腸缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制、診斷及治療研究進(jìn)展

鄒燕，肖凱強，何雪梅，周翔宇

(1西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川瀘州646000；2自貢市第四人民醫(yī)院；3西南醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實驗中心)

胃腸道對缺血再灌注(I/R)損傷高度敏感，即使是短暫缺血也可導(dǎo)致局部黏膜組織實質(zhì)性損傷。急性腸系膜缺血、腸梗阻、嵌頓疝、出血性休克、創(chuàng)傷或膿毒性休克等內(nèi)科疾病，及小腸移植、體外循環(huán)和腹主動脈瘤等外科手術(shù)均可導(dǎo)致腸I/R損傷。I/R損傷是一種復(fù)雜、多因素參與的病理過程，發(fā)病率、病死率仍較高。I/R損傷的發(fā)病機(jī)制涉及多因素參與，復(fù)雜的細(xì)胞及分子機(jī)制提高了研發(fā)有效療法的難度。目前臨床尚無腸I/R損傷的統(tǒng)一治療方法。對腸I/R損傷發(fā)病機(jī)制及治療方法的更深入研究有助于改善患者病情、降低發(fā)病率及病死率?，F(xiàn)將腸I/R損傷的發(fā)病機(jī)制、診斷、治療方法相關(guān)研究進(jìn)展綜述如下。

1 腸I/R損傷的發(fā)病機(jī)制

腸I/R損傷的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜。目前研究[1]認(rèn)為，炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、免疫反應(yīng)、基因、miRNAs及信號軸是腸I/R損傷的發(fā)病的主流學(xué)說，其他機(jī)制還包括白細(xì)胞黏附、鈣超載、能量衰竭等。

1.1 炎癥反應(yīng) 腸I/R損傷可導(dǎo)致促進(jìn)全身炎癥反應(yīng)水平、腸中性粒細(xì)胞浸潤增加、緊密連接蛋白claudin-3表達(dá)減弱、腸上皮損傷和通透性增加，小腸及全身基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP8)表達(dá)增加。MMP8可進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)水平、抑制claudin-3表達(dá)。另有研究[2]認(rèn)為，中性粒細(xì)胞表達(dá)受體在腸I/R急性組織損傷中發(fā)揮重要作用，中性粒細(xì)胞表達(dá)受體C3aR可抑制急性腸I/R后的中性粒細(xì)胞動員，同時中性粒細(xì)胞表達(dá)受體C5aR可將循環(huán)中性粒細(xì)胞輸送至炎癥組織中，加重組織損傷。冷誘導(dǎo)RNA結(jié)合蛋白(CIRP)是一種新型炎癥介質(zhì)，Cen等[3]觀察到腸I/R損傷的肺組織中促炎細(xì)胞因子、髓過氧化物酶(MPO)表達(dá)與細(xì)胞凋亡程度增加，但CIRP-/-小鼠腸I/R損傷后，肺組織中促炎細(xì)胞因子、MPO表達(dá)與細(xì)胞凋亡程度均降低，肺損傷程度減輕。

1.2 細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是一種由多基因調(diào)控細(xì)胞自主且有序的死亡過程。細(xì)胞凋亡是導(dǎo)致腸I/R損傷的主要途徑之一。腸I/R損傷可導(dǎo)致PI3K/AKT通路、p66shc-細(xì)胞色素-c軸、Notch信號通路等通路活化，凋亡調(diào)控分子間相互作用，引起蛋白水解酶(caspase)活化，最終導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞異常凋亡。

1.3 氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激在腸I/R損傷發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用。丙二醛(MDA)是氧化應(yīng)激反應(yīng)的標(biāo)志物。腸I/R損傷后可見腸黏膜組織中MDA、8-羥基脫氧鳥苷、p66shc(原癌基因shc編碼的蛋白)表達(dá)增加。氧化應(yīng)激反應(yīng)中存在肥大細(xì)胞的活化，活化的肥大細(xì)胞通過增加炎癥介質(zhì)釋放，加重腸I/R的有害損傷。

