肝脏缺血再灌注损伤的保护机制
作者：李小刚 吕新生
单位：湖南医科大学湘雅医院 410008
关键词：肝脏缺血；再灌注损伤
中国现代医学杂志000514 分类号 R575
肝脏外科手术中，常常行肝门阻断以控制和减少出血。当肝脏恢复血供后不可避免发生缺血再灌注损伤(Ischemia/Reperfusion,I/R)。近年来的研究已逐步探索出再灌注损伤的可能机制和相关的保护性措施。本文就肝脏缺血再灌注损伤的保护机制作一综述。
1 肝脏再灌注损伤发生原理
1.1 钙超载与肝细胞损伤
细胞内自由钙浓度[Ca2+i]在调节许多细胞机能和激素的活性方面有重要作用。肝细胞依靠膜对Ca2+的低通透性、膜钙泵主动转运、Na+/Ca2+交换系统[1]和H+/Ca2+交换系统[2]，维持胞内外钙的动态平衡。在缺氧、毒素及缺血再灌注等因素作用下[3]，肝细胞ATP缺乏，跨膜Ca2+内流增加，膜钙泵排Ca2+能力减弱，致胞浆内钙超载，而线粒体保护性摄取Ca2+起着钙池作用；I/R使Na+-K+ATP酶活性减低，细胞内Na+浓度增高，激活细胞质膜上的Na+/Ca2+交换蛋白，Na+移出细胞，Ca2+大量进入细胞，引起钙超载。膜内钙敏磷酸酶可引起脂质过氧化的连锁反应，使质膜上打开一些通道，Ca2+经这些通道顺高浓度差进入细胞内。以上因素可能共同促成细胞内钙超载。
, 百拇医药
细胞内钙超载是肝细胞损伤的关键机制之一。钙超载激活Ca2+依赖蛋白酶，破坏细胞骨架与胞膜联接的完整性[4]；激活Ca2+依赖磷脂酶C和磷脂酶A2，使其双分子层结构紊乱，导致膜性结构的破坏[5]；线粒体膜电位丧失，氧化磷酸化脱偶联，且Ca2+可与含磷酸根的化合物结合，干扰线粒体的氧化磷酸化，引起严重能量代谢障碍。这些终致细胞不可逆损伤。
1.2 氧自由基与肝细胞损伤
组织缺血缺氧时，产生大量的氧自由基，对细胞造成损伤；同时，由氧自由基引起的脂质过氧化也参与细胞的损伤过程。氧自由基产生的可能机制：细胞内钙超载，激活Ca2+依赖蛋白酶促进胞内无害的黄嘌呤脱氢酶(XDH)向有害的黄嘌呤氧化酶(XOD)转化，后者利用胞内分子氧产生大量的氧自由基；缺氧、ATP减少及钙进入线粒体增多，细胞色素氧化酶功能失调，进入的氧转化成H2O减少，产生氧自由基增多；多形核白细胞受缺氧刺激，或在吞噬过程中，通过膜上的NADPH氧化酶，释放大量氧自由基。
, 百拇医药
过量的氧自由基通过直接氧化胞膜，改变膜的流动性和通透性；氧化含巯基的酶，使酶失活；氧化核酸酶，使DNA双链断裂，造成细胞损伤。再者，氧自由基氧化膜的多种不饱和脂肪酸后，引起自由基的连续反应，使氧作用增加数十倍；脂质过氧化的最终产物具有强毒作用，如乙醛，可使酶失活，损伤DNA；脂质在过氧化过程中还抑制自由基的清除系统，这些都加重细胞损伤。
有研究显示[6]，肝细胞内钙超载及氧自由基的膜损伤作用在再灌注损伤后发展中均具有重要意义，其中Ca2+超载先于氧自由基的大量生成，很可能为更重要的始动因素之一。
2 肝再灌注损伤的保护
研究肝脏缺血再灌注损伤发生机理的目的是寻找预防或减轻这种损伤的措施。有报告，在肝脏再灌注之前给予药物[7]或短暂缺血[8，9]的预处理，可使肝脏对缺血缺氧获得良好的耐受，从而减轻肝脏损伤的程度。
, 百拇医药
2.1 药物预处理
基于肝细胞钙超载引起损伤的理论，人们尝试用钙离子阻断剂来保护肝细胞。Nauta[10]等观察大鼠肝缺血前后投予VP(Verapamil，钙通道阻断剂)后发现，对照组和缺血后给药组升高不明显；病检证实，对照组和缺血后给药组升高不明显；病检证实，对照组和缺血后给药组有严重的中央小叶肝细胞坏死，缺血前给药组坏死轻微或无坏死。因此推论，缺血前组VP可明显减轻再灌注的损伤程度。另有报告[11]VP能阻止冷保存期或保存后的肝缺血损伤。钙通道阻断剂对肝I/R损伤的保护机制可能与以下途径有关：阻止缺血期Ca2+内流，从而抑制了XDH向XOD的转化，减少了再灌注时氧自由基的产生；阻止缺血期胞内Ca2+的有害再分配，使线粒体Ca2+不释放入胞浆；解除氧自由基对NADH-辅酶Q-还原酶的抑制，减轻氧自由基对线粒体电子传递链的损害；扩张血管，改善微循环，使I/R后微循环障碍得以改善，阻断由此导致的恶性循环和最终的无血灌流现象。
, 百拇医药
目前普遍认为腺苷是预处理过程中重要的内源性介质，而且使用腺甙在许多动物模型上已模拟出预处理效应[12，13]。但实际应用中存在一定困难：合成的腺苷在注射过程中会逐渐失效[14]，而且有降低血压，减慢心率的作用，腺苷预处理的作用强度和持续时间也不及缺血预处理理想[15，16]。此外，黄嘌呤氧化酶抑制剂、氧自由基清除剂、前列腺素、吞噬细胞活化抑制剂及中草药等均有实验研究报告。
2.2 缺血预处理
近来研究表明，短暂反复的缺血和再灌注不会造成损伤的叠加，反而提高组织对缺血缺氧的耐受性，这种现象称为缺血预处理(Ischemic Preconditioning,IPC)的保护作用。Murry等[17]首先发现经IPC后能降低心肌坏死面积75%。
