體外循環(huán)與血管內(nèi)皮糖萼降解關系的研究進展

馬 驥，陳春玲

（新疆醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院麻醉科，新疆 烏魯木齊 830054）

體外循環(huán)（ECC）是心臟手術中為患者持續(xù)提供血液供應及避免發(fā)生功能障礙的一種重要輔助措施，但是術中常會因炎癥反應、缺血再灌注等損傷因素導致肺血管內(nèi)皮細胞損傷。血管內(nèi)皮糖萼（EG）作為所有血管和器官腔內(nèi)表面的帶負電的膜結(jié)合覆蓋物，由蛋白聚糖、膜結(jié)合蛋白多糖和其他血漿蛋白共價結(jié)合組成[1]。EG具有調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮通透性、調(diào)節(jié)白細胞的流動與黏附、抗凝等作用，進而防止內(nèi)皮細胞受損，有助于維持血管穩(wěn)態(tài)，促進微循環(huán)平衡。在非體外循環(huán)（off-pump）中，EG會有一定程度的脫落與降解，但在ECC期間，ECC導致EG脫落與降解所造成的心肌細胞和冠脈內(nèi)皮細胞的損傷，是造成心臟手術后患者死亡的主要原因。EG降解不僅可以造成內(nèi)皮細胞損傷，同時還會引起患者組織水腫及微循環(huán)障礙。研究EG降解與ECC的關系，可有助于更為安全有效地實施ECC，減少并發(fā)癥，提高患者生存率，改善ECC心臟手術患者的臨床遠期預后。

1 EG的組成和作用

1.1 EG的組成 EG也被稱為多糖包被，由多糖和質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)組成，存在于質(zhì)膜外表面，是質(zhì)膜的正常成分[2]。隨著臨床染色技術、組織固定技術與影像技術的進步發(fā)展，人們對EG組成與結(jié)構(gòu)了解更為清晰。研究發(fā)現(xiàn)糖萼層組成成分包括蛋白聚糖、血漿蛋白、膜糖蛋白與糖胺聚糖，其中蛋白聚糖與糖胺聚糖為主要成分[3]。蛋白聚糖為錨定于內(nèi)皮細胞頂膜上的核心蛋白，多條糖胺聚糖鏈共價連接于內(nèi)皮細胞上，包括唾液酸、磷脂酰肌醇聚糖與多配體聚糖。其中多配體聚糖為核心蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)，也可存在于血管內(nèi)皮中，并結(jié)合硫酸乙酰肝素、硫酸軟骨素，對血管內(nèi)皮產(chǎn)生的剪切力形成轉(zhuǎn)導作用，而磷脂酰肌醇聚糖為經(jīng)糖基化磷脂酰肌醇錨定于內(nèi)皮細胞，與硫酸乙酰肝素連接，形成糖萼的骨架。

依據(jù)單糖殘基、殘基間連鍵類型、硫酸基數(shù)目、位置分5個主要類別，分別為硫酸乙酰肝素、透明質(zhì)酸、硫酸角質(zhì)素、硫酸軟骨素與硫酸皮膚素。其中含硫成分帶負電荷，影響血漿蛋白與靜電作用。相比之下，透明質(zhì)酸為大型線性分子，可與細胞膜歸巢細胞黏附分子（CD44）相互作用，不會與蛋白多糖聯(lián)合。不同于其他的糖胺聚糖成分，透明質(zhì)酸不帶電，但可與其他硫酸化的糖胺聚糖相結(jié)合形成復合物，發(fā)揮鎖水、穩(wěn)定EG凝膠狀結(jié)構(gòu)的效果。

1.2 EG的作用 糖萼為血管內(nèi)皮屏障，在調(diào)節(jié)血管通透性、調(diào)節(jié)炎癥反應、轉(zhuǎn)導血管機械剪切力與抗凝方面發(fā)揮著重要作用。

1.2.1 調(diào)節(jié)血管通透性 糖萼在血管通透性調(diào)控中受多種因素影響。有學者提出，檢測內(nèi)皮細胞表面層評估血漿標記分子的通透性，可顯示陰離子、中性大分子不能穿透內(nèi)皮細胞表面層[4]，同時分子量小的中性分子滲透速度快于陰離子，而且纖維蛋白原、血漿白蛋白移動速率基本一致，這表明通過血管壁通透性與糖萼層電荷密度相關，兩者相互影響。

