腸缺血-再灌注損傷機(jī)制、預(yù)防和治療

賈中芝

組織器官缺血后重獲血供不僅不能使組織器官結(jié)構(gòu)與功能得以恢復(fù)，反而可加重其損傷程度及代謝障礙，這種現(xiàn)象稱為缺血-再灌注（I-R）損傷［1-2］。近年腸道缺血性疾病發(fā)生率逐年增高，腸I-R損傷發(fā)生率也逐年增高［3-4］。為了進(jìn)一步了解腸I-R損傷發(fā)生機(jī)制，提高對(duì)其認(rèn)識(shí)，并給予及時(shí)有效的預(yù)防及治療措施，降低死亡率，本文就其發(fā)生機(jī)制、預(yù)防及治療作一系統(tǒng)綜述。

1 腸I-R損傷發(fā)生機(jī)制

腸I-R損傷發(fā)生涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，如腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體損傷、自由基累積、Ca2+超載、腸黏膜局部炎性反應(yīng)及腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡等［5-6］。研究證實(shí)，腸I-R損傷最關(guān)鍵環(huán)節(jié)為腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體損傷，核心環(huán)節(jié)為腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)自由基連鎖反應(yīng)，而最后通路則為腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載［1，7］。

1.1 腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體損傷機(jī)制

I-R可引起腸黏膜上皮細(xì)胞呼吸鏈自身酶復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ活性顯著下降，并產(chǎn)生大量活性氧自由基攻擊腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體，使之結(jié)構(gòu)和功能破壞、酶活性喪失；同時(shí)，線粒體膜屏障破壞導(dǎo)致大量離子內(nèi)流并進(jìn)入線粒體，使之腫脹，最終分解。因此，對(duì)腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體的保護(hù)是發(fā)揮抗腸I-R損傷作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.2 腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)自由基累積

自由基廣泛存在于生物體內(nèi)，機(jī)體在生理情況下不斷產(chǎn)生氧自由基，同時(shí)又不斷將其清除掉，以維持機(jī)體動(dòng)態(tài)平衡。腸I-R損傷時(shí)缺氧會(huì)導(dǎo)致腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP）減少，Ca2+在線粒體內(nèi)積聚，破壞了線粒體基本功能，因此腸黏膜上皮細(xì)胞呼吸鏈功能發(fā)生障礙，同時(shí)腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶生成減少，使氧自由基生成積聚增多，而氧自由基是誘發(fā)自由基連鎖反應(yīng)的啟動(dòng)環(huán)節(jié)，其性質(zhì)極不穩(wěn)定，可不斷地生成新的活性氧。在再灌注前數(shù)分鐘內(nèi)，缺血的腸黏膜上皮細(xì)胞突然獲得血供及氧，將促使ATP合成增加，但也會(huì)加劇腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載和中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)，從而使大量氧自由基在缺血腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)積聚。

氧自由基對(duì)腸黏膜上皮細(xì)胞損傷的機(jī)制有：①破壞腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體；②對(duì)腸黏膜上皮細(xì)胞膜雙層磷脂結(jié)構(gòu)中脂類具氧化作用，從而改變腸黏膜上皮細(xì)胞膜流動(dòng)性和通透性，并生成多種毒性物質(zhì)如脂質(zhì)過氧化物，直接損傷腸黏膜上皮細(xì)胞膜；③引起血小板和粒細(xì)胞在微血管中黏附、聚集，造成微循環(huán)障礙；④導(dǎo)致一系列復(fù)雜的生物活性分子產(chǎn)生一系列反應(yīng)，如吞噬細(xì)胞激活及內(nèi)毒素釋放等。

