臭氧对肾缺血再灌注损伤保护作用机制的研究进展2026

臭氧对肾缺血再灌注损伤保护作用机制的研究进展2026肾缺血再灌注损伤（renalischemiareperfusioninjury,RIRI）是临床中常见的病理过程，尤其在肾移植、肾部分切除手术及休克复苏等情况下尤为显著。臭氧（ozone,O3）治疗可以抑制炎症、细胞凋亡以及氧化应激损伤，国内外研究证实O3可以减轻RIRI，本文旨在概述O3发挥对RIRI保护作用的途径。1RIRI的防治进展RIRI是指肾组织缺血/缺氧再重新恢复血供后，细胞正常功能受损及组织结构破坏无明显减轻反而加重，造成肾结构损伤及功能障碍的病理生理过程，常继发于肾移植、脓毒症、严重创伤等低灌注和（或）氧合状态疾病，其致病机制复杂，涉及细胞死亡程序的激活、内皮功能障碍、转录重编程以及先天性和适应性免疫系统的激活等一系列病理生理过程。RIRI会导致患者肾功能迅速下降，发病率和病死率增加。研究表明，靶向B细胞的药物、依库珠单抗、补体抑制、干扰小干扰RNA和短发夹RNA的干扰基因表达可以预防RIRI的形成。目前，对于RIRI的治疗，已在动物实验及临床试验中取得了良好的进展。有研究表明，巨噬细胞迁移抑制因子、厚实酸、XJB5131以及鸢尾素可以保护肾免受缺血再灌注损伤，药物治疗方面包括针对钙超载的保护措施（Ca2+通道拮抗剂、热休克蛋白、内皮素等），针对炎症反应的保护措施（心营养素、克莫司、青藤碱等），针对活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）损伤的保护措施（氢气等）以及针对细胞凋亡保护措施（血小板衍生因子、免疫抑制剂环孢菌素等），以及丹参、川芎、积雪草等一些中药等，均已被证实对RIRI具有保护作用。一些研究也报道了缺血预处理、干细胞移植等治疗对RIRI也有保护作用。2医用O3的作用O₃是氧气的同素异形体，常温常压下为有特殊臭味的无色气体，其性质不稳定，易分解成氧气，在20℃时半衰期约为40min，且随着温度的升高，O₃的稳定性下降。研究表明，O3治疗在抑制炎症反应、细胞凋亡以及氧化应激损伤等方面具有显著作用。当血液中O3浓度在20~80mg/L时将具有治疗效果，其具有较强的氧化性，低浓度O3则会引起适度的氧化应激来激活抗氧化。Niu等的研究表明，低浓度医用O3（20、40mg/L）可以降低血清白细胞介素（interleukin,IL）6、免疫球蛋白G和免疫球蛋白M的表达，表现为镇痛和抗炎作用。此外，低浓度O3可通过激活超氧化物歧化酶（superoxidedismutase,SOD）的表达抑制氧化应激反应，降低体内过氧化物生成；同时可改善血液循环，增强全身新陈代谢，诱导免疫系统的轻度激活，并增加血小板中生长因子的释放。3O3对RIRI保护的相关机制3.1抑制氧化应激肾缺血再灌注期间产生过多的ROS无法被完全清除，引起氧化应激从而导致细胞损伤。肾缺血期间的缺氧会消耗线粒体中的三磷酸腺苷随即进行糖酵解，三磷酸腺苷的减少使Ca2+排泄受阻，引发钙超载，进而使ROS增多和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate,NADPH）氧化酶激活，而再灌注期间氧的恢复以及NADPH氧化酶的激活会产生更多的ROS。治疗剂量的O3可与体内的多不饱和脂肪酸或质膜等生物分子反应，产生过氧化氢（hydrogenperoxide,H₂O₂）。