1.2.2 參與力的傳導 受力作用影響，內(nèi)皮細胞可經(jīng)過細胞信號轉(zhuǎn)導生成一氧化氮（NO），而起到調(diào)控血管張力的作用，傳導途徑方式多樣。內(nèi)皮糖萼可感應并轉(zhuǎn)換垂直機械力，而生成NO，快速NO產(chǎn)生依賴糖萼中透明質(zhì)酸鈉與硫酸乙酰肝素，因此去除透明質(zhì)酸鈉或硫酸乙酰肝素會影響NO產(chǎn)生，此外，內(nèi)皮細胞可經(jīng)瞬時受體電位通道獲取Ca2+進而誘發(fā)NO釋放。

1.2.3 調(diào)節(jié)炎癥反應 白細胞介素、選擇素等細胞因子可調(diào)控白細胞翻轉(zhuǎn)移于介導炎癥反應。糖胺聚糖中硫酸乙酰肝素為L-選擇素配體，參與細胞在血管中的白細胞翻轉(zhuǎn)移位；另外，硫酸乙酰肝素可調(diào)控趨化因子的濃度梯度，使內(nèi)皮細胞、白細胞緊密黏附。而且，因炎癥引發(fā)的糖萼脫落可促單核細胞黏附、促脂質(zhì)主流的巨噬細胞浸潤。

1.2.4 抗凝作用 EG為一種重要內(nèi)皮屏障，可于生理情況下避免血管內(nèi)皮與血細胞直接接觸，預防血栓形成。而且糖萼還可與血栓調(diào)節(jié)素、抗凝血酶Ⅲ與組織因子途徑抑制藥相互作用而實現(xiàn)抗凝效果。其作用機制體現(xiàn)為：血栓調(diào)節(jié)蛋白與硫酸軟骨素結(jié)合，可轉(zhuǎn)化凝血酶為蛋白C通路激活劑，形成抗凝途徑；抗凝血酶Ⅲ可與糖萼上硫酸乙酰肝素結(jié)合，而提高其抗凝效果；組織因子途徑抑制藥為凝血通路中抗凝新藥Xa因子（FXa）、凝血因子Ⅶ（FⅦa）有效抑制劑，可經(jīng)糖萼與硫酸乙酰肝素相互作用而實現(xiàn)抗凝效果[5]。

2 ECC對EG及內(nèi)皮細胞的影響

2.1 高容量負荷 過度液體灌注可能導致EG降解，由于血液稀釋和EG損傷引起的高滲透性的聯(lián)合作用，大多數(shù)患者在ECC后出現(xiàn)液體超載。而ECC中EG降解增加又與高容量血癥有關，而高容量血癥可導致心房鈉尿肽從心房釋放來響應機械壁應力，可能進一步降解EG[6]。急性高血容量可導致EG降解破壞和液體向間質(zhì)間隙轉(zhuǎn)移，導致心臟手術術后并發(fā)癥發(fā)生率和死亡率增加。

2.2 缺血再灌注 隨著ECC在心臟手術中的廣泛應用，由此引起的心肌缺血再灌注損傷引起了人們的普遍關注，而在心臟缺血再灌注過程中，冠狀動脈內(nèi)皮細胞結(jié)構(gòu)和功能異常早于心肌細胞，是心臟缺血再灌注早期發(fā)生、發(fā)展的病理、生理基礎，其功能恢復也晚于心肌細胞，EG脫落降解與內(nèi)皮源性血管舒張有關。內(nèi)皮細胞能夠分泌多種血管活性物質(zhì)，在功能上互相制約以達到血管自身的功能平衡及維持自穩(wěn)態(tài)[7]。相關研究表明，ECC引起的缺血再灌注損傷可導致EG降解脫落，進而造成冠脈內(nèi)皮受損，而阻止氧化應激可以減弱缺血再灌注損傷對EG的影響[8]，對防止或減少ECC下缺血再灌注損傷引起的EG脫落降解具有重要意義。

