肝脏缺血再灌注损伤与氧化应激及炎症反应的研究进展.pdf

综述讲座肝脏缺血再灌注损伤与氧化应激及炎症反应的研究进展欧毅 刘刚【摘要】缺血再灌注损伤()是一个多因素介导的、加重的肝细胞损伤的病理过程 在肝脏 过程中导致肝细胞损伤甚至死亡的机制多样而复杂涉及多种类型的细胞与生物分子之间的相互作用 其中氧化应激与炎症反应是加重肝脏 的关键过程 研究肝脏 相关损伤的机制对于探索治疗策略是至关重要的 本文总结了氧化应激及炎症反应参与肝脏 的发生机制并基于这些机制讨论了减少肝脏 的防治策略【关键词】肝脏缺血再灌注损伤 氧化应激 炎症反应 发生机制 防治策略中图分类号.文献标识码:./.:.【】().【】肝脏缺血再灌注损伤()发生在肝脏血液急剧减少或供应中断时动脉供血不足导致新陈代谢供需失衡造成肝脏组织的低氧环境由于肝脏能量的产生依赖于氧气的供应和线粒体的功能而在缺血缺氧的情况下肝功能明显会受到抑制和损害而随后的血流再灌注给组织复氧会引发更严重的氧化应激和炎症反应导致肝脏损伤 因此总结氧化应激和炎症反应在肝脏 中的发生机制采取调节氧化应激和炎症反应的防治策略可能是减少肝脏 的有效手段一、发生机制在肝脏 期间氧化应激形成的自由基通过脂质过氧化或其他方式损伤肝细胞的细胞膜 此外活性氧或活性氮(或)与抗氧化剂之间的平衡向前者转移导致氧化应激 炎症反应网络是肝脏 的典型特征在这个炎症网络中大量的炎性细胞、补体系统、细胞因子和危险相关模式分子()等相互作用共同构成肝脏 的炎症环境 基金项目:安徽高校自然科学研究重点项目()蚌埠医学院研究生科研创新计划()作者单位:安徽蚌埠蚌埠医学院第一附属医院 通信作者:刘刚:.氧化应激:氧化应激是指机体在受到各种伤害性刺激时导致 或(和)产生过多这些氧化物质主要在肝脏的实质细胞和库普弗细胞()中产生当这些氧化物质过度合成抗氧化系统不足以抵抗这些氧化物质的生成从而导致组织器官损伤():研究表明 的产生和随后的氧化应激在肝脏 的发病机制中起着关键作用 早期(再灌流后 内)可以直接导致肝细胞损伤 在晚期(再灌流后 )中性粒细胞和 诱导烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸()氧化酶导致 的产生和释放从而损害肝细胞 主要在线粒体代谢过程中在线粒体内膜上的呼吸链复合体中产生在缺血期由于细胞缺氧线粒体电子传递链中断抑制了氧化磷酸化和 的合成导致局部 大量生成 而在再灌注期黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶能与氧分子结合产生大量 氧化酶活性增加以及肝脏 的激活亦可导致 大量生成 已有多项研究表明肝脏 与 的产生有关 可以通过脂质过氧化、蛋白质氧化、线粒体功能障碍和 损伤对肝细胞造成相当大的伤害随后 和中性粒细胞被招募以应对肝细胞的死亡导致肝脏炎症对肝组织造成的损害会导致器官死亡():与 类似齐齐哈尔医学院学报 年第 卷第 期 .和一氧化氮()发挥广泛的生物学效应 主要通过抗氧化和抑制炎性细胞迁移来减轻 是由 精氨酸通过一氧化氮合酶()合成的在肝脏 中内皮型()和诱导型()合成 可以防止或促进细胞损伤 内皮细胞由于钙离子的内流产生 来源的 减少了 诱导相关黏附分子的表达减少了中性粒细胞的黏附和边集从而减轻了组织损伤的严重程度促炎细胞因子诱导 的表达从而产生大量的 然而在再灌注后期 的过量产生会导致有害的 水平升高并通过 表达增加和 表达减少导致炎性细胞因子积聚 因此抑制/的过度表达具有抗炎和抗氧化作用()抗氧化系统:当损伤严重或持续时抗氧化系统清除 的能力不足以清除增加的 导致氧化应激和炎症反应 可见在降低肝脏 方面抗氧化系统发挥着重要作用 常见的内源性抗氧化酶包括超氧化物歧化酶()、过氧化氢酶()和谷胱甘肽()有三种同工酶:铜/锌、锰 和胞外 在 中锰 功能的失活会削弱抗氧化能力并影响肝细胞的活力 是一种过氧化氢清除剂当 不足以清除 时它起到额外的清除作用 脂质纳米颗粒介导的抗氧化剂基因传递显著增加了肝脏中人胞外 和 基因的表达从而减少了 将超氧化物自由基转化为 和 进一步催化 生成 和 是线粒体基质中的主要酶保护细胞免受超氧阴离子的损伤通过催化 氧化成非活性物质和 它保护细胞免受 诱导的 产生的损害 在再灌流期间 和 过氧化物酶的耗尽和 的降低促进了氧化应激.