抗氧化處理在器官移植中的發(fā)展趨勢

曾永茂 李建軍

南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院腎移植科，湖南衡陽 421000

抗氧化處理在器官移植中的發(fā)展趨勢

曾永茂 李建軍▲

南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院腎移植科，湖南衡陽 421000

氧化應(yīng)激反應(yīng)是影響器官移植進程的一個關(guān)鍵性因素。人們普遍認(rèn)為，氧化應(yīng)激反應(yīng)在缺血/再灌注時特異性表達，導(dǎo)致大量活性氧的產(chǎn)生，引起一系列的氧化損傷。此外，邊緣供體器官更加容易受到氧化損傷。大量的研究提示抗氧化治療能夠改善移植器官的功能，提高移植器官的利用率。本文針對供體、移植物、受體概述目前國內(nèi)外新興的抗氧化治療方案。

抗氧化劑；器官移植；活性氧；預(yù)處理；機械灌注

缺血/再灌注損傷（IRI）是目前臨床上常見的問題，特別是對移植器官。缺血/再灌注損傷不僅能誘發(fā)急性排斥反應(yīng)、移植腎功能恢復(fù)延遲，甚至可加重慢性排斥反應(yīng)。缺血/再灌注損傷直接導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞和薄壁細(xì)胞的損傷，使血管通透性增加，產(chǎn)生大量的炎性因子及活性氧（ROS）。

氧化應(yīng)激是體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡，傾向于氧化，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物，是參與IRI最常見的機制。目前已經(jīng)證明缺血僅僅激活氧化應(yīng)激反應(yīng)，而再灌注過程導(dǎo)致大量活性氧的產(chǎn)生、補體系統(tǒng)的激活和炎癥反應(yīng)。大量實驗證實，缺血的內(nèi)皮細(xì)胞是活性氧的來源。而線粒體功能能障礙，中性粒細(xì)胞的激活，黃嘌呤氧化酶和NADPH氧化酶類在這個過程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。隨后大量的活性氧引起細(xì)胞和組織的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA損傷以致細(xì)胞凋亡和組織損傷。

活性氧的產(chǎn)生對于移植物損傷和受體的并發(fā)癥具有重要關(guān)系。另外，邊緣供體更容易受到氧化應(yīng)激的影響，從而降低移植器官的利用率，加重器官短缺。為了減輕這種不良后果，大量的基礎(chǔ)實驗及臨床試驗正在研究氧化應(yīng)激反應(yīng)，針對整個移植過程，包括供體、移植物的保存和受體。近年來發(fā)現(xiàn)了一些新的處理方法可降低活性氧的產(chǎn)生，減輕缺血/再灌注損傷。因此，本文就目前在器官移植中的抗氧化方案的發(fā)展及相應(yīng)的機制進行綜述。

1 抗氧化處理對于捐獻者

1.1 局部缺血預(yù)處理

局部缺血預(yù)處理（LIPC）是一個普遍接受的抗氧化治療方法。經(jīng)典缺血預(yù)處理，即在真正的缺血損傷發(fā)生前對該器官或組織提前給予一次短暫的亞致死性缺血損傷，以提高器官對隨后缺血的耐受性，從而達到器官保護的作用。早在20世紀(jì)80年代，研究者發(fā)現(xiàn)缺血預(yù)處理能有效減輕缺血再灌注損傷。最近的一項研究表明，LIPC發(fā)生時可激活脂質(zhì)氧化應(yīng)激相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)，抑制氧化損傷細(xì)胞組件，改變Ca2+的干擾，防止細(xì)胞核損傷和DNA碎片形成[1]。在隨機臨床試驗中，對60例肝臟器官捐獻者阻斷肝臟血流10分鐘作為預(yù)處理，觀察是否獲得IRI耐受，結(jié)果表明LIPC極大地提高了肝細(xì)胞對缺血及再灌注損傷的耐受性[2]。然而，相關(guān)研究并不能證明LIPC對減少肝臟部分切除手術(shù)并發(fā)癥及減輕肝移植中缺血再灌損傷有明顯效果[3-4]。這些有爭議的結(jié)果，可能跟誘發(fā)LIPC的手段及缺血預(yù)處理的時間不同有關(guān)。此外，不同的器官、年齡、性別對于缺血的耐受性也不同。