鉴于I/R损伤是一种普遍现象，推测IPC的保护作用亦具有器官的普遍性，Lloris-Caris等[8]和刘秀华等[10]报告，IPC可以对鼠肝起到明显的保护作用。IPC的保护作用机制尚不十分清楚，推测：IPC可以明显减轻肝脏I/R时胞浆LDH及溶酶体CD的漏出和脂质过氧化产物MDA的产生等组织损伤性表现；IPC可有效地抑制I/R引起的肝组织5-核苷酸酶活性降低，使细胞质膜上的酶向细胞浆内转移。推测IPC引起5-核苷酸酶活性升高及其在亚细胞的重分布，可能是其对I/R的肝细胞保护机理之一。Lioris-Caris等的研究结果认为，IPC是通过3个途径起着保护作用：减慢ATP耗竭；减少缺血末期代谢产物的蓄积；限制潜在的吸引多形核白细胞趋化因子的作用。Kune等[17]认为，大鼠肝行IPC后，热休克蛋白(HSP)与增加I/R的损伤的耐受性有关。
, 百拇医药
综上所述，现已知有多种因素参考I/R，预处理对肝脏的保护作用机制较为复杂，但由于其方法简单，能在短时间内产生保护作用，因此临床应用前景光明，尤其在肝移植的供体保护方面具有重要的潜在价值。
参 考 文 献
1 Kessler F,Bennardini F,Bachs O,et al.Partial purification and characterization of the Ca2+-pumpin ATPase of the live plasma membrane.J Biol Chem,1990;265:16012～16019
2 Carafli Ernesto.Biogenesis:plasma membrane calcium ATPase:15 years of work on the purified enzyme.FASEB J,1994;8:993～1002
, 百拇医药
3 Gasbamini A,Borle AB,Farghali H,et al.Effect of anoxia onitracellular ATP,Na+i,Ca2+i，mg2+i，and cytotoxicity in rat hepatocytes.J Biol Chem,1992;267:6654～6663
4 Geeraerts MD,Ronveaux-Dupal MF,Lemasters JJ.Cytosolic free Ca2+ and protecolysis in lethal oxidative injury in endothelial cells.Am J Physiol,1991;267:C889
5 Florine-Gasteel K,Lemasters JJ,Herman B.Lipid order in hepatoyte plasma membrane blebs durign ATP depletion measured by digitized video fluorescence polarization microscopy.FASEB J,1991;5:2078～2084
, 百拇医药
6 卢绮萍，史陈让，陈孝平，等.影响肝缺血再灌注损伤主导因素的机理.中华实验外科杂志，1996；13(6)：368～370
7 Norstrom G,Seeman T,Hasselgren P,et al.Beneficial effect of allopurinol in liver ischemia.Surery,1985;97:679
8 Lloris-Caris JM,Cejalve D,Toledo-perreya LP,et al.Preconditioning:effect upon lession modulation in warm liver ischemia.Transplant Proc,1993;25(6):3303～3304
9 刘秀华，庞永政，陈 魁，等.预处理对大鼠肝缺血再灌注损伤的影响.北京医科大学学报，1996；28(3)：208～210
, 百拇医药
10 Nautu RJ,Tsimoyiannis E,Uribe M,et al.The role of calcium ions and calcium channel entry blockers in experimental ischemia-reperfusion-induced liver injury.Ann Surg,1991;213(2):137～142
11 Cheng S,Ragsdale JR,Sasaki AW,et al.Verapamil improve rat hepatic preservation with UW solution.J Surg Res,1991;45(b):560～564
12 Vegh A,Papp JG,Paratt JR.Prevention by dexamethas one of the marked antiarrhythmic effects of preconditioning induced 20h after rapid cardiac pacing.Br J Pharmacol,1994;113:1081～1082
, 百拇医药
