氧化應(yīng)激在腹膜纖維化中的機(jī)制進(jìn)展

孔維峰，汪裕偉

(皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院，安徽 蕪湖)

0 引言

全球范圍已有超過272000 名PD 患者，長期PD 患者腹膜長期暴露在組織相容性差的PD 液和其降解產(chǎn)物中以及急慢性炎癥等因素影響下促進(jìn)OS，PM 結(jié)構(gòu)及功能紊亂，引起腹膜纖維化，PM 超濾衰竭，是ESRD 患者退出PD 的重要原因。其中氧化應(yīng)激在PD 相關(guān)性腹膜纖維化起關(guān)鍵作用[1-4]。OS的定義是促氧化劑和抗氧化劑之間的失衡，并以前者為主，以蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物和核酸為靶點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致器官損傷和功能障礙[5]。在促氧化劑分子中，活性氧(reaction oxide species， ROS)是最常見的，而抗氧化劑是具有中和游離促氧化劑能力的分子，可以內(nèi)源性生成或外源性補(bǔ)充。OS 開始于慢性腎臟疾病(CKD)的早期，并與腎功能的惡化平行發(fā)展。Dounousi[6]的一項(xiàng)研究表明，與對(duì)照組相比，CKD 患者的OS狀態(tài)過剩，其中以CKD5 期患者OS 狀態(tài)最高。Liakopoulos[7]指出血液透析(HD)患者的ROS 產(chǎn)生及抗氧化劑消耗明顯增加，這主要是由于血液暴露于生物不相容的透析器和透析液所致。其他原因包括肝素的使用，鐵劑治療，中心靜脈導(dǎo)管的使用，以及抗氧化維生素和微量元素的丟失。然而，有證據(jù)表明PD 患者的OS 比透析前的ESRD 患者增加更多。PD 患者血液沒有與人工材料接觸，在透析過程中未使用肝素、無維生素丟失、未使用鐵劑(HD 的關(guān)鍵氧化應(yīng)激增強(qiáng)劑)，但仍會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。因此可以提示，與HD 相比，PD 患者OS 可能是由不同的病理生理機(jī)制觸發(fā)的。PD 中OS 的主要來源被認(rèn)為是傳統(tǒng)PD 溶液的非生理成分，包括高葡萄糖濃度、滲透壓增高和酸性pH[8]。

