徐松濤

（復旦大學附屬中山醫(yī)院胸外科，上海 200032）

缺血預處理對肺缺血再灌注損傷的保護作用

徐松濤

（復旦大學附屬中山醫(yī)院胸外科，上海 200032）

缺血預處理（ischemia preconditioning，IP）通過對細胞或組織短暫的缺血－再灌注刺激，啟動機體的內(nèi)源性保護機制，獲得相應細胞或組織對該刺激的耐受性，從而增強對其后更嚴重的缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）的耐受。1986年，Murry等［1］在研究犬的心肌梗死模型時首先報告了IP的作用。后來的研究發(fā)現(xiàn)IP不但對缺血的心肌有保護作用，還對使用體外循環(huán)的心外科手術(shù)患者和經(jīng)皮行冠狀動脈介入手術(shù)的患者具有保護作用。除心肌外，在對腦、脊髓、肝、小腸、腎、骨骼肌和肺等的臨床或動物研究中也都發(fā)現(xiàn)了IP可以不同程度地減輕相應器官的IRI［2－3］。

1 IP的保護機制

IP是很強的內(nèi)源性保護機制，已有大量關(guān)于IP的啟動、信號傳導和效應的研究報道，但其確切的分子機制尚不清楚［3］。這些研究分散在不同的物種和組織器官，是否具有共同的作用機制仍然值得探討。以研究最多的心肌為例，目前認為IP的作用機制是:短暫的缺血－再灌注誘導大量內(nèi)源性物質(zhì)釋放，激活蛋白激酶C，再進一步激活其他激酶，改變細胞內(nèi)的能量代謝、離子通道和細胞骨架，對相應器官以及遠距器官的IRI產(chǎn)生不同程度的保護作用，包括減少氧自由基的形成、抑制活化中性粒細胞的釋放、減少細胞凋亡和改善微循環(huán)等［2］。

1.1 IP的啟動

IP作用的啟動因子包括受體依賴型啟動因子和受體非依賴型啟動因子。

1.1.1 膜受體 受體依賴型啟動因子包括腺苷、緩激肽、阿片肽、前列腺素、去甲腎上腺素、血管緊縮素、內(nèi)皮素等。這些物質(zhì)作用于相應的膜受體，且在預處理時就起作用。（1）腺苷受體:一般認為A1亞型與IP 有關(guān)［2，4－5］。Liu等［4］在研究家兔模型時發(fā)現(xiàn)，用腺苷血管內(nèi)灌注5 min，沖洗10 min，可產(chǎn)生與IP相似的保護作用，而腺苷受體拮抗劑PD－11599或8－SPT則能阻斷IP的保護作用。適當增加腺苷A1受體的表達（約為正常的30倍左右），可增加大鼠心臟對IRI的抵抗力，減少心肌梗死面積和再灌注后心臟收縮功能障礙［5］。（2）緩激肽受體:一般認為B2亞型與IP有關(guān)［6］。在較弱的IP刺激時，緩激肽是主要的觸發(fā)因子；而IP刺激較強時，腺苷則為主要的觸發(fā)因子。（3）阿片受體:Schultz等［6］在大鼠模型中發(fā)現(xiàn)灌流嗎啡可以減少缺血范圍，與IP的效應相似，且與δ亞型有關(guān)，這種作用可被阿片受體阻斷劑納絡酮阻斷，也可被ATP依賴型鉀離子通道（ATP－sensitive potassium channel，K－ATP）阻斷劑所消除。（4）其他受體:去甲腎上腺素通過α1受體介導其IP保護作用；血管緊張素Ⅱ通過AT1受體起作用；乙酰膽堿則通過M1受體發(fā)揮作用。這些觸發(fā)物質(zhì)的釋放依動物種族、發(fā)動IP的缺血程度和時間的不同而不同。

1.1.2 受體非依賴型啟動因子 包括一氧化氮（NO）、氧自由基（ROS）和鈣［7］。用外源性 NO預處理供體可以產(chǎn)生和IP同樣的心臟保護效果。在缺血缺氧過程中組織產(chǎn)生的氧自由基增加，氧自由基通過改變肌細胞的完整性以及增加細胞的流動性和通透性來造成細胞損傷。自由基可以激活G蛋白、蛋白酶和KATP，因而也起到IP啟動因子的作用［7］。