2.3 微循環(huán)灌注障礙 雖然不同組織缺血再灌注損傷程度不同，但是共同點是微血管灌注功能障礙。有學者對ECC中EG脫落降解與微循環(huán)灌注減少的關系進行研究，ECC過程導致EG降解后，內(nèi)皮通透性增加，與內(nèi)皮細胞接觸的紅細胞隨之增加，從而增強血管流動阻力，循環(huán)血量受到影響，啟動炎性反應[9]。因此，EG完整性的喪失可能導致灌注障礙，ECC下引起的EG脫落降解與微血管灌注損害密切相關。

2.4 平流灌注與炎癥反應 目前ECC過程大多屬平流灌注，由于ECC期間存在低溫、低流量及血液與人工材料接觸引起炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，平流灌注導致的血流模式改變可使機體內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，造成輕度代謝性酸中毒、高血糖、EG脫落降解及內(nèi)皮細胞損傷，進而影響各臟器的功能。ECC引起的炎癥反應導致炎性細胞釋放大量的酶和炎癥反應物質(zhì)，導致EG損傷；同時EG的損傷促進中性粒細胞聚集，誘導中性粒細胞從骨髓中流出，從而導致白細胞（WBC）增多，大量的WBC穿過EG的防御進一步損傷內(nèi)皮層，破壞細胞結(jié)構(gòu)和管壁連接，細胞應激性損壞，中性粒細胞產(chǎn)生多種生物活性因子，對炎癥反應產(chǎn)生反饋作用從而放大并加速炎癥反應進程，這也是ECC可以增加的全身炎癥反應的因素之一。故與平流灌注比較，使用可攜帶更多額外附加能量的搏動灌注血流模式，可通過抑制炎癥反應來調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞結(jié)構(gòu)功能，改善微循環(huán)和臟器灌注。

2.5 流體剪切力 關于ECC過程的非生理性的平流灌注理論上產(chǎn)生的是一種層流剪切力，生理水平的層流剪切力對冠脈內(nèi)皮有保護作用；而剪切力（SS）是一種平行于血管長軸的血流與內(nèi)皮層之間形成的摩擦力，SS主要作用于內(nèi)皮細胞，作用于血管內(nèi)皮細胞的流體剪切力調(diào)節(jié)著細胞的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，而血流動力學的改變被認為是內(nèi)皮功能障礙的始動因素。血流動力學的改變可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞中微核糖核酸（miRNAs）的表達，可將胞外的機械信號轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)的化學信號，通過激活一系列的信號通路和轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)各種基因的表達，從而誘導內(nèi)皮細胞的生物學功能改變。EG作為一種機械傳感器，參與介導流體剪切力的變化，生理水平的SS對EG具有保護作用，SS通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮上的機械應力感受分子miRNAs的表達，激活內(nèi)皮一氧化氮合酶（eNOS）使血管舒張因子NO的產(chǎn)生增加，從而保護血管的舒張功能，SS降低會導致內(nèi)皮細胞功能失調(diào)，SS增加則會導致炎癥反應形成[10]。這些結(jié)果可為ECC期間EG的保護提供策略。目前有關ECC過程非生理性的平流灌注對內(nèi)皮細胞生物學功能的影響，還沒有進行深入研究，這一機械轉(zhuǎn)導過程中的諸多機制尚未明確。

2.6 純氧 ECC會導致肺損傷，心臟手術后肺功能障礙仍然是術后死亡的主要原因之一。在ECC期間進行靜態(tài)膨肺可降低ECC后肺損傷，其原因是靜態(tài)膨肺提高了膨脹肺泡氣體氧濃度，提高肺組織供氧，進而減輕了肺組織缺氧狀態(tài)，維持肺泡細胞在缺血時的有氧代謝，減輕組織細胞結(jié)構(gòu)的破壞[11]。但是，長時間吸入高濃度氧氣后，會導致多種炎癥介質(zhì)表達增加，進而導致肺部炎癥反應，引起EG脫落與降解，導致肺部微血管內(nèi)皮細胞損傷，加重肺組織損傷，進一步導致術后肺功能減退。

