腎缺血再灌注損傷機(jī)制及異丙酚對其保護(hù)作用的研究進(jìn)展

王佳鑫，徐建軍，王 瑩，任 夢

(1.牡丹江醫(yī)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011；2.大慶油田總醫(yī)院麻醉科，黑龍江 大慶 163000)

RIRI是腎臟在缺氧之后，再次恢復(fù)氧供，細(xì)胞沒有得到修復(fù)，反而損傷加重的病理征象[1-2]。腎移植、腎動脈栓塞、心臟移植、大血管及腎血管手術(shù)、心臟驟停及休克等均會出現(xiàn)不同程度的RIRI，近年來隨著相關(guān)手術(shù)的增多，其發(fā)病率及死亡率也逐年攀升，致死率高達(dá)20%[3]。異丙酚是臨床常用的短效烷基酚類靜脈麻醉藥物，可抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)而產(chǎn)生鎮(zhèn)靜和催眠的作用，具有起效快、作用時間短、消除快、術(shù)后惡心及嘔吐發(fā)生率低等優(yōu)點(diǎn)，常用于全身麻醉誘導(dǎo)、維持、危重病人機(jī)械通氣鎮(zhèn)靜以及無痛人流術(shù)。眾多實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，異丙酚對各臟器的IRI均有保護(hù)功用[4-6]，尤其是對RIRI有良好的效果，其主要作用機(jī)制包括抗氧化作用、抗炎作用、拮抗鈣超載、改善微循環(huán)、抑制細(xì)胞凋亡、影響信號通路的介導(dǎo)等。下面對近年來RIRI的機(jī)制及異丙酚對其保護(hù)作用的研究機(jī)制逐一進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 氧化應(yīng)激反應(yīng)與異丙酚的抗氧化作用

腎臟缺血缺氧以后，組織氧含量減少，并造成組織自身抗氧化能力降低，而損傷腎臟結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵因素就是氧自由基(OFR,也稱為活性氧)[7-8]。首先,缺血缺氧后大量消耗ATP，黃嘌呤與次黃嘌呤嚴(yán)重蓄積，而IR引起的損傷最主要是發(fā)生在缺血后的再灌注階段，再灌注后開始恢復(fù)血供及氧合時，黃嘌呤氧化酶催化次黃嘌呤變成黃嘌呤。血液中的大量氧氣充當(dāng)了電子受體，使黃嘌呤、次黃嘌呤與水及氧發(fā)生作用，進(jìn)而產(chǎn)生大量過氧化氫及超氧陰離子，二者均屬于氧自由基。細(xì)胞上的多不飽和脂肪酸被OFR降解后，結(jié)構(gòu)與功能受損；通透性與流動性發(fā)生變化，形成了脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致組織受損[9-10]，最終致使腎小管壞死；其次,缺血后OFR的清除系統(tǒng)也會受損,使OFR大量堆積，脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)，腎臟嚴(yán)重受損。超氧化物歧化酶(SOD)能夠清除OFR，保護(hù)組織不被損傷；而丙二醛(MDA)是OFR引起細(xì)胞膜氧化應(yīng)激的終產(chǎn)物。二者是氧化應(yīng)激反應(yīng)中的重要組成部分。異丙酚與OFR清除劑結(jié)構(gòu)相似，能夠提供活潑的氫原子；使其在氧化應(yīng)激反應(yīng)中直接與OFR反應(yīng)并使之滅活，阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)。異丙酚代謝產(chǎn)物具備清除OFR的作用，從而起到抗氧化作用；異丙酚還能通過影響SOD、MDA和內(nèi)源性谷胱甘肽過氧化物酶,從而清除氧自由基、減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)；同時異丙酚也降低了組織及細(xì)胞的氧耗，通過自身的高脂溶性聚集在脂質(zhì)雙分子層，提高抗氧化能力，從而對腎臟起到良好的保護(hù)作用[11-13]。

