肝脏缺血再灌注损伤发生机制及防治

1、肝脏缺血再灌注损伤发生机制及防治肝缺血再灌注损伤( IRI) 是肝脏外科中常见的病理过程,多见于需要肝断流的肝脏外科手术,如失血性休克、肝叶切除、肝移植等我科的研究方向-肠、脑、肝缺血。 一 肝脏缺血再灌注损伤的发生机制1 钙超载2 中性粒细胞3 氧自由基钙超载和肝脏缺血再灌注损伤钙超载：各种原因引起的细胞内钙含量异常增多，并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象缺血-再灌注时的钙超载发生机制Na+/Ca2+交换反向转运增强。缺血引起的细胞内高Na+、高H+、PKC激活可直接或间接激活Na+/ Ca2+交换蛋白反向转运，将大量Ca2+运入胞浆；生物膜损伤：细胞膜、线粒体及肌浆网膜损伤，可使钙内流

2、增加和向肌浆网转运减少。钙超载引起再灌注损伤机制线粒体功能障碍。钙超载可干扰线粒体的氧化磷酸化，使ATP生成减少；激活酶类。 Ca2+浓度升高可激活磷脂酶、蛋白酶、核酶等，促进细胞损伤；促进氧自由基生成；再灌注性心律失常；肌原纤维过度收缩。2 中性粒细胞和肝脏缺血再灌注损伤激活的中性粒细胞与血管内皮细胞相互作用，造成微血管和细胞损伤。微血管内血液流变学改变微血管管腔狭窄，阻碍血液灌流；微血管通透性增高激活的中性粒细胞与血管内皮细胞可释放致炎物质，损伤组织细胞。3 氧自由基和肝脏缺血再灌注损伤 再灌注期缺血组织恢复血氧供应的同时也提供了大量电子受体，使氧自由基在短时间内爆发性增多。主要途径有：内

3、皮细胞源。经黄嘌呤氧化酶催化嘌呤类代谢并释放出大量电子，为分子氧接受后产生活性氧；中性粒细胞源。再灌注期激活的中性粒细胞产生大量氧自由基，称为呼吸爆发；线粒体源。线粒体氧化磷酸化功能障碍，进入细胞内的氧经单电子还原而形成的氧自由基增多，而经4价还原生成的水减少。3 氧自由基和肝脏缺血再灌注损伤自由基具有极活泼的反应性，一旦生成可经其中间代谢产物不断扩展生成新的自由基，形成连锁反应。自由基可与磷脂膜、蛋白质、核酸和糖类物质反应，造成细胞功能代谢障碍和结构破坏。肝脏缺血再灌注损伤的发生机制新进展Kupffer细胞激活 细胞因子细胞级联反应T淋巴细胞 肝血红素氧合酶系统（HO-1） Kupffer细

4、胞激活细胞因子的释放Kupffer 细胞是一种与肝脏缺血再灌注损伤有关的非实质细胞， 这种驻留型巨噬细胞可出现在肝脏的窦状隙内，肝Kupffer 细胞在肝脏再灌注时被激活， 产生一系列炎症性细胞因子（PGs，PAF，IL-1，TNF-，IL-6，IFN-）和氧自由基，这些作为直接的细胞毒素作用于内皮细胞和肝细胞，导致肝脏损伤。细胞因子 国内研究在鼠肝脏部分缺血再灌注损伤过程中预先给予参附，通过增加抑炎因子IL-10水平，降低TNF-，下调其介导的固有免疫应答最终减轻肝脏缺血再灌注损伤。 Bibo Ke在肝脏部分缺血再灌注过程中通过IL-10基因转染小鼠使小鼠血清IL-10 水平增高导致肝细胞损

5、伤减轻 。 Bibo Ke，Xiu-Da Shen，Sei-Ichiro Tsuchihashi，et al. Human Gene Therapy，2007，18 ( 4 )：355-366.细胞级联反应肝脏缺血再灌注损伤的过程是许多相关因子联合作用产生级联反应导致最后的肝脏功能衰竭。大量的证据证明Kupffer 细胞、中性白细胞、内皮细胞以及反应性氧族在缺血再灌注损伤的发病机制中起了重要作用，这种相关的级联反应过程导致最终结果是组织结构的改变并引起肝细胞功能的衰竭T 淋巴细胞 越来越多的证据表明T 细胞在介导缺血再灌注引起的短期和长期损伤中起重要作用，全身性免疫抑制剂可减轻肝细胞缺血再灌注

6、后损伤，提示T 淋巴细胞参与了损伤的病理生理过程。Shen 等发现T 淋巴细胞缺陷小鼠肝脏缺血再灌注后损伤较对照组明显减轻。Khandoga 等发现在再灌注早期淋巴细胞在肝窦状隙发生附着并随着冷缺血时间的延长损伤肝脏功能。Moine等发现抗炎症介质IL-10 在缺血再灌注损伤过程中具有保护作用，不但与抑制Kupffer 细胞释放细胞因子有关，而且与抑制T 细胞驻留有关。所有这些研究结果与T 细胞在缺血再灌注损伤机制中起主导作用相符合Oltean M， Pullerits R， Zhu C， et al. Donor pretreatment with FK506 reduces reperfu

