遠隔器官缺血再灌注致腸損傷機制研究進展

劉可可，王江

新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院，烏魯木齊830000

缺血再灌注損傷是指當組織或器官血供減少乃致中斷，造成自身損傷，當缺血部位再次恢復血供，不僅原有部位損傷未緩解，反而加劇自身及遠隔器官損傷的現象[1]。缺血再灌注損傷病理生理機制復雜，普遍存在于腦、肝臟、腎臟、心臟、肢體等體內多種重要器官[2]。近年來，越來越多的研究證據表明，缺血再灌注所導致的器官損傷機制與體內炎癥細胞激活、炎癥因子釋放、活性氧自由基生成、鈣超載等因素密切相關[3]。腸不僅是營養(yǎng)物質消化、吸收、轉運的主要場所，也是缺血再灌注損傷的敏感器官;當其受損時，可促進炎癥反應的進展，引起炎癥反應的“瀑布效應”，最終導致多器官功能衰竭的發(fā)生[4]。因此，明確遠隔器官缺血再灌注所致腸損傷的機制，對采取相應的防治措施具有重要意義。現就不同遠隔器官缺血再灌注致腸損傷機制的相關研究進行綜述，旨在為缺血再灌注致器官損傷的防治提供一定參考。

1 腦缺血再灌注致腸損傷的機制

腦血管疾病常可引起全身多個組織器官功能受損，其中缺血性腦病是常見的原因之一。研究發(fā)現，在老齡大鼠的腦缺血再灌注損傷中，大鼠的胃腸組織也常伴有明顯的病理性損傷，甚至可有明顯的出血點存在[5]。多位學者研究表明，在腦缺血再灌注損傷中，胃腸平滑肌受到損害，表現為動力功能障礙[6]。目前認為其機制與神經分泌功能異常、神經肽調節(jié)失衡、自由基損傷、血栓素A2(TXA2)和前列環(huán)素I2(PGI2)比例失衡、腫瘤壞死因子α(TNF-α)作用等密切相關。除上述因素之外，鈣超載、細胞凋亡及免疫應激等因素也參與了腦缺血再灌注致腸損傷過程，但具體機制尚未被徹底闡明。

1.1 神經分泌功能異常 腦具有高代謝、高氧耗、低儲備的特點，當出現缺血性疾病時極易受損，可導致病灶局部甚至全腦水腫，腦中線結構改變，自主神經分泌功能異常[7,8]。下丘腦視上核與垂體功能障礙，可產生并釋放多量抗利尿激素，作用于腎臟，腎小管重吸收增多，鈉水潴留，體內水電解質平衡紊亂，胃腸功能受損；下丘腦及交感腎上腺髓質系統(tǒng)被激活，大量兒茶酚胺分泌入血，還可通過刺激血小板合成TXA2增多等使血管收縮，加重腸損傷；腦中線結構改變，下丘腦結節(jié)區(qū)與延髓束功能受到影響，刺激迷走神經，作用于胃部，促進胃酸產生，導致胃腸黏膜糜爛[9]。

1.2 神經肽調節(jié)失衡 神經肽廣泛存在于腦內，具有神經遞質的典型特征，其中內皮素(ET)、降鈣素基因相關肽(CGRP)作為活性肽的重要成分，調節(jié)血管舒縮。CGRP主要擴張血管，ET主要收縮血管，兩者共同維持血管的舒縮功能平衡[10]。有研究表明，腦缺血再灌注可使血漿中CGRP濃度下降而ET濃度增高，可導致腸黏膜血流障礙，加重缺血性損傷[11]。

1.3 自由基損傷 超氧化物歧化酶(SOD)是體內酶性抗氧化劑中的主要活性物質；丙二醛(MDA)作為體內產生的一種過氧化物，可引起細胞膜結構受損和功能障礙[12]。當腦組織中斷的血供恢復灌注后，胃腸黏膜中MDA濃度顯著升高，而SOD濃度顯著下降，自由基清除與產生失衡[8]。增多的自由基不僅可直接損傷腸內皮細胞，還可通過引起細胞膜結構改變、線粒體功能障礙、細胞內鈣超載等途徑，間接導致腸黏膜細胞受損[13]。