炎症反应:肝脏 的特征是缺血后组织的炎症反应 炎症反应的发生是肝脏大量的炎性细胞、补体系统、细胞因子等相互作用导致肝脏损害甚至其他组织器官损害 此外 能够进一步刺激炎症反应导致建立一个高度肝脏毒性的炎症和细胞死亡前馈循环()和中性粒细胞:是一种特化的肝脏抗原提呈细胞主要作用是清除门静脉循环中的异物和病原体会释放一系列促炎细胞因子如、和 等 在 的发生发展中起重要作用 活性和它的刺激被证明积极地加重 而它的抑制则减轻损伤在 期间补体系统的激活是 诱导的氧化应激的原因触发 的形成和中性粒细胞向缺血肝脏的募集 在损伤部位中性粒细胞参与增强组织损伤和炎症以及组织再生和免疫抑制 中性粒细胞产生 和细胞因子执行中性粒细胞胞外陷阱的形成吞噬蛋白分解并诱导血管生成这会损害肝细胞并增强局部炎症 在动物肝脏 模型中检测到肝脏中性粒细胞浸润及肝脏组织病理学损伤增加而没有中性粒细胞肝脏 可以显著改善表明中性粒细胞在肝脏 中具有重要作用()补体系统和细胞因子:补体系统和细胞因子是参与肝脏 的重要体液因子补体激活导致可溶性生物活性肽 和 以及膜攻击复合物的形成从而导致中性粒细胞募集和随后的组织损伤 和 促进中性粒细胞的聚集和渗透诱导血管收缩增加血管通透性增加组胺的释放刺激 激活从而产生、和 促炎细胞因子和趋化因子的持续释放进一步促进和增加了随后的中性粒细胞介导的炎症反应导致肝脏损伤 其中和 是 期间肝脏炎症反应中的关键促炎细胞因子 期间 在肝脏中的各种细胞释放但其由 产生是最突出 的上调导致 活化各种粘附分子的表达从而将中性粒细胞募集到肝脏中 同样 可以诱导 产生促进白细胞聚集():在肝脏 过程中细胞死亡、线粒体功能障碍和代谢平衡紊乱导致的 释放启动了免疫反应和炎症反应产生的细胞应激触发内源性 的释放随后诱导 活化、细胞因子和炎症介质的释放以吸引中性粒细胞并产生 在缺血损伤中细胞膜的破坏使 如 释放进而通过模式识别受体系统激活肝脏炎症系统而 是肝脏 免疫级联中研究最深入的模式识别受体 是一种重要的促炎细胞因子可以与 相互作用激活促炎信号通路刺激 而在再灌流的后期受损或缺氧的肝细胞可以主动或被动地释放这种 信号环路被认为是肝脏在 期间形成持续炎症的主要原因 可激活 进而触发 的募集促进若干下游信号通路最终产生、和 促进内皮细胞腔内粘附分子的上调帮助中性粒细胞的迁移二、防治策略由于 水平升高和炎症环境是 的两个典型特征目前治疗策略主要集中在调节氧化应激和炎症反应包括外科手段、机器灌注、药物应用和其他治疗策略以促进缓解肝脏.外科手段:()缺血预处理():是一种在手术期间在组织和器官中引起的长期和持续缺血之前将其暴露于一次或多次短暂 过程的方法这种预处理增加了组织和器官对损伤的耐受性从而在血流完全恢复后减轻了再灌注损伤 等发现 可以通过增加抗氧化剂的活性和水平以及齐齐哈尔医学院学报 年第 卷第 期 .