2 炎癥反應(yīng)與異丙酚的抗炎作用

2.1 TNF-α的介導(dǎo)與被異丙酚的抑制腎臟乏氧后，可釋放大量炎性因子，眾多因子中TNF-α最為主要，并且在反應(yīng)中釋放較早[14]。TNF-α可通過增強(qiáng)中性粒細(xì)胞(PMN)表面CD11、CD18的表達(dá)，來誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞(VEC)表達(dá)E-選擇素，E-選擇素可以促進(jìn)PMN和VEC的聚集；當(dāng)缺氧增強(qiáng)后，PMN和VEC的聚合增強(qiáng)了PMN活化、滲透和侵襲，致使組織損傷；同時受損的VEC發(fā)生腫脹，阻礙血液流動。TNF-α還可以促進(jìn)腎臟組織產(chǎn)生大量的IL-8，IL-8不僅可以介導(dǎo)PMN的激活和聚集，還可以增強(qiáng)PMN上CD11、CD18的結(jié)合性，進(jìn)而增強(qiáng)PMN和VEC聚集、遷徙，導(dǎo)致較多PMN在腎臟內(nèi)粘附、侵襲，加重RIRI。IL-6也是一種重要的急性反應(yīng)因子，在炎癥、創(chuàng)傷等病理情況下大量增加，TNF-α同樣可以刺激IL-6的產(chǎn)生，二者往往又協(xié)同刺激急性反應(yīng),并加重RIRI[15]。異丙酚對RIRI有一定的保護(hù)功用；其機(jī)理為較小濃度即可阻礙TNF-α、IL-6的產(chǎn)生，尤其對前者效果明顯[16]，顯著減輕RIRI。異丙酚也能有效抑制IL-8的合成與釋放[17]，并促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而顯示出良好的腎臟保護(hù)作用。

2.2 ICAM-1的介導(dǎo)與被異丙酚抑制表達(dá)白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附及白細(xì)胞激活、聚集、浸潤在RIRI中起到重中之重的作用。在這一過程中，關(guān)鍵是白細(xì)胞膜上β2整合素和VEC膜上細(xì)胞間粘附分子-1(ICAM-1)之間的彼此作用[18]。細(xì)胞間粘附分子-1可參與多種炎癥反應(yīng)過程，而細(xì)胞間粘附分子-1缺陷或給予細(xì)胞間粘附分子-1抗體可減輕RIRI，證明細(xì)胞間粘附分子-1是RIRI的主要炎性因子之一[19]，其表達(dá)量可以代表病變程度。正常細(xì)胞很少表達(dá)ICAM-1，RIR后，產(chǎn)生較多炎性因子，這些因子活化了白細(xì)胞及VEC，白細(xì)胞上出現(xiàn)CD11、CD18，VEC上出現(xiàn)細(xì)胞間粘附分子-1[20]，二者粘附，促進(jìn)活化、聚集，釋放炎癥介質(zhì)；進(jìn)而形成炎性瀑布，放大炎性反應(yīng)，損傷細(xì)胞及組織[21]。RIR導(dǎo)致細(xì)胞間粘附分子-1mRNA增多，造成白細(xì)胞粘附、髓質(zhì)形成梗阻、內(nèi)皮通透性變大、紅細(xì)胞匯集；進(jìn)而導(dǎo)致外髓失灌注，且激活、浸潤的白細(xì)胞直接損傷組織與細(xì)胞，加重RIRI,導(dǎo)致不可挽回的局面。異丙酚可減少RIR的細(xì)胞間粘附分子-1mRNA和蛋白表達(dá)，減少氧自由基和炎性因子的形成，從而減輕損傷[22]。也有學(xué)者認(rèn)為異丙酚通過下調(diào)ICAM-1表達(dá)，減少炎性損傷，原因是其具有抗氧化作用，阻礙了氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。所以異丙酚的抗炎作用是一個多途徑相互作用的結(jié)果，需要我們繼續(xù)進(jìn)行探尋與研究。