1.4 TXA2與PGI2比例失衡 TXA2是引起體內血管收縮和血小板聚集的活性物質；PGI2作為TXA2的抵抗因子，可舒張血管并使血小板功能受到抑制，進而起到抗凝、抗栓的作用。當腦缺血再灌注時，TXA2與PGI2比例平衡失調，導致胃腸血管收縮痙攣，微循環(huán)障礙逐漸加重，組織缺血缺氧。缺血缺氧還可減少體內PGI2的生成，促進TXA2合成增多，形成惡性循環(huán)，加劇腸損傷的進展。

1.5 TNF-α的作用 TNF-α可作為始動調節(jié)因子參與腦缺血再灌注損傷的進展過程，同時也是腸受損后炎癥反應的始動調節(jié)者[14]。研究發(fā)現，缺血腦組織恢復血流后，腸內TNF-α的含量顯著上升，其不僅可激活中性粒細胞，還可誘導腸黏膜細胞產生凝血活性并表達多種黏附因子，促進兩者之間的黏附、聚集，加重血栓形成[15]；NO合酶(NOS)也可因TNF-α誘導而被激活，從而促進NO合成[16]。過量的內源性NO的產生，可引起細胞內鈣超載及代謝酶功能紊亂，損傷腸組織細胞[17]。

2 肝臟缺血再灌注致腸損傷的機制

近年來，隨著肝移植手術的發(fā)展，人們逐漸意識到，因手術需要而進行的肝門阻斷及開放，不僅會造成肝自身的再灌注損傷，還會引起腸在內的遠隔器官受損，進而影響手術成功率及患者術后生存率。當前，肝缺血再灌注引起腸損傷的原因尚不完全清楚，其機制可能與內毒素刺激、氧自由基生成、炎癥反應、線粒體損傷、鈣超載等因素有關；除此之外，也與中性粒細胞的活化、免疫功能障礙等有關，但具體環(huán)節(jié)仍未明確。

2.1 內毒素刺激 內毒素主要位于革蘭陰性菌細胞壁脂質雙層的外膜上，作用于機體時能引起體溫升高、微循環(huán)受阻甚至造成感染性休克。當肝門血流受到阻斷后，肝臟缺血的同時，也使門脈系統(tǒng)血流受阻，腸黏膜上皮細胞缺血缺氧，腸黏膜淤血水腫，腸蠕動減慢，可導致消化吸收功能降低，腸內細菌活躍[18]。腸內菌群失調，釋放內毒素，導致腺苷酸環(huán)化酶被活化，破壞線粒體及溶酶體內膜，引起細胞功能紊亂與結構破壞。血管活性物質也會受到內毒素的刺激而被激活，誘發(fā)腸微循環(huán)功能障礙，腸黏膜的防御功能減弱，腸受損進一步加重[19]。

2.2 氧自由基生成 小腸組織含有豐富的黃嘌呤氧化酶(XO)和黃嘌呤脫氫酶(XD)。當腸因缺血出現供氧不足、能量生成障礙時，一方面可導致內皮細胞膜泵功能失常，Ca2+內流增多并激活其依賴性蛋白水解酶使XD轉化為XO；另一方面可促使ATP分解并生成次黃嘌呤，導致缺血部位次黃嘌呤聚集。當血流恢復后，氧的輸送和利用迅速增加，次黃嘌呤在XO的作用下被氧化分解，產生大量的活性氧自由基[20]。氧自由基不僅通過激活化學介質引起組織損傷和炎癥反應，還會導致細胞結構改變和功能失常，如蛋白質失活、脂質過氧化及DNA結構與堿基發(fā)生變化，加快腸上皮細胞凋亡[21]。

