炎癥反應(yīng)在肝臟缺血再灌注損傷中的作用研究進(jìn)展

張志斌，朱志軍

(天津市第一中心醫(yī)院，天津300192)

缺血再灌注損傷(IRI)是肝外傷、肝切除、肝移植術(shù)后肝功能障礙、肝功能衰竭的一個關(guān)鍵因素［1］。因此，減輕術(shù)中肝臟IRI有助于降低手術(shù)對肝功能的影響［2］。近年來對肝臟IRI機(jī)制的深入研究［3］顯示，肝臟IRI以一系列炎癥反應(yīng)為特點(diǎn)。現(xiàn)將炎癥反應(yīng)在肝臟IRI發(fā)生、發(fā)展中的作用及機(jī)制綜述如下。

1 肝臟IRI的發(fā)生

肝臟IRI是一個涉及多種細(xì)胞類型和不同通路分子介質(zhì)的復(fù)雜過程。細(xì)胞損傷可發(fā)生在缺血期，也可發(fā)生在再灌注期間，最終通過細(xì)胞凋亡和壞死導(dǎo)致細(xì)胞死亡。供應(yīng)肝臟的血流在正常體溫下中斷(如切除肝臟)時，可產(chǎn)生熱缺血損傷;在移植肝臟冷灌注和保存過程中則產(chǎn)生冷缺血損傷［3］。在肝臟缺血再灌注期間，Kupffer細(xì)胞、CD+4淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和肝細(xì)胞是參與炎癥反應(yīng)的主要細(xì)胞，而各種細(xì)胞因子、趨化因子、補(bǔ)體蛋白則作為各細(xì)胞間的“聯(lián)絡(luò)員”參與炎癥反應(yīng)。近幾年，危險(xiǎn)相關(guān)分子模式(DAMPs)和模式識別受體(PRRs)在肝臟IRI病理生理過程中的作用逐漸被闡明。此外，當(dāng)前的許多研究表明，線粒體可通過產(chǎn)生活性氧物質(zhì)(ROS)、活性氮物質(zhì)(RNS)破壞離子動態(tài)平衡，亦可通過線粒體膜通透性改變導(dǎo)致細(xì)胞損傷。

2 肝臟IRI中炎癥反應(yīng)的作用

2.1 炎性細(xì)胞 在肝臟缺血期，由于肝糖原的消耗和細(xì)胞內(nèi)氧供應(yīng)不足，Kupffer細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞(SECs)和肝細(xì)胞的三磷酸腺苷(ATP)供應(yīng)減少［4］，而ATP缺乏導(dǎo)致細(xì)胞膜上依賴ATP的Na+/K+泵失衡、細(xì)胞內(nèi)Na+聚集，Kupffer細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，同時伴隨血管內(nèi)皮收縮素、血栓素A2增加和血管擴(kuò)張劑NO減少［5］，最終導(dǎo)致肝竇變窄;另外，再灌注期間，血竇內(nèi)中性粒細(xì)胞和血小板黏附、聚集增加，使微循環(huán)的血液灌注顯著減少，有些部位甚至完全沒有血流，稱為“無復(fù)流現(xiàn)象”［6］。Kupffer細(xì)胞是肝臟的巨噬細(xì)胞，在IRI過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Kupffer細(xì)胞在缺血和再灌注階段都可被激活，激活后即可產(chǎn)生活性自由基如ROS和炎性細(xì)胞因子(包括TNF-α、IL-1)［7］。上述活性氧物質(zhì)和炎性細(xì)胞因子在IRI的發(fā)生、發(fā)展過程中具有廣泛影響，主要作用是激活、聚集循環(huán)過程中的中性粒細(xì)胞、CD4+T淋巴細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞，從而表達(dá)細(xì)胞表面黏附分子，刺激肝細(xì)胞產(chǎn)生ROS、促進(jìn)血小板黏附至肝竇內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)一步加劇損傷［8］。