细胞内的H₂O₂充当第二信使并调节核因子κB（nuclearfactorκB,NFκB）/核转录因子红系2相关因子2（nuclearfactorerythroid2relatedfactor2,Nrf2）通路，H₂O₂可释放Nrf2使其被酪蛋白激酶2磷酸化，导致其核转位和转录激活。激活的Nrf2与亲电反应元件结合，促进不同解毒酶、抗氧化酶和细胞保护酶的表达［如SOD、过氧化氢酶和血红素加氧酶1（hemeoxygenase1,HO1）］，并增加谷胱甘肽、NADPH的合成。此外，Nrf2通路通过增加抗氧化防御和HO1表达来抑制NFκB通路的激活，从而有效中和ROS（ROS可以通过脂质过氧化和蛋白质羰基化来改变膜和DNA）并解毒有毒化学物质。丙二醛（malondialdehyde,MDA）是细胞脂质受到自由基攻击过氧化后的产物，MDA积累越多、形成越快，抗氧化能力越差。Wang等进行了一项O3氧化后处理治疗RIRI的动物实验，结果发现，O3氧化后处理组的MDA较RIRI组显著降低，而SOD显著升高，这表明O3氧化后处理可以通过减轻肾脂质过氧化反应来减轻RIRI，同时该团队进行了肾小管上皮细胞的体外实验得到了相同的结果。Wang等在O3氧化预处理治疗RIRI的研究中发现，O3氧化预处理组肾组织SOD、谷胱甘肽过氧化物酶水平均高于缺血再灌注组，这与Wang等的研究结果相似。Uğuz等的研究发现，体外冲击波碎石术可能会使肾灌注减少，这种短暂的缺血再灌注损伤会促进氧自由基的产生、炎症因子的释放以及炎症细胞的浸润，这将会导致细胞损伤和死亡，而医用O3疗法可能会促进适度的氧化应激，反过来又会增加抗氧化内源性系统，保护肾免受体外冲击波碎石术诱导的肾损伤。以上研究证明O3能够通过刺激肾细胞产生更多的抗氧化酶，清除体内ROS，增强肾抗氧化能力。除此之外，O3能激活SOD表达、减少体内过氧化物生成，从而清除氧自由基，减轻氧化应激反应，保护肾免受氧化应激的进一步损害。3.2减轻炎症反应RIRI伴有先天和适应性免疫系统参与的无菌性炎症。在先天性免疫反应中，Toll样受体（Tolllikereceptor,TLR）起着重要作用，其中TLR2和TLR4已被证明缺血时会在管状上皮细胞中上调，TLR2可激活活化B细胞的NFκB及NFκB激酶抑制剂等因子；TLR4激活导致包括IL1β、IL6、肿瘤坏死因子α（tumornecrosisfactorα,TNFα）在内的许多促炎介质释放和参与白细胞向肾间质间隙迁移的分子表达；TLR激活导致各种衔接分子的下游招募，引起促炎基因的转录和随后的炎症反应。高浓度O3可促进NFκB释放并使其迁移到细胞核内，导致IL6、TNFα、环氧合酶2、细胞内黏附分子和诱导型一氧化氮合酶等促炎介质的转录。低浓度O3可诱导Nrf2激活，使其通过阻止RNA聚合酶Ⅱ的募集，启动促炎性细胞因子（IL6和IL1β）的基因转录来减轻炎症。此外，Nrf2还可通过与NFκB转录因子的双向串扰调节炎性巨噬细胞中的基因表达。有研究推测，低浓度O3会抑制NFκB信号，减轻炎症反应，而对NFκB通路的抑制可能下调诱导型一氧化氮合酶。Wang等进行了一项O3氧化预处理治疗RIRI的研究，结果发现，O3氧化预处理可以显著下调IL6、IL18、环氧合酶2水平和NFκBp65、高迁移率族蛋白1水平，这表明O3氧化预处理可以通过减轻炎症反应来发挥对RIRI的保护作用。此外，周江桥等在进行O3氧化预处理治疗RIRI的研究中检测各组TNFα、IL1β、IL6信使RNA的表达，发现3种炎症因子信使RNA的表达均减弱。