13 Tanka M,Fujivara H,Yamasaki K,et al.Ischemic preconditioning elevates cardiac stress protein but does not infarct size 24 or 48 h later in rabbits.Am J Physiol,1994;267:H1476～1482
14 Tsuchida,Thompson R,Ray A,et al.The anti-infarct effectt of an adenosinne Al-selective agonist is diminished after prolonged infusion as is the cardioprotective effect of ischemic preconditioning in rabbit heart.J Mol Cell Cardiol,1994;89:1229～1236
, 百拇医药
15 Gross GJ,Yao Z.A comparison of adenosine-induced cardioprotection and ischemic preconditioning in dogs.Circulation,1994;89:1229～1236
16 Cave AC,Collis CS,Downey JM,et al.Improved functional recovery by ischemic preconditioning is not mediated by adenosine in the globall ischemic isolated rat heart.Cadiovasc Res,1993;27:663～668
17 Moore CE,Jennings RB,Reimer KA.Preconditioning with ischemia:a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium.Circulation,1986;74:1124～1136
18 Kume M,Yamamoto Y,Saad S,et al.Ischemic preconditioning of the liver in rats:implications of heart shock protein induction to increase tolerance of ischemia-reperfusion injury.J Lab Clin Med,1996;128(3):251～258, http://www.100md.com
单位：湖南医科大学湘雅医院 410008
关键词：肝脏缺血；再灌注损伤
中国现代医学杂志000514 分类号 R575
肝脏外科手术中，常常行肝门阻断以控制和减少出血。当肝脏恢复血供后不可避免发生缺血再灌注损伤(Ischemia/Reperfusion,I/R)。近年来的研究已逐步探索出再灌注损伤的可能机制和相关的保护性措施。本文就肝脏缺血再灌注损伤的保护机制作一综述。
1 肝脏再灌注损伤发生原理
1.1 钙超载与肝细胞损伤
细胞内自由钙浓度[Ca2+i]在调节许多细胞机能和激素的活性方面有重要作用。肝细胞依靠膜对Ca2+的低通透性、膜钙泵主动转运、Na+/Ca2+交换系统[1]和H+/Ca2+交换系统[2]，维持胞内外钙的动态平衡。在缺氧、毒素及缺血再灌注等因素作用下[3]，肝细胞ATP缺乏，跨膜Ca2+内流增加，膜钙泵排Ca2+能力减弱，致胞浆内钙超载，而线粒体保护性摄取Ca2+起着钙池作用；I/R使Na+-K+ATP酶活性减低，细胞内Na+浓度增高，激活细胞质膜上的Na+/Ca2+交换蛋白，Na+移出细胞，Ca2+大量进入细胞，引起钙超载。膜内钙敏磷酸酶可引起脂质过氧化的连锁反应，使质膜上打开一些通道，Ca2+经这些通道顺高浓度差进入细胞内。以上因素可能共同促成细胞内钙超载。
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细胞内钙超载是肝细胞损伤的关键机制之一。钙超载激活Ca2+依赖蛋白酶，破坏细胞骨架与胞膜联接的完整性[4]；激活Ca2+依赖磷脂酶C和磷脂酶A2，使其双分子层结构紊乱，导致膜性结构的破坏[5]；线粒体膜电位丧失，氧化磷酸化脱偶联，且Ca2+可与含磷酸根的化合物结合，干扰线粒体的氧化磷酸化，引起严重能量代谢障碍。这些终致细胞不可逆损伤。
1.2 氧自由基与肝细胞损伤
组织缺血缺氧时，产生大量的氧自由基，对细胞造成损伤；同时，由氧自由基引起的脂质过氧化也参与细胞的损伤过程。氧自由基产生的可能机制：细胞内钙超载，激活Ca2+依赖蛋白酶促进胞内无害的黄嘌呤脱氢酶(XDH)向有害的黄嘌呤氧化酶(XOD)转化，后者利用胞内分子氧产生大量的氧自由基；缺氧、ATP减少及钙进入线粒体增多，细胞色素氧化酶功能失调，进入的氧转化成H2O减少，产生氧自由基增多；多形核白细胞受缺氧刺激，或在吞噬过程中，通过膜上的NADPH氧化酶，释放大量氧自由基。
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过量的氧自由基通过直接氧化胞膜，改变膜的流动性和通透性；氧化含巯基的酶，使酶失活；氧化核酸酶，使DNA双链断裂，造成细胞损伤。再者，氧自由基氧化膜的多种不饱和脂肪酸后，引起自由基的连续反应，使氧作用增加数十倍；脂质过氧化的最终产物具有强毒作用，如乙醛，可使酶失活，损伤DNA；脂质在过氧化过程中还抑制自由基的清除系统，这些都加重细胞损伤。