减少肝组织中的氧化应激损伤来保护大鼠免受肝脏 然而由于 具有侵袭性其临床意义可能有限而远端缺血预处理()的临床相关性较强且侵袭性更小 是在靶器官 前对肢体或其他器官进行预适应的另一种 其组成部分可分为 个部分:信号产生、信号向靶器官的传递和器官保护 诱导器官保护的确切机制仍不清楚神经因素、体液因子和全身反应被认为是介导器官或组织的保护作用 的剪切力作用于 的强烈生理刺激产生循环中的 代谢产物随后这些因素调节远端器官的微循环导致远端器官保护 等发现 抗肝脏缺血作用可能是通过激活线粒体 敏感性钾通道和抑制 诱导的/信号传导实现的()缺血后处理():被定义为长时间缺血后的几个短暂的再灌注和缺血周期包括在持续再灌注之前的控制再灌注是一种专注于再灌注损伤的早期事件使线粒体和细胞对 引起的扰动具有更强耐受性的技术 有许多假说认为 可以通过控制再灌流来减缓氧合抑制中性粒细胞聚集增加抗氧化活性调节凋亡级联反应并上调 的细胞保护特性 等研究表明 在正常和脂肪变性肝脏中显著减少了肝脏 可以通过减缓脂质过氧化、炎性细胞因子表达和中性粒细胞积聚并减少后续肝损伤 等通过比较远距离与局部后处理对大鼠肝脏 保护作用发现远距离后处理能够使 氧化物酶和 还原酶这些保护性物质的增加保护肝脏免受氧化损伤是更有能力提高机体对 的抗氧化防御能力的技术.机器灌注:机器灌注技也可在器官维护过程中对 浓度进行一定的调节 大鼠实验中低温机器灌注的肝脏表现出更好的组织学结果、更高水平的 和更多 激活可能是通过激活 抗氧化反应元件信号通路 其中低温氧合灌注似乎是预防 的关键其机制涉及通过可逆地下调电子转移速率来最大限度地减少线粒体 的初始释放 常温机器灌注通过改变肝组织中的基因表达谱成功地抑制了促炎反应并促进了移植物再生且肝组织出现较少的实质坏死和细胞凋亡以及较低的中性粒细胞浸润 因此适当运用机器灌注技术对于减少肝脏 具有一定的研究价值.药物应用:()抗氧化剂:抗氧化剂可以通过减少不同细胞产生的 减弱有害反应在肝脏中大量存在的、等化合物提供了良好的抵抗力 等测试了多种天然抗氧化剂表明天然抗氧化剂对肝脏 具有一定保护作用 褪黑素一种在松果体中合成的强力内源性抗氧化剂可以直接作为自由基清除剂抑制线粒体 的产生可以降低线粒体通透性转变或通过上调、过氧化物酶、还原酶等几种抗氧化酶的表达间接起到缓解肝脏 的作用 白藜芦醇是一种天然多酚可以通过减少肝组织中的氧化应激来减轻 诱导的损伤 等发现白藜芦醇通过抑制相关信号通路进而抑制中性粒细胞的氧化应激和炎症反应 其他一些抗氧化剂如 生育酚、水飞蓟宾、葡萄籽提取物、虾青素、姜黄素、绿原酸、芹菜素、槲皮素等也能通过多种机制调节氧化应激预防肝脏 此外多种代谢性或天然小分子抗氧化剂(维生素、类黄酮、类胡萝卜素、辅助因子和多酚)也被报道通过调节 相关途径具有抗氧化作用 依达拉奉是一种合成抗氧化剂是一种广泛作用的直接自由基清除剂能够减少自由基介导的脂质过氧化 最近 等发现依达拉奉可以通过影响血浆外泌体中 的表达来调节炎症因子的水平以保护肝脏免受 的影响()抗炎药物:抗炎因子水平的上调和炎症介质的下调和都有助于缓解持续炎症反应有利于肝脏 的治疗 通过直接上调抗炎细胞因子的水平包括、和 可以用来改善炎症环境治疗肝脏 在肝脏 后注射 可以抑制编码 的 并灭活以抑制中性粒细胞的募集从而减少肝细胞损伤 其他抗炎细胞因子(、和)也显示出抑制 表达和 激活以预防肝脏 在临床前模型中阻断促炎介质(包括 和)可大大减少 引起的肝脏和远端器官损伤 乌司他丁可通过介导炎症途径、调节多种酶活性、抗细胞凋亡、调节凝血和控制免疫调节来抑制炎症因子的产生和释放 大量研究发现在乌司他丁的作用下炎性介质如 和 相应减少其机制可能是减弱/炎症通路减少炎症因子 此外多项研究表明围手术期使用糖皮质激素包括甲基强的松龙和氢化可的松龙具有抗炎和免疫抑制作用并可能在减少后续炎症过程中发挥治疗作用从而减轻肝脏 由于、肝细胞、肝星状细胞和肝窦内皮细胞上表达的 的激活将启动一系列信号级联反应从而触发 组织中的促炎反应因此抑制 相关的信号通路被认为是改善 所致损伤的可行策略 等的一项实验研究表明用 乙酰半胱氨酸()预处理可显着抑制/信号通路从而减少再灌注 后下游细胞因子的分泌从而减轻再灌注 后的肝损伤 氯化钆已被用于下调 表达抑制 激活也被证明可以保护肝脏免齐齐哈尔医学院学报 年第 卷第 期 .