缺血/再灌注損傷時(shí)細(xì)胞周期調(diào)控的研究進(jìn)展

杜秋國(guó)，高建虎，徐志廣(綜述)，盧綺萍(審校)

(1.廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院普外科，武漢430070;2.南方醫(yī)科大學(xué)，廣州510515)

缺血/再灌注損傷(ischemic reperfusion injury，IRI)是指組織或器官缺血及重獲血流灌注或氧供應(yīng)后，對(duì)組織或器官所產(chǎn)生的損傷作用［1］。細(xì)胞的正確增殖需要通過(guò)細(xì)胞周期的調(diào)控，細(xì)胞在分裂時(shí)必須獲得生存所需物質(zhì)，特別是遺傳物質(zhì)，而IRI與細(xì)胞周期的調(diào)控有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。因此，文中將對(duì)IRI時(shí)的細(xì)胞周期調(diào)控進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞周期概述

細(xì)胞周期是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從上一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程，一般可分為5期:G0期(靜息期)、G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)、M期(有絲分裂期)，包含兩個(gè)主要檢驗(yàn)點(diǎn)，即G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)(DNA合成起始轉(zhuǎn)換點(diǎn))和G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)(有絲分裂誘導(dǎo)轉(zhuǎn)換點(diǎn))，通過(guò)檢驗(yàn)點(diǎn)后，即使刺激信號(hào)被去除，細(xì)胞仍然會(huì)開(kāi)始DNA復(fù)制［2］。其中以G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)最為重要，在G1期發(fā)揮作用的主要是CDK4-cyclin D和CDK6-cyclin D［3］。細(xì)胞周期是多階段、多因子參與的精確而有序的調(diào)控過(guò)程［2］。細(xì)胞周期的調(diào)控可分為外源性和內(nèi)源性調(diào)控，外源性調(diào)控主要是由外界刺激引起的，而內(nèi)源性調(diào)控主要是通過(guò)對(duì)細(xì)胞周期蛋白、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶、細(xì)胞周期依賴性激酶抑制因子(cyclin-kinase inhibitor，CKI)三者的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)［3-4］。

細(xì)胞周期蛋白是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期活動(dòng)的重要蛋白質(zhì)，它對(duì)整個(gè)正常細(xì)胞周期的維持起決定性作用［5］。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中存在12類cyclins(A-K)，但對(duì)細(xì)胞周期有明確調(diào)控作用的細(xì)胞周期蛋白是cyclinA、B、C、D1～3和E，其中A、B的峰值和主導(dǎo)作用主要出現(xiàn)在M期，故又稱為M期cyclins，C、D、E的峰值和主導(dǎo)作用主要出現(xiàn)在G1期，故又稱為G1期cyclins［4］。目前研究的多集中于cyclinD、E，特別是cyclinD1。作為細(xì)胞周期主要的正態(tài)調(diào)控因子之一的cyclinD1的作用是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期G1期啟動(dòng)進(jìn)入S期，因此在細(xì)胞周期早期調(diào)控中，一旦cyclinD1過(guò)量表達(dá)就會(huì)引起細(xì)胞生長(zhǎng)增殖過(guò)快［5］。

細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶是一種蛋白激酶家族，它們通過(guò)磷酸化-脫磷酸化的方式在細(xì)胞周期調(diào)控中發(fā)揮重要作用，促進(jìn)細(xì)胞的增殖［2］。CDK可以與cyclin結(jié)合成CDK-cyclin復(fù)合物，共同促進(jìn)細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中CDK是催化亞基，cyclin是調(diào)節(jié)亞基［3］。

CKI通過(guò)抑制CDK活性從而在細(xì)胞周期進(jìn)程中發(fā)揮作用。CKI可分為兩類:一類為激酶抑制蛋白(KIP)，包括3種結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白(p21、p27和p57)，能抑制大多數(shù)CDK-Cyclin的磷酸化激酶活性;另一類為細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4抑制劑(INK4)，即p16家族，由4種相似蛋白(p15、p16、p18和p19)構(gòu)成，特異性抑制 CDK4-cyclinD1、CDK6-cyclinD1的磷酸化激酶活性［3，5］。有研究表明，CIP/KIP對(duì)cyclinD/CDK4、cyclinD/CDK6起正性調(diào)節(jié)作用，p16蛋白對(duì)cyclinD/CDK4起負(fù)性調(diào)節(jié)作用［3］。