7、sion injury and accelerates intestinal graft recovery in ratsJ. Surgery，2007，141(5)：667-677.血红素氧合酶系统血红素氧合酶是普遍存在的酶，在亚铁血红素分解为胆绿素、一氧化碳和自由铁的过程中起催化作用。HO 系统的激活在缺血再灌注触发的级联反应中可能提供了细胞保护功能。近年来的发现认为HO 途径不仅抗氧化，而且是作为更加复杂的细胞保护和免疫调节系统。Fondevila C， Shen XD et al. Biliverdin therapy protects rat livers from ischemia

8、 and reperfusion injuryJ.Hepatology，2004，40(6)：1333-1341. 血红素氧合酶系统由亚铁血红素释放的CO 可能在不同的细胞和生物学过程中作为一种调控分子，类似于NO。这两种物质引起平滑肌松弛，导致内皮组织血管舒张，这可能是CO 介导的抗缺血再灌注损伤的细胞保护作用的机制。在灌注时CO 通过抑制血管收缩维持微循环血流，减少缺血再灌注损伤相关的微血管血栓形成。血红素氧合酶系统CO 在缺血再灌注损伤中的细胞保护作用其他的机制可能还有：抑制诱生型一氧化氮合酶（iNOS），抑制内皮细胞凋亡。辅以HO-1 竞争性抑制物锌原卟啉发现外源性CO 能完全取代内源

9、性HO-1 抑制肝脏缺血再灌注损伤。因此，HO-1 介导的细胞保护抗缺血再灌注损伤需要外源性CO 的产生，并且完全能够被CO 替代。 国内杨定华等分别应用HO-1 诱导剂（CoPP）、抑制剂（ZnPP）和生理盐水作为对照在供肝收获前处理供者，移植后3d 观察肝脏移植物缺血再灌注损伤情况，以上证实了HO-1 表达上调对肝脏的缺血再灌注损伤的保护作用，证实HO-1 表达上调时，肝脏移植物内肝细胞损伤减轻， HO-1 表达抑制时，肝细胞损伤加重。杨定华 张华等 HO-1的表达对肝脏缺血再灌注损伤的保护作用，南方医科大学学报2009;29(11)ERK和P38信号传导通路研究显示缺血后处理可通过增高E

10、RK和P38的磷酸化水平，降低JNK的磷酸化水平减轻缺血再灌注导致的肝脏损伤，MAPKs通路可能在缺血再灌注损伤和缺血后处理的保护作用中起至关重要的作用 Shinoda M, Shimazu M, Matsuda S,et al. c-Jun N-terminal kinaseactivation during warm hepatic ischemia/reperfusion injuries in arat model. Wound Repair Regen. 2002;10(5):314-319.二 肝脏缺血再灌注损伤防治策略尽量缩短脏器缺血时间改善缺血组织代谢清除自由基及活性氧减轻钙超

11、载：钙拮抗剂 Na2+ / Ca2+ 、 Na2+ /H+交换抑制剂其它药物： 细胞保护剂 扩管 稳膜等启动内源性保护机制 ：应激蛋白表达、心肌缺血预处理（二）防治手段1 缺血预处理2 缺血后处理 3 基因治疗 4 干扰RNA技术5 中药6 麻醉药及其它 远端缺血预处理目的：研究大鼠的肠缺血预处理对肝脏缺血再灌注损伤（HIRI）的远端保护作用及其机制。结论：对大鼠肠的缺血预处理可以发挥远端预处理作用，减轻肝脏的缺血再灌注损伤，可能是通过减少肝脏前炎性因子的表达，减少中性粒细胞的黏附聚集而发挥作用。 孙勇，顾国文，李相成 肠缺血预处理对大鼠肝脏缺血再灌注损伤的保护作用 南京医科大学学报（自然科学

12、版） 2008 年3 月缺血后处理（IPO） Ischemic-postconditioning最近有学者指出，缺血后处理一方面激活了RISK 通路，另一方面又能抑制p38 和JNK 等有害的信号转导通路缺血后处理的保护作用与eNOS 有关。IPO 实施：缺血60min 后即刻行六个循环的灌注10s/阻断10s后再灌注。国内研究缺血后处理对大鼠肝脏缺血再灌注损伤有明显的保护作用，可通过促进Bcl- 2（B细胞淋巴瘤/白血病-2基因,抗凋亡基因）表达及抑制Bax（促凋亡基因）表达而拮抗肝细胞凋亡，从而减轻肝脏缺血再灌注损伤。基因治疗-抗凋亡基因bcl-2/ bcl-xl bcl-2 和bcl-2