2.3 炎癥反應 在肝門阻斷再開放后的初始階段，腸內菌群失調而產生大量內毒素隨循環(huán)到達肝臟，肝臟庫普弗細胞可受其激活，導致TNF-α等許多炎癥介質釋放入血，在造成肝損傷的同時，還可隨循環(huán)到達全身，造成遠隔器官損傷[22]。當TNF-α等炎癥因子到達腸后不僅損傷腸上皮細胞，還加速活化白細胞與腸毛細血管內皮細胞的黏附與聚集，造成腸微循環(huán)障礙[15]，而微循環(huán)障礙又可促進腸黏膜細胞炎癥因子釋放，產生炎癥反應的級聯放大作用，加速腸損傷。

2.4 線粒體損傷 線粒體不僅是有氧代謝的主要場所，還是調節(jié)細胞凋亡的細胞器[23]。研究表明[24]，在缺血再灌注過程中產生的自由基、炎癥因子、內毒素等多種有害因素均可作為凋亡因子破壞線粒體的完整性和功能性。凋亡誘導因子(AIF)存在于線粒體內外膜的間隔內，當線粒體受到凋亡因子的刺激后，可將AIF釋放到胞質中。因AIF含有核定位序列，可以從細胞質到達細胞核內，造成遺傳物質破壞，引發(fā)細胞凋亡[25,26]。AIF還可改變線粒體的通透性，加速AIF的釋放，促進細胞凋亡。

2.5 鈣超載 鈣超載指多種因素引發(fā)細胞內的鈣濃度異常增高，致細胞結構與功能受損的現象。實驗發(fā)現，鈣超載在肝缺血再灌注所致腸損害中發(fā)揮著重要作用[27]，其主要機制包括：①鈣超載可刺激線粒體對鈣離子過度吸收，而高濃度的鈣離子可形成鈣鹽沉積，造成能量生成障礙；②細胞中諸多鈣相關降解酶被激活，被活化后的酶可造成細胞內蛋白質、核酸等生物大分子結構與功能受損，促使細胞凋亡；③被激活的酶如黃嘌呤氧化酶等能促進腸內自由基生成，誘發(fā)自由基的腸損傷機制。鈣超載既是缺血再灌注細胞受損的原因，也是缺血再灌注的結果。缺血再灌注產生的自由基及炎癥因子等均可造成腸上皮細胞的屏障作用障礙及線粒體損傷，細胞的結構與功能受損，鈣離子內流增多，從而引發(fā)鈣超載[28]。

3 肢體缺血再灌注致腸損傷的機制

肢體缺血是一種常見的臨床現象，可發(fā)生于斷肢再植、血管損傷修復術及外科手術過程中止血帶長時間應用后等，當缺血肢體恢復血供后，在造成局部肢體損傷的同時，包括小腸在內的多組織器官亦可受到損傷。目前認為其機制主要與自由基生成、中性粒細胞活化、補體激活、細胞凋亡、NO作用減弱等有關。

3.1 自由基生成 當肢體血供下降時，供氧不足，細胞無氧代謝增強，能量產生減少，ATP大量分解，導致次黃嘌呤聚集。當血供恢復后，供氧增加的同時，氧氣可在自身包括黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶等多個氧化通路的作用下，生成大量自由基，自由基隨血循環(huán)到達全身，使遠隔器官受累[20]。研究表明，由于小腸含有的黃嘌呤氧化酶濃度遠遠大于大腸，所以氧自由基對小腸造成的傷害較大腸更嚴重[29]。同時，氧自由基還能造成生物膜損害，引起鈣超載進而促進自由基的生成，加重腸損傷。

3.2 中性粒細胞活化 缺血肢體恢復灌注后，局部因缺血缺氧而產生的炎癥因子如TNF-α、白細胞介素6(IL-6)等在激活血流中的白細胞(主要為中性粒細胞)的同時，亦使遠隔部位的血管內皮細胞受到激活、黏附分子表達增多[30]。當大量具有活性的中性粒細胞隨血循環(huán)到達腸黏膜后，在黏附分子的作用下與內皮細胞黏附并移行到間質，在加劇微循環(huán)障礙的同時，釋放出大量氧自由基和多種蛋白水解酶，造成組織結構受損。而損傷因素又可反過來加劇中性粒細胞的活化與聚集，形成惡性循環(huán)。