3 細(xì)胞內(nèi)鈣超載與異丙酚拮抗鈣超載

Ca2+是細(xì)胞中的主要物質(zhì)之一，影響著DNA修復(fù)、蛋白磷酸化與細(xì)胞凋亡。Ca2+超載是各類因素引發(fā)Ca2+大批增加，使細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能破壞的過程。而鈣超載主要影響以下幾方面使組織損傷：破壞膜通透性及骨架銜接，激活磷脂酶。腎小管上皮細(xì)胞的膜與胞質(zhì)中也存在鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，缺氧后細(xì)胞內(nèi)PH值降低,H+增多，Na+/H+離子泵代償，使細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大量Na+；同時Na+-K+-ATP酶活性下降也使細(xì)胞內(nèi)大量Na+無法轉(zhuǎn)運(yùn)；Na+/Ca2+泵交換反轉(zhuǎn)，致使大量Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。另外，缺氧破壞了鈣離子攝取機(jī)制，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與肌質(zhì)網(wǎng)大量釋放鈣離子；缺氧后細(xì)胞膜受損，通透性改變，導(dǎo)致大量鈣離子內(nèi)流；鈣離子增多，導(dǎo)致磷脂酶活性增強(qiáng)，使細(xì)胞膜及液泡膜受損，進(jìn)而出現(xiàn)細(xì)胞凋亡與組織損傷。當(dāng)細(xì)胞及組織發(fā)生再灌注時，大量Ca2+內(nèi)流，進(jìn)而加重細(xì)胞的凋亡[23]。另外，Ca2+濃度增加使Ca2+ATP酶活性增強(qiáng)，消耗了更多的ATP，加重RIRI[24]。第三，升高的Ca2+同時也能激活磷脂酶產(chǎn)生氧自由基，加重RIRI,形成一個惡性循環(huán)，但Ca2+變化與氧自由基的生成不同，再灌注早期Ca2+較缺血期少，大概和鈣離子ATP酶活性還原有關(guān)，晚期增多，大概因?yàn)槟な軗p所引起[25]。Ca2+主要通過以上幾方面來損傷細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，進(jìn)而加劇RIRI。異丙酚可以明顯減輕RIRI，對腎臟組織起到保護(hù)作用，其機(jī)理可能是降低了磷脂酶C活性，減少三磷酸肌醇含量，降低細(xì)胞內(nèi)鈣離子的數(shù)量，減輕鈣超載；增強(qiáng)腎小球、腎小管的細(xì)胞膜、細(xì)胞器的穩(wěn)定、減少細(xì)胞凋亡來減輕腎臟損傷[12]。

4 微循環(huán)障礙與異丙酚抑制CX43表達(dá)、改善微循環(huán)

當(dāng)出現(xiàn)RIR時，會出現(xiàn)白細(xì)胞粘附，紅細(xì)胞、血小板聚集，血管阻塞，導(dǎo)致微循環(huán)出現(xiàn)障礙；再加上血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、舒血管物質(zhì)減少、縮血管物質(zhì)增多等因素，進(jìn)一步加重管腔變窄、阻塞；血管彈性降低，影響舒縮功能，這三方面因素導(dǎo)致微循環(huán)嚴(yán)重障礙，繼續(xù)缺血缺氧，出現(xiàn)RIRI[26]。VEC是保證血管生理功能所必需的，而CX43又是維持VEC完整、連續(xù)所必需的。在低頻振蕩或振蕩剪切力的作用下，VEC功能失調(diào)，CX43表達(dá)上調(diào)[27]，巨嗜細(xì)胞的浸潤、內(nèi)皮化現(xiàn)象、平滑肌細(xì)胞遷徙及增殖增強(qiáng)，腎臟組織、細(xì)胞受損；反之，CX43表達(dá)降低，可以減弱上述現(xiàn)象[28]，腎臟組織損傷程度也顯著降低，從而減輕RIRI。研究顯示減少CX43蛋白能夠用作減輕IRI[29]。異丙酚可以通過抑制CX43蛋白調(diào)節(jié)IRI腎的葉間動脈，擴(kuò)張并改善微血管，保護(hù)微循環(huán)，并阻止炎癥的進(jìn)展，從而起到對腎臟的保護(hù)作用[30]。