2 IRI與細(xì)胞周期調(diào)控的關(guān)系

細(xì)胞的發(fā)生和發(fā)育有賴于細(xì)胞周期的正常有序運(yùn)行。由于兩個(gè)主要檢驗(yàn)點(diǎn)的控制，細(xì)胞周期事件遵守嚴(yán)格的時(shí)相順序。IRI后，細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)將受損傷的細(xì)胞阻滯在相應(yīng)的位置進(jìn)行修復(fù)，若修復(fù)成功，細(xì)胞進(jìn)入下一個(gè)周期，否則發(fā)生凋亡。細(xì)胞凋亡是細(xì)胞的程序性死亡過(guò)程，受多種基因和蛋白的調(diào)控［6］。

2.1 腎IRI時(shí)細(xì)胞周期調(diào)控 腎臟作為高灌注器官，非常容易發(fā)生IRI，而腎IRI是自體腎發(fā)生急性腎衰竭的主要原因［7］。在腎IRI時(shí)，p21的表達(dá)是引起G1期阻滯的直接原因，而p53在其中也發(fā)揮了重要作用，它可通過(guò)下游基因p21的高表達(dá)對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控，從而保護(hù)腎臟。Andreucci等［8］研究提示，Ⅰ型的磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide-3 kinase，PI3K)和其下游分子絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(protein kinase B，PKB)所組成的信號(hào)通路(即PI3K/Akt信號(hào)通路)在腎IRI中起重要的調(diào)控作用。

2.2 腦IRI時(shí)細(xì)胞周期調(diào)控 細(xì)胞正常的生命活動(dòng)需要細(xì)胞周期的調(diào)控，而越來(lái)越多的證據(jù)也表明缺血性腦損傷后存在細(xì)胞周期的異常激活［9］。CDK5是神經(jīng)系統(tǒng)中重要的激酶之一，是腦缺血再灌注時(shí)神經(jīng)細(xì)胞凋亡過(guò)程中重要的上游因子，在腦缺血損傷機(jī)制中起重要作用［10］。宋鐵山等［11］研究顯示，腦IRI后，cyclinD1、CDK4異常表達(dá)可能是引起神經(jīng)元凋亡的主要因素，其中cyclinD1的異常增高與神經(jīng)元凋亡的關(guān)系更為密切。另有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，剔除cyclinD1基因能夠明顯抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖［12］。

2.3 肝IRI時(shí)細(xì)胞周期調(diào)控 肝移植是目前治療肝衰竭最有效的方法之一，但肝熱IRI常引起移植后肝功能不良，甚至導(dǎo)致移植肝原發(fā)性無(wú)功能，因而有必要深入探討肝熱IRI的機(jī)制，改善術(shù)后早期肝功能的恢復(fù)［13］。肝熱IRI的發(fā)生、發(fā)展受多途徑、多基因的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，臨床上采用單獨(dú)抗感染治療的效果并不令人滿意［14-15］。研究顯示，組織缺血/再灌注時(shí)核因子κB活性增高，參與調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程，可誘發(fā)和加重組織的損傷［16］;相反，阻斷核因子κB的活性，組織器官的再灌注損傷可明顯減輕［17-18］。細(xì)胞凋亡是肝臟IRI的特征之一［19］。有實(shí)驗(yàn)提示，鼠肝缺血30 min后再灌注期細(xì)胞DNA損傷的修復(fù)和細(xì)胞凋亡程序的活化過(guò)程有可能是通過(guò)p53基因介導(dǎo)的［20］。張劭等［21］進(jìn)一步研究表明，當(dāng)細(xì)胞受到肝熱IRI時(shí)，p53-Gadd45-PCNA途徑表達(dá)上調(diào)，使有DNA損傷的細(xì)胞停滯于G1期進(jìn)行DNA修復(fù)或促使無(wú)法修復(fù)的肝細(xì)胞凋亡，其中Gadd45a mRNA、Gadd45g mRNA的表達(dá)分別較再灌注前上升8.3倍和7.0倍。