有研究显示[6]，肝细胞内钙超载及氧自由基的膜损伤作用在再灌注损伤后发展中均具有重要意义，其中Ca2+超载先于氧自由基的大量生成，很可能为更重要的始动因素之一。
2 肝再灌注损伤的保护
研究肝脏缺血再灌注损伤发生机理的目的是寻找预防或减轻这种损伤的措施。有报告，在肝脏再灌注之前给予药物[7]或短暂缺血[8，9]的预处理，可使肝脏对缺血缺氧获得良好的耐受，从而减轻肝脏损伤的程度。
, 百拇医药
2.1 药物预处理
基于肝细胞钙超载引起损伤的理论，人们尝试用钙离子阻断剂来保护肝细胞。Nauta[10]等观察大鼠肝缺血前后投予VP(Verapamil，钙通道阻断剂)后发现，对照组和缺血后给药组升高不明显；病检证实，对照组和缺血后给药组升高不明显；病检证实，对照组和缺血后给药组有严重的中央小叶肝细胞坏死，缺血前给药组坏死轻微或无坏死。因此推论，缺血前组VP可明显减轻再灌注的损伤程度。另有报告[11]VP能阻止冷保存期或保存后的肝缺血损伤。钙通道阻断剂对肝I/R损伤的保护机制可能与以下途径有关：阻止缺血期Ca2+内流，从而抑制了XDH向XOD的转化，减少了再灌注时氧自由基的产生；阻止缺血期胞内Ca2+的有害再分配，使线粒体Ca2+不释放入胞浆；解除氧自由基对NADH-辅酶Q-还原酶的抑制，减轻氧自由基对线粒体电子传递链的损害；扩张血管，改善微循环，使I/R后微循环障碍得以改善，阻断由此导致的恶性循环和最终的无血灌流现象。
, 百拇医药
目前普遍认为腺苷是预处理过程中重要的内源性介质，而且使用腺甙在许多动物模型上已模拟出预处理效应[12，13]。但实际应用中存在一定困难：合成的腺苷在注射过程中会逐渐失效[14]，而且有降低血压，减慢心率的作用，腺苷预处理的作用强度和持续时间也不及缺血预处理理想[15，16]。此外，黄嘌呤氧化酶抑制剂、氧自由基清除剂、前列腺素、吞噬细胞活化抑制剂及中草药等均有实验研究报告。
2.2 缺血预处理
近来研究表明，短暂反复的缺血和再灌注不会造成损伤的叠加，反而提高组织对缺血缺氧的耐受性，这种现象称为缺血预处理(Ischemic Preconditioning,IPC)的保护作用。Murry等[17]首先发现经IPC后能降低心肌坏死面积75%。
鉴于I/R损伤是一种普遍现象，推测IPC的保护作用亦具有器官的普遍性，Lloris-Caris等[8]和刘秀华等[10]报告，IPC可以对鼠肝起到明显的保护作用。IPC的保护作用机制尚不十分清楚，推测：IPC可以明显减轻肝脏I/R时胞浆LDH及溶酶体CD的漏出和脂质过氧化产物MDA的产生等组织损伤性表现；IPC可有效地抑制I/R引起的肝组织5-核苷酸酶活性降低，使细胞质膜上的酶向细胞浆内转移。推测IPC引起5-核苷酸酶活性升高及其在亚细胞的重分布，可能是其对I/R的肝细胞保护机理之一。Lioris-Caris等的研究结果认为，IPC是通过3个途径起着保护作用：减慢ATP耗竭；减少缺血末期代谢产物的蓄积；限制潜在的吸引多形核白细胞趋化因子的作用。Kune等[17]认为，大鼠肝行IPC后，热休克蛋白(HSP)与增加I/R的损伤的耐受性有关。
, 百拇医药
综上所述，现已知有多种因素参考I/R，预处理对肝脏的保护作用机制较为复杂，但由于其方法简单，能在短时间内产生保护作用，因此临床应用前景光明，尤其在肝移植的供体保护方面具有重要的潜在价值。
参 考 文 献
1 Kessler F,Bennardini F,Bachs O,et al.Partial purification and characterization of the Ca2+-pumpin ATPase of the live plasma membrane.J Biol Chem,1990;265:16012～16019
2 Carafli Ernesto.Biogenesis:plasma membrane calcium ATPase:15 years of work on the purified enzyme.FASEB J,1994;8:993～1002
, 百拇医药
3 Gasbamini A,Borle AB,Farghali H,et al.Effect of anoxia onitracellular ATP,Na+i,Ca2+i，mg2+i，and cytotoxicity in rat hepatocytes.J Biol Chem,1992;267:6654～6663
4 Geeraerts MD,Ronveaux-Dupal MF,Lemasters JJ.Cytosolic free Ca2+ and protecolysis in lethal oxidative injury in endothelial cells.Am J Physiol,1991;267:C889