1.4 免疫反應(yīng) 腸I/R損傷免疫反應(yīng)涉及免疫細(xì)胞、抗體、受體及補體因素。越來越多研究[4]證明，αβT細(xì)胞(T細(xì)胞受體由αβ鏈所組成的T細(xì)胞)在I/R損傷中起關(guān)鍵作用。有研究[5]發(fā)現(xiàn)，急性腸I/R損傷后1 h(腸I/R損傷急性期)內(nèi)，αβT細(xì)胞并不會影響細(xì)胞因子的產(chǎn)生、中性粒細(xì)胞的募集、巨噬細(xì)胞的活化和遠(yuǎn)隔器官的損傷等過程。固有淋巴細(xì)胞局部可產(chǎn)生白細(xì)胞介素17a(IL-17a)，促進(jìn)腸I/R損傷的發(fā)生、發(fā)展。Pope等[6]認(rèn)為，Toll樣受體2(TLR 2)可調(diào)節(jié)腸I/R損傷及炎癥反應(yīng)所需的抗體。CD6是一種免疫細(xì)胞表面糖蛋白受體，可選擇性表達(dá)于骨髓和腹腔外B1細(xì)胞中，通過調(diào)節(jié)B1a細(xì)胞的自我更新促進(jìn)腸I/R損傷的發(fā)生發(fā)展[7]。其他補體系統(tǒng)、抗體和脂質(zhì)及脂質(zhì)類似物在I/R誘導(dǎo)免疫病理過程中同樣具有重要作用。

1.5 基因、miRNAs及信號軸 目前，與腸I/R損傷有關(guān)的基因、miRNAs及信號軸有同源異型盒基因、miR-378、miR-682、Notch信號通路及PKC/TRAF2信號通路。同源異型盒基因在發(fā)育、病理條件(炎癥及腫瘤)下是調(diào)節(jié)腸壁內(nèi)穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)，神經(jīng)元和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(nNOS和iNOS)在I/R損傷的腸神經(jīng)肌肉功能中分別具有保護(hù)和損傷作用，iNOS和nNOS在腸I/R損傷中的神經(jīng)損傷保護(hù)作用可能與對應(yīng)的十二指腸同源盒蛋白OTX1和OTX2下游分子信號通路激活有關(guān)[8]。有研究[9]分析小鼠腸I/R模型后共發(fā)現(xiàn)19種miRNAs表達(dá)發(fā)生變化，其中miR-378表達(dá)明顯降低。過表達(dá)的miRNA-378可抑制caspase-3的激活，改善腸I/R對組織的損傷，抑制腸上皮細(xì)胞凋亡。小鼠腸上皮細(xì)胞(IECs)和人結(jié)腸上皮細(xì)胞缺氧時miR-682表達(dá)均明顯上調(diào)，miR-682可下調(diào)PTEN表達(dá)抑制NF-κB從而阻止活性氧簇(ROS)產(chǎn)生、抑制炎癥反應(yīng)和線粒體介導(dǎo)的凋亡以及IECs凋亡。Notch信號不僅可維持正常腸隱窩上皮細(xì)胞增殖，而且可通過激活Jagged-2/Notch-1/Hes-1信號通路促進(jìn)腸I/R損傷后腸隱窩上皮細(xì)胞增殖和再生[10]。另外，PKCζ/TRAF2信號通路在腸I/R損傷中也具有重要保護(hù)作用。

2 腸I/R損傷的診斷

早期腸缺血臨床癥狀和體征不明確，且目前術(shù)中微血管評估技術(shù)是依據(jù)手術(shù)人員評估腸道顏色、腫脹和溫度判斷的，具有一定主觀性。雖然目前臨床尚無一種準(zhǔn)確客觀評估方法判斷腸道微灌注情況。基于探針的激光共聚焦顯微鏡、核磁共振(NMR)光譜分析尿代謝譜、多層螺旋計算機(jī)斷層掃描(CT)灌注血流參數(shù)、檢測血清學(xué)標(biāo)志物等技術(shù)有望在未來成為診斷腸缺血的方法。Takahashi等[11]研究顯示，利用基于探針的激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行實時評估血流預(yù)測術(shù)中腸缺血是一種可行和潛在有效方法；有研究[12]采用NMR光譜分析小鼠急性腸I/R損傷模型的尿代謝譜特征，發(fā)現(xiàn)腸缺血持續(xù)時間不同，尿代謝物濃度不同；CT灌注成像識別是診斷微循環(huán)障礙和動態(tài)監(jiān)測腸I/R損傷的一種有價值工具，CT檢測灌注血流可成功識別豬小腸I/R損傷模型中的微循環(huán)障礙，證明CT灌注參數(shù)與腸I/R損傷有良好相關(guān)性，Aim等[13]進(jìn)一步在腸壁強化減弱基礎(chǔ)上，在對比增強CT中添加非增強CT提高了對機(jī)械性小腸梗阻缺血及并發(fā)癥的診斷靈敏度、可信度。關(guān)于腸缺血經(jīng)典血清D-二聚體、谷胱甘肽s-轉(zhuǎn)移酶(a-GST)和腸脂肪酸結(jié)合蛋白(I-FABP)，可反映凝血活性和黏膜損傷。

