缺血再灌注誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷相關(guān)機(jī)制與治療的研究進(jìn)展

王乃賡，郝建紅，羅振國(guó)

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 咸陽(yáng) 712046； 2.西安交通大學(xué)附屬紅會(huì)醫(yī)院麻醉科，西安 710054)

缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IRI)是指器官或組織缺血一段時(shí)間后，當(dāng)血流重新恢復(fù)，組織的損傷程度較缺血時(shí)進(jìn)一步加重，器官功能進(jìn)一步惡化的綜合征[1]，可見(jiàn)于心、腦、肝、肺、腎等重要器官，臨床中常見(jiàn)于缺血性腦卒中、失血性休克、器官移植術(shù)后及心肺復(fù)蘇后等。內(nèi)皮細(xì)胞是一層連續(xù)內(nèi)襯于血管內(nèi)壁的扁平細(xì)胞，與血管平滑肌細(xì)胞構(gòu)成血管壁機(jī)械性屏障[2]，并參與血腦屏障和血脊髓屏障的構(gòu)成[3]。此外，血管內(nèi)皮細(xì)胞在調(diào)控血管通透性及血管張力中也發(fā)揮重要作用，并且可以分泌多種炎癥介質(zhì)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[4]。

IRI涉及氧化應(yīng)激、能量代謝、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等過(guò)程，這些過(guò)程均有內(nèi)皮細(xì)胞參與[5-6]。內(nèi)皮細(xì)胞作為血管壁的最內(nèi)層結(jié)構(gòu)，在體內(nèi)廣泛分布[7]。目前，IRI的研究多局限于單一器官，而IRI常累及多個(gè)器官，且各器官發(fā)生的IRI均可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷。因此，研究?jī)?nèi)皮細(xì)胞在IRI中的作用及將其作為新的治療靶點(diǎn)具有重要意義?，F(xiàn)已有將內(nèi)皮細(xì)胞作為治療靶點(diǎn)，改善器官I(mǎi)RI的藥物研究，核心主要集中于抗氧化應(yīng)激和抑制炎癥反應(yīng)[8-9]，但未見(jiàn)系統(tǒng)報(bào)道?，F(xiàn)就缺血再灌注誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的機(jī)制和治療藥物進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為IRI的治療提供新的思路和依據(jù)。

1 缺血再灌注導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷機(jī)制

缺血再灌注通過(guò)多種機(jī)制誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷，包括氧化應(yīng)激、能量代謝、炎癥反應(yīng)等。內(nèi)皮細(xì)胞損傷后的功能障礙導(dǎo)致血管舒張能力降低、微血管血栓形成、炎癥介質(zhì)釋放以及凋亡蛋白產(chǎn)生，進(jìn)一步損傷組織器官。

1.1能量代謝 在缺血期，伴隨缺血而來(lái)的缺氧和糖原不足會(huì)損害線粒體呼吸鏈腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)的合成，導(dǎo)致ATP剝奪[10]。肌動(dòng)蛋白聚合需要ATP，ATP剝奪可引起肌動(dòng)蛋白細(xì)肌絲解聚，導(dǎo)致微血管通透性增高和器官功能障礙。伴隨著ATP的耗竭，細(xì)胞中Na+，K+-ATP酶發(fā)生功能障礙，細(xì)胞內(nèi)鈉離子堆積，內(nèi)皮細(xì)胞腫脹。缺血缺氧導(dǎo)致的酸中毒使機(jī)體pH值下降，鈉氫交換代償途徑障礙，從而激活鈉鈣交換，使得胞外鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，最終導(dǎo)致胞內(nèi)鈣超載[11]，加重自由基生成和細(xì)胞腫脹，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷。線粒體是體內(nèi)能量合成的重要細(xì)胞器，缺血缺氧導(dǎo)致線粒體損傷可以使機(jī)體能量代謝障礙。Zhu等[12]已經(jīng)證明高濃度鈣離子可以激活線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔，導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能的損傷，從而使ATP合成障礙。推測(cè)線粒體可能成為治療IRI的靶點(diǎn)。目前，僅有少數(shù)研究以線粒體作為內(nèi)皮細(xì)胞損傷后的治療靶點(diǎn)。Zhu等[13]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，褪黑素可以降低線粒體內(nèi)鈣超載，維持線粒體膜電位并減少線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開(kāi)放，從而提高氧化應(yīng)激導(dǎo)致的微血管內(nèi)皮細(xì)胞成活率。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，減輕鈣超載可以保護(hù)IRI后心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞[14]。由此可知，IRI可以通過(guò)氧化應(yīng)激-鈣超載-線粒體途徑導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷，這也為下一步針對(duì)此靶點(diǎn)藥物的開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)。