同时也有研究表明，O3联合缺血后处理也可以降低炎症因子水平，以减轻RIRI的炎症反应。低浓度O3治疗可降低慢性肾病大鼠肾中NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3、凋亡相关斑点样蛋白的表达，还可显著缓解IL1β引起的肾炎症来延缓慢性肾病的进展。在糖尿病肾病的发生、发展中，炎症反应起到了重要的作用，范秀容等的研究观察到达格列净联合O3大自血疗法能够抑制炎症反应，发挥减轻肾损伤、保护肾功能的作用。以上研究说明，O3治疗可以抑制NFκB通路的激活，从而减少炎症介质及促炎性细胞因子的释放，减轻炎症反应，在RIRI中发挥对肾组织的保护作用。3.3抑制细胞死亡程序的激活RIRI会导致细胞死亡程序的激活，包括坏死、凋亡、调节性坏死和自噬。在这些程序中，坏死是最不受控制的形式，其形成的细胞碎片能够作为损伤相关分子模式激活先天和适应性免疫系统，引起炎症细胞浸润到组织中，释放不同的细胞因子。与无控制的坏死过程相反，细胞凋亡是一个高度调控和受控的过程，其中起重要作用的蛋白家族是B细胞淋巴瘤2家族，B细胞淋巴瘤2相关X蛋白（Bcelllymphoma2associatedXprotein,Bax）是这个家族中通过增强线粒体膜通透性而启动细胞凋亡的效果剂。调节性坏死是一种更受调控的坏死新途径，其中的一种形式为聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1（polyADPribosepolymerase1,PARP1）依赖性细胞死亡。自噬可以使受损细胞降解，维持细胞稳态，而哺乳动物雷帕霉素靶标复合物1的激活可以通过丝裂原活化蛋白激酶/胞外信号调节激酶1/2信号通路抑制自噬。Wang等的研究检测了促凋亡蛋白Bax和PARP1的表达，结果发现，O3氧化后处理组的凋亡细胞较RIRI组明显减少，促凋亡蛋白Bax和PARP1的表达也明显降低，丝裂原活化蛋白激酶通路的激活也被抑制，这表明O3氧化后处理可以减轻肾细胞凋亡以减轻RIRI；且该团队在肾小管上皮细胞的体外实验也得到了相同的结果。上述不同的细胞死亡程序是响应于共同的刺激而引起，而O3可以通过抑制这些程序来减轻RIRI。3.4激活转录重编程细胞可以通过使用氧传感器和激活特定转录因子的进化保守机制来保护自身免受缺氧和缺血损伤，并维持体内平衡。低氧诱导因子（hypoxiainduciblefactor,HIF）调节参与代谢细胞周期、血管生成、红细胞生成、能量守恒和细胞存活的各种基因，因此能够诱导细胞对缺氧的保护性反应，HIF1α作为低氧依赖性的蛋白质，受细胞内氧分压的调控。当细胞内氧浓度下降时，HIF1α的表达增加，同时HIF1α能诱导许多基因的转录，对经历缺氧反应的细胞进行精确地调控，能够有效地减轻细胞凋亡，提高对缺血/缺氧环境的耐受。王磊等在O3氧化后处理治疗RIRI的研究中检测HIF1α的表达，最终显示O3氧化后处理组的凋亡细胞较RIRI组减少、HIF1α表达增加。以上研究表明，O3可能是通过增加HIF1α的表达来减轻RIRI，保护肾细胞免受损伤。3.5改善内皮功能紊乱RIRI时受损的肾小管上皮细胞会使代谢物异常堆积，导致水电解质平衡紊乱。若不能及时恢复，会造成缺氧和慢性炎症反应，且肾小管周围毛细血管中内皮细胞的再生能力有限，微循环损伤可能导致永久性肾小管周围毛细血管稀疏。这些区域的慢性缺氧可能诱导纤维化基因的转录，如转化生长因子β（transforminggrowthfactorbeta,TGFβ）、结缔组织生长因子以及α平滑肌肌动蛋白的积累，最终导致肾纤维化。