1.2 IP的細胞內(nèi)信號傳導通路

包括G蛋白和早期磷脂酶C、延遲期磷脂酶D的活化。蛋白激酶（PKs）的活化級鏈通路依次包括蛋白激酶C（PKC），酪氨酸蛋白激酶（TK）和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）［2］，這些介質(zhì)在缺血等損傷時均發(fā)揮作用，阻斷這些介質(zhì)將消除IP的保護作用。

1.2.1 PKC PKC在調(diào)節(jié)IP中起主要作用。PKC能催化ATP的γ磷酸轉(zhuǎn)移到絲氨酸或蘇氨酸殘基的氫氧根基團上。PKC能調(diào)節(jié)心肌細胞的離子電流，激活心肌K－ATP，充當 K－ATP開放劑。PKC至少包括11種絲氨酸或蘇氨酸激酶；可分為3類:cPKC（α、βⅠ、βⅡ、γ）、nPKC（δ、ε、η、θ）和aPK（δ、ι、λ、μ）。IP保護心肌過程有多種因子參與，而PKC的轉(zhuǎn)位與激活則是關(guān)鍵因素。

1.2.2 TK TK使蛋白質(zhì)酪氨酸殘基磷酸化，它在許多信號轉(zhuǎn)導途徑中都發(fā)揮著重要作用。TK抑制劑Genistein可以消除IP的保護作用。IP選擇性激活TK家族的Src和Lck兩個成員，但這種激活又可以被PKC拮抗劑白屈菜紅堿所阻斷，提示在IP的信號傳導通路上，TK家族位于PKC的下游［8］。

1.2.3 MAPK MAPK是一類廣泛存在于真核細胞中的絲/蘇氨酸蛋白激酶，是缺血、缺氧、牽張以及激素、生長因子和細胞因子等各種細胞外刺激誘導基因表達、細胞增殖等核反應的共同通路或匯聚點。G蛋白或TK的活化都可以激活Raf－MAPK的磷酸化連鎖反應，經(jīng)過MAPK的核轉(zhuǎn)位，引起轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，調(diào)節(jié)原癌基因、應急蛋白基因的表達，促進有關(guān)蛋白質(zhì)合成增加，完成對細胞外刺激的反應。3個主要的MAPK通路與心臟含3種激酶（ERK、JNK和P38）相一致，很多報告提示JNK和/（或）P38 MAPK組成的通路與IP有關(guān)［2］，MAPK超家族在IP中的激活也可以被白屈菜紅堿所阻斷，提示它們也位于IP信號傳導通路中的下游［8］。

1.3 IP的效應器

胞內(nèi)ATP、糖類和蛋白質(zhì)，離子通道（K－ATP或Na－H泵）和細胞骨架的介質(zhì)。IP可以減少IRI過程中的能量需求，減緩代謝產(chǎn)物的堆積，減少糖酵解。IP產(chǎn)生的對組織起延遲期保護作用的介質(zhì)包括NO合成酶（NOS）、COX－2、醛糖還原酶、Mn－SOD、熱休克蛋白和K－ATP等。K－ATP通道在IP中起著終末效應器的作用［2，9］。K－ATP通道根據(jù)其在細胞內(nèi)的位置不同而分為肌膜型和線粒體型。肌膜型KATP通道能夠被特異性的抑制劑格列本脲或其他磺酰脲類藥物阻斷，從而消除了IP的保護效應；線粒體K－ATP通道可特異地被二氮嗪開放和被低濃度的5－羥基癸酸阻斷。

綜上所述，IP的生物學機制是一個由受體、蛋白激酶和離子通道等參與的復雜過程，許多內(nèi)源性保護物質(zhì)如腺苷、緩激肽、阿片和氧自由基等通過相應的膜受體介導活化G蛋白，激活磷脂酶C，使膜

