王淮淮 趙自剛 牛春雨

(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北 張家口 075000)

線粒體功能不全在重癥休克血管低反應(yīng)性中的作用

王淮淮 趙自剛 牛春雨

(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北 張家口 075000)

失血性休克；膿毒癥休克；血管低反應(yīng)性；線粒體功能不全；線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔

在重度失血、嚴(yán)重感染、酸中毒、缺氧等致病因素導(dǎo)致重癥休克的過程中，微血管對(duì)血管活性物質(zhì)，如去甲腎上腺素(NE)或P物質(zhì)(SP)的反應(yīng)性降低，引起休克晚期血液循環(huán)動(dòng)力低下，出現(xiàn)頑固性低血壓、重要臟器低灌注，嚴(yán)重影響著休克的治療和預(yù)后，是重癥休克患者死亡的主要原因之一〔1，2〕。因此，以糾正血管反應(yīng)性為靶點(diǎn)，成為防治重癥休克的主要措施之一。血管低反應(yīng)性的發(fā)生與細(xì)動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(ASMCs)收縮功能低下與結(jié)構(gòu)損傷密切相關(guān)。能量代謝障礙、三磷酸腺苷(ATP)生成減少等因素引起的離子泵活性下降、細(xì)胞內(nèi)外離子交換障礙，是引起ASMCs膜超極化的重要機(jī)制之一；但是單純給氧并未有效恢復(fù)血管反應(yīng)性，提示ATP生成減少不僅是缺氧的問題，更主要的可能是ATP的生成過程發(fā)生了障礙，也就是與ATP生成密切相關(guān)的線粒體出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)損傷與功能障礙〔3〕。眾所周知，線粒體是細(xì)胞的能量工廠，線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)是維持線粒體功能與結(jié)構(gòu)完整性的多蛋白復(fù)合物〔4〕；多種致病因素引起mPTP開放，導(dǎo)致溶質(zhì)和水非選擇性進(jìn)入線粒體內(nèi)膜，破壞線粒體膜電位，使氧化磷酸化解耦聯(lián)，ATP生成障礙，引起線粒體結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙，即線粒體功能不全〔3～5〕。鑒于線粒體功能不全在能量代謝障礙及其在ASMCs膜超極化中的作用，學(xué)者們開始關(guān)注線粒體功能不全在重癥休克血管低反應(yīng)性中的作用。本文綜述線粒體功能不全在重癥失血性休克、膿毒性休克導(dǎo)致的血管低反應(yīng)性中的作用。

1 線粒體功能不全在失血性休克血管低反應(yīng)性中的作用

重癥失血性休克后期出現(xiàn)的血管低反應(yīng)性，導(dǎo)致補(bǔ)充血容量或應(yīng)用血管活性藥均不能有效地提升血壓，出現(xiàn)頑固性低血壓，成為發(fā)展至重癥難治性休克的重要因素之一。目前的研究表明，ASMCs膜超極化、腎上腺能受體失敏、鈣失敏等機(jī)制參與了重癥失血性休克后血管低反應(yīng)性的發(fā)生〔1〕。

大鼠失血性休克后，線粒體出現(xiàn)了腫脹，嵴排列紊亂甚至斷裂，形成電子透亮區(qū)，基質(zhì)成斑點(diǎn)狀甚至空泡狀；用流式細(xì)胞儀檢測(cè)陽離子熒光探針JC-1標(biāo)記的ASMCs線粒體膜電位〔Δψ(m)〕，發(fā)現(xiàn)Δψ(m)降低、發(fā)生超極化的ASMCs數(shù)增加了49.7%；利用cell Titer-Glo熒光素酶生物發(fā)光法檢測(cè)ASMCs內(nèi)ATP相對(duì)含量減少82.1%；用穿孔全細(xì)胞膜片鉗在電壓鉗模式下發(fā)現(xiàn)ATP敏感性鉀通道(KATP)開放；應(yīng)用全細(xì)胞膜片鉗術(shù)電流鉗記錄單個(gè)ASMC的靜息跨膜電位，發(fā)現(xiàn)休克期ASMCs發(fā)生了超極化改變，從而出現(xiàn)對(duì)NE的反應(yīng)性下降〔6〕。