3 腸I/R損傷的治療

3.1 抗炎、抑制細(xì)胞凋亡 天然植物提取物法、抑制NF-κB途徑法、激活或抑制腸I/R損傷中重要調(diào)節(jié)因子法、吸入七氟醚等氣體法是常用的腸I/R損傷治療方法，多數(shù)療法同時發(fā)揮抗炎和抗細(xì)胞凋亡作用。酚類、人參皂苷Rg1(Rg1)和黃酮類等天然植物提取物均可有效改善腸I/R損傷，其具體機(jī)制為抑制MKK7/JNK信號通路、NF-κB和MAP激酶途徑，激活Wnt/β-catenin信號通路，減少NF-α、IL-1β、和IL-6等促炎因子產(chǎn)生，抑制MPO活性、抑制Bax和caspase-3蛋白表達(dá)、上調(diào)Bcl-2蛋白表達(dá)等。Lai等[14]研究發(fā)現(xiàn)，口服瓜氨酸可通過滅活神經(jīng)元型NOS和抑制NF-κB途徑減輕腸I/R損傷小鼠的炎癥反應(yīng)、抑制空腸損傷。黏蛋白是一種54 kDa分泌蛋白，是一種促炎細(xì)胞因子。腸I/R損傷后，血漿和肺組織黏蛋白水平明顯升高，黏蛋白抑制劑FK866可通過抑制黏蛋白產(chǎn)生、抑制細(xì)胞凋亡及NF-κB活化減輕腸肺損傷。研究[15,16]發(fā)現(xiàn)，可通過抑制(激活)法尼類X受體(FXR)、脯氨酸異構(gòu)酶Pin1、能量感應(yīng)酶S/T1、內(nèi)源性5-羥色胺受體1(5-HT1A受體)減少促炎細(xì)胞因子釋放，減少局部和全身炎癥反應(yīng)，減輕腸肺損傷和細(xì)胞凋亡。Liu等[17,18]研究表明七氟醚、氦、一氧化碳預(yù)處理可減少I/R導(dǎo)致的腸損傷、細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，其機(jī)制涉及PKC、PI3K/AKT途徑和mKATP通路的激活。

3.2 抗氧化應(yīng)激 七氟醚預(yù)處理和楊梅黃酮等不僅可通過抗炎、抗細(xì)胞凋亡減輕腸I/R損傷，還可通過降低MDA水平、提高超氧化物歧化酶(SOD)和GSH水平減少腸組織的氧化應(yīng)激水平[19,20]。增強內(nèi)源性脂氧蛋白A4(LXA4)表達(dá)、異丙酚、預(yù)防性臭氧處理、上調(diào)血紅素加氧酶-1(HO-1)表達(dá)、腸腔局部注射富氫溶液和抑制PKCβ2激活等治療原理均是抗氧化應(yīng)激。LXA4是一種抑制腸I/R損傷的有效抗氧化劑和調(diào)節(jié)因子，Nrf 2是一種應(yīng)激敏感基因轉(zhuǎn)錄因子，是細(xì)胞對氧化損傷和其他應(yīng)激狀態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子，研究[21]發(fā)現(xiàn)，LXA4可通過降低大鼠腸I/R損傷模型黏膜15-F2t-異前列腺素水平、提高內(nèi)源性抗氧化SOD活性，激活Keap1/Nrf2通路，減輕腸I/R損傷。Shigeta等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在2 mL富氫5%葡萄糖鹽水預(yù)處理可降低腸I/R大鼠小腸氧化應(yīng)激標(biāo)志物(MDA、8-羥基脫氧鳥苷)及促炎細(xì)胞因子(iNOS、IL-6)表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡，保持腸組織學(xué)絨毛完整度。

3.3 調(diào)節(jié)相關(guān)免疫反應(yīng) 腸I/R損傷是一種依賴骨橋蛋白抗體、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞的缺氧炎癥反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)這些方面可減輕腸I/R后腸損傷以及遠(yuǎn)端器官損傷。骨橋蛋白是免疫反應(yīng)細(xì)胞分泌的糖蛋白，在各種炎癥疾病中起有害作用，Hirano等[23]研究發(fā)現(xiàn)，抗骨橋蛋白Ab治療對腸I/R損傷及急性肺損傷具有保護(hù)作用。N2是一種可與小鼠和人NMHC-IIA保守的C終端段結(jié)合的肽，N2肽可阻斷自身反應(yīng)抗體與缺血組織結(jié)合，減輕嚙齒動物I/R損傷，Sheu等[24]研究發(fā)現(xiàn)N2治療可顯著降低腸I/R后腸損傷和減輕遠(yuǎn)端肺部炎癥，其保護(hù)作用與阻斷人類抗體沉積于小腸有關(guān)。巨噬細(xì)胞在腸I/R損傷中發(fā)揮重要作用，Liu等[25]發(fā)現(xiàn)腸I/R可導(dǎo)致嚴(yán)重腸損傷并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞從M2型向M1型轉(zhuǎn)變，而重組旋毛蟲組織蛋白酶B樣蛋白(rTsCPB)可逆轉(zhuǎn)小腸I/R誘導(dǎo)的M2向M1轉(zhuǎn)換、促進(jìn)M1向M2表型轉(zhuǎn)換，同時顯著減輕腸I/R小鼠模型的腸道損傷，改善腸道功能和提高存活率，減少中性粒細(xì)胞浸潤和促進(jìn)腸道細(xì)胞增殖。

