腸缺血-再灌注損傷機制、預防和治療

賈中芝

組織器官缺血后重獲血供不僅不能使組織器官結構與功能得以恢復，反而可加重其損傷程度及代謝障礙，這種現象稱為缺血-再灌注（I-R）損傷［1-2］。近年腸道缺血性疾病發生率逐年增高，腸I-R損傷發生率也逐年增高［3-4］。為了進一步了解腸I-R損傷發生機制，提高對其認識，并給予及時有效的預防及治療措施，降低死亡率，本文就其發生機制、預防及治療作一系統綜述。

1 腸I-R損傷發生機制

腸I-R損傷發生涉及多個環節，如腸黏膜上皮細胞內線粒體損傷、自由基累積、Ca2+超載、腸黏膜局部炎性反應及腸黏膜上皮細胞凋亡等［5-6］。研究證實，腸I-R損傷最關鍵環節為腸黏膜上皮細胞內線粒體損傷，核心環節為腸黏膜上皮細胞內自由基連鎖反應，而最后通路則為腸黏膜上皮細胞內Ca2+超載［1，7］。

1.1 腸黏膜上皮細胞內線粒體損傷機制

I-R可引起腸黏膜上皮細胞呼吸鏈自身酶復合體Ⅰ、Ⅱ活性顯著下降，并產生大量活性氧自由基攻擊腸黏膜上皮細胞內線粒體，使之結構和功能破壞、酶活性喪失；同時，線粒體膜屏障破壞導致大量離子內流并進入線粒體，使之腫脹，最終分解。因此，對腸黏膜上皮細胞內線粒體的保護是發揮抗腸I-R損傷作用的關鍵環節。

1.2 腸黏膜上皮細胞內自由基累積

自由基廣泛存在于生物體內，機體在生理情況下不斷產生氧自由基，同時又不斷將其清除掉，以維持機體動態平衡。腸I-R損傷時缺氧會導致腸黏膜上皮細胞內線粒體產生三磷酸腺苷（ATP）減少，Ca2+在線粒體內積聚，破壞了線粒體基本功能，因此腸黏膜上皮細胞呼吸鏈功能發生障礙，同時腸黏膜上皮細胞內超氧化物歧化酶生成減少，使氧自由基生成積聚增多，而氧自由基是誘發自由基連鎖反應的啟動環節，其性質極不穩定，可不斷地生成新的活性氧。在再灌注前數分鐘內，缺血的腸黏膜上皮細胞突然獲得血供及氧，將促使ATP合成增加，但也會加劇腸黏膜上皮細胞內Ca2+超載和中性粒細胞呼吸爆發，從而使大量氧自由基在缺血腸黏膜上皮細胞內積聚。

氧自由基對腸黏膜上皮細胞損傷的機制有：①破壞腸黏膜上皮細胞內線粒體；②對腸黏膜上皮細胞膜雙層磷脂結構中脂類具氧化作用，從而改變腸黏膜上皮細胞膜流動性和通透性，并生成多種毒性物質如脂質過氧化物，直接損傷腸黏膜上皮細胞膜；③引起血小板和粒細胞在微血管中黏附、聚集，造成微循環障礙；④導致一系列復雜的生物活性分子產生一系列反應，如吞噬細胞激活及內毒素釋放等。

1.3 腸黏膜上皮細胞Ca2+超載

腸黏膜上皮細胞內Ca2+超載是導致腸黏膜上皮細胞凋亡的最后通路。腸黏膜上皮細胞缺氧時導致ATP生成缺乏，細胞內pH值降低，使Na+/Ca2+交換蛋白活性降低，進而使腸黏膜上皮細胞內Na+、Ca2+增加，K+降低，這些離子分布失衡破壞了腸黏膜上皮細胞的防御系統，使腸黏膜上皮細胞損傷加重。Ca2+超載可通過數個途徑加重腸黏膜上皮細胞I-R損傷［8］：①腸黏膜上皮細胞內外 Ca2+平衡紊亂，引起并加重線粒體損傷。Ca2+可抑制ATP合成，使之生成減少；Ca2+對腸黏膜上皮細胞氧化還原反應、pH值、滲透壓、信號轉導均具有重要作用。②Ca2+可激活磷脂酶A和磷脂酶C，使之降解為游離脂肪酸，從而釋放大量花生四烯酸，導致腸黏膜上皮細胞脂質膜流動性降低，并增高腸黏膜上皮細胞膜通透性，致使腸黏膜上皮細胞腫脹；同時，花生四烯酸在環氧酶及脂氧酶作用下生成前列腺素、白三烯及自由基等活性物質并導致血管收縮，進一步造成腸組織缺血后低灌注。③Ca2+增高導致活性鈣調蛋白增加，Ca2+與之結合將引起5-羥色胺大量釋放，從而引起血管痙攣，加重腸組織缺血與損傷。

1.4 腸黏膜局部炎性反應

炎性反應是導致腸I-R損傷的重要因素，腸黏膜局部大量炎性介質釋放和炎性細胞產生引起機體炎性反應。炎性細胞主要是白細胞，炎性介質主要包括細胞因子、趨化因子和黏附分子等［9］。炎性細胞可阻塞微小血管，造成繼發性腸組織低灌注，然后釋放氧自由基和縮血管物質等使血管通透性增加，引起腸組織水腫。眾多炎性介質可通過與內皮細胞粘連將其破壞，致使其凋亡，從而加重I-R區域腸黏膜上皮細胞損傷。