1.2 氫預(yù)處理

在IRI中，氫在抗氧化系統(tǒng)中扮演著重要角色。低濃度H2O2預(yù)處理能減輕細(xì)胞的氧化損傷，抑制氧化損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，具有很好的抗氧化損傷和抗細(xì)胞凋亡的保護作用[5]。在重癥監(jiān)護室中，雖然機械通氣（MV）常常用于支持捐獻者生命，但也可以引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致呼吸機肺損傷（VILI）和降低移植物生存率[6]。為了防止VILI發(fā)生，C.-S.Huang等研究表明，吸入低濃度氫能有效降低呼吸機肺損傷及炎癥反應(yīng)[7]。在肺移植中，氫預(yù)處理在肺組織再灌注期間可有效較少活性氧[8]。另外有文獻報道：在肝臟移植前，使用濃度為2%的氫對供體預(yù)處理，可有效減輕肝臟IRI[9]。因此，氫預(yù)處理可能是一種有效的方法提高邊緣器官的利用率。但對于氫吸入的最佳濃度目前還沒具體方案。另一個研究顯示，在慢性乙型肝炎患者中，富氫水（HRW）能夠明顯降低氧化應(yīng)激反應(yīng)及HBV-DNA復(fù)制率，從而改善肝功能[10]。因此，在不久的將來，可能會出現(xiàn)一些新型的富氫抗氧化物質(zhì)用于邊緣器官的保存及運輸。

1.3 抗氧化酶及非酶類抗氧化劑的使用

在心臟死亡器官捐獻過程中，將產(chǎn)生大量的活性氧，而這些活性氧將是影響移植物利用率的關(guān)鍵性因素。過氧化氫酶和SOD等抗氧化劑的使用能有效減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)及缺血再灌注損傷。但是，在一些相關(guān)文獻中認(rèn)為，抗氧化酶無法穿過細(xì)胞膜屏障并在體內(nèi)很快被消耗，原因在于血管內(nèi)皮細(xì)胞上沒有抗氧化酶相關(guān)的結(jié)合位點[11]。另外有文獻認(rèn)為，非酶類抗氧化劑，如N-乙酰半胱氨酸、姜黃素等，只能緩解輕微的氧化損傷，而在急性炎癥反應(yīng)及缺血再灌注損傷中的作用是有限的[12]。怎樣提高抗氧化酶及非酶類抗氧化劑的生物利用度及療效是我們面臨的一個關(guān)鍵性問題。利用生物學(xué)技術(shù)，這個研究取得了一些進展。具有免疫識別的抗氧化酶在供體肺移植模型中的具體應(yīng)用已被證明是一個有效的方法。以納米技術(shù)為基礎(chǔ)，將抗氧化酶與特定抗體結(jié)合，利用抗體與細(xì)胞表面特異性抗原識別及結(jié)合，使具有納米尺度的抗氧化酶進入細(xì)胞內(nèi)，從而減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)。有研究表明，血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子-1就是這樣一個特定識別區(qū)域，將具有免疫靶向治療的過氧化氫酶應(yīng)用的豬的肺移植模型中，能明顯改善肺的氣體交換及微循環(huán)[13]。同樣，具有免疫識別血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附因子-1的超氧化物歧化酶也能夠有效降低肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞的ROS損傷級別[14]。

2 抗氧化處理對于移植物

目前認(rèn)為，移植物發(fā)生缺血是氧化應(yīng)激反應(yīng)最嚴(yán)重的時期，特別是在靜態(tài)冷保存期間。而機械灌注及幾種不同的保存技術(shù)能夠有效減少移植物損傷。

2.1 機械灌注

目前，公民逝世后器官捐獻已成為我國器官移植供器官的主要來源。然而，捐獻器官本身可能存在功能受損以及較長時間的熱缺血、冷缺血，導(dǎo)致IRI更為嚴(yán)重，明顯影響移植預(yù)后。機械灌注越來越多地作為一種擴大器官來源和延長器官儲存時間的有效方法。這項動態(tài)技術(shù)利用流動的灌流液不僅能夠帶走移植器官產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物而且能夠為移植物提供一定的營養(yǎng)及促使內(nèi)皮細(xì)胞修復(fù)。因而可增加邊緣器官的利用率及延長器官保存時間。但機械灌注受壓力、灌流速度、氧合情況等參數(shù)綜合影響，其廣泛應(yīng)用于臨床還需大量多中心實驗驗證[15]。但低溫機械灌注所誘發(fā)的冷損傷，如氧化應(yīng)激損傷，也是不能忽視的。有關(guān)文獻報道，灌流液溫度在20℃時所產(chǎn)生的活性氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于8℃及4℃[16]。在臨床試驗中也有相關(guān)報道，在肺移植中，常溫機械灌注4小時比低溫灌注4小時具有更好的生理穩(wěn)定性[17]。另外，灌注液的成分也是影響氧化應(yīng)激反應(yīng)的一個重要因素。有文獻報道，灌注液中含有一定數(shù)量的血細(xì)胞及短時間的供氧可有效減輕炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激[18]。但這其中的機制及氧的最佳濃度并沒有相關(guān)報道。為了進一步減輕氧化應(yīng)激損傷，往灌注液中加入尿激酶、抗氧化酶等其他成分可能是一個不錯的方案。