IP的最終效應因子可能包括細磷脂降解生成二?；视停―G），DG激活PKC，最后使效應器磷酸化（效應器可能是線粒體上的KATP），從而誘導IP的保護機制。

2 IP的起效時限

在對心肌的IP研究中，根據(jù)IP產(chǎn)生保護作用的時間可將其分為兩類:早期（或經(jīng)典）IP［1，10－11］和延遲期（或晚期）IP，后者又稱為第2窗保護（second window of protection，SWOP）。早期IP從缺血－再灌注開始幾分鐘后持續(xù)2～3 h，效應較強［17］；延遲期IP則在缺血－再灌注開始的12～24 h后出現(xiàn)，持續(xù)3～4 d，持續(xù)時間較長，但效應強度不如早期IP。延遲期IP不僅能夠?qū)辜毎Ｋ溃€能夠?qū)辜毎墓δ苷系K。在心肌，這兩種類型的IP都存在，但在某些其他器官，如腦中只存在延遲期IP。

雖然在作用機制上，早期和延遲期IP可能存在潛在的差別，但兩者的病理生理學基礎是相同的［2］。PKC無論在早期還是延遲期IP中都起著主要調(diào)節(jié)作 用。NF－k B 介 導 的 JAK－STAT 通 路［12］和c AMP－PKA通路［2］與兩種類型IP 都有關(guān)聯(lián)，KATP通道的開放在延遲期IP中起著觸發(fā)器和/（或）信號傳導因子的雙重作用；但在觸發(fā)、信號傳導和作用于效應器的具體過程中，各因子在早期或延遲期IP中所起作用的重要程度可能存在差別［2］。

3 IP的實施方案

除了對靶器官直接實施IP產(chǎn)生局部的保護作用以外，1993年，Przyklenk等［13］發(fā)現(xiàn)對冠狀動脈回旋支施行反復短暫IP后，未經(jīng)處理的左前降支在持續(xù)冠脈阻斷后其心肌梗死范圍也明顯減小，從而提出了遠距缺血預處理（remote ischemia preconditioning，RIP）的概念。Cheung等［14］在一個隨機對照臨床試驗中首次報告了RIP的臨床應用，該研究用血壓表袖套對股動脈每5 min施行缺血－再灌注1次，共4個循環(huán)的無創(chuàng)IP，結(jié)果顯示可以在兒童先天性心臟病體外循環(huán)手術(shù)中對心肌IRI產(chǎn)生保護作用。

2003年，Zhao等［15］將在體犬心肌冠脈左前降支結(jié)扎缺血60 min后，立即給予30 s再灌注 ＋30 s缺血，共3個循環(huán)，發(fā)現(xiàn)在隨后的3 h再灌注后，心肌梗死面積明顯減小。這種在缺血后再灌注初期再次予以短暫重復阻斷血流和再灌注的處理方式被命名為缺血后處理（ischemic postconditioning，IPo）。此后，Staat等［16］報告IPo可減少患者在冠狀動脈血管成形術(shù)中再灌注后肌酸激酶的釋放，減輕心肌損傷。

IP、RIP和IPo這3種干預方式雖然形式上存在差異，但在啟動機體內(nèi)源性保護機制和效應方面基本類似，后兩者在臨床上更具有可操作性。

早先在心肌IP的研究中，多采用短暫缺血－再灌注4～6個循環(huán)以誘導IP的保護作用，但這種多次循環(huán)IP的方案實際應用性較差。近幾年來，研究者們普遍采用單次缺血－再灌注方案，對IRI的保護效果與以往多次循環(huán)方案類似［2，17－18］。

4 IP對肺IRI的保護作用

相對其他器官而言，對肺的IP的研究報告較少。肺的缺血會引起線粒體內(nèi)ATP的耗竭，導致細胞膜通透性以及細胞內(nèi)滲透壓的改變，引起細胞骨架和線粒體破壞，甚至引起細胞的凋亡和壞死；隨后的再灌注將通過中性粒細胞與失去功能的內(nèi)皮細胞的相互作用，進一步對肺產(chǎn)生破壞作用包括:氧自由基大量產(chǎn)生，凝血系統(tǒng)被激活，更多的炎癥細胞黏附，同時伴有其他類型的組織損傷。由于肺的IRI在包括肺栓塞、創(chuàng)傷、低血容量、內(nèi)毒素休克、肺移植和一些嚴重的呼吸疾病中都扮演了非常重要的角色，IP是否同樣在肺臟起到保護作用自然也受到了關(guān)注。缺乏合適的供體以及由于肺結(jié)構(gòu)的特殊性所帶來的供體保存的困難一直困擾著肺移植的發(fā)展。如果IP能保護移植肺的IRI并能應用于臨床，它將對供體保存起到積極作用。