有研究表明，通过全身途径（避免气道吸入）进行适当的O3治疗可以增加血液中的TGFβ1水平。TGFβ1的纤维化效应依赖于细胞核中β连环蛋白和Smad蛋白（mothersagainstdecapentaplegichomolog,Smad）3的结合，β连环蛋白可以作为Smad3的转录辅助因子，共同启动并驱动上皮细胞间充质转化（epithelialmesenchymaltransition,EMT），发生EMT的肾小管上皮细胞转变成能产生大量细胞外基质的活化的成纤维细胞样细胞（即肌成纤维细胞），肌成纤维细胞可大量产生并沉积细胞外基质，同时抑制其降解，最终使肾小管间质纤维化。TGFβ1诱导的β1整合素在肾小管上皮细胞中的Smad依赖性表达表明，TGFβ/Smad信号通路参与肾纤维化中的肾小管EMT过程。江波涛等对RIRI大鼠进行O3氧化后处理，发现相较于RIRI组，假手术组和O3后处理组肾功能基本恢复正常，肾纤维化程度减轻。O3后处理组α平滑肌肌动蛋白、TGFβ、Smad2蛋白水平高于假手术组，但都显著低于RIRI组。该研究团队随后又进行了周期更长的观察，也得到了相似的结果。陈国晓等在此基础上增加了缺血再灌注+氧气组，同样得到了相似的结果。这表明O3可能通过抑制TGFβ1/Smad2信号通路来阻止RIRI晚期的肾小管间质纤维化的发展。TGFβ1及其下游Smad不仅可以促进肾损伤，也可以抑制肾损伤。其中，Smad3是肾纤维化和炎症的关键介质，且可与β连环蛋白形成协同转录复合体启动EMT基因程序；而Smad2和Smad7具有肾保护作用；Smad4可以通过转录增强Smad3诱导的肾纤维化，并通过Smad7依赖机制抑制NFκB诱导的肾炎症，从而发挥多种作用。Smad7作为该信号通路的抑制因子，能阻止下游Smad的磷酸化，使EMT和细胞外基质减少，减轻RIRI所致的肾纤维化。王磊等的研究表明，O3氧化后处理组的血清肌酐、尿素氮较缺血再灌注组显著下降，组织病理学改变明显减轻，且Smad7表达升高，表明O3可能通过上调Smad7表达来发挥肾保护作用。随后该团队研究发现，O3氧化预处理后，肾纤维化同样减轻，平滑肌肌动蛋白α以及TGFβ1表达水平下降，而Smad7表达水平升高。以上研究说明，O3可能通过调节TGFβ1/Smad7通路，促进Smad7的表达来减轻RIRI所致的肾纤维化，同时O3处理能够促进血管扩张、增加肾血流、改善微循环，从而促进组织的修复和再生。3.6O3临床应用O3疗法在临床上的应用均与其杀菌、抗氧化以及抗炎能力有关。O3疗法在临床前研究中常采用直肠吹入、腹腔注射等给药方式，而在临床试验中使用O3水/O3油、主要O3化自血疗法、直肠吹入、“袋装”O3以及O3化油基乳液、O3化微乳剂和纳米乳剂、微胶囊等新型技术进行给药。O3局部应用可对愈合过程产生积极影响，通常用于治疗糖尿病足等皮肤病、关节炎等肌肉骨骼疾病，以及牙科手术中抑制细菌的生长，还可用于清洁烧伤和烫伤伤口，加速伤口愈合，并促进激光美容后的皮肤修复。直肠吹入可用于治疗纤维肌痛，全身O3治疗还可作为镇痛剂、抗衰老剂和抗肿瘤剂，在肺癌、乳腺癌和结肠癌中，O3疗法可以改善肿瘤组织的血液循环和氧合，减轻慢性氧化应激，激活免疫和神经内分泌系统，抑制肿瘤生长和转移，并诱导肿瘤坏死。O3疗法不仅可以用作潜在的新化疗方法，还可以与化疗、放疗联合使用以增强疗效，在临床前研究和临床试验中取得了重大成果。O3在缺血再灌注中的作用