3.3 補體激活 補體作為經活化后具有酶活性的一組球蛋白，廣泛存在于人和動物的血清及組織液中。研究表明，肢體缺血可使補體系統(tǒng)激活，而活化的補體可廣泛沉積到毛細血管壁上[31,32]，且C3a、C4a、C5a和C5b-9炎癥效應片段在肢體缺血再灌注所致腸損傷的過程中發(fā)揮著重大作用，其不僅是中性粒細胞的趨化因子，也可通過激活白細胞釋放組胺等多種炎癥介質，介導腸內皮細胞損傷。滅活補體可使包括小腸在內的遠隔器官在缺血再灌注過程中的損傷明顯減輕[31]。

3.4 細胞凋亡 當肢體缺血再灌注后，一方面引起鈣離子/鎂離子介導的內源性核酸內切酶被激活并定位于核小體連接區(qū)，使其斷裂；另一方面由于氧化應激及鈣穩(wěn)態(tài)失衡，使線粒體膜的跨膜電位明顯下降、膜轉換孔開放，引起膜通透性增高，促使凋亡啟動因子(如Cyto-C、AIF和Apaf-1等)釋放至胞質，誘導細胞凋亡，引起腸黏膜的屏障作用受損及功能失調。

3.5 NO作用減弱 在肢體缺血再灌注過程中，NO作用減弱可能也參與了遠隔部位的病理損傷過程。NO通過NO-cGMP通路，調節(jié)血管平滑肌細胞胞質中鈣離子含量，產生舒張血管的效應，進而改善組織血流灌注；內源性的NO還可通過抑制脂質過氧化、清除體內自由基、抑制中性細胞的黏附與聚集等多個途徑，減輕缺血再灌注損傷。有學者研究發(fā)現，當給予L-精氨酸促進NO生成后，可減輕脂質過氧化反應[33]。當給予NOS抑制劑左旋硝基精氨酸甲酯作預處理，則可使小腸組織過氧化程度升高。

4 腎臟缺血再灌注致腸損傷的機制

腎臟作為人體重要的排泄器官之一，還具有調節(jié)和內分泌功能，參與維持人體的日常生理活動[33]。腎臟血供豐富，其動脈由腹主動脈分出，血流量約占心輸出量的四分之一。由于腎血供的特殊性，腎段動脈各分支之間沒有吻合支，故極易缺血受損。研究發(fā)現，腎缺血再灌注損傷時，遠隔器官也可伴有明顯的病理性損傷的發(fā)生[34]，其機制與自由基增多、炎癥反應爆發(fā)、鈣內流增多、細胞凋亡等多種因素有關。當腎小管細胞功能障礙及血管內皮細胞損傷時，自由基的富集可作為炎癥反應的起始誘發(fā)因素[35]，而急性炎癥反應主要涉及中性粒細胞的活化與浸潤，炎癥因子的產生與激活，在損傷腸內皮細胞的同時加重其微循環(huán)障礙，造成功能受損。此外，急性腎損傷的發(fā)生，也使機體對炎癥因子等有害物質的清除能力因腎小球濾過率下降而降低，也促進腸損傷反應的進展。上述諸多因素相互作用，但整體機制復雜，仍需進一步研究。

綜上所述，腸作為體內重要的消化器官，也是缺血再灌注損傷的敏感器官。腦、肝臟、肢體、腎臟等缺血再灌注后，可能通過自由基、炎癥因子、鈣超載等多種因素作用使腸結構與功能受損。作為參與者，腸也可通過內毒素的產生、細菌入血等方式促進體內炎癥反應進展，甚至出現多器官功能障礙。在臨床工作中，當面對某一組織器官缺血再灌注損傷時，應將機體作為一個整體，不僅要對受損器官進行治療，更需加強對其他相關臟器的處理。