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黃貴華紀(jì)云西蔣歷胡躍強(qiáng)
(廣西中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院廣西南寧530023)
【摘要】
缺血再灌注是因組織器官血供中斷或部分中斷后再通所導(dǎo)致的一個(gè)動(dòng)態(tài)病理生理演變過程。依據(jù)病變過程的病理生理特征主要可分為急性期、亞急性期、慢性期。細(xì)胞壞死、凋亡和自噬貫穿于各個(gè)不同病變階段，且因病情輕重、病勢緩急不同而出現(xiàn)不同病變結(jié)局，其中壞死是細(xì)胞直接的終了結(jié)局，凋亡是細(xì)胞死亡的中間過程，而細(xì)胞自噬則關(guān)乎著細(xì)胞的結(jié)局是死亡，還是幸存？因此，對(duì)缺血再灌注過程中細(xì)胞自噬的病理生理機(jī)制的深入研究，對(duì)防治缺血再灌注相關(guān)性疾病有著重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
【關(guān)鍵詞】缺血再灌注，心腦血管疾病，壞死，凋亡，自噬
【中圖分類號(hào)】R361+.2【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【文章編號(hào)】2095-1752（2012）02-0110-02
缺血/再灌注(ischemia reperfusion，I/R)是心跳驟停、休克、急性血管梗阻再通等復(fù)蘇后常見的病理過程。依據(jù)其病理生理過程可分為3個(gè)時(shí)期：從血管事件發(fā)生開始，數(shù)小時(shí)內(nèi)稱作急性期；數(shù)小時(shí)至數(shù)天稱作亞急性期；數(shù)天至數(shù)月稱作慢性期。缺血/再灌注后會(huì)引發(fā)一系列的損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)，目前認(rèn)為，其病理生理機(jī)制主要包括：
①血管內(nèi)皮功能損害、NO代謝障礙、血管舒張活性減弱；
②血小板聚集與微血栓形成；
③線粒體膜電位崩解、線粒體滲透性轉(zhuǎn)換(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)開放導(dǎo)致線粒體功能損傷，ATP生成急劇減少；ATP生成減少激活脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致活性氧簇(reactive oxygenspecies，ROS)過量生成；
④細(xì)胞內(nèi)鈣超載，細(xì)胞內(nèi)鈉離子急劇增加，缺血期細(xì)胞pH下降/再灌注早期pH迅速得到糾正導(dǎo)致的離子堆積；
⑤補(bǔ)體激活，Toll樣受體表達(dá)；中性粒細(xì)胞積聚；T細(xì)胞/巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答損傷與修復(fù)，以及隨之產(chǎn)生的蛋白酶激活、基因表達(dá)的改變等，激活細(xì)胞炎癥、自噬、凋亡，導(dǎo)致細(xì)胞壞死，加重組織器官損傷、危及患者生命。
一、ATP減少與炎癥反應(yīng)是缺血再灌注缺血期的關(guān)鍵病理環(huán)節(jié)
在急性期，由于血流量減低、血液流變學(xué)和代謝改變，出現(xiàn)微血管收縮不協(xié)調(diào)，組織細(xì)胞迅速缺血缺氧。再灌注后，過氧化氫、羥自由基，特別是超氧陰離子等ROS釋放引起的脂質(zhì)過氧化損害對(duì)此期病理過程起關(guān)鍵作用。在腦缺血期間，腦細(xì)胞中的線粒體被大量破壞，不能有效利用有氧代謝產(chǎn)生ATP，血液再灌注所帶入的氧，除了供細(xì)胞氧化供能外，也生成更多的ROS。此外，再灌注帶入的Ca2+、Fe3+等也重新觸發(fā)了自由基連鎖反應(yīng)，機(jī)體內(nèi)源性清除ROS的酶被大量耗竭，ROS產(chǎn)生/清除嚴(yán)重失控，使得再灌注區(qū)域神經(jīng)-血管單位氧化應(yīng)激增強(qiáng)，終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