1.2炎癥反應(yīng) 缺血再灌注期間，機(jī)體通過(guò)內(nèi)皮素受體、補(bǔ)體受體等途徑激活肥大細(xì)胞，導(dǎo)致肥大細(xì)胞脫顆粒，從而促進(jìn)損傷部位炎癥介質(zhì)的釋放，進(jìn)一步減少內(nèi)皮細(xì)胞間的連接，增加血管通透性，使白細(xì)胞進(jìn)入組織成為可能。細(xì)胞間黏附分子是介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合的分子總稱，在炎癥反應(yīng)中介導(dǎo)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附。IRI后多種細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子-α)和內(nèi)毒素可上調(diào)細(xì)胞間黏附分子-1的表達(dá)，促進(jìn)淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞和單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的強(qiáng)烈黏附和激活。激活的白細(xì)胞釋放活性氧，通過(guò)刺激細(xì)胞因子和黏附分子的表達(dá)，促進(jìn)中性粒細(xì)胞和其他炎癥細(xì)胞的遷移，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙并加重再灌注損傷[15]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞黏附分子家族的另一成員β2整合素與細(xì)胞間黏附分子-1一起介導(dǎo)炎癥細(xì)胞遷移與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷[16]。核因子κB是炎癥和免疫穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子,其在中性粒細(xì)胞產(chǎn)生、成活以及單核細(xì)胞分化和激活中發(fā)揮重要作用[17]。核因子κB信號(hào)分子均存在于內(nèi)皮細(xì)胞中，核因子κB信號(hào)級(jí)聯(lián)在內(nèi)皮細(xì)胞應(yīng)對(duì)應(yīng)激環(huán)境中起關(guān)鍵作用。發(fā)生再灌注損傷后Toll樣受體激活內(nèi)皮細(xì)胞中核因子κB,使其釋放白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子-α等炎癥介質(zhì)并增加黏附分子的表達(dá),造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷。綜上，缺血再灌注導(dǎo)致肥大細(xì)胞脫顆粒、黏附分子和核因子κB表達(dá)提高，從而損傷內(nèi)皮細(xì)胞。最新研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠心肌缺血27 min后給予2.5%七氟烷，內(nèi)皮細(xì)胞分泌的細(xì)胞間黏附分子-1等炎癥介質(zhì)的表達(dá)降低[18]，證明受損的內(nèi)皮細(xì)胞能反饋性造成炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

1.3氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激的核心是活性氧的產(chǎn)生與釋放，活性氧可以引起脂質(zhì)過(guò)氧化并產(chǎn)生活性醛，包括丙二醛、丙烯醛等。丙二醛是氧化應(yīng)激的重要標(biāo)志，可以破壞生物膜或細(xì)胞器中的脂質(zhì)和核酸，消耗抗氧化酶，從而加重氧化應(yīng)激損傷。IRI通過(guò)多因素多途徑產(chǎn)生活性氧,包括線粒體呼吸鏈、黃嘌呤氧化還原酶、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NADPH)氧化酶、一氧化氮合酶等的損傷[19]。線粒體電子傳遞鏈?zhǔn)荌RI過(guò)程中活性氧的重要來(lái)源，其中復(fù)合體Ⅰ途徑為核心來(lái)源[20]。缺血時(shí)，復(fù)合體Ⅰ正向作用產(chǎn)生的泛醇被復(fù)合體Ⅱ反向氧化，導(dǎo)致琥珀酸的堆積。再灌注后，由于缺氧環(huán)境得到改善，琥珀酸被大量消耗，產(chǎn)生泛醇，同時(shí)缺血缺氧導(dǎo)致的pH下降，兩者驅(qū)動(dòng)復(fù)合體Ⅰ反向轉(zhuǎn)運(yùn)電子，產(chǎn)生活性氧。在缺血狀態(tài)下，ATP耗竭導(dǎo)致黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化還原酶。當(dāng)血流再通后，次黃嘌呤轉(zhuǎn)化為黃嘌呤和尿酸，同時(shí)釋放超氧化物和過(guò)氧化氫，進(jìn)而形成正向循環(huán)過(guò)程，加劇氧化應(yīng)激。黃嘌呤氧化還原酶產(chǎn)生的活性氧通過(guò)表達(dá)P-選擇素，導(dǎo)致細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)反應(yīng)和病理改變，加重內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和損傷。NADPH氧化酶的過(guò)表達(dá)和活性增加導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生[21]。NADPH氧化酶可產(chǎn)生超氧化物，超氧化物可在酶的作用下變成過(guò)氧化氫,并穿過(guò)膜使酪氨酸磷酸酶和絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶失活，與過(guò)氧化物酶反應(yīng)，造成細(xì)胞毒性。一氧化氮合酶在機(jī)體氧化應(yīng)激中起重要作用，包括神經(jīng)型一氧化氮合酶、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)。作為急性炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的前哨事件，iNOS在激活的巨噬細(xì)胞中被誘導(dǎo)產(chǎn)生，并通過(guò)下游活性氧的產(chǎn)生和釋放對(duì)機(jī)體組織和細(xì)胞造成顯著損害。iNOS產(chǎn)生的一氧化氮可能會(huì)與超氧化物相互作用，產(chǎn)生過(guò)氧亞硝酸鹽，從而導(dǎo)致線粒體細(xì)胞色素C的釋放和凋亡蛋白的激活，使得內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。Liu等[22]研究發(fā)現(xiàn)，iNOS可以使內(nèi)皮細(xì)胞中凋亡蛋白含量增加，證明iNOS在內(nèi)皮細(xì)胞損傷中的作用。綜上所述，多種途徑產(chǎn)生的活性氧導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷，加重組織再灌注損傷。