活化的肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞可表達(dá)細(xì)胞表面黏附分子。但是，早期肝竇內(nèi)中性粒細(xì)胞的聚集主要因肝竇腫脹、狹窄和表面黏附的血小板所致;主要機(jī)制為在趨化因子活化和肝細(xì)胞受損后，利用細(xì)胞表面黏附分子將中性粒細(xì)胞結(jié)合于肝竇內(nèi)皮細(xì)胞的相應(yīng)部位后移出內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)入肝實(shí)質(zhì)，從而使中性粒細(xì)胞聚集［3］。肝臟內(nèi)含有各種亞型的淋巴細(xì)胞。CD4+T淋巴細(xì)胞和自然殺傷T(NKT)細(xì)胞在IRI中起關(guān)鍵作用。CD4+T淋巴細(xì)胞的聚集早于中性粒細(xì)胞，可在肝臟缺血再灌注1 h內(nèi)發(fā)生。CD4+T淋巴細(xì)胞被源于Kupffer細(xì)胞的各種產(chǎn)物激活后，可通過趨化因子 IL-17的產(chǎn)物刺激中性粒細(xì)胞聚集［9］;其還可產(chǎn)生 γ干擾素(IFN-γ)，后者激活Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α和IL-1、激活肝細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子［10］。CD+4T淋巴細(xì)胞的聚集和活化導(dǎo)致肝細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞損傷，同時伴有微循環(huán)灌注不足［11］;NKT細(xì)胞的活化同CD+4T淋巴細(xì)胞相似，能直接破壞肝組織，也可通過產(chǎn)生IFN-γ激活Kupffer細(xì)胞和肝細(xì)胞而造成損傷［12，13］。

2.2 體液因子 補(bǔ)體系統(tǒng)包括約30種可溶性的膜結(jié)合蛋白，其激活途徑包括經(jīng)典途徑、替代途徑、甘露糖結(jié)合凝集素途徑三種［14］;其導(dǎo)致肝臟損傷的機(jī)制包括在質(zhì)膜上形成膜攻擊復(fù)合物裂解細(xì)胞［15］、使中性粒細(xì)胞聚集同時激活中性粒細(xì)胞和Kupffer細(xì)胞［6］。在肝臟IRI過程中，細(xì)胞因子既有促炎作用，又有抗炎作用。TNF-α是促炎過程中的關(guān)鍵因子，其與肝細(xì)胞表面的腫瘤壞死因子受體(TNF-R)結(jié)合后，可促使趨化因子上皮中性粒細(xì)胞活性蛋白78 (ENA-78)和ROS產(chǎn)生增加;同時活化NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)［16］;還可上調(diào)細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)、P-selectin黏附分子表達(dá)。上述機(jī)制可使中性粒細(xì)胞聚集和活化，并進(jìn)入缺血的肝實(shí)質(zhì);而JNK和ROS也可對肝細(xì)胞直接造成損傷［16］。Shuh等［17］研究表明，TNF-α既可造成細(xì)胞損傷，又可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，故在治療肝臟IRI過程中不能完全抑制TNF-α。

2.3 內(nèi)源性危險(xiǎn)信號 內(nèi)源性危險(xiǎn)信號主要指DAMPs，是正常細(xì)胞或細(xì)胞外環(huán)境的生理組成部分，DAMPs由壞死細(xì)胞或破壞的細(xì)胞外基質(zhì)釋放，或通過應(yīng)激和受損的細(xì)胞分泌，其能夠以類似病原相關(guān)分子模式(PAMPs)的方式啟動與促進(jìn)炎性反應(yīng)。PAMPs是存在于許多原核生物體內(nèi)高度保守的序列，為公認(rèn)的宿主內(nèi)先天細(xì)胞免疫系統(tǒng)，可啟動自身的免疫反應(yīng)［18］。在肝臟IRI過程中，PAMPs包括革蘭陰性細(xì)菌脂多糖、革蘭陽性細(xì)菌脂磷壁酸和雙鏈RNA病毒等模式［19］。DAMPs包括核轉(zhuǎn)錄因子高遷移率族蛋白(HMGB-1)、胞質(zhì)鈣調(diào)節(jié)蛋白S100、細(xì)胞外基質(zhì)成分透明質(zhì)酸、尿酸鹽、ATP和DNA等模式［20～22］。DAMPs和PAMPs均通過與哺乳動物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)或細(xì)胞表面的PRRs結(jié)合發(fā)揮作用。PRRs在先天免疫系統(tǒng)的細(xì)胞表達(dá)，主要包括Toll樣受體(TLRs，主要是TLR-4)和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)兩類［3］，其中活化的TLR-4可通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶系統(tǒng)使ROS的產(chǎn)生增加從而造成損傷;RAGE主要在肝臟樹突狀細(xì)胞和少部分 Kupffer細(xì)胞表達(dá)，肝臟 IRI可導(dǎo)致RAGE表達(dá)增加，RAGE和HMGB-1結(jié)合增加則可導(dǎo)致細(xì)胞間炎癥介質(zhì)激活，如p38 MAPK、轉(zhuǎn)錄因子STAT-3和AP-1，繼之使炎性細(xì)胞因子如TNF-α增加［23］。

