活Ca2+依賴蛋白酶促進(jìn)黃嘌呤脫氫酶(XDH)向黃嘌呤氧化酶(XOD)轉(zhuǎn)化,從而為氧自由基的產(chǎn)生提供了催化劑。 缺血缺氧，使ATP含量減少，鈣進(jìn)入線粒體增多，細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，電子傳遞功能障礙，產(chǎn)生大量的氧自由基；多形核白細(xì)胞受缺氧刺激，在活化時(shí)出現(xiàn)“呼吸爆發(fā)”，通過細(xì)胞膜上的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH) 氧化酶釋放大量氧自由基[3]；內(nèi)皮細(xì)胞和 Kupffer 細(xì)胞缺血再灌注時(shí)也會(huì)釋放大量氧自由基。此外缺血使內(nèi)源性抗氧化劑如超氧化物歧化酶失活或耗盡，超氧化物的清除減少[4-5]。氧自由基可通過以下機(jī)制損傷肝細(xì)胞：氧化細(xì)胞膜，改變膜的流動(dòng)性和通透性；引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，生成多種毒性很強(qiáng)的脂質(zhì)過氧化物，直接損傷細(xì)胞；直接作用于肝竇內(nèi)皮細(xì)胞膜，增加血小板及中性粒細(xì)胞的黏附、聚集，造成微循環(huán)障礙；直接氧化肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞核內(nèi)DNA 雙鏈結(jié)構(gòu)，引起DNA突變而造成肝臟結(jié)構(gòu)和功能的損傷。

1.4 Kupffer細(xì)胞的激活Kupffer細(xì)胞是位于肝血竇內(nèi)的巨噬細(xì)胞，肝臟缺血再灌注后Kupffer細(xì)胞可被激活，激活的Kupffer細(xì)胞可釋放氧自由基和多種炎性因子如 TNF、PAF 、 LT、IL等，增強(qiáng)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá),它們可促進(jìn)白細(xì)胞、血小板與肝竇內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，從而加重內(nèi)皮細(xì)胞的損傷與肝微循環(huán)紊亂。Kupffer細(xì)胞還能釋放蛋白酶破壞Disse 間隙內(nèi)托附肝竇內(nèi)皮細(xì)胞的糖蛋白,使肝竇內(nèi)皮細(xì)胞失去托附而流入肝竇內(nèi),這些進(jìn)一步加重了微循環(huán)障礙,有研究表明應(yīng)用Kupffer細(xì)胞活化抑制劑可明顯減輕肝缺血再灌注損傷[6]。

1.5一氧化氮(NO)和內(nèi)皮素(ET)濃度失衡NO是由血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等多種細(xì)胞分泌的介質(zhì)，能夠舒張血管、調(diào)節(jié)微循環(huán)、抑制血小板聚集，抑制白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，拮抗ET作用。ET是一種來源于內(nèi)皮細(xì)胞并具有廣泛生物學(xué)活性的多肽類物質(zhì)，它可以通過激活磷脂酶及細(xì)胞膜離子通道從而收縮血管，血管收縮效應(yīng)對(duì)ET具有劑量依賴性，在肝臟缺血再灌注過程中，肝竇內(nèi)皮細(xì)胞合成及分泌ET的能力明顯增強(qiáng)。ET增高一方面是因?yàn)槿毖跫凹?xì)胞漿內(nèi)Ca2+濃度升高可促使內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ET，再灌注時(shí)期由門靜脈進(jìn)入肝臟內(nèi)的腸源性內(nèi)毒素也可刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ET。ET濃度增高將導(dǎo)致微血管收縮、肝血流減少而引起肝臟微循環(huán)功能障礙，繼而導(dǎo)致肝細(xì)胞的損傷。研究發(fā)現(xiàn)，在肝缺血再灌注中ET濃度顯著增高而NO濃度則明顯降低,二者濃度失衡是肝臟缺血再灌注損傷微循環(huán)障礙的一個(gè)重要原因，改善其平衡關(guān)系可影響肝臟缺血再灌注損傷的程度[7]。

2 肝臟缺血—再灌注損傷的防治

2.1鈣通道阻滯劑細(xì)胞內(nèi)鈣超載是肝臟發(fā)生缺血再灌注損傷的主要機(jī)制之一。因此，應(yīng)用鈣拮抗劑可以通過誘導(dǎo)或抑制凋亡相關(guān)基因的表達(dá)而抑制細(xì)胞凋亡，對(duì)肝臟缺血再灌注損傷有良好的保護(hù)作用。經(jīng)典的鈣拮抗劑維拉帕米可阻斷慢鈣通道，從而減輕細(xì)胞和線粒體的鈣超載，同時(shí)它可減輕脂質(zhì)過氧化并改善肝臟微循環(huán)；異搏定、硝苯吡啶等鈣拮抗劑可以阻止鈣內(nèi)流；氨氯地平是長(zhǎng)效鈣通道阻斷藥，它不僅可以減輕細(xì)胞內(nèi)鈣超載，還可改善肝細(xì)胞的能量代謝和微循環(huán)，并使內(nèi)皮細(xì)胞及Kupffer 細(xì)胞釋放的有害介質(zhì)減少；能抑制T型和L型鈣通道的粉防已堿(tetrandrine, TET)也能減輕大鼠肝臟缺血再灌注的脂質(zhì)過氧化和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)；此外，灌注液的鈣濃度的控制也可有一定的效果。