2.2 聚合物保存液

針 對 傳 統(tǒng) 的 UW（University of Wisconsin）保存液粘滯度大、鉀離子含量高的缺點，國內(nèi)外學(xué)者已對其進行了多種改良，其中聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）作為替代UW液中羥乙基淀粉（HES）的一種新型大分子物質(zhì)，已在多種新型器官保存液中得到應(yīng)用，對器官保存發(fā)揮了重要作用。目前，在以PEG為基礎(chǔ)上新開發(fā)了幾種新型的器官保存液，如Polysol和IGL-1保存液。

UW保存液應(yīng)用于器官保存以來，移植器官的保存取得了較大進步，器官保存液也成為了絕大多數(shù)器官保存的金標(biāo)準(zhǔn)。該保存液所含的各種成分可有效減少缺血再灌注損傷，其中的羥乙基淀粉作為器官保存液中的重要膠體分子，在預(yù)防移植物間質(zhì)水腫方面發(fā)揮了重要作用，但有研究表明羥乙基淀粉可增加器官保存液的黏滯度并易引起紅細(xì)胞聚集，從而導(dǎo)致移植物內(nèi)微循環(huán)障礙，影響保存效果[19]。在Polysol器官保存液中，PEG具有膠體共性，同時具有低粘滯性，其中包含維生素，氨基酸和氧自由基清除劑（包括別嘌呤醇，谷胱甘肽，維生素E，維生素C），具有很強的抗氧化能力。在大鼠部分肝臟移植中，Polysol保存液能夠有效改善微循環(huán)，促進細(xì)胞再生，抑制細(xì)胞凋亡，從而提高部分肝臟移植成活率[20]。然而，一份臨床研究報道，在9對親屬腎臟移植中，Polysol保存液組比UW保存液組的受者抗體介入更早，發(fā)生急性排斥反應(yīng)率更高[21]。目前Polysol保存液中作用機制及不利因素并不是很明朗，需要各個實驗中心共同努力。

IGL-1（Institute Georges Lopez-1）保存液具有粘滯度低 ，高鈉，低鉀等特點。IGL-1保存液已應(yīng)用于胰腺、腎臟、腸和肝臟的靜態(tài)冷藏。IGL-1保存液可通過AMPK和AKT兩條途徑激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶抑制內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂和減輕移植物氧化應(yīng)激反應(yīng)。有文獻報道，在肝臟保存中，IGL-1保存液能更有效的減輕缺血再灌注損傷[22]。但IGL-1保存液未能廣泛應(yīng)用于臨床可能與其保存效果的不確定性有關(guān)。在一份臨床研究報告中發(fā)現(xiàn)在肝臟移植中，IGL-1保存液組與UW保存液組比較，并沒有降低肝移植術(shù)后出現(xiàn)的肝動脈血栓形成、移植肝臟無功能、膽道梗阻的發(fā)生率[23]。但IGL-1保存液減輕缺血再灌注機制較明確，且成本遠(yuǎn)低于UW保存液，因此仍具有一定的研究價值。

2.3 氣體補充劑

在肝臟、腎臟、胰腺、骨髓、肺、腸移植等移植器官冷保存中，富含氫氣的保存液具有抗氧化能力。相關(guān)文獻報道，富氫保存液的抗氧化能力可能與其能夠抑制高遷移率族蛋白B1釋放或者清除氧自由基有關(guān)[24]。一方面，新型富氫UW液用于大鼠腎臟移植模型中發(fā)現(xiàn)，富氫UW液通過保護腎小管上皮細(xì)胞、抑制炎癥反應(yīng)能有效改善移植腎功能和延長大鼠存活率[25]。同樣，在大鼠腸移植模型中，富氫UW液不僅能有效減輕移植物損傷，還能提高受者存活率。機制可能是富氫UW液能夠減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)[26]。此外，將富氫吸入劑與富氫保存液相結(jié)合，延長移植器官保存時間，提高受者生存率，這需要進一步的基礎(chǔ)及臨床研究。