應(yīng)用線粒體保護(hù)劑環(huán)孢菌素(Cs)A在放血前進(jìn)行預(yù)處理，可有效減輕線粒體損傷、提高ATP含量、減少KATP開放及超極化的ASMCs數(shù)量，從而提高反應(yīng)性；應(yīng)用蒼術(shù)苷(ATR)預(yù)處理，在加重線粒體損傷的同時(shí)，抑制了CsA的諸多保護(hù)作用〔6〕。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，ATR劑量依賴性地降低了ASMCs內(nèi)ATP含量、誘導(dǎo)mPTP開放，引起ASMCs線粒體去極化及ASMCs超極化，最終降低ASMCs的收縮反應(yīng)性〔7〕。研究也顯示，由于線粒體功能不全帶來的ASMCs內(nèi)ATP含量降低與KATP通道激活，抑制L-型鈣通道，使Ca2+內(nèi)流減少，引起ASMCs膜超極化，最終導(dǎo)致血管低反應(yīng)性和持續(xù)低血壓〔8〕。中藥虎杖苷(PD)、白藜蘆醇也同樣發(fā)揮了與CsA類似的作用，表現(xiàn)在降低KATP開放、抑制mPTP開放、降低Δψ(m)、減少ASMCs超極化、提高ATP水平，從而提高ASMCs對(duì)NE的反應(yīng)性，提高存活時(shí)間，且PD的作用更優(yōu)〔9，10〕。這些研究表明，線粒體功能不全參與了失血性休克后血管低反應(yīng)性的發(fā)生；mPTP開放是引起線粒體結(jié)構(gòu)損傷、功能障礙從而導(dǎo)致血管低反應(yīng)性的關(guān)鍵事件；減輕線粒體功能不全的治療措施可有效提高血管反應(yīng)性，從而有利于失血性休克的好轉(zhuǎn)。

徐競等〔11〕針對(duì)失血性休克后血管低反應(yīng)性的系列研究也發(fā)現(xiàn)，KATP開放劑吡那地爾預(yù)處理可通過開放線粒體KATP改善失血性休克大鼠血管收縮反應(yīng)，恢復(fù)肝、腎的線粒體呼吸控制率，保護(hù)線粒體功能；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，吡那地爾的作用與活化蛋白激酶(PK)Cα、PKCε的作用相關(guān)〔12〕；由于活化PKC可提高血管反應(yīng)性與鈣敏感性〔13〕，因此，相信能夠提高失血性休克后鈣敏感性的諸多因素可能改善線粒體功能，當(dāng)然，這需要進(jìn)一步研究。此外，研究表明，阻斷失血性休克后的腸淋巴液回流可提高血管反應(yīng)性〔14〕，同時(shí)也提高組織器官的ATP含量、減少器官損傷〔15〕。因此，阻斷休克腸淋巴液回流提高血管反應(yīng)性的機(jī)制可能與保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)與功能有關(guān)，這有待在今后的工作中進(jìn)一步研究。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)失血性休克淋巴管對(duì)NE或SP的反應(yīng)性下降，是失血性休克后淋巴管收縮性下降、淋巴微循環(huán)障礙的發(fā)生機(jī)制之一〔16〕；由于淋巴管平滑肌細(xì)胞(LSMCs)與ASMCs具有相似的結(jié)構(gòu)與功能，是否LSMCs出現(xiàn)了線粒體功能不全、進(jìn)而導(dǎo)致淋巴管反應(yīng)性下降，值得進(jìn)一步觀察。