在亞急性期，炎癥基因激活，產(chǎn)生白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF)、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)等炎癥介質(zhì)，并且這些炎癥介質(zhì)誘導(dǎo)黏附分子表達(dá)，如細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)，促進(jìn)中性粒細(xì)胞貼壁和跨膜遷移，使其更易穿過血管壁到達(dá)梗死組織，從而破壞了血管內(nèi)皮的完整性，促進(jìn)了白細(xì)胞浸潤。此外，浸潤的白細(xì)胞還釋放細(xì)胞因子和趨化因子。在腦缺血再灌注中，這些炎癥介質(zhì)具有促進(jìn)白細(xì)胞浸潤、破壞血腦屏障以及減緩腦缺血與興奮性毒素?fù)p傷的雙重作用。小膠質(zhì)細(xì)胞主要通過觸發(fā)浸潤中性粒細(xì)胞的凋亡、吞噬并溶解中性粒細(xì)胞、減少興奮性毒素釋放，而保護(hù)受損腦組織。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞還可產(chǎn)生神經(jīng)生長素、成纖維細(xì)胞生長因子等神經(jīng)營養(yǎng)因子及長因子，參與神經(jīng)元的存活和受損腦組織的修復(fù)。
二、凋亡、壞死是缺血再灌注組織細(xì)胞失代償?shù)牟±斫Y(jié)局
在缺血再灌注的慢性期，內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡相關(guān)基因及血管生成因子基因受到誘導(dǎo)。細(xì)胞程序化死亡由IL-1β、TNF-α、超氧化物等與細(xì)胞表面受體結(jié)合觸發(fā)。作為對(duì)這些刺激物的應(yīng)答，凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)激活，反應(yīng)包括蛋白水解酶caspase和其他蛋白Bcl2-bax、Trp53以及抗凋亡酶Bcl2，凋亡抑制蛋白Iap等激活。
再灌注期間產(chǎn)生的ROS是引起細(xì)胞凋亡、壞死的主要因素：
①細(xì)胞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的過氧化，細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生不可逆改變，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡、壞死；
②ROS促使花生四烯酸單向轉(zhuǎn)化為血栓烷A2，誘導(dǎo)再灌注區(qū)血管栓塞，梗死面積擴(kuò)大，加重組織細(xì)胞損傷；
③ROS損傷內(nèi)皮細(xì)胞，增加血管通透性；
④ROS促使興奮性氨基酸釋放增加，導(dǎo)致細(xì)胞損傷；
⑤ROS刺激細(xì)胞因子和粘附分子表達(dá)，介導(dǎo)炎癥和免疫反應(yīng)，加重組織再灌注損傷；
⑥ROS破壞線粒體氧化磷酸化反應(yīng)，促使線粒體細(xì)胞色素c釋放，引發(fā)caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。
此外，超氧陰離子和NO反應(yīng)生成氧亞硝酸鹽，引起進(jìn)一步的組織損傷，并且作為I/R亞急性期、慢性期中重要的信號(hào)分子觸發(fā)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡。
三、自噬是缺血再灌注組織細(xì)胞存亡的關(guān)鍵因素
作為進(jìn)化過程中一個(gè)保守的胞內(nèi)異化系統(tǒng)，自噬在細(xì)胞發(fā)育、細(xì)胞免疫、組織重塑及對(duì)環(huán)境適應(yīng)方面有十分重要作用。細(xì)胞處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)自噬可以顯著增強(qiáng)，比如饑餓、氧化應(yīng)激等，線粒體的破壞，可使自噬增強(qiáng)。
再灌注期的氧化應(yīng)激導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換和線粒體損傷，能夠促進(jìn)營養(yǎng)缺乏狀態(tài)下自噬體的形成。Lum等研究認(rèn)為，各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)AT水平的下降均可誘發(fā)自噬，從而保證細(xì)胞能量代謝的穩(wěn)定，利于細(xì)胞生存，但是過于嚴(yán)重和時(shí)間過長的“饑餓”狀態(tài)反而抑制自噬。近期研究顯示心肌缺血再灌注中也存在自噬現(xiàn)象，盡管其確切作用不甚清楚，可能是清除受損細(xì)胞及細(xì)胞器，或者是加速細(xì)胞凋亡。