3.4 缺血預(yù)處理及缺血后處理 缺血預(yù)處理(IPC)是一種在長時間缺血前誘導(dǎo)10 min短暫缺血和10 min短暫再灌注的方法，可提高器官對隨后長時間缺血耐受性。IPC可降低I/R后血清和腸組織TNF-α、IL-6、MDA和MPO的水平，增加SOD活性，通過抑制活化的TLR4/NF-κB信號通路抑制炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，顯著減輕腸I/R所致的腸損傷，提高大鼠存活率[26]。體外循環(huán)、腸梗阻、腹主動脈瘤、小腸移植等手術(shù)前可實施IPC。緊急情況如失血性休克、嚴(yán)重創(chuàng)傷等可實施缺血后處理(IPO)，在缺血結(jié)束后永久再灌注之前立即開始30 s短暫缺血和30 s短暫再灌注共3次，可提供與IPC相當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)作用。IPO可促進(jìn)醛糖還原酶和HO-1表達(dá)、抑制氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，減輕腸I/R誘導(dǎo)腸損傷和肺損傷。

3.5 間充質(zhì)干細(xì)胞療法 間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是一種治療腸缺血的新方案。MSCs包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BM-MSCs)、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(ASCs)以及圍產(chǎn)期相關(guān)間充質(zhì)干細(xì)胞(臍帶血MSCs、羊水MSCs和胎盤細(xì)胞MSCs等)。MSCs改善I/R損傷確切機(jī)制尚未完全明確，目前研究主要涉及如下觀點[27]：①MSCs分化為腸道細(xì)胞并且與現(xiàn)有細(xì)胞融合；②MSCs抑制促炎基因過表達(dá)、抑制促炎因子釋放，促進(jìn)腸黏膜細(xì)胞增殖基因表達(dá)；③以自分泌或旁分泌形式分泌各種生物活性因子抑制免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)，減輕損傷；④MSCs通過釋放多種生物活性因子進(jìn)行組織修復(fù)；⑤MSCs產(chǎn)生抗氧化酶抵抗氧化應(yīng)激。

3.6 改善遠(yuǎn)端器官損傷 腸I/R可引起遠(yuǎn)端肺、肝和腎等器官損傷。急性肺損傷(ALI)是腸I/R后常見并發(fā)癥。環(huán)精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(cRGD，5 mg/kg)和5-氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷(AICAR)可降低肺組織TNF-α和IL-6水平，明顯減少肺內(nèi)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤，降低循環(huán)和器官中促炎細(xì)胞因子和趨化因子水平，抑制I/R誘導(dǎo)的肺內(nèi)細(xì)胞凋亡，維持肺完整性，減輕小鼠腸I/R引起的ALI和局部腸損傷的嚴(yán)重程度。非諾貝特具有抗氧化、抗炎和抗缺血作用，可減輕肝、腎、腦和心臟I/R損傷，在缺血前給予非諾貝特預(yù)處理可通過抑制NF-κB p65信號通路激活調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，最終減輕腸I/R損傷和ALI。腸I/R導(dǎo)致嚴(yán)重肝損傷，表現(xiàn)為血清AST和ALT水平顯著升高、肝臟SOD活性下降[28]。人參皂苷Rb1可通過激活Nrf2/HO-1通路改善腸I/R誘導(dǎo)的肺損傷和腎損傷。PKCβⅡ在腸I/R后遠(yuǎn)端器官中被過度激活，抑制PKCβⅡ?qū)δcI/R所致肺和肝損傷具有保護(hù)作用，部分機(jī)制與p66shc-細(xì)胞色素-c軸有關(guān)[29]。

綜上所述，腸I/R損傷的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜。腸I/R損傷的發(fā)病機(jī)制主要與炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激等有關(guān)，現(xiàn)針對腸I/R損傷及并發(fā)癥的治療方法主要有抗炎、抑制細(xì)胞凋亡、抗氧化應(yīng)激等，其他治療方法包括調(diào)節(jié)靶基因、高壓氧預(yù)處理、烏司他丁、丙酮酸鈉靜脈復(fù)蘇結(jié)合腹腔復(fù)蘇等。