2 線粒體功能不全在膿毒癥休克血管低反應(yīng)性中的作用

與重癥失血性休克相似，在多種原因引起的膿毒癥休克的發(fā)展進(jìn)程中存在著血管低反應(yīng)性〔2〕。血管低反應(yīng)性引起的血管麻痹導(dǎo)致的頑固性、不可逆性低血壓已成為重癥監(jiān)護(hù)病房膿毒癥患者死亡的一個(gè)關(guān)鍵因素，內(nèi)皮損傷、精氨酸-血管加壓素系統(tǒng)功能障礙、血管舒張炎癥介質(zhì)大量釋放及ASMCs膜超極化等多種因素參與膿毒癥休克后血管低反應(yīng)性的發(fā)生〔17〕。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床觀察表明，在膿毒癥休克的發(fā)展進(jìn)程中，諸多因素引起的線粒體功能不全，表現(xiàn)為線粒體結(jié)構(gòu)損傷、呼吸鏈酶活性下降及活性氧產(chǎn)生增多，聯(lián)合過度的炎癥反應(yīng)、能量耗竭，成為組織細(xì)胞損傷乃至器官損傷及血管低反應(yīng)性的重要因素〔18～20〕。因此，眾多學(xué)者從減輕線粒體損傷的角度，探討膿毒癥休克的治療策略。研究發(fā)現(xiàn)，靜脈注射脂多糖(LPS)4 h后，大鼠回腸組織細(xì)胞線粒體出現(xiàn)了明顯腫脹的損傷特征，線粒體保護(hù)劑CsA前處理可有效地減輕LPS誘導(dǎo)的線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷〔21〕。一項(xiàng)臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生膿毒癥的患者出現(xiàn)了線粒體數(shù)量減少、抗氧化酶錳-超氧化物歧化酶活性下降、谷胱甘肽化蛋白數(shù)量增多，左西孟坦顯著逆轉(zhuǎn)了這些變化，減少了氧化損傷〔22〕。

針對(duì)膿毒癥休克引起的血管低反應(yīng)性與線粒體功能不全關(guān)系的研究中，Liaudet等〔23〕在盲腸結(jié)扎穿孔導(dǎo)致小鼠膿毒癥性休克模型上，發(fā)現(xiàn)肌苷顯著提高了肝細(xì)胞線粒體損傷標(biāo)志煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+/NADH)比值，減輕了過氧化狀態(tài)，從而降低炎癥損傷及器官損傷，提高了主動(dòng)血管環(huán)對(duì)梯度濃度腎上腺素的收縮反應(yīng)性及對(duì)梯度乙酰膽堿的舒張反應(yīng)性，改善了血管功能，從而提高存活時(shí)間；研究結(jié)果表明血管低反應(yīng)性與線粒體功能不全有一定的相關(guān)性，但缺乏更為直接的證據(jù)。相信，隨著人們對(duì)線粒體功能不全在膿毒癥性休克后血管低反應(yīng)性發(fā)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)不斷深入，也會(huì)為臨床防治膿毒癥性休克提供更多、有效的靶點(diǎn)或措施。

綜上，線粒體功能不全是失血性休克血管低反應(yīng)性的重要發(fā)生機(jī)制，也參與了膿毒癥休克引起的血管低反應(yīng)性。以線粒體保護(hù)為切入點(diǎn)，以糾正血管低反應(yīng)性為干預(yù)靶點(diǎn)，對(duì)防治重癥休克具有積極的意義。目前已有的線粒體保護(hù)劑防治重癥休克的研究報(bào)道，但這些多局限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，如何將這些藥物轉(zhuǎn)化應(yīng)用于臨床、挖掘新的線粒體保護(hù)劑將是今后的研究重點(diǎn)；對(duì)重癥休克血管低反應(yīng)性發(fā)生機(jī)制的研究還需深入。

1 李 濤，劉良明.休克血管低反應(yīng)性研究概況〔J〕.創(chuàng)傷外科雜志，2012;14(2):181-3.

2 Kimmoun A，Ducrocq N，Levy B.Mechanisms of vascular hyporesponsiveness in septic shock〔J〕.Curr Vasc Pharmacol，2013;11(2):139-49.

3 王興民，趙克森.線粒體功能不全在重癥休克發(fā)生中的作用〔J〕.中國病理生理雜志，2013;29(4):757-60，768.

4 Brenner C，Moulin M.Physiological roles of the permeability transition pore〔J〕.Circ Res，2012；111(9):1237-47.

5 Pieczenik SR，Neustadt J.Mitochondrial dysfunction and molecular pathways of disease〔J〕.Exp Mol Pathol，2007；83(1)：84-92.

