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黃貴華紀(jì)云西蔣歷胡躍強
(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)致的一個動態(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。細胞壞死、凋亡和自噬貫穿于各個不同病變階段，且因病情輕重、病勢緩急不同而出現(xiàn)不同病變結(jié)局，其中壞死是細胞直接的終了結(jié)局，凋亡是細胞死亡的中間過程，而細胞自噬則關(guān)乎著細胞的結(jié)局是死亡，還是幸存？因此，對缺血再灌注過程中細胞自噬的病理生理機制的深入研究，對防治缺血再灌注相關(guān)性疾病有著重要的理論價值和實際意義。
【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】R361+.2【文獻標(biāo)識碼】A
【文章編號】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個時期：從血管事件發(fā)生開始，數(shù)小時內(nèi)稱作急性期；數(shù)小時至數(shù)天稱作亞急性期；數(shù)天至數(shù)月稱作慢性期。缺血/再灌注后會引發(fā)一系列的損傷級聯(lián)反應(yīng)，目前認為，其病理生理機制主要包括：
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細胞內(nèi)鈣超載，細胞內(nèi)鈉離子急劇增加，缺血期細胞pH下降/再灌注早期pH迅速得到糾正導(dǎo)致的離子堆積；
⑤補體激活，Toll樣受體表達；中性粒細胞積聚；T細胞/巨噬細胞介導(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、基因表達的改變等，激活細胞炎癥、自噬、凋亡，導(dǎo)致細胞壞死，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)過