13、 相关基因bcl-xl 对调节细胞凋亡起着重要作用。bcl-2 基因转录的蛋白能阻止细胞的凋亡和死亡,并能延长细胞的生存期。bcl-2 基因对多种损伤的细胞有保护作用,包括电离辐射、病毒感染和缺血,bcl-2 的转录蛋白在IRI 中发挥着强有力的抗凋亡作用。Bilbao 等在鼠肝IRI 模型中证明了腺病毒转染bcl-2 基因的过表达能明显地减少肝细胞的凋亡和死亡(减少转氨酶形成和组织损伤) ,与对照组相比,能显著改善肝脏功能和延长移植鼠的生存期。Bilbao G, Cont reras JL et al . Ann Surg , 1999 ; 230 (2) : 1852193.免疫调节因子I

14、L-10 和IL-13 有研究表明,免疫调节因子如IL-10 和IL-13 能阻止同种异体移植物的排斥反应。IL-10 诱导巨噬细胞中HO-1基因的表达并发挥抗炎症效应。IL-13 的过表达能上调保护因子水平并抵抗内皮细胞的凋亡。腺病毒IL-13 在冷缺血和热缺血中都有很强的细胞保护效应,其通过保护肝细胞的完整并减少肝中性粒细胞致炎因子趋化因子的产生来维护肝功能,还能阻止肝细胞凋亡,其机理包括上调抗凋亡基因和抗氧化基因的表达Ke B , Shen XD et al . Am J Transplant , 2003 ; 3 (9) : 1076-1082.转录因子NF-B转录因子NF-B 是肝I

15、RI 早期重要的调节器。NF-B 的活性水平对细胞的生长和凋亡有重要的调节作用,并且多种促细胞因子的表达、中性粒细胞介导的炎症反应都能和NF-B 联系到一起。因此,抑制NF-B 的活性可能抑制肝细胞的凋亡,减少有害的促炎症细胞因子的产生。 细胞因子拮抗剂：IL-1 受体拮抗剂T细胞共刺激阻断因子CD40Ig干扰RNA技术中药对肝缺血再灌注损伤的保护作用 中药是从多个层次、多个靶点对缺血的肝脏进行的适应性保护, 为一种复合性调节。国内外学者就中药预处理对缺血再灌注的保护进行了有益的探索, 中药对IR I的保护作用主要有活血化瘀类, 如: 丹参、虎杖、红花、葛根、三七及川芎等; 补血益气类, 如当

16、归、何首乌等。中药保护作用机制改善脏器微循环障碍清除氧自由基对炎性细胞趋化和呼吸爆发的影响保护线粒体, 改善能量代谢减轻钙超载, 调节钙稳定其它高渗盐水：齐鲁医院张岩研究指出7.5%高渗盐水预处理对常温下肝脏的缺血再灌注损伤有显著保护作用，其机制可能与减少PMN 在肝组织内的聚集有关。瘦素：我科周少丽报道瘦素能减轻缺氧复氧培养L02肝细胞的凋亡,其机制可能与其下调细胞中Fas /FasL mRNA的表达有关 乌司他丁目的观察乌司他丁对大鼠全肝缺血2再灌注( I2R) 肺损伤的保护作用。方法24 只SD 大鼠随机分为全肝缺血2再灌注组( I2R 组) 、乌司他丁组(U 组) 及假手术对照组(C

17、组) ,每组8 只。检测支气管肺泡灌洗液(BAL F) 中总蛋白含量、肺组织干/ 湿质量比(D/ W) 、肺组织髓过氧化物酶(MPO) 及超氧化物歧化酶(SOD) 含量,并以逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR) 方法检测三组大鼠肺组织基质金属蛋白酶(MMP) 14 mRNA 的相对表达量。结果与U 组和C 组比较, I-R 组大鼠肺组织BAL F 总蛋白和MPO 含量明显增高,肺组织D/ W和SOD 显著降低,MMP14 mRNA 相对表达量显著增高。结论乌司他丁可减轻全肝I-R 肺损伤;抑制肺组织MMP14 mRNA 的表达可能是其机制之一。赵东 杨拔贤 贾若 乌司他丁对大鼠全肝缺血-再灌注肺损伤的保护作用 临床麻醉学杂志 2009 年11 月第25 卷第11 期麻醉药物-异丙酚、瑞芬太尼目的:探讨瑞芬太尼预处理对大鼠肝脏缺血再灌注损伤的保护作用。结论:合适剂量的瑞芬太尼预处理对肝脏缺血再灌注损伤有类似IPC 的保护作用。异丙酚通过调节Bcl-2来发挥间接的抗凋亡作用， 异丙酚可使Bcl-2 蛋白高表达，可以明显增强Bcl-2 的抗凋亡作用。 孙玉明 葛彦虎 瑞芬太尼预处理对大鼠肝缺血再灌注损伤的保护作用余淑珍 荆建 异丙酚或缺血预处理对大鼠肝缺血再灌注损伤期细胞凋亡及Bcl-2/Bax 蛋白表达的影响小结肝脏缺血再灌注损伤的发生机制：钙超载、 中性粒细胞爆发、 氧自由基生成