3 ECC導致EG降解的機制

3.1 ECC引發(fā)EG降解的研究分析 ECC期間，因病理、生理損傷的共同作用，導致EG降解。發(fā)生降解的血管內(nèi)皮層變得稀疏，允許血漿蛋白、液體穿過血管壁，進而形成組織水腫。這種降解促EG成分可快速釋放到血漿中，而且可從血漿中檢測EG降解成分進行判斷。

3.2 炎癥誘導的因子參與EG降解的分析 臨床研究表明，炎性細胞因子介入與EG降解生物標記物之間存在相關性[12]。實施ECC心臟手術患者，白細胞介素-1（IL-1）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）可與啟動炎性級聯(lián)過程相關，促炎細胞因子白細胞介素-6（IL-6）、白細胞介素-8（IL-8）與抗炎細胞因子白細胞介素-10（IL-10）與EG降解相關。這種降解是因乙酰肝素酶激活介導，因肺微血管內(nèi)皮細胞中TNF-α提高了乙酰肝素酶翻譯后激活與硫酸乙酰肝素活性。TNF-α可激活白細胞釋放可降解EG成分的自由基，還可激活內(nèi)皮衍生自由基或表面結(jié)合蛋白酶，自EG中釋放甘氨酸聚糖。一旦激活，白細胞會從其微絨毛尖端表達選擇素，并被其內(nèi)皮上配體所捕獲。而且血管生成素2（Ang-2）被認為是糖萼發(fā)生降解的關鍵介質(zhì)。其為內(nèi)皮細胞在炎癥刺激下分泌的蛋白質(zhì)，可阻斷經(jīng)Ang-1激活其受體激酶抑制劑（Tie2）誘導的抗炎信號。

3.3 過度液體灌注對EG降解的影響 研究表明，過度液體灌注會影響EG降解。高容量血癥與ECC中EG降解相關[13]。高容量血癥誘導心房釋放心房鈉尿肽與響應機械壁應力，反過來可能降解EG。體積負荷會導致透明質(zhì)酸與黏結(jié)合蛋白多糖-1平均水平升高。但關于心房鈉尿肽與EG脫落之間因果關系臨床未達到證實。

4 抑制EG脫落降解的研究進展

4.1 白蛋白 隨著人們對白蛋白與EG之間關系認識的不斷深入，研究發(fā)現(xiàn)白蛋白不僅僅是EG的組成成分，且?guī)в姓姾傻陌椎鞍自谏砩峡梢耘c帶有負電荷的EG層緊密結(jié)合，形成天然屏障，抵抗ECC圍術期EG層的損傷脫落降解，有助于維持EG的完整性和正常的毛細血管通透性，預充時不單用人工膠體，加用白蛋白不僅可以提高膠體滲透壓，同時其對內(nèi)皮細胞的保護作用大于人工膠體[14]。此外，白蛋白轉(zhuǎn)運作為自由基清除劑的鞘氨醇-1-磷酸（S1P），具有免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用。

4.2 SIP 血漿中的S1P可以調(diào)節(jié)血管EG的合成和降解，白蛋白不僅可以激活紅細胞S1P儲存庫釋放S1P，而且還可將S1P與血管內(nèi)皮細胞上的S1P受體結(jié)合，在應激過程中，激活的S1P受體可以抑制基質(zhì)活化金屬蛋白酶（MMP）9和基質(zhì)金屬蛋白酶13（MMP13），從而抑制EG的重要組成部分syndecan-1蛋白外域脫落，進而抑制EG降解[15]。