2 治 療

對(duì)于缺血再灌注導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷的治療目前仍以藥物為主。藥物治療的核心機(jī)制在于改善內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激、抑制過(guò)度炎癥反應(yīng)、抗凋亡等。

2.1多酚類(lèi)藥物 多酚是植物衍生物中含有的或作為次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)，是一種中等水溶性化合物,分子量為300～4 000。既往研究表明，多酚具有促凋亡和抗血管生成作用，可減輕炎癥、抑制水腫、阻止腫瘤進(jìn)展。此外，其還可調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，通過(guò)作用于血管成分增加毛細(xì)血管阻力，保護(hù)心血管系統(tǒng)等[23]。根據(jù)結(jié)構(gòu)可將其分為黃酮類(lèi)和非黃酮類(lèi)。

2.1.1黃酮類(lèi)藥物 作為多酚類(lèi)化合物的一種，黃酮類(lèi)藥物可以通過(guò)抑制過(guò)度的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激發(fā)揮內(nèi)皮保護(hù)作用。黃酮類(lèi)化合物存在于巧克力、茶和葡萄酒中。其化學(xué)結(jié)構(gòu)含有1個(gè)15碳骨架，該骨架由2個(gè)苯環(huán)和1個(gè)雜環(huán)組成，根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為黃芩苷和槲皮素等。黃芩苷是黃芩的有效成分，具有抗炎、降脂和抗凋亡的作用。在體外模型中，黃芩苷可以降低再灌注損傷后的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[24]。近年的研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷還具有抗氧化作用，通過(guò)增加一氧化氮的產(chǎn)生而減輕再灌注誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷[25]。槲皮素存在于多種中草藥、甘藍(lán)、洋蔥、漿果、蘋(píng)果、紅葡萄、花椰菜、櫻桃、茶和紅酒中，占飲食中總黃酮攝入量的60%～70%[26]。槲皮素化學(xué)結(jié)構(gòu)式中含有3個(gè)苯環(huán)樣結(jié)構(gòu)以及5個(gè)羥基，A環(huán)含有2個(gè)羥基，屬于間二酚結(jié)構(gòu)；B環(huán)含有2個(gè)羥基，屬于鄰二酚結(jié)構(gòu)；C環(huán)含有1個(gè)羥基，屬于烯醇式結(jié)構(gòu)，具有抗炎、神經(jīng)保護(hù)等活性。在劉振華等[27]的研究中，實(shí)驗(yàn)組大鼠在缺血再灌注后靜脈注射10 mg/kg槲皮素，可以降低內(nèi)皮通透性，并降低核因子κB通路介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。目前，在IRI誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的模型中，極少有研究證明槲皮素的保護(hù)作用。因此推測(cè)，槲皮素可以作為IRI誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的治療藥物，為后續(xù)研究提供理論依據(jù)和思路。