1.3 腸黏膜上皮細(xì)胞Ca2+超載

腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載是導(dǎo)致腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡的最后通路。腸黏膜上皮細(xì)胞缺氧時(shí)導(dǎo)致ATP生成缺乏，細(xì)胞內(nèi)pH值降低，使Na+/Ca2+交換蛋白活性降低，進(jìn)而使腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)Na+、Ca2+增加，K+降低，這些離子分布失衡破壞了腸黏膜上皮細(xì)胞的防御系統(tǒng)，使腸黏膜上皮細(xì)胞損傷加重。Ca2+超載可通過數(shù)個(gè)途徑加重腸黏膜上皮細(xì)胞I-R損傷［8］：①腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)外 Ca2+平衡紊亂，引起并加重線粒體損傷。Ca2+可抑制ATP合成，使之生成減少；Ca2+對(duì)腸黏膜上皮細(xì)胞氧化還原反應(yīng)、pH值、滲透壓、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)均具有重要作用。②Ca2+可激活磷脂酶A和磷脂酶C，使之降解為游離脂肪酸，從而釋放大量花生四烯酸，導(dǎo)致腸黏膜上皮細(xì)胞脂質(zhì)膜流動(dòng)性降低，并增高腸黏膜上皮細(xì)胞膜通透性，致使腸黏膜上皮細(xì)胞腫脹；同時(shí)，花生四烯酸在環(huán)氧酶及脂氧酶作用下生成前列腺素、白三烯及自由基等活性物質(zhì)并導(dǎo)致血管收縮，進(jìn)一步造成腸組織缺血后低灌注。③Ca2+增高導(dǎo)致活性鈣調(diào)蛋白增加，Ca2+與之結(jié)合將引起5-羥色胺大量釋放，從而引起血管痙攣，加重腸組織缺血與損傷。

1.4 腸黏膜局部炎性反應(yīng)

炎性反應(yīng)是導(dǎo)致腸I-R損傷的重要因素，腸黏膜局部大量炎性介質(zhì)釋放和炎性細(xì)胞產(chǎn)生引起機(jī)體炎性反應(yīng)。炎性細(xì)胞主要是白細(xì)胞，炎性介質(zhì)主要包括細(xì)胞因子、趨化因子和黏附分子等［9］。炎性細(xì)胞可阻塞微小血管，造成繼發(fā)性腸組織低灌注，然后釋放氧自由基和縮血管物質(zhì)等使血管通透性增加，引起腸組織水腫。眾多炎性介質(zhì)可通過與內(nèi)皮細(xì)胞粘連將其破壞，致使其凋亡，從而加重I-R區(qū)域腸黏膜上皮細(xì)胞損傷。

2 腸I-R損傷保護(hù)機(jī)制

機(jī)體在腸組織受到I-R損傷的同時(shí)，會(huì)調(diào)動(dòng)一系列保護(hù)機(jī)制與之對(duì)抗。機(jī)體對(duì)抗腸I-R損傷的主要機(jī)制，一是通過蛋白激酶 B（PKB/Akt）和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路［10］，二是釋放抑制腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡的相關(guān)物質(zhì)。Lu等［11］通過大鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)Akt參與調(diào)控細(xì)胞I-R損傷。Lin等［12］研究證實(shí)ERK參與調(diào)控細(xì)胞I-R損傷，生存素（survivin）與腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡密切相關(guān)，具有強(qiáng)大的抗凋亡能力，在抗凋亡中發(fā)揮重要作用。Shi［13］研究證實(shí)生存素可通過抑制半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspase）-9活性抑制細(xì)胞凋亡。

誘導(dǎo)型一氧化氮（NO）可對(duì)抗I-R損傷，對(duì)I-R腸組織具有重要保護(hù)作用［14］。有研究顯示，B細(xì)胞淋巴瘤基因-2通過與其它相關(guān)凋亡因子協(xié)調(diào)作用調(diào)控線粒體結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定，從而產(chǎn)生抗細(xì)胞凋亡作用［15］。

3 預(yù)防措施

腸I-R損傷預(yù)防措施主要包括缺血預(yù)處理和缺血后處理［16-17］。缺血預(yù)處理指在腸組織缺血前提前進(jìn)行一次或多次短暫重復(fù)缺血（30 s）及再灌注（30 s），這樣能提高腸組織對(duì)此后較長時(shí)間缺血的耐受性，從而減輕腸組織I-R損傷；缺血后處理指在腸組織缺血后、再灌注前予以幾個(gè)循環(huán)短暫再灌注（30 s）和再缺血（30 s），這樣能保護(hù)缺血腸組織對(duì)I-R損傷的耐受性，進(jìn)而起到保護(hù)作用。腸組織缺血一旦形成，缺血預(yù)處理即失去意義，而缺血后處理在治療腸組織I-R損傷上正好彌補(bǔ)了缺血預(yù)處理不足，因此有更大的臨床實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。尤其是在腸缺血發(fā)生后和開通血管前，采取缺血后處理措施可有效地降低腸組織I-R損傷。介入血管科醫(yī)師了解此預(yù)防措施至關(guān)重要。