4.3 肝素 肝素是從肥大細胞和嗜堿性細胞中分泌釋放出來的，進入間質(zhì)間隙起到抗凝作用，血小板與肝素接觸后，表達出血小板因子4（PF4）及糖蛋白Ib和糖蛋白IIb/IIIa；硫酸肝素和肝素不同，是由正常內(nèi)皮細胞不斷產(chǎn)生并通過附著在蛋白質(zhì)骨架上與內(nèi)皮細胞表面相連，硫酸乙酰肝素是一種直接的凝血酶抑制劑；ECC后，PF4通過循環(huán)血小板和白細胞為受傷內(nèi)皮細胞釋放的硫酸乙酰肝素提供天然防御，糖蛋白Ib和糖蛋白IIb/IIIa結(jié)合硫酸乙酰肝素和肝素，清除抗凝血。非分餾肝素（UFH）是從肥大細胞中分離出的多分散、相對不純的多糖組合，也為糖胺聚糖（GAGs）。UFH與硫酸肝素非常相似，保護內(nèi)皮表面免受炎癥攻擊，并作為血管剪切的機械傳導器。已有研究表明，肝素生物相容性涂層可以顯著防止循環(huán)syndecan-1水平的升高，意味著EG降解脫落可以得到抑制[16]。

4.4 TNF-α信號抑制劑 TNF-α作為常見的炎性細胞因子，可介導炎癥反應直接導致EG損傷脫落。研究表明，臨床上通過使用TNF-α信號傳導抑制劑，使內(nèi)毒素引起的EG成分脫落、功能性血管功能紊亂等被顯著抑制。另外，蛋白酶抑制劑也可以起到抗炎和保護器官的效果，烏司他丁可有效抑制乙酰肝素酶的活性，減少硫酸乙酰肝素的降解來抑制EG的脫落降解。

4.5 糖皮質(zhì)激素 糖皮質(zhì)激素具有一定的抗炎作用，如氫化可的松可阻止炎癥細胞在血管中的粘附和遷移，穩(wěn)定肥大細胞，抑制有害物質(zhì)（如蛋白酶、裂解酶或組胺）的釋放，防止炎癥細胞從循環(huán)系統(tǒng)遷移到組織。此外，糖皮質(zhì)激素通常被用于預防間質(zhì)水腫和腫脹。研究發(fā)現(xiàn)，氫化可的松可以降低血管通透性、組織水腫和白細胞黏附，預防EG由于缺血再灌注后導致的炎癥，從而抑制EG降解脫落[17]。另外，ECC期間小兒的皮質(zhì)醇水平高于成人，這種差異可能與不同年齡應激反應程度不同、地塞米松用量、ECC時間、術后吸機使用時間、手術后鎮(zhèn)靜藥使用種類及方法等因素有關。因此小兒在ECC期間EG的保護方面優(yōu)于成人。

4.6 NO NO介導血管擴張，并充當自由基清除劑，以幫助保持EG的完整性，其低水平可減少氧化細胞損傷。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有酶促反應破壞EG時，再灌注期間施用NO對EG具有保護作用[18]。另外，NO亦可以同時降低ECC和延長術后急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）的發(fā)生率[19]。

4.7 麻醉藥 缺血再灌注后，內(nèi)皮屏障及其相關帶負電荷的EG層被破壞導致血管滲漏。麻醉藥的使用，可以減輕外科手術導致的炎癥反應，繼而抑制EG脫落降解，減少術后并發(fā)癥。

5 結(jié)論與展望

EG具有調(diào)節(jié)血管通透性、在內(nèi)皮細胞表面提供抗凝和抗黏附、轉(zhuǎn)導剪切力、調(diào)節(jié)白細胞與內(nèi)皮的相互作用等作用，是內(nèi)皮細胞與血液的天然屏障。因此，維持EG正常生理結(jié)構(gòu)功能尤為關鍵[20]。了解EG的生理和病理生理學功能及其結(jié)構(gòu)損傷、脫落降解與ECC的關系，有助于ECC的安全開展，防止心臟手術期間EG進一步損傷或退化[21]。EG的脫落降解因素復雜，機制尚未完全闡明，這就意味著對EG的保護不能從單一角度入手，對EG的補充、抑制其脫落降解及對基礎疾病的治療是未來的發(fā)展趨勢。所以，尋求EG的多元化保護及修復方法，抑制EG在ECC期間脫落降解，減少在ECC下實施心臟手術患者的并發(fā)癥，對提高患者生存率，減少ICU住院時間，改善患者臨床預后，具有一定的臨床意義，可為臨床上ECC后提高患者的生存率帶來新的思考。