NO是一種雙原子氣態(tài)信號分子，能夠減輕超氧化物對組織的毒害和發(fā)生減輕炎癥反應(yīng)。另外，NO能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)線粒體的能量代謝從而影響缺血再灌注期間活性氧的產(chǎn)生。有關(guān)文獻報道， 在肝移植中，加氧灌注液中加入NO用于肝臟的灌注及冷保存，能明顯較低肝臟的缺血再灌注損傷。其機制可能是減少了ET-I的釋放[27]。另有文獻報道，在心臟死亡器官捐獻肺移植中，間接體內(nèi)灌注含有NO能有效降低熱缺血損傷，同時也能改善移植肺功能[28]。盡管NO在臨床中已被用于治療兒童急性呼吸窘迫綜合征，但具體應(yīng)用器官移植中還有待基礎(chǔ)及臨床研究。

CO也是一種氣體信號分子，與血紅蛋白輔基具有很高的親和力。一份研究報告指出，含有CO的器官保存液能有效改善移植器官功能[29]。在另一份研究報告指出，在大鼠腎移植模型中，體內(nèi)灌注含有CO的保存液能明顯減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)、提高受體生存率。其機制可能與CO與細(xì)胞色素P450緊密結(jié)合有關(guān)。H2S被認(rèn)為是第三種氣體信號分子，能夠舒張血管平滑肌，抑制細(xì)胞凋亡，調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)[30]。含有H2S的器官保存液是否具有同樣的效果值得我們?nèi)パ芯俊?/p>

3 抗氧化處理對于受者

3.1 遠(yuǎn)期缺血預(yù)處理

遠(yuǎn)期缺血預(yù)處理（remote ischemic postconditioning，RIPoC）是指在器官移植幾個周期前通過預(yù)先處理遠(yuǎn)端肢體造成缺血現(xiàn)象，從而誘導(dǎo)出機體對缺血再灌注損傷產(chǎn)生耐受。遠(yuǎn)期缺血預(yù)處理后能抑制機體內(nèi)NF-Bp65和丙二醛（MDA）表達，從而增強移植后移植物的抗氧化潛力。從基礎(chǔ)研究到臨床應(yīng)用中，J.Wu等人研究中，每周夾閉受者暴露的髂外動脈5分鐘后再恢復(fù)灌注，總共3個周期，結(jié)果提示遠(yuǎn)期缺血預(yù)處理能夠改善移植術(shù)后移植腎功能早期恢復(fù)[31]。然而，有關(guān)文獻報道，在腎臟或者肝臟移植的兩個隨機試驗中，并沒有得出類似的結(jié)論[32]。原因可能跟遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理方法有關(guān)[33]。因此，遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理仍然是一種簡單、有效的方法減輕移植物缺血再灌注損傷。但這種方法需要預(yù)測器官捐獻的時機，對于DCD（心臟死亡器官捐獻）供體肯定不合適。另外，有研究提示遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理應(yīng)該發(fā)生在移植手術(shù)24小時之前[34]。但是無論是在基礎(chǔ)研究或者臨床試驗對于缺血/再灌注時間及具體次數(shù)到目前為止沒有達成共識。因此，制定一個共同的方案及遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理潛在機制是兩個重要的課題。

4 展望

原發(fā)性無功能、移植物功能恢復(fù)延遲、宿主抗移植物反應(yīng)等并發(fā)癥與氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生密切相關(guān)，特別是在DCD供體中。本文分別對供體、移植物、受體相關(guān)抗氧化處理以提高移植物生存率和改善遠(yuǎn)期并發(fā)癥進行綜述。然而，氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)機制的不完善嚴(yán)重妨礙相關(guān)處理方法的運用。同時缺血預(yù)處理的利弊及程序的復(fù)雜性存在爭議，但此方法在不久的將來仍可能被廣泛運用于實驗及臨床。以上方法都需要大量的基礎(chǔ)及臨床試驗去完善相關(guān)機制及指南。

靜態(tài)冷藏在幾十年前被認(rèn)為是一種最佳的器官保存方法，但此方法并不一定適合目前邊緣器官的保存。為了提高邊緣器官利用率，新型器官保存液的研究與開發(fā)顯得勢在必行。綜合運用抗氧化劑的方法可能比單純在保存液中加入活性氧清除劑更有效。盡管常溫機械灌注的抗氧化能力并不是很明確，但此方法值得深入研究。因此，建立標(biāo)準(zhǔn)的模型及統(tǒng)一的方案為抗氧化處理在基礎(chǔ)及臨床上運用是非常重要的。此外，針對供體、移植物和受體的局部抗氧化處理或者系統(tǒng)抗氧化處理潛在的不利因素也應(yīng)該引起重視。

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2095-0616（2016）21-224-05

2016-08-28）

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