遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理對移植腎缺血再灌注損傷的保護作用

陳佩玲 綜述 陳勁松 審校

·腎臟移植·

遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理對移植腎缺血再灌注損傷的保護作用

陳佩玲 綜述 陳勁松 審校

移植腎缺血再灌注損傷是一個不可避免的過程，不僅影響移植腎功能早期恢復(fù)，還可影響移植腎長期功能和生存率。至今尚缺乏有效措施減少缺血/再灌注引起的損傷。遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理可通過機體內(nèi)源性保護機制提高腎臟對缺血/再灌注損傷的抵抗力，有望成為防治缺血再灌注損傷的新策略。

腎移植缺血再灌注損傷遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理

腎臟缺血再灌注損傷可導(dǎo)致一系列病理生理變化，如氧自由基的產(chǎn)生、鈣超載、中性粒細(xì)胞浸潤、炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子的釋放等。移植腎早期不可避免發(fā)生缺血再灌注損傷，其輕、重程度直接影響移植腎的早期恢復(fù)及遠(yuǎn)期預(yù)后。

1986年由Murry等［1］予狗的心臟回旋支動脈4次5 min缺血/5 min再灌注的循環(huán)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)回旋支動脈所屬心肌對其后出現(xiàn)的長時間缺血的耐受能力明顯提高，首次提出缺血預(yù)處理(IPC)的概念:即指對某器官或組織予以短暫的缺血處理，可以減弱因缺血再灌注損傷所引起的器官或組織的損傷。有研究表明，短暫多次的缺血和再灌注不造成損傷疊加，反而可提高組織對缺血缺氧的耐受性［2］。1993年P(guān)razyklenk等［3］再次發(fā)現(xiàn)給予狗的心臟回旋支動脈4個5 min缺血/5 min再灌注的循環(huán)，心臟其他動脈所屬心肌對長時間缺血的耐受力同樣明顯提高，在此基礎(chǔ)上，又提出了遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理(rIPC)的概念:即指對某器官或組織予以短暫的缺血再灌注預(yù)處理，通過血液循環(huán)釋放腺苷、緩激肽、NO等一系列生化信使或激活神經(jīng)通路等途徑，使機體對遠(yuǎn)隔臟器缺血產(chǎn)生明顯的耐受力。

rIPC對腎臟缺血再灌注損傷的保護作用

隨著深入研究rIPC，人們發(fā)現(xiàn)腎臟也是獲益器官之一［4］。Ate等［5］研究顯示小鼠短期的肝臟缺血再灌注使腫瘤壞死因子α(TNF-α)、硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)的水平較參照組明顯下降，提示rIPC對小鼠腎臟具有保護作用;Song等［6］也通過一項實驗證實小鼠短暫的小腸缺血使血清肌酐、尿素氮、丙二醛、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶的水平均不同程度下降，從而減弱腎缺血再灌注損傷;近來還有報道大鼠在短暫后肢缺血后也可以對腎臟產(chǎn)生保護作用，且多次短暫IPC較單次IPC更有效［2］。

目前已有一些中心著手研究rIPC對移植腎缺血再灌注損傷，并得出初步結(jié)果。如Torras等［7］通過動物試驗證實IPC對移植腎具有保護作用，該實驗證實給予待移植腎臟一輪15 min的熱缺血/10min的再灌注預(yù)處理是最合適的預(yù)處理方案:對熱缺血及冷缺血均存在保護作用，同時發(fā)現(xiàn)其保護效應(yīng)可能和NO的產(chǎn)生有關(guān)。

基于動物試驗的效果，有學(xué)者將rIPC從實驗?zāi)Ｐ透拍顟?yīng)用到臨床實踐中，他們將行腎移植的48例受者，根據(jù)來源于同一供者的兩個腎臟的受者隨機分為對照組和rIPC組，在移植腎再灌注前給予rIPC組受者的髂外動脈3個5 min缺血/5 min再灌注的循環(huán)，術(shù)后rIPC組受者尿NAG酶的濃度顯著降低，早期腎功能恢復(fù)良好［8］。