2.2自由基清除劑別嘌呤醇、谷胱甘肽(GSH)、維生素E、維生素C、輔酶Q10等抗氧化劑，可以在氧化反應(yīng)中提供電子給氧自由基，使氧自由基還原而被清除，減輕肝臟缺血再灌注損傷，可以有效地保護(hù)細(xì)胞膜和線粒體膜，保護(hù)肝功能。已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證明，還原型谷胱甘肽(r-GSH )預(yù)處理通過抑制氧自由基(OFR) 爆發(fā)，起到保護(hù)肝臟 I/R 損傷的作用[8]。N-乙酰半胱氨酸(NAC)作為GSH的前體物質(zhì)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，NAC能增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)GSH 的合成，提高肝細(xì)胞內(nèi)的GSH水平[9]，起到類似GSH保護(hù)肝細(xì)胞膜、減輕肝臟缺血再灌注損傷后肝功能障礙的作用。Fe離子鰲合劑，如去鐵胺等，可減輕脂質(zhì)過氧化，從而減輕肝缺血再灌注損傷。超氧化物歧化酶(SOD)是機(jī)體另外一種重要的氧自由基清除劑，能夠特異性地清除氧自由基，減少細(xì)胞凋亡，有效地保護(hù)肝功能。丙酮酸鹽(或酯) 是有效的氧自由基清除劑，EP(丙酮酸乙酯) 是一種可溶解的丙酮酸鹽衍生物，它能夠有效地下調(diào)炎癥介質(zhì)，減少脂質(zhì)過氧化和抑制細(xì)胞凋亡而阻止肝臟缺血再灌注損傷[10]。

2.3中醫(yī)中藥的應(yīng)用中醫(yī)有著幾千年輝煌歷史，是中國人民乃至世界人民的寶貴財(cái)富。 HIRI防治研究中也發(fā)現(xiàn)，中醫(yī)中草藥具有顯著的功效和極大的發(fā)展前景。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示參附注射液對(duì)大鼠移植肝臟缺血再灌注損傷有防治作用，其可能作用機(jī)制包括抑制枯否氏細(xì)胞激活[11]和氧自由基產(chǎn)生[12]，抑制核轉(zhuǎn)錄因子NF-KB的活性,下調(diào)炎癥因子的釋放，改善微循環(huán)，減少細(xì)胞凋亡。黃芪可以抑制中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，抑制中性粒細(xì)胞的聚集、活化，從而減輕肝臟缺血再灌注損傷。川芎嗪是有效的氧自由基清除藥，它還有鈣通道阻斷作用，并能改善微循環(huán)而對(duì)缺血發(fā)揮保護(hù)作用。丹參可增加肝臟再灌注中內(nèi)源性SOD活性，保護(hù)肝細(xì)胞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，抑制肝細(xì)胞凋亡，預(yù)防HIRI；同時(shí)丹參選擇作用于受體操作性鈣通道，防止細(xì)胞鈣超載。另外銀杏提取物(ginkgo biloba extract,EGb)其主要成分為總黃酮類和銀杏內(nèi)酯，有獨(dú)特的抗氧自由基及調(diào)整循環(huán)穩(wěn)定、改善血液循環(huán)保護(hù)組織的作用。青藤堿對(duì)于肝臟缺血再灌注損傷有較好的保護(hù)作用，其機(jī)制可能與其提高肝I/R后組織的抗氧化能力、減輕氧自由基所造成的組織損傷、增加 I/R 后肝竇內(nèi)皮細(xì)胞合成、釋放NO，而改善肝I/R后微循環(huán)的功能等有關(guān)[13]。

如果把人比作一臺(tái)精密的機(jī)器，而人類肝臟移植想要達(dá)到像更換機(jī)器零件那樣的水平，缺血再灌注損傷則是人們所要克服的一大障礙之一。目前，對(duì)缺血再灌注損傷機(jī)制的認(rèn)識(shí)雖取得了一些進(jìn)展，但并無多大的突破，對(duì)它的研究，絕大部分是在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身上進(jìn)行的。開發(fā)對(duì)肝臟缺血具有保護(hù)作用的中草藥制劑已成為目前研究的熱點(diǎn)，山茱萸作為我國傳統(tǒng)的名貴中藥，已廣泛應(yīng)用于臨床，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和開發(fā)前景。研究發(fā)現(xiàn)，山茱萸具有抗血小板聚集、抗休克、強(qiáng)心、抗心律失常、抗氧化、抗菌、消炎、抗衰老、降血糖、保肝、降血脂、抗癌、抗艾滋病和治療不育癥等作用，而且具有調(diào)節(jié)機(jī)體功能和抗疲勞等保健作用。成分分析證明山茱萸果核富含大量的油脂、各種氨基酸、微量元素、可水解鞣質(zhì)、水溶性有機(jī)酸、酚類物質(zhì)及多種礦質(zhì)元素和維生素A、維生素B2、維生素C等，具有巨大的開發(fā)價(jià)值，但是每年都有大量的山茱萸果核被當(dāng)作廢物拋棄，無形中造成了巨大的浪費(fèi)。在肝缺血再灌注損傷的諸多發(fā)病機(jī)制中，氧自由基的產(chǎn)生是缺血再灌注損傷的主要原因之一。能夠清除氧自由基的藥物理應(yīng)能夠?qū)θ毖俟嘧p傷起到一定的保護(hù)作用。研究證明，山茱萸果肉和果核均具有抗氧化性，而且果核抗氧化作用更強(qiáng)。對(duì)于山茱萸果核的研究報(bào)道不多，且山茱萸果核用于大鼠肝臟缺血再灌注損傷防治研究的罕見報(bào)道。因此，山茱萸果核是值得開發(fā)的一種中藥，山茱萸果核提取物用于防治肝臟缺血再灌注損傷將是一個(gè)嶄新的研究方向，對(duì)肝臟缺血再灌注損傷作用機(jī)制的研究有重大的意義，對(duì)臨床肝臟缺血再灌注損傷的防治也起到積極的作用。

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