2.4 視網(wǎng)膜、心臟IRI時(shí)細(xì)胞周期調(diào)控 視網(wǎng)膜IRI是眼科常見(jiàn)的病理過(guò)程，主要通過(guò)凋亡的形式導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)元的死亡。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在視網(wǎng)膜IRI中cyclinD1與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)［22］。

研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt通路在心臟IRI后的修復(fù)過(guò)程中起重要的調(diào)控作用［23］。Hausenloy等［24］研究發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)缺血預(yù)處理增強(qiáng)PI3K/Akt信號(hào)途徑，從而對(duì)心臟IRI起保護(hù)作用。

3 研究IRI時(shí)細(xì)胞周期調(diào)控的意義

手術(shù)、創(chuàng)傷后應(yīng)激反應(yīng)一方面有利于機(jī)體抵御外來(lái)?yè)p傷，另一方面如反應(yīng)過(guò)于激烈或調(diào)節(jié)失衡，也會(huì)造成自身的損傷，因此研究創(chuàng)傷后，應(yīng)激反應(yīng)中的細(xì)胞周期調(diào)控就可以在臨床上有效地控制炎性反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞修復(fù)，阻止細(xì)胞凋亡，從而減少應(yīng)激性疾病的發(fā)生，減少應(yīng)激給機(jī)體帶來(lái)的危害。

在細(xì)胞周期調(diào)控中cyclinD1是正態(tài)調(diào)控因子，因此可通過(guò)上調(diào)cyclinD1的表達(dá)而促進(jìn)細(xì)胞的增殖，修復(fù)損傷的組織;相反，剔除cyclinD1基因可以明顯抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖。在臟器經(jīng)受IRI之前給予一短暫的血流阻斷又復(fù)灌，從而減輕臟器的IRI，稱為缺血預(yù)處理［25］。蔡方剛等［26］的研究表明，經(jīng)過(guò)缺血預(yù)處理，肝細(xì)胞在復(fù)灌早期cyclinD1的表達(dá)明顯上升，推動(dòng)著G1期向S期發(fā)展，從而促進(jìn)細(xì)胞的增殖。治療腦缺血時(shí)應(yīng)注意調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞各自的凋亡機(jī)制［27］。Trimsit等［25］認(rèn)為，腦缺血后要判斷缺血的神經(jīng)元是否進(jìn)入病態(tài)的細(xì)胞周期，可以以cyclinD1表達(dá)的水平作為指標(biāo)。宋鐵山等［11］進(jìn)一步研究顯示，兼具鎮(zhèn)靜麻醉作用的藥物異丙酚可以降低腦缺血/再灌注后cyclinD1表達(dá)的水平，從而降低神經(jīng)元凋亡率，減輕缺血/再灌注對(duì)大鼠海馬神經(jīng)元的損傷。異丙酚也可以減輕大鼠肝臟、腎臟IRI［28］。另有研究表明，對(duì)視網(wǎng)膜缺血/再灌注組注射堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子后，cyclinD1的表達(dá)顯著降低，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡，在視網(wǎng)膜IRI中起到保護(hù)作用［22］。

CDK4可以與cyclinD1結(jié)合成cyclinD1-CDK4復(fù)合物，共同促進(jìn)細(xì)胞由G1期向S期過(guò)渡。近年來(lái)有多項(xiàng)研究表明，在腦IRI時(shí)，聯(lián)合針刺水溝、內(nèi)關(guān)、曲池、足三里穴能夠使CDK4的表達(dá)減少，從而抑制神經(jīng)元的凋亡［29］。另外，曲忠森等［30］指出，急性腦IRI時(shí)，細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度升高可能增加CDK5的活性，從而加劇腦IRI。因此，可以利用鈣通道阻滯劑尼膜地平降低海馬神經(jīng)元內(nèi)的Ca2+濃度，進(jìn)而降低CDK5的活性，從而減輕腦IRI。

綜上所述，細(xì)胞周期的調(diào)控與IRI關(guān)系密切。但是，IRI中的細(xì)胞周期調(diào)控是個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，目前的認(rèn)識(shí)還不夠深刻，尤其是在肝IRI方面，國(guó)內(nèi)外的報(bào)道還不多，有待進(jìn)一步深入研究。

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