作用機制

大多數(shù)中心的研究中已證實rIPC對腎臟缺血再灌注損傷存在保護作用，但其作用機制不十分清楚，其可能為多途徑、多因素共同作用的結(jié)果。

觸發(fā)因子及介質(zhì)rIPC可產(chǎn)生一些觸發(fā)因子:腺苷、緩激肽、NO、阿片肽、前列腺素、離子鈣等。觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的一些傳導(dǎo)途徑，最終產(chǎn)生細(xì)胞保護作用。

腺苷腺苷是缺血預(yù)處理中重要的內(nèi)源性觸發(fā)因子之一，組織缺血打破氧供需平衡，ATP分解產(chǎn)生腺苷釋放入血。其作用機制與多種腺苷受體途徑相關(guān)。腺苷受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族，廣泛分布在機體組織內(nèi)，包括4種亞型:A1，A2a，A2b，A3。A1腺苷受體與腺苷親和力最高，被認(rèn)為是rIPC產(chǎn)生組織保護作用的關(guān)鍵受體［9］，應(yīng)用腺苷阻滯劑硫苯茶堿(8-SPT)和磷磺?；柞啺?PD115，119)均能阻滯遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理的保護作用。腺苷不僅是觸發(fā)因子，同時也是調(diào)節(jié)介質(zhì)之一，rIPC后給予8-SPT可同樣阻斷保護作用［6］。A1受體活化可通過抑制G蛋白(Gi)和腺苷酸相結(jié)合，導(dǎo)致在ATP轉(zhuǎn)化為環(huán)磷酸腺苷(cAMP)中腺苷酸環(huán)化酶被抑制。A1受體活化通過其他G蛋白與線粒體ATP敏感性鉀通道(mKATP)藕聯(lián)，導(dǎo)致mKATP通道開放，增加鉀離子內(nèi)流，使線粒體膜處于去極化狀態(tài)，防止電壓依賴性鈣通道開放和鈣內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)鈣減少將導(dǎo)致氧化磷酸化的去藕聯(lián)，從而使能量消耗、糖原分解及糖酵解減少，最終保存組織內(nèi)能量，從而產(chǎn)生細(xì)胞保護作用［10］。

緩激肽Schoemaker等［11］發(fā)現(xiàn)給予腸系膜動脈短暫缺血預(yù)處理，體內(nèi)局部緩激肽水平明顯升高，刺激傳入神經(jīng)，可減少心肌缺血梗死面積。而予緩激肽B2受體阻滯劑HOE-140則可阻斷心肌保護作用。在大鼠腸系膜動脈內(nèi)注射緩激肽可模擬腸缺血預(yù)適應(yīng)的心肌保護作用。

研究表明rIPC可減少中性粒細(xì)胞表面緩激肽受體的表達，緩激肽受體包括B1、B2受體(均為G蛋白偶聯(lián)受體家族成員之一);正常狀態(tài)下，B1受體僅在神經(jīng)系統(tǒng)少量表達，其他機體組織中幾乎不表達，大多數(shù)正常組織中可有B2受體表達。rIPC可增加體內(nèi)緩激肽(BK)水平，BK可與細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)的B2受體結(jié)合，B2受體內(nèi)化，與小窩蛋白形成“信號小體”復(fù)合物［12］，激發(fā)下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路:磷酸肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)通路激活，刺激內(nèi)皮細(xì)胞型一氧化氮合酶(eNOS)產(chǎn)生NO，NO激活蛋白激酶G (PKG)，最終導(dǎo)致mKATP開放，釋放活性氧(ROS)，抑制線粒體膜通道孔(mPTP)開放，細(xì)胞缺氧耐受性增大，從而產(chǎn)生細(xì)胞保護作用(圖1)［13，14］。