2.4 線粒體 肝臟IRI過程中產(chǎn)生的ROS和RNS使氧化磷酸化中斷、ATP供給不足，而細(xì)胞液內(nèi)離子紊亂導(dǎo)致線粒體離子失衡，線粒體膜破壞、通透性增加。IRI期間細(xì)胞內(nèi)主要通過三種途徑產(chǎn)生ROS，即黃嘌呤氧化酶、線粒體呼吸鏈、NADPH氧化酶系統(tǒng)。ROS主要通過以下機(jī)制引起細(xì)胞凋亡和壞死:①使脂質(zhì)膜產(chǎn)生氧化損傷，造成離子穩(wěn)態(tài)失衡，引起細(xì)胞腫脹、死亡;在線粒體內(nèi)對參與呼吸鏈的酶造成氧化損傷，使ATP產(chǎn)生受阻、細(xì)胞色素C釋放到細(xì)胞液，進(jìn)而觸發(fā)細(xì)胞凋亡［24，25］;亦可使細(xì)胞核內(nèi)DNA產(chǎn)生氧化損傷，造成轉(zhuǎn)錄和翻譯障礙;激活氧化還原敏感的轉(zhuǎn)錄因子如NF-κB和AP-1，前者通過上調(diào)促炎因子如TNF-α造成損傷，后者通過促進(jìn)細(xì)胞色素 C釋放和激活 Caspase-3加速肝細(xì)胞凋亡［26］;ROS也可刺激臨近的線粒體產(chǎn)生ROS，此現(xiàn)象稱為ROS誘導(dǎo)的ROS釋放(RIRR);激活部分Ca2+可滲透的非選擇性陽離子通道，導(dǎo)致Ca2+由細(xì)胞外流向細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載［3］。RNS引起損傷的機(jī)制與ROS相似，但其還可參與翻譯后蛋白的修飾，從而可能導(dǎo)致蛋白失活或蛋白功能修改［27］。在IRI期間，線粒體內(nèi)膜的通透性增大，相對分子質(zhì)量＜1 500 Da的溶質(zhì)可自由通過線粒體，使線粒體腫脹，而膠體滲透壓改變可導(dǎo)致促凋亡因子細(xì)胞色素C釋放、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［3］。

2.5 離子紊亂 肝臟IRI過程中，離子(主要包括Ca2+、Na+、H+)穩(wěn)態(tài)破壞可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡。其中Ca2+主要存在于細(xì)胞液、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)三個細(xì)胞器內(nèi)。肝臟IRI導(dǎo)致細(xì)胞液、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體膜的Ca2+調(diào)節(jié)機(jī)制紊亂，Ca2+在細(xì)胞液和線粒體基質(zhì)內(nèi)超載，通過細(xì)胞膜的Ca2+和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放的Ca2+增加，細(xì)胞膜上SOC通道和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的蘭尼堿受體被激活。但上述通道及受體激活的機(jī)制尚不清楚［28］。此外，肝臟缺血缺氧可使細(xì)胞發(fā)生無氧酵解，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)酸中毒，為維持細(xì)胞內(nèi)pH值正常，肝細(xì)胞Na+/H+交換增加(H+移至細(xì)胞外，Na+、HCO3-進(jìn)入細(xì)胞內(nèi))，細(xì)胞內(nèi)Na+聚集、［Na+］i增加，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此，細(xì)胞內(nèi)酸中毒可能是一種保護(hù)機(jī)制。但［Na+］i增加促進(jìn)細(xì)胞壞死、［H+］i減少抑制細(xì)胞壞死的機(jī)制尚不清楚［29］。

綜上所述，肝臟IRI是由多種因素參加的復(fù)雜病理生理過程，炎癥反應(yīng)在此過程中具有重要作用。

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