6 Song R，Bian H，Wang X，etal.Mitochondrial injury underlies hyporeactivity of arterial smooth muscle in severe shock〔J〕.Am J Hypertens,2011;24(1)：45-51.

7 Song R，Bian H，Huang X，etal.Atractyloside induces low contractile reaction of arteriolar smooth muscle through mitochondrial damage〔J〕.J Appl Toxicol，2012；32(6)：402-8.

8 Zhao Q，Zhao KS.Inhibition of L-Typecalcium channels in arteriolar smooth muscle cells is involved in the pathogenesis of vascular hyporeactivity in severe shock〔J〕.Shock，2007；28(6)：717-21.

9 Wang X，Song R，Bian HN，etal.Polydatin，a natural polyphenol，protects arterial smooth muscle cells against mitochondrial dysfunction and lysosomal destabilization following hemorrhagic shock〔J〕.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2012；302(7)：R805-14.

10 Wang X，Song R，Chen Y，etal.Polydatin--a new mitochondria protector for acute severe hemorrhagic shock treatment〔J〕.Exp Opin Investig Drugs，2013；22(2)：169-79.

11 徐 競，藍(lán) 丹，李 濤，等.線粒體KATP在吡那地爾預(yù)處理后失血性休克大鼠組織血流灌注和線粒體功能保護(hù)效應(yīng)中的作用〔J〕.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011；33(23)：2441-4.

12 Xu J，Li T，Yang G，etal.Pinacidil pretreatment improves vascular reactivity after shock through PKCα and PKCε in rats〔J〕.J Cardiovasc Pharmacol，2012；59(6)：514-22.

13 Fang Y，Li T，F(xiàn)an X，etal.Beneficial effects of activation of PKC on hemorrhagic shock in rats〔J〕.J Trauma，2010；68(4)：865-73.

14 Zhao ZG，Niu CY，Wei YL，etal.Mesenteric lymph return is an important contributor to vascular hyporeactivity and calcium desensitization after hemorrhagic shock〔J〕.Shock,2012;38(2)：186-95.

15 Zhang LM，Jiang LJ，Zhao ZG，etal.Mesenteric lymph duct ligation after hemorrhagic shock enhances the ATP level and ATP ase activity in rat kidneys〔J〕.Ren Fail，2014；36(4)：593-7.

16 Niu CY，Zhao ZG，Zhang YP，etal.Lymphatic hyporeactivity and calcium desensitization following hemorrhagic shock〔J〕.Shock，2012；37(4)：415-23.

17 Sharawy N.Vasoplegia in septic shock：do we really fight the right enemy〔J〕? J Crit Care，2014；29(1)：83-7.

18 Duran-Bedolla J，Montes de Oca-Sandoval MA，Saldaa-Navor V，etal.Sepsis，mitochondrial failure and multiple organ dysfunction〔J〕.Clin Invest Med，2014；37(2)：E58-69.

19 Jeger V，Djafarzadeh S，Jakob SM，etal.Mitochondrial function in sepsis〔J〕.Eur J Clin Invest，2013；43(5)：532-42.

20 Singer M.The role of mitochondrial dysfunction in sepsis-induced multi-organ failure〔J〕.Virulence，2014；5(1)：66-72.

21 Crouser ED，Julian MW，Joshi MS，etal.Cyclosporin a ameliorates mitochondrial ultrastructural injury in the ileum during acute endotoxemia〔J〕.Crit Care Med，2002；30(12)：2722-8.

22 Torraco A，Carrozzo R，Piemonte F，etal.Effects of levosimendan on mitochondrial function in patients with septic shock：a randomized trial〔J〕.Biochimie，2014；102：166-73.

23 Liaudet L，Mabley JG，Soriano FG，etal.Inosine reduces systemic inflammation and improves survival in septic shock induced by cecal ligation and puncture〔J〕.Am J Respir Crit Care Med，2001；164(7)：1213-20.

〔2015-10-08修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30971203)；河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(H2012405020)

牛春雨(1967-)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事創(chuàng)傷休克研究。

王淮淮(1989-)，女，碩士，住院醫(yī)師，主要從事創(chuàng)傷休克研究。

R361+.3；R364.1+4

A

1005-9202(2017)05-1266-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.05.105