圖1 緩激肽參與的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

NO由精氨酸在NOS作用下脫氨基產(chǎn)生體內(nèi)NO。NOS有三種類型:eNOS、神經(jīng)元型NOS (nNOS)和誘導(dǎo)型NOS(iNOS)。eNOS可通過產(chǎn)生NO起到保護作用。Wu等［15］認(rèn)為細(xì)胞質(zhì)中的eNOS合成的NO可能是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的有效信使，其極易透過線粒體外膜，作用于線粒體內(nèi)部，并能直接激活mKATP通道。非選擇性NOS抑制劑N-硝基-L-精氨酸甲基酯鹽酸鹽(L-NAME)導(dǎo)致rIPC作用消失。NO可抑制白細(xì)胞和血小板在局部的黏附、聚集，抑制肥大細(xì)胞活化，清除氧自由基，抑制血管平滑肌增殖，維持血管正常滲透壓。抑制氧自由基形成及脂膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)等。

阿片肽內(nèi)源性阿片肽通過和靶細(xì)胞膜上的阿片受體結(jié)合后產(chǎn)生作用。阿片受體有δ，κ，ε，σ等多種亞型，不僅存在于神經(jīng)系統(tǒng)，亦存在于心臟、腎臟、血管、消化道等組織。其中δ1受體被認(rèn)為是rIP產(chǎn)生保護作用的關(guān)鍵受體。［16］

終末效應(yīng)器

mKATP研究發(fā)現(xiàn)下肢4次5 min缺血預(yù)處理能減少心肌缺血后梗死面積，此作用可被預(yù)先給予選擇性mKATP通道阻滯劑5-HD阻斷。而二氮嗪(mKATP激動劑)則有類似rIPC的效應(yīng);提示rIPC的作用機制可能涉及mKATP［16］。在離體心臟缺血再灌前給予非選擇性KATP阻滯劑格列本脲和mKATP阻滯劑5-HD可阻斷rIPC的保護作用，肌漿膜KATP阻滯劑HMR-1098則無此作用。mKATP主要有兩方面的生理作用:(1)mKATP的開放可控制陽離子內(nèi)流和陰離子外流的平衡，從而控制線粒體基質(zhì)容積的改變，以保持滲透壓穩(wěn)定。(2)在線粒體氧化磷酸化產(chǎn)能過程中，通過K+的再攝取可部分補償質(zhì)子泵產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移，從而維持線粒體跨膜電位差和pH梯度的穩(wěn)態(tài)［13］。近期研究提示mKATP介導(dǎo)的心肌保護作用可能與降低線粒體膜電位，減輕鈣超載，抑制mPTP開放有關(guān)［12］。

mPTP mPTP位于線粒體內(nèi)膜，缺血時保持關(guān)閉，再灌注的最初幾分鐘內(nèi)開放，mPTP開放是細(xì)胞損傷從可逆轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡娴年P(guān)鍵因素。mPTP開放使其成為線粒體和胞質(zhì)的物質(zhì)交換通道，導(dǎo)致線粒體外膜破裂，凋亡始動因子漏出，從而觸發(fā)細(xì)胞凋亡的級聯(lián)反應(yīng)。

細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑缺血預(yù)處理產(chǎn)生腺苷、緩激肽、阿片肽等觸發(fā)因子。通過體液傳導(dǎo)途徑、神經(jīng)傳導(dǎo)途徑等作用于效應(yīng)器，最終產(chǎn)生組織保護作用(圖2)［17］。Armstrong等［18］認(rèn)為PKC是缺血預(yù)處理細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵一環(huán)。他們發(fā)現(xiàn)在rIPC的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，先是觸發(fā)因子觸發(fā)PI3K/AKT/ eNOS/環(huán)磷酸鳥苷/PKG信號級聯(lián)的途徑，再激活PKG/PKC途徑，最終導(dǎo)致mKATP的開放［19－21］，活化的mKATP可限制mPTP開放，從而促進細(xì)胞存活［22］。