5 細(xì)胞凋亡與異丙酚的抗凋亡作用

腎臟出現(xiàn)缺血缺氧時，氧的供給減少引發(fā)線粒體能量代謝異常及耗損增加、酸中毒及離子失衡，進(jìn)而出現(xiàn)細(xì)胞凋亡，B細(xì)胞淋巴瘤因子(Bcl-2)和Bcl相關(guān)X蛋白(Bax)同屬于Bcl-2家族，二者共同作用，調(diào)控細(xì)胞凋亡。而早期凋亡蛋白信號Bax/Bcl-2的比值決定疾病的轉(zhuǎn)歸方向，比值越高則越向惡性方向發(fā)展，引起線粒體膜電位降低使線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔(mPTP)與促凋亡蛋白Bax結(jié)合，誘發(fā)mPTP開通，使細(xì)胞色素C進(jìn)入胞質(zhì)，細(xì)胞色素C與凋亡蛋白酶活化因子(APAF-1)、dATP結(jié)合進(jìn)而活化半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase 3)與相關(guān)核酸內(nèi)切酶，并使DNA多聚酶裂解；同時阻礙線粒體生成ATP，導(dǎo)致腎小管VEC凋亡。當(dāng)ATP耗盡，細(xì)胞色素C數(shù)量上升，半胱氨酸蛋白酶-3活性加強(qiáng)，ATP還原后前者數(shù)量繼續(xù)上升，后者繼續(xù)加強(qiáng)，二者密切相關(guān)[31]，因此穩(wěn)定線粒體膜、防止細(xì)胞色素C釋放，是阻止腎臟缺血缺氧后產(chǎn)生細(xì)胞凋亡的必要手段。Bcl-2與Bax作用相反，阻止mPTP與Bax結(jié)合，并抑制APAF-1，從而阻斷凋亡，故mPTP的調(diào)控在細(xì)胞凋亡中極為重要，是藥物的關(guān)鍵作用靶點(diǎn)[32]。異丙酚可以抑制mPTP的開放，對不同階段的Bax、Bcl-2、細(xì)胞色素C和Caspase 3均產(chǎn)生影響，從而穩(wěn)定線粒體膜、抑制Caspase 3的活性、阻止凋亡誘導(dǎo)因子發(fā)揮作用，有效減緩、抑制凋亡的發(fā)生，減輕腎臟的損傷[33]。

6 JAK/STAT信號通路的介導(dǎo)與被異丙酚抑制

JAK/STAT信號通路是細(xì)胞內(nèi)的一條重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與細(xì)胞生長、增殖、分化、凋亡。JAK/STAT通路也介導(dǎo)了IRI的過程，阻止其介導(dǎo)能夠明顯減輕損傷[34]。異丙酚也被證實(shí)能夠阻止該此通路的介導(dǎo)，抑制炎性因子、氧化應(yīng)激反應(yīng)，以及細(xì)胞凋亡，減輕RIRI[35]。

7 討論

RIRI的整體機(jī)制極其復(fù)雜，涉及不同途徑之間的相互作用，需要我們進(jìn)一步總結(jié)、完善。異丙酚已被國內(nèi)外眾多專家、學(xué)者證實(shí)可以減輕腎缺血再灌注損傷，主要通過以下機(jī)制發(fā)揮作用：抗氧化作用、抗炎作用、減輕鈣超載、改善微循環(huán)、減少細(xì)胞凋亡，還包括一些信號通路的介導(dǎo)等。異丙酚對腎缺血再灌注損傷功能的恢復(fù)以及細(xì)胞存活有著重要而深遠(yuǎn)的意義；阻礙凋亡的研究結(jié)果不一，機(jī)理尚不完全清楚。有研究顯示PI3K/Akt/GSK-3β信號通路在RIRI中有一定的調(diào)控作用[36-37]，但異丙酚減輕RIRI是否由此信號通路參與并介導(dǎo)，尚未得到結(jié)論，或者是否有其他信號通路介導(dǎo)，仍需我們做進(jìn)一步的探討與研究。