1 高糖、糖代謝產(chǎn)物、糖基化終產(chǎn)物

高血糖是腹膜纖維化的重要決定因素。據(jù)推測，高血糖導(dǎo)致腹膜損傷病理生理機(jī)制，類似糖尿病腎病。在PD 溶液的熱滅菌過程中，葡萄糖降解產(chǎn)物(GDPs)在透析液中蓄積。當(dāng)腹膜細(xì)胞(PMC)暴露于以高葡萄糖和GDPs 濃度為特征的生物不相容的溶液中時(shí)，GDPs 發(fā)生進(jìn)一步的非酶化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生糖基化終產(chǎn)物(AGEs)。當(dāng)PD 液進(jìn)入腹腔時(shí)，AGEs 上調(diào)其特異性多配體跨膜受體(RAGE)的表達(dá)，并在PM 周圍蓄積。細(xì)胞內(nèi)AGEs 的形成通過三種機(jī)制引起腹膜細(xì)胞損傷，即AGEs 引起細(xì)胞內(nèi)蛋白的形態(tài)學(xué)改變，改變細(xì)胞外基質(zhì)成分和表達(dá)在腹膜細(xì)胞表面的受體的結(jié)構(gòu)。AGEs 和AGE 修飾蛋白與巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上的RAGE 緊密結(jié)合，這種結(jié)合觸發(fā)ROS 的形成，ROS 反過來激活促炎分子，細(xì)胞因子，轉(zhuǎn)錄和生長因子，如激活的B 細(xì)胞(NF-kB)的核因子、kappa-輕鏈增強(qiáng)子和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，導(dǎo)致DNA 的異常轉(zhuǎn)錄和凋亡。此外，由AGE-RAGE 相互作用產(chǎn)生的自由基進(jìn)一步上調(diào)了AGE 的產(chǎn)生，形成了一個(gè)惡性循環(huán)。腹膜腔的OS 狀態(tài)是ROS 過度產(chǎn)生和抗氧化機(jī)制受損的共同作用的結(jié)果[9,10]。GDPs 和AGEs 觸發(fā)ROS 形成的主要途徑是葡萄糖氧化代謝的增加。過多葡萄糖流入腹膜細(xì)胞導(dǎo)致葡萄糖分解代謝增加，通過三羧酸循環(huán)產(chǎn)生大量電子，隨之產(chǎn)生ROS。體外研究[11]表明，人PMC 暴露于常規(guī)PD 溶液1h 后，ROS 顯著形成，線粒體膜破壞，PMC 死亡。同時(shí)提出了高血糖誘導(dǎo)腹膜細(xì)胞產(chǎn)生ROS 的其他幾種機(jī)制，包括花生四烯酸的代謝增強(qiáng)，多元醇途徑的表達(dá)增加，二酰甘油的產(chǎn)生增加和PMC蛋白激酶C 的激活。線粒體代謝過程中形成的自由基會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)、羰基、脂類和DNA 的氧化損傷[12-14]。所有類型細(xì)細(xì)(包括PMC、內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞)，長期暴露于高糖、GDPs、AGEs、ROS 和炎癥介質(zhì)的毒性環(huán)境后，都會(huì)發(fā)生逐漸的、不可逆的形態(tài)和功能變化。然而，PMC 慢性暴露于有毒PD 液下，可能會(huì)與PM 分離，或發(fā)生向間充質(zhì)表型的形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)變，包括其極化的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)消失和向肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化[15]。PMC 的凋亡死亡主要來源于DNA 氧化和蛋白質(zhì)損傷。一項(xiàng)研究[16]表明，從7 例接受高糖高滲PD 溶液PD 的穩(wěn)定患者的隔夜灌洗中獲得人PMC，發(fā)現(xiàn)PMC 死亡僅由細(xì)胞內(nèi)OS 的形成觸發(fā)。同樣，引發(fā)腹腔白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞死亡的主要因素是氧化基因組損傷的增強(qiáng)。與其他類型的細(xì)胞相比，內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)OS 更敏感，凋亡率更高。在傳統(tǒng)4.25%葡萄糖PD 溶液中體外孵育人PMC 時(shí)，在孵育的第一分鐘內(nèi)PMC 的收縮。由于GDPs 和OS 的有害作用，超過60% 的細(xì)胞在2h 內(nèi)凋亡[17,18]。越來越多的動(dòng)物和人類研究表明，由于所有類型的腹膜細(xì)胞長期暴露于高糖PD 溶液中而形成的自由基，進(jìn)一步刺激生長和轉(zhuǎn)錄因子的激活，如NF-kB、VEGF、單核細(xì)胞趨化肽-1(MCP-1)和腫瘤生長因子-p(TGF-p)。反過來，這些因素的激活導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)的加速積累，導(dǎo)致PM 纖維化，隨后導(dǎo)致PM 降解和超濾損失[19-26]。以上的多項(xiàng)研究表明，高血糖誘導(dǎo)的腹膜腔OS 增強(qiáng)是促氧化劑上調(diào)和抗氧化劑下調(diào)的結(jié)果，是PM 降解的主要決定因素。