圖2 遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理作用機制示意圖［17］

神經(jīng)體液傳導(dǎo)途徑一些研究顯示腦組織IPC對神經(jīng)細(xì)胞存在保護作用［23］。Malhotra等［24］也證實雙下肢IPC能夠明顯減輕大鼠大腦中動脈閉塞模型后的腦梗死面積并改善神經(jīng)癥狀，且這種作用可被神經(jīng)節(jié)阻斷劑六甲銨減弱。另有研究發(fā)現(xiàn)通過自主神經(jīng)節(jié)阻滯可使得腸系膜上動脈缺血帶來的心臟保護作用減弱［25］，基于這些發(fā)現(xiàn)，人們提出可能存在神經(jīng)傳導(dǎo)途徑。其他研究顯示rIPC也可能通過其他的神經(jīng)體液因子發(fā)揮腎臟保護作用，如降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)、阿片類物質(zhì)、NO、促紅細(xì)胞生成素(EPO)、血管緊張素I、緩激肽等。

全身炎癥反應(yīng)中性粒細(xì)胞聚集、激活介導(dǎo)的微血管損傷及細(xì)胞損傷在腎臟缺血再灌注損傷的發(fā)生中起重要作用。已有研究證實rIPC抑制炎癥反應(yīng)主要表現(xiàn)為中性粒細(xì)胞的趨化性粘附能力和胞吐能力減弱，同時抗炎和抗凋亡基因的轉(zhuǎn)錄被激活［26］。一些研究顯示rIPC對全身炎癥反應(yīng)的影響主要表現(xiàn)在:(1)通過促進中性粒細(xì)胞CD11b表達，形成血小板中性粒細(xì)胞復(fù)合物從而抑制中性粒細(xì)胞激活［27］;(2)抑制TNF合成中的三個關(guān)鍵酶:絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)-活化的蛋白激酶2、MAPK激酶激酶2和MAPK激酶激酶8;(3)抑制基因編碼合成細(xì)胞因子中的關(guān)鍵蛋白，抑制白細(xì)胞趨化、黏附、遷移、胞吐等［28，29］。

一些研究使用抗氧化劑、抗炎藥物、血管舒張劑等藥物模擬rIPC效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)促紅細(xì)胞生成素可模擬此種效應(yīng)。其通過抑制TNF-а等促炎細(xì)胞因子的作用而產(chǎn)生細(xì)胞保護作用。腎臟缺血在灌注損傷后內(nèi)源性EPO產(chǎn)生減少，外源性補充EPO可起到一定的腎臟保護作用［30］。在小鼠腎移植模型中，預(yù)先給予供者谷氨酰胺，可減輕缺血再灌注損傷。其保護作用可能與增加內(nèi)源性熱休克蛋白相關(guān)［31］。

小結(jié):大多數(shù)研究顯示rIPC對腎臟缺血再灌注損傷存在保護作用，但一些作者在動物實驗中發(fā)現(xiàn)rIPC對腎臟的保護作用并不明顯，其主要指標(biāo)包括血清肌酐、尿素氮水平以及腎缺血/再灌注損傷后的組織學(xué)損傷無統(tǒng)計學(xué)差別［32］。多數(shù)試驗觀測的僅僅是短期效果，長期效果有待進一步觀察?？傊?，需多中心大樣本的隨機研究驗證rIPC對腎臟的保護作用，但無論如何，rIPC無創(chuàng)傷且經(jīng)濟，為保護移植腎缺血再灌注損傷提供一種新的途徑。

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Advances of remote ischem ic preconditioning on renal transplatation

CHEN peiling，CHEN jinsong
National Clinical Research Center of Kidney Diseases，Jinling Hospital，Nanjing University School of Medicine，Nanjing 210016，China

kidney allograft ischemia-reperfusion injury(IRI)is an inevitable process，not only affects early graft function recovery，but also affects long-term graft function and survival．Up to now，there is still a lack of effective prevention and treatment strategies for reducing ischemia/reperfusion injury．Remote ischemic preconditioning can improve resistance of renal ischemia/reperfusion injury by endogenous protective mechanisms．It is expected to become the novel treatment strategies．

renal transplatation ischemic reperfusion injury remote ischemic preconditioning

2014-12-20

(本文編輯 心平)

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院國家腎臟疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心全軍腎臟病研究所(南京，210016)