5 Florine-Gasteel K,Lemasters JJ,Herman B.Lipid order in hepatoyte plasma membrane blebs durign ATP depletion measured by digitized video fluorescence polarization microscopy.FASEB J,1991;5:2078～2084
, 百拇医药
6 卢绮萍，史陈让，陈孝平，等.影响肝缺血再灌注损伤主导因素的机理.中华实验外科杂志，1996；13(6)：368～370
7 Norstrom G,Seeman T,Hasselgren P,et al.Beneficial effect of allopurinol in liver ischemia.Surery,1985;97:679
8 Lloris-Caris JM,Cejalve D,Toledo-perreya LP,et al.Preconditioning:effect upon lession modulation in warm liver ischemia.Transplant Proc,1993;25(6):3303～3304
9 刘秀华，庞永政，陈 魁，等.预处理对大鼠肝缺血再灌注损伤的影响.北京医科大学学报，1996；28(3)：208～210
, 百拇医药
10 Nautu RJ,Tsimoyiannis E,Uribe M,et al.The role of calcium ions and calcium channel entry blockers in experimental ischemia-reperfusion-induced liver injury.Ann Surg,1991;213(2):137～142
11 Cheng S,Ragsdale JR,Sasaki AW,et al.Verapamil improve rat hepatic preservation with UW solution.J Surg Res,1991;45(b):560～564
12 Vegh A,Papp JG,Paratt JR.Prevention by dexamethas one of the marked antiarrhythmic effects of preconditioning induced 20h after rapid cardiac pacing.Br J Pharmacol,1994;113:1081～1082
, 百拇医药
13 Tanka M,Fujivara H,Yamasaki K,et al.Ischemic preconditioning elevates cardiac stress protein but does not infarct size 24 or 48 h later in rabbits.Am J Physiol,1994;267:H1476～1482
14 Tsuchida,Thompson R,Ray A,et al.The anti-infarct effectt of an adenosinne Al-selective agonist is diminished after prolonged infusion as is the cardioprotective effect of ischemic preconditioning in rabbit heart.J Mol Cell Cardiol,1994;89:1229～1236
, 百拇医药
15 Gross GJ,Yao Z.A comparison of adenosine-induced cardioprotection and ischemic preconditioning in dogs.Circulation,1994;89:1229～1236
16 Cave AC,Collis CS,Downey JM,et al.Improved functional recovery by ischemic preconditioning is not mediated by adenosine in the globall ischemic isolated rat heart.Cadiovasc Res,1993;27:663～668
17 Moore CE,Jennings RB,Reimer KA.Preconditioning with ischemia:a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium.Circulation,1986;74:1124～1136
18 Kume M,Yamamoto Y,Saad S,et al.Ischemic preconditioning of the liver in rats:implications of heart shock protein induction to increase tolerance of ischemia-reperfusion injury.J Lab Clin Med,1996;128(3):251～258, http://www.100md.com