2 腸I-R損傷保護機制

機體在腸組織受到I-R損傷的同時，會調動一系列保護機制與之對抗。機體對抗腸I-R損傷的主要機制，一是通過蛋白激酶 B（PKB/Akt）和細胞外調節蛋白激酶（ERK）信號轉導通路［10］，二是釋放抑制腸黏膜上皮細胞凋亡的相關物質。Lu等［11］通過大鼠實驗證實Akt參與調控細胞I-R損傷。Lin等［12］研究證實ERK參與調控細胞I-R損傷，生存素（survivin）與腸黏膜上皮細胞凋亡密切相關，具有強大的抗凋亡能力，在抗凋亡中發揮重要作用。Shi［13］研究證實生存素可通過抑制半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspase）-9活性抑制細胞凋亡。

誘導型一氧化氮（NO）可對抗I-R損傷，對I-R腸組織具有重要保護作用［14］。有研究顯示，B細胞淋巴瘤基因-2通過與其它相關凋亡因子協調作用調控線粒體結構與功能穩定，從而產生抗細胞凋亡作用［15］。

3 預防措施

腸I-R損傷預防措施主要包括缺血預處理和缺血后處理［16-17］。缺血預處理指在腸組織缺血前提前進行一次或多次短暫重復缺血（30 s）及再灌注（30 s），這樣能提高腸組織對此后較長時間缺血的耐受性，從而減輕腸組織I-R損傷；缺血后處理指在腸組織缺血后、再灌注前予以幾個循環短暫再灌注（30 s）和再缺血（30 s），這樣能保護缺血腸組織對I-R損傷的耐受性，進而起到保護作用。腸組織缺血一旦形成，缺血預處理即失去意義，而缺血后處理在治療腸組織I-R損傷上正好彌補了缺血預處理不足，因此有更大的臨床實際應用價值。尤其是在腸缺血發生后和開通血管前，采取缺血后處理措施可有效地降低腸組織I-R損傷。介入血管科醫師了解此預防措施至關重要。

Yang等［18］研究發現組織器官再灌注開始1 min內即可產生大量氧自由基，再灌注4～5 min時達到高峰，而缺血后處理是通過反復的、短暫的缺血和再灌注交替循環降低了再灌注區域組織器官氧自由基生成底物供給，從而減少氧自由基生成，使之產生和清除趨于動態平衡。近期一項meta分析證實，缺血預處理可有效降低患者急性腎損傷發生率，降低死亡率［19］。也有 meta分析發現，缺血預處理可有效改善組織對缺血的耐受力［20］；缺血后處理可顯著降低I-R損傷程度［21］。總之，目前有較多基礎實驗和臨床研究均證實了缺血預處理和缺血后處理的臨床價值。

4 治療

腸I-R損傷治療方法主要包括能量療法、抗氧自由基療法、抗白細胞黏附療法等。

4.1 能量療法

腸組織在缺血缺氧情況下，腸黏膜上皮細胞內缺乏足夠ATP產生，其缺乏引起腸黏膜上皮細胞內代謝難以進行，導致缺氧部位腸黏膜上皮細胞凋亡。Lian等［22］通過兔I-R損傷模型證實，經靜脈給予ATP治療可為缺血細胞提供能量，從而改善缺氧細胞能量供給及代謝，穩定缺氧細胞內外微循環，最終減輕I-R損傷。Meng等［23］通過Sprague-Dawley大鼠模型證實，應用ATP可降低I-R損傷程度。目前雖有較多基礎實驗研究證實ATP干預I-R損傷的效果良好，但仍缺乏大型多中心臨床實驗研究證實。

4.2 抗氧自由基療法

抗氧自由基是治療腸黏膜上皮細胞I-R損傷的重要手段。目前有多種抗氧自由基物質，如三磷酸腺苷、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、丙酮酸、甘露醇、銀杏葉提取物等。Erol等［24］通過動物實驗發現，抗氧自由基可顯著降低I-R區域細胞凋亡、壞死程度。Kezic等［25］報道超氧化物歧化酶、谷胱甘肽等能顯著降低心肌I-R損傷程度。

4.3 抗白細胞黏附療法

被激活的白細胞具有一定的黏附作用，進而黏附于微小動脈內壁，導致微循環受阻，從而加重了腸黏膜上皮細胞缺血、缺氧。白細胞黏附作用與細胞黏附分子（CAM）密切相關，通過對CAM進行干預可有效地減輕白細胞黏附作用，減輕I-R損傷［26］。目前上市的白細胞趨化藥物主要有血小板激活因子、抗CDll/CDl8單克隆抗體等，均經動物模型研究證實有助于減輕腸I-R損傷［27］。但尚無臨床試驗研究證實此類藥物的療效。

4.4 抗腸黏膜上皮細胞凋亡療法

腸I-R損傷病理改變為腸黏膜上皮細胞凋亡。有研究發現，腫瘤壞死因子（TNF）-α、Fas、Fas-L、caspase-3、Bcl-2抑制或激活與細胞凋亡密切相關［28］。Kawano等［29］研究發現，抑制 TNF-α 表達會加重 I-R損傷程度。 Lian 等［22］發現，Fas-L、Bcl-2 表達與 I-R損傷導致的細胞凋亡密切相關。目前抗上皮細胞凋亡藥物仍處于研究開發階段，尚無關于抗腸黏膜上皮細胞凋亡藥物的研究報道。

5 結語

腸I-R損傷發生涉及腸黏膜上皮細胞內線粒體損傷、自由基累積、Ca2+超載，腸黏膜局部炎性反應及腸黏膜上皮細胞凋亡等多個環節。預防措施包括缺血預處理和缺血后處理，尤其是缺血后處理，對減輕I-R損傷所致腸黏膜上皮細胞損傷具有臨床可行性。治療方法包括能量療法、抗氧自由基療法、抗白細胞黏附療法等。相信隨著研究的深入，在腸I-R損傷發生機制、預防措施及治療方法方面必將有突破性進展。