前列腺素E1對移植肺的保護作用及其機理

洪文娟 黃 韜 洪志鵬 張 璟楊林珠 尹小川 太 祥

前列腺素E1(prostaglandin E1，PGE1)是一種類二十烷酸結構的血管舒張因子，PGE1也是一種非常理想的肺血管擴張劑［1-4］。本研究觀察PGE1對移植肺的影響，旨在探討PGE1對肺組織的作用，及其可能的機制，為求證肺移植中PGE1對供肺的保護作用提供依據。

材料和方法

一、實驗動物和試劑

實驗用雜種犬由昆明醫科大學動物實驗中心提供，體質量10～15 kg，雌雄不限。PGE1(30 μg/支，重慶藥友制藥有限公司)，TKR-200C小動物呼吸機(江西特力麻醉呼吸設備公司)。

二、動物模型的建立

實驗用雜種犬16只，隨機分為對照組和實驗組，每組8只。動物入實驗室前肌注戊巴比妥鈉30 mg/kg，麻醉后氣管插管，呼吸機維持呼吸，潮氣量15 ml/kg，頻率24次/min，吸氣與呼氣比1︰1.5，吸入氧濃度100%。于左鎖骨中線第三肋間放置胸管，連閉式引流瓶，觀察到犬的胸內負壓為6～8 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)。高潮氣量通氣，氧濃度改為40%，胸腔閉式引流瓶與負壓吸引器相接 ，使負壓保持在20 cmH2O左右。實驗組經股靜脈持續給予PGE1，劑量為30 ng·kg－1·min－1，對照組不給PGE1。

6 h后，取血樣和肺組織標本，觀察血栓素B2(thromboxane B2，TXB2)與肺組織損傷和肺血管變化情況。

三、統計學處理

采用SPSS 13.0統計軟件包作統計學處理，實驗數據采用t檢驗，以表示，P ﹤0.05為差異有統計學意義。

結 果

一、血清TXB2濃度的改變

在對照組和實驗組中 TXB2分別為 47.43 ±13.36 pg/ml、39.96 ±11.45 pg/ml，P=0.036，差異有統計學意義。

二、PGE1對肺損傷的組織學影響

光學顯微鏡下見對照組的肺組織充血、水腫，肺泡隔增寬，肺泡隔及肺泡腔內可見大量以中性粒細胞為主的炎細胞浸潤，肺血管表現為明顯管腔變小，管壁增厚;實驗組亦可見有肺組織充血、水腫及炎細胞浸潤等變化，但是病變程度明顯較輕，肺血管基本正常，管腔未見減小，管壁亦無明顯增厚(圖1～4)。

圖1 對照組(HE×500)

圖2 實驗組(HE×500)

圖3 對照組(HE×100)

圖4 實驗組(HE×100)

討 論

隨著肺保護方法的不斷改進使遠距離獲得供肺成為可能，并為肺移植患者手術后獲得滿意的肺功能提供了保障［5-7］。在供體全身肝素化和阻斷循環前應用肺血管擴張劑如 PGE1、己酮可可堿(pentoxifylline)和一氧化氮(nitric oxide，NO)等藥物是臨床肺保存技術中的基本原則之一。在實際工作中通常用500 μg PGE1加入保存液，500 μg PGE1在肺灌洗前直接注入肺動脈。本研究選擇PGE1進行動物實驗，并觀察PGE1對肺的保護作用。

本研究結果表明肺泡容積過度擴張，在機械力誘導的作用下，中性粒細胞和肺泡巨噬細胞的聚集、激活，釋放有害產物，可造成肺組織的破壞。另一方面，縮血管物質血栓素B2增多，導致肺血管痙攣和血栓形成，肺微循環障礙，進一步加重了肺損傷。在實驗組中肺損傷輕于對照組，這顯然是獲益于PGE1對肺臟的有效保護，與文獻報道相同［8-10］。PGE1在體外循環肺損傷、放射性肺損傷、急性呼吸窘迫綜合征(actue respiratory distress syndrome，ARDS)等不同因素所致肺損傷的治療中已收到了良好的效果，是具有說服力的臨床例證。

中性粒細胞(polymorphonuclear，PMN)在肺損傷中的作用已經得到共識，PGF1通過有效地清除肺內的PMN來控制炎癥過程，可以減輕急性肺組織損傷。本研究發現，對照組的肺間質和肺泡內有大量以中性粒細胞為主的炎細胞浸潤。PMN肺損傷的機制主要為:①PMN釋放氧自由基，產生活性氧，引起細胞膜脂質過氧化，二硫鍵改變蛋白結構，細胞活性喪失;②PMN釋放蛋白水解酶，迅速消除和分解肺組織基底膜的彈性蛋白和膠原蛋白，引起纖維組織斷裂、分離以及微血管通透性增加，導致肺水腫。

實驗組顯示PGE1能夠有效抑制PMN在肺內積聚，肺組織炎癥反應以及肺泡受損情況明顯輕于對照組。可見PGE1能夠抑制肺泡細胞以PMN為主的炎細胞浸潤程度，說明PGE1可以通過減輕PMN在肺內的聚集，減輕肺組織損傷。其作用路徑可能包括:①激活細胞膜上的腺苷酸環化酶，使細胞內cAMP/cGPM提高，從而降低PMN趨化性，使PMN積聚減少;②抑制溶酶體酶釋放，降低炎性細胞因子水平，減少肺毛細血管滲出和肺組織血管外含水量，從而改善肺內彌散和動脈氧合。