2 酸性pH 和乳酸緩沖液對(duì)腹膜OS 的影響

雖然GDPs 和AGEs 起著關(guān)鍵作用，但并不是OS 增強(qiáng)和腹膜腔炎癥的唯一來源。體外研究表明，酸性PD 溶液降低了PMC 和腹腔白細(xì)胞的生存能力。在一項(xiàng)對(duì)PD 患者的研究中，低pH 的PD 溶液能立即(在第一分鐘內(nèi))促進(jìn)轉(zhuǎn)鐵蛋白的釋放鐵。在酸性溶液中，游離鐵引起紅細(xì)胞膜氧化反應(yīng)增強(qiáng)，通過硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)(tbar)(脂質(zhì)過氧化狀態(tài)的標(biāo)志)和蛋白質(zhì)羰基化的突然增加來評(píng)估。在纖維化的腹膜鐵明顯潴留。相反，在中性pH PD 溶液中，并未檢查到鐵的釋放。作者的結(jié)論是，中性PD 溶液可能有助于避免轉(zhuǎn)鐵蛋白釋放鐵引起的強(qiáng)化OS 損傷[27,28]。一項(xiàng)研究表明，將PD 溶液pH從5.2 調(diào)整為7.3 時(shí)，逆轉(zhuǎn)了酸性環(huán)境對(duì)人類PMC 造成的不利影響。然而，用中性或酸性PD 溶液處理的大鼠的PM 纖維化變化沒有顯著差異。作者得出結(jié)論，酸性pH 引起OS，獨(dú)立于葡萄糖副產(chǎn)物，但PM 纖維化較少[29]。乳酸緩沖液被認(rèn)為是PD 溶液中的另一個(gè)生物不相容因子。與乳酸緩沖液相比，用碳酸氫鹽培養(yǎng)的人PMC 的代謝明顯改善。在7.4 的標(biāo)準(zhǔn)pH 值下，含碳酸氫鹽的培養(yǎng)基比含乳酸的培養(yǎng)基更好地保持線粒體活性、PM 完整性和PMC 活力，并防止這些細(xì)胞表達(dá)纖維因子。這是因?yàn)榕c碳酸氫鹽相比，乳酸緩沖液對(duì)腹膜具有更強(qiáng)的生物相容性，能顯著促進(jìn)AGEs、ROS 的生成和炎癥介質(zhì)的上調(diào)[30]。此外，研究還表明，人腹膜間皮水通道蛋白-1的體外表達(dá)和功能受到PD 液中緩沖劑和pH 值的調(diào)節(jié)。用碳酸氫鹽緩沖PD 液孵育的人PMC 上調(diào)水通道蛋白-1 的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)PMC 遷移能力，而用乳酸PD 液孵育則下調(diào)水通道蛋白-1 的表達(dá)[31,32]。在PD 溶液治療8-12 周的動(dòng)物模型中，與乳酸緩沖相比，碳酸氫鹽/乳酸緩沖PD 溶液明顯降低內(nèi)皮下纖維化程度，血管生成減少，OS 狀態(tài)降低，PM 的性能優(yōu)越[33]。

3 結(jié)論

在長期PD 患者中保持PM 的完整性是維持患者生存和透析技術(shù)的關(guān)鍵。與包括透析前患者在內(nèi)的其他ESRD 患者相比，PD 患者表現(xiàn)出加速的OS，這是由于與HD 患者不同的因素所致。在PD 中，PD 流體(包括高葡萄糖、高滲透壓和酸性pH)的生物相容性組成是促進(jìn)OS 的主要因素。常規(guī)PD溶液中含有的GDPs 和AGEs 通過幾種分子途徑觸發(fā)ROS 的形成。反過來，ROS 促進(jìn)PM 中促炎標(biāo)志物、生長和纖維化因子的積累。在這種劇毒環(huán)境中暴露PM 會(huì)對(duì)PS 的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生有害影響，并導(dǎo)致嚴(yán)重的局部和全身并發(fā)癥。為了抑制高血糖誘導(dǎo)的OS 和保持PM 的完整性，需要一種多目標(biāo)策略。在這個(gè)方向上，需要開發(fā)新的、更生物相容性、等摩爾、中性pH、低GDP、碳酸氫鹽緩沖PD 溶液。但以上實(shí)驗(yàn)仍缺少大樣本數(shù)據(jù)，腹膜透析相關(guān)性的腹膜纖維化的研究應(yīng)更加深入。國內(nèi)研究人員的實(shí)驗(yàn)及臨床研究表明，中醫(yī)藥在保護(hù)間皮細(xì)胞、抑制腹膜炎癥反應(yīng)及腹膜內(nèi)高氧化應(yīng)激狀態(tài)有確切的療效[34,35]。