2.1.2非黃酮類(lèi)藥物 非黃酮類(lèi)化合物存在于不同種類(lèi)的柑橘類(lèi)水果、咖啡、橄欖油、芝麻油、谷類(lèi)食品和紅酒中。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為姜黃素、白藜蘆醇、紫檀芪等。姜黃素是姜科的一員，可以從姜黃中提取，在中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)藥中有很長(zhǎng)的使用史。姜黃素具有優(yōu)異的藥理活性，包括抗氧化、抗炎、抗血管生成等。體外實(shí)驗(yàn)證明，20 μmol/L的姜黃素可以抑制內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激[28]。腹腔注射40 mg/kg姜黃素可以降低炎癥介質(zhì)的表達(dá)，從而保護(hù)血腦屏障[29]。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素還可以通過(guò)增加線粒體中B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因的表達(dá)，降低細(xì)胞色素C的釋放[30]。而B(niǎo)細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因被激活后抑制線粒體膜電位，細(xì)胞色素C以及胱天蛋白酶的釋放減少，進(jìn)一步抑制細(xì)胞凋亡。白藜蘆醇存在于葡萄和花生中，與延長(zhǎng)壽命有關(guān)，在癌癥和心血管疾病的治療中顯示出積極的作用。eNOS可以刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮而發(fā)揮保護(hù)作用。0.1 μmol/L的白藜蘆醇能明顯增加IRI后人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中eNOS的表達(dá)[31]。而在另一研究中，40～160 μmol/L的白藜蘆醇能明顯抑制丙二醛的產(chǎn)生[32]。由此推測(cè)，白藜蘆醇抗氧化應(yīng)激的作用呈劑量依賴性，最佳治療劑量目前仍有爭(zhēng)議，需要后續(xù)研究進(jìn)一步探討。因此，白藜蘆醇抗氧化應(yīng)激作用的機(jī)制主要是通過(guò)刺激eNOS活性，增加內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮的生成。但關(guān)于白藜蘆醇對(duì)IRI后內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)作用的研究較少。因此，可以為后續(xù)研究提供思路。紫檀芪作為白藜蘆醇的同系衍生物，具有和白藜蘆醇相同的生物學(xué)活性。在氧糖剝奪/復(fù)氧模型中，紫檀芪可降低白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6基因的表達(dá)，從而降低內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[33]。此外，紫檀芪還可以調(diào)節(jié) B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因相關(guān)X蛋白與B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因的比例，發(fā)揮抗凋亡作用[34]。B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因相關(guān)X蛋白與凋亡有關(guān)，可使線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，細(xì)胞色素C和胱天蛋白酶的釋放。

綜上所述，多酚類(lèi)化合物有多個(gè)分子靶點(diǎn)，通過(guò)不同途徑發(fā)揮保護(hù)作用。體外實(shí)驗(yàn)、活體研究已經(jīng)證明多酚類(lèi)化合物可以抑制氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)，但需要進(jìn)一步探究其在臨床中的最佳治療劑量與給藥方式。多酚類(lèi)化合物在治療內(nèi)皮細(xì)胞損傷中具有巨大潛力，有望在未來(lái)臨床治療中發(fā)揮更大作用。

2.2其他類(lèi)藥物 辛伐他汀可促進(jìn)一氧化氮的產(chǎn)生，并且降低白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子-α的表達(dá)[35]。與辛伐他汀相比，阿托伐他汀的治療效果更明顯，藥物作用時(shí)間更久，可能機(jī)制是其激活eNOS活性，降低黏附分子的釋放，增加一氧化氮的合成[36]。在氧糖剝奪/復(fù)氧模型中，瑞舒伐他汀可抑制腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白的釋放并激活核因子κB，從而減輕血腦屏障的破壞[37]。其他類(lèi)型他汀類(lèi)藥物是否也能發(fā)揮內(nèi)皮細(xì)胞保護(hù)作用尚未見(jiàn)報(bào)道，需要后續(xù)進(jìn)一步探究。攝入富含硝酸鹽的飲食或藥物可以發(fā)揮內(nèi)皮細(xì)胞保護(hù)作用。研究表明，攝入硝酸鹽可以改善高血壓患者的內(nèi)皮功能并降低血壓[38]。張姝等[39]認(rèn)為10 μmol/L硝酸鹽具有內(nèi)皮細(xì)胞保護(hù)作用，可以提高人血管內(nèi)皮細(xì)胞缺氧復(fù)氧后的細(xì)胞活性。但在另一項(xiàng)研究中，5～10 μmol/L亞硝酸鹽抑制內(nèi)皮細(xì)胞損傷的主要機(jī)制為減弱線粒體復(fù)合體Ⅰ的活性，降低活性氧的產(chǎn)生以及改變線粒體的氧化呼吸[40]。綜上所述，關(guān)于不同濃度硝酸鹽的治療作用及具體機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。

3 小 結(jié)

組織器官缺血常引起不可逆的損傷，血流恢復(fù)加劇其病理過(guò)程。內(nèi)皮細(xì)胞受損是缺血再灌注的特征性改變，缺血再灌注誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的機(jī)制復(fù)雜多樣，深入研究其機(jī)制可為精準(zhǔn)醫(yī)療提供依據(jù)。以上綜述了3類(lèi)治療藥物，包括多酚類(lèi)、他汀類(lèi)藥物以及硝酸鹽。針對(duì)缺血再灌注誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷治療的研究仍處在初級(jí)階段，缺少臨床研究。中草藥種類(lèi)眾多，具有多種藥理學(xué)作用，在治療缺血再灌注誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷中前景廣闊。