缺血再灌注導(dǎo)致的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在自噬調(diào)節(jié)中起一定作用。由于缺血缺氧、葡萄糖或營養(yǎng)物質(zhì)缺乏、脂質(zhì)過度負(fù)荷等均可破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)，出現(xiàn)錯(cuò)誤折疊與未折疊蛋白在腔內(nèi)聚集以及Ca2+平衡紊的狀態(tài)，稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulumstress，ERS)。Yorimitsm等發(fā)現(xiàn)用衣霉素造成干酵母內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以誘導(dǎo)自噬。Ogata等通過敲出MEF細(xì)胞Atg5(1種自噬基因)發(fā)現(xiàn)相對(duì)于正常MEF細(xì)胞而言，它更容易受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的損傷，這說明自噬對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有保護(hù)作用。Hamasaki等也觀察到在自噬泡內(nèi)有碎裂的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，這些都表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和自噬泡的形成有直接的聯(lián)系。研究表明缺血再灌注的腦損傷后發(fā)自噬、凋亡和壞死。許多研究將自噬和凋亡的標(biāo)記物共同標(biāo)記在同一神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞上，發(fā)現(xiàn)自噬與凋亡同時(shí)存在，但腦損傷后不同時(shí)間內(nèi)，自噬與凋亡陽性細(xì)胞數(shù)是不同的，傷后短時(shí)間以自噬為主，隨時(shí)間延長則以凋亡為主；推測自噬在腦損傷后短時(shí)間內(nèi)起神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用；隨時(shí)間延長則可能誘導(dǎo)凋亡，使細(xì)胞趨向壞死。
總之，缺血/再灌注損傷的病理生理關(guān)鍵是血供中斷或部分中斷導(dǎo)致的組織細(xì)胞缺血缺氧。由于組織細(xì)胞缺血缺氧，其一，面對(duì)急劇的能量缺失，部分細(xì)胞直接壞死；其二，組織細(xì)胞啟動(dòng)氧化應(yīng)激、脂質(zhì)過氧化能量代謝的代償性供能，彌補(bǔ)細(xì)胞ATP的缺乏，促進(jìn)細(xì)胞度過難關(guān)，但又導(dǎo)致了病理性代謝產(chǎn)物堆積；其三，組織細(xì)胞在相對(duì)能量不足情況下，機(jī)體啟動(dòng)了細(xì)胞凋亡程序，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，以減輕組織細(xì)胞的炎癥損傷，其本身就是機(jī)體自我保護(hù)的代償性反應(yīng)；其四，組織細(xì)胞一旦缺血缺氧，立即啟動(dòng)細(xì)胞自噬程序，一方面，通過將細(xì)胞內(nèi)部分衰老的亞細(xì)胞成分、長壽命蛋白、錯(cuò)誤折疊蛋白自我消化，產(chǎn)生ATP、氨基酸等功能；另一方面，通過啟動(dòng)細(xì)胞自噬，將細(xì)胞微環(huán)境積聚的病理產(chǎn)物進(jìn)行吞噬，分解代謝以做部分供能維持細(xì)胞的正常生命活動(dòng)。而且細(xì)胞壞死、凋亡和自噬貫穿于各個(gè)不同病變階段，且因病情輕重、病勢緩急的不同而出現(xiàn)不同病變結(jié)局，其中壞死是細(xì)胞直接的終了結(jié)局，凋亡是細(xì)胞死亡的中間過程，而細(xì)胞自噬則關(guān)乎著細(xì)胞的結(jié)局是死亡、還是幸存，而且三者之間相互制約、相互影響。
四、展望
自噬作為細(xì)胞內(nèi)一種古老的降解/再循環(huán)方式，其作用及機(jī)制遠(yuǎn)未完全了解。目前研究顯示，自噬就如一把“雙刃劍”，既可以起內(nèi)源性保護(hù)作用，又可起內(nèi)源性損傷作用。加強(qiáng)自噬作用的研究，探索自噬作用的發(fā)生、發(fā)展及其調(diào)節(jié)因素、調(diào)節(jié)通路；掌握自噬作用與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死的相互關(guān)系，進(jìn)一步闡明自噬在疾病過程中的病理生理機(jī)制，為發(fā)現(xiàn)相關(guān)疾病新的靶點(diǎn)提供思路。因此，自噬與疾病關(guān)系的研究已經(jīng)成為一個(gè)新的熱點(diǎn)，缺血/再灌注(I/R)損傷，在血運(yùn)重建的同時(shí)，如何發(fā)揮細(xì)胞自噬的內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制，抑制有害的自噬，將有待于深入研究。