受 此外在肝脏 小鼠模型中低剂量顺铂也显示出抑制 的释放以抑制 的激活 总的来说产生 的炎症环境为减轻 诱导的细胞损伤提供了各种治疗靶点()中药:中药是一种多组分药物通过多种靶点和途径发挥有效肝脏 保护作用主要是抗氧化和抗炎作用这在白术、盐酸川芎嗪注射液、黄芩苷、天麻素、紫草酸镁、丹参酮、血必净等中可以观察到 白术的主要生物活性成分白术多糖显著抑制脂质过氧化改变抗氧化酶、活性和丙二醛()水平这与其抗氧化特性和抑制 的激活有关 川芎的主要活性成分川芎嗪具有抗氧化、抗炎等作用盐酸川芎嗪注射液是以川芎嗪为有效成分制成的中药注射剂可能激活/通路、抑制 核转位抑制肝脏 的氧化应激和炎症损伤 黄芩苷是黄芩的主要活性成分具有减轻氧化损伤作用显著增加肝脏 动物 的表达降低、环氧合酶、受体 相关蛋白的表达以及 介导的炎症反应 天麻素是一种从天麻根中提取的生物活性化合物具有抗炎、抗氧化、抗病毒和抗肿瘤作用可能通过激活/信号传导途径改善氧化应激和促炎反应保护肝脏 丹参酮 和紫草酸镁都是丹参的主要成分可以阻止炎症信号通路的激活减少炎症介质的表达从而减轻 对肝细胞的损伤 有研究发现血必净对肝脏 具有保护作用通过 依赖机制影响 产生炎症因子和趋化因子并且能够影响肝细胞炎性小体的激活等()麻醉药物:目前大量的研究表明临床上使用的麻醉药物也能通过调节氧化应激或和炎症反应来减轻肝脏 当前围手术期研究较多的抗肝脏 麻醉药物主要包括七氟烷、异丙酚、右美托咪定等 七氟醚对肝脏 的保护机制复杂它作用于多个分子靶点导致白细胞迁移、炎症反应和氧化应激的减少抗细胞凋亡减少补体激活保护内皮细胞糖基化 等研究发现七氟醚后处理可以抵消 引起的 的下调进而降低 的表达阻断/通路的激活从而改善肝脏 异丙酚因其能快速稳定地诱导麻醉促进停药后快速恢复目前广泛应用于临床 等研究表明丙泊酚还具有很强的抗氧化作用可以通过下调了缺氧/复氧诱导的肝细胞中促进的 和 此外研究还表明丙泊酚抑制肝脏 氧化应激的作用是通过下调 的表达来实现的 右美托咪定在临床上被用作围手术期的麻醉辅助剂 等研究表明右美托咪定激活突触前 受体可减少儿茶酚胺的分泌并抑制自由基的产生也抑制炎症反应从而降低 水平、细胞因子的产生和中性粒细胞的渗透 此外依托咪酯、舒芬太尼、瑞芬太尼等麻醉药物在肝脏 也具有潜在的保护作用.其他治疗:等发现亚甲基蓝可以显著减少脂质过氧化可能是对黄嘌呤氧化酶铁硫中心的高亲和力所致该中心作为电子的替代受体通过竞争性抑制抑制超氧阴离子的形成 此外亚甲基蓝对鸟苷酸环化酶的抑制作用可能间接阻止 形成过氧亚硝酸盐 近期 等研究发现纳米硒抗氧化处理可减少 的过度产生对降低肝脏 具有潜在的保护作用 此外有研究表明吸入氢气及氙气、激光、电针治疗、基因治疗等均可以改善肝脏 但仍需要大量研究证实 小结与展望众所周知氧化应激与炎症反应在肝脏 期间发挥重要作用目前通过抗氧化和抗炎的治疗策略已经发展起来包括外科手段(缺血预处理和缺血后处理)、机器灌注、药物应用(抗氧化剂、抗炎药物、中药和麻醉药物)和其他治疗策略然而肝脏 机制复杂仍需要对其细胞和分子机制进行更加深入的了解进一步探讨与寻找有效的治疗策略减少肝脏 期间的氧化应激和炎症反应对改善肝切除、肝移植和创伤休克等患者术后肝脏和其他脏器功能的保护具有重要意义参 考 文 献 ./.:.:.():.().():.():.().():./.():.?.:.():.():.齐齐哈尔医学院学报 年第 卷第 期 .:.():./.():.():.():.:.():.():./.():.():.():./.():.():.().():.():.:.:.:.():.():./:.():.():.:.():.():.():./.():.():./.():.():.冯磊赵杰.盐酸川芎嗪注射液通过/通路对肝脏缺血再灌注损伤的影响.现代药物与临床():.:.():./.():.:.():.:.():./.:.():.():.():.:.(收稿日期:)齐齐哈尔医学院学报 年第 卷第 期 .