本研究通過測定TXB2觀察TXA2對肺的影響，發現對照組TXB2顯著高于實驗組。血栓素具有收縮肺動脈、血小板聚集、并刺激血小板源生長因子釋放促進血管平滑肌細胞和纖維母細胞增生的作用，引起肺損傷［4］。正常情況下肺血管內皮細胞表面光滑，能產生大量的ADP酶，防止血小板粘附，具有良好的屏障及抗凝作用。當血管內皮受到損傷時，血栓素合成、釋放增多。另外，血小板源生長因子的釋放，可激發無肌細胞動脈的肌化或肌層的肥厚，引起進一步的血管內皮受損，形成惡性循環［5］。PGE1可保護血小板功能，抑制血小板聚集，降低血小板的高反應性以及血栓素的釋放，并促使血栓周圍已活化的血小板逆轉;增加紅細胞變形能力，從而改善微循環，增加組織的血流灌注。

血栓素A2/前列環素(thromboxane A2/prostacyclin，TXA2/PGI2)比值的穩定，是保證肺循環低壓力高容量的一個重要因素。PGI2通過糾正TXA2/PGI2比值的失衡，抵抗TXA2的縮血管作用。而PGE1與PGI2有相似的藥理作用，兩者均有擴張血管和抗血小板聚集的作用。本研究認為PGE1用于肺移植中的肺保存，作為防范肺損傷的措施是有意義的，我們的研究也證實了這一點。

國外學者在肺移植和肺保存的動物模型中做了相關研究以及臨床試驗［13］。藥理學試驗證明前列腺素能有效改善了移植器官的保存質量，本研究亦證明PGE1對肺的保護作用。其促進肺損傷修復的作用機制可歸納為:①選擇性作用于肺血管床，擴張肺血管，降低肺動脈壓，改善微循環;②抑制PMN的遷徙與黏附，減少氧自由基的產生和蛋白水解酶的釋放;③減低TXA2的合成;④抑制肺內血小板積聚;⑤降低肺血管的通透性，減輕肺間質水腫。

在呼吸生理極限范圍內的高潮氣量通氣可導致以肺充血、水腫和炎性細胞浸潤為主要表現的可逆性肺損傷，本質是以激活炎性細胞為基礎的生物學損傷。PGE1對可逆性肺過度膨脹性損傷具有保護作用，有利于降低肺移植術后并發癥的發生，改善移植肺的功能，提高患者術后生存質量。

1 Majedand BH，Khalil RA，Garland CJ，et al.Molecular mechanisms regulating the vascular prostacyclin pathways and their adaptation during pregnancy and in the newborn［J］.Pharmacol Rev，2012，64(3):540-582.

2 Toyoda，Y，Thacker J，Santos R，et al.Long-term outcome of lung and heart-lung transplantation for idiopathic pulmonary arterial hypertension［J］.Ann Thorac Surg，2008，86(5):1116-1122.

3 Wilkes DS，Egan TM，Reynolds HY.Lung Transplantation:opportunities for research and clinical advancement［J］.Am J Respir Crit Care Med，2005，172(8):944-955.

4 Pierre AF，Keshavjee S.Lung preservation for transplantation［M］//Franco KL，Putnam JB.Advanced therapy in thoracic surgery.2nd Edition.BC Deker Inc，2005:324-345.

5 Tierney A，Foster R，Ogella D，et al.A perfusionist’s role in lung transplant preservation［J］.Perfusion，2004，19(6):351-357.

6 Perrot M，Liu MY，Waddell TK，et al.Ischemia-reperfusion-induced lung injury［J］.Am J Respir Crit Care Med，2003，167(4):490-511.

7 Sheikh AY，Pelletier MP，Robbins RC，et al.Heart-lung and lung transplantation［J］.Card Surg Adult，2008，3(2008):1579-1608.

8 Hafez T，Moussa M，Nesim I，et al.The effect of intraportal prostaglandin E1 on adhesion molecule expression，inflammatory modulator function，and histology in canine hepatic ischemia/reperfusion injury［J］.J Surg Res，2007，138(1):88-99.

9 de Perrot M，Fischer S，Liu M，et al.Prostaglandin E1 protects lung transplants from ischemia-reperfusion injury:a shift from pro-to antiinflammatory cytokines［J］.Transplantation，2001，72(9):1505-1512.

10 Naka Y，Roy DK，Liao H，et al.cAMP-mediated vascular protection in an orthotopic rat lung transplant model.Insights into the mechanism of action of prostaglandin E1 to improve lung preservation［J］.Circ Res，1996，79(4):773-783.

11 Kohyama T，Liu X，Wen FQ，et al.Potentiation of human lung fibroblast chemotaxis by the thromboxane A(2)analog U-46619［J］.J Lab Clin Med，2002，139(1):43-49.

12 李 筠，周愛卿.先天性心臟病肺高壓肺血管功能與結構的改變［J］.中國當代兒科雜志，2001，3(3):212-215.

13 Dandel M，Lehmkuhl HB，Mulahasanovic S，et al.Survival of patients with idiopathic pulmonary arterial hypertension after listing for transplantation:impact of iloprost and bosentan treatment［J］.J Heart Lung Transplant，2007，26(9):898-906.