Yang等［18］研究發(fā)現(xiàn)組織器官再灌注開始1 min內(nèi)即可產(chǎn)生大量氧自由基，再灌注4～5 min時(shí)達(dá)到高峰，而缺血后處理是通過反復(fù)的、短暫的缺血和再灌注交替循環(huán)降低了再灌注區(qū)域組織器官氧自由基生成底物供給，從而減少氧自由基生成，使之產(chǎn)生和清除趨于動(dòng)態(tài)平衡。近期一項(xiàng)meta分析證實(shí)，缺血預(yù)處理可有效降低患者急性腎損傷發(fā)生率，降低死亡率［19］。也有 meta分析發(fā)現(xiàn)，缺血預(yù)處理可有效改善組織對(duì)缺血的耐受力［20］；缺血后處理可顯著降低I-R損傷程度［21］。總之，目前有較多基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究均證實(shí)了缺血預(yù)處理和缺血后處理的臨床價(jià)值。

4 治療

腸I-R損傷治療方法主要包括能量療法、抗氧自由基療法、抗白細(xì)胞黏附療法等。

4.1 能量療法

腸組織在缺血缺氧情況下，腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)缺乏足夠ATP產(chǎn)生，其缺乏引起腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)代謝難以進(jìn)行，導(dǎo)致缺氧部位腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡。Lian等［22］通過兔I-R損傷模型證實(shí)，經(jīng)靜脈給予ATP治療可為缺血細(xì)胞提供能量，從而改善缺氧細(xì)胞能量供給及代謝，穩(wěn)定缺氧細(xì)胞內(nèi)外微循環(huán)，最終減輕I-R損傷。Meng等［23］通過Sprague-Dawley大鼠模型證實(shí)，應(yīng)用ATP可降低I-R損傷程度。目前雖有較多基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)ATP干預(yù)I-R損傷的效果良好，但仍缺乏大型多中心臨床實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)。

4.2 抗氧自由基療法

抗氧自由基是治療腸黏膜上皮細(xì)胞I-R損傷的重要手段。目前有多種抗氧自由基物質(zhì)，如三磷酸腺苷、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、丙酮酸、甘露醇、銀杏葉提取物等。Erol等［24］通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抗氧自由基可顯著降低I-R區(qū)域細(xì)胞凋亡、壞死程度。Kezic等［25］報(bào)道超氧化物歧化酶、谷胱甘肽等能顯著降低心肌I-R損傷程度。

4.3 抗白細(xì)胞黏附療法

被激活的白細(xì)胞具有一定的黏附作用，進(jìn)而黏附于微小動(dòng)脈內(nèi)壁，導(dǎo)致微循環(huán)受阻，從而加重了腸黏膜上皮細(xì)胞缺血、缺氧。白細(xì)胞黏附作用與細(xì)胞黏附分子（CAM）密切相關(guān)，通過對(duì)CAM進(jìn)行干預(yù)可有效地減輕白細(xì)胞黏附作用，減輕I-R損傷［26］。目前上市的白細(xì)胞趨化藥物主要有血小板激活因子、抗CDll/CDl8單克隆抗體等，均經(jīng)動(dòng)物模型研究證實(shí)有助于減輕腸I-R損傷［27］。但尚無臨床試驗(yàn)研究證實(shí)此類藥物的療效。

4.4 抗腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡療法

腸I-R損傷病理改變?yōu)槟c黏膜上皮細(xì)胞凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子（TNF）-α、Fas、Fas-L、caspase-3、Bcl-2抑制或激活與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)［28］。Kawano等［29］研究發(fā)現(xiàn)，抑制 TNF-α 表達(dá)會(huì)加重 I-R損傷程度。 Lian 等［22］發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)as-L、Bcl-2 表達(dá)與 I-R損傷導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。目前抗上皮細(xì)胞凋亡藥物仍處于研究開發(fā)階段，尚無關(guān)于抗腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡藥物的研究報(bào)道。

5 結(jié)語

腸I-R損傷發(fā)生涉及腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)線粒體損傷、自由基累積、Ca2+超載，腸黏膜局部炎性反應(yīng)及腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡等多個(gè)環(huán)節(jié)。預(yù)防措施包括缺血預(yù)處理和缺血后處理，尤其是缺血后處理，對(duì)減輕I-R損傷所致腸黏膜上皮細(xì)胞損傷具有臨床可行性。治療方法包括能量療法、抗氧自由基療法、抗白細(xì)胞黏附療法等。相信隨著研究的深入，在腸I-R損傷發(fā)生機(jī)制、預(yù)防措施及治療方法方面必將有突破性進(jìn)展。