已有一些動物試驗發(fā)現(xiàn)了IP對肺IRI的保護作用。Soncul等［19］在豬離體肺灌注模型中，施行2個循環(huán)的5 min缺血＋5 min再灌注預處理，熱缺血3 h后再灌注30 min，發(fā)現(xiàn)可以減輕再灌注階段肺動脈壓上升的程度。Gasparri等［20］在兔肺離體缺血－再灌注模型中，比較了單次5 min缺血＋10 min再灌注預處理和3個循環(huán)的5 min缺血＋10 min再灌注預處理或5個循環(huán)的3 min缺血＋10 min再灌注預處理的保護效果，認為后兩種預處理方式能顯著減輕肺水腫程度并改善氧合。Featherstone等［21］在大鼠模型中發(fā)現(xiàn)單純阻斷肺通氣作為預處理方法也同樣可以取得與傳統(tǒng)的同時阻斷兩側(cè)肺血流和通氣的預處理相似的結(jié)果。

一般認為，應該在最終引起損傷的缺血－再灌注前即進行預處理，但對預處理持續(xù)時間及次數(shù)仍存在爭議，上述Gasparri等［20］在兔肺模型中得出的結(jié)論認為15 min的IP對肺IRI的保護效果好于5 min的IP。Gasparri等［20］和 Featherstone等［21］均認為重復的IP比單次IP的結(jié)果略好。然而，F(xiàn)riedrich等［22］在兔肺模型中得出了相反的結(jié)論，認為5 min的IP的保護效果好于10 min。Yildiz等［22］對離體鼠肺實施單次5 min的IP，與腺苷預處理比較，兩組都能夠顯著降低肺血管阻力，減輕肺水腫。徐松濤等［18］報告單次5 min缺血＋10 min再灌注的IP方案，對熱缺血1 h的無心跳供體大鼠移植肺IRI有較強的早期保護效應，這種保護效應與線粒體ATP敏感的鉀通道開放有關(guān)。

一些有關(guān)RIP的研究同樣發(fā)現(xiàn)了對肺的保護作用。Olguner等［24］報告了對鼠下肢施行IP可以減輕肺水腫程度和脂質(zhì)過氧化反應。Huda等［25］發(fā)現(xiàn)對腸系膜動脈實施IP，可以調(diào)控基因表達，減輕肺損傷程度。Tamion等［26］得出了相似的結(jié)論，并進一步闡明通過選擇性地上調(diào)腸HO－1 mRNA可以降低肺ICAM和TNF水平。

IP對肺的保護機制可能包括:對細胞因子TNF－α、IL－6和IL－8等的抑制，進而減少中性粒細胞活化和浸潤；減少脂質(zhì)過氧化反應；通過上調(diào)bcl－2蛋白的表達減少在體肺細胞的凋亡；增加內(nèi)源性降鈣素基因相關(guān)多肽（CGRP）的產(chǎn)生；減少氧自由基的產(chǎn)生。IP可以減少肺缺血－再灌注中出現(xiàn)的中性粒細胞、TXB2、丙二醛的增多，增加超氧化物歧化酶（SOD）和CGRP的產(chǎn)生，保護肺功能，提高動脈血氧分壓，降低肺動脈壓力和血管阻力，減少肺組織的損傷。腺苷、NO等參與了肺IP反應的啟動過程和信號傳遞，K－ATP同樣在肺IP中起著終末效應器的作用。

IP真正用于臨床的報告仍然很少［2］，但它對于臨床工作中肺IRI保護、尤其是肺移植中供肺的保護具有潛在的重要價值。

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Protective Effects of Ischemia Preconditioning on Lung Ischemia－Reperfusion Injury

XU Songtao Depart－

ment of Thoracic Surgery，Zhongshan Hospital，F(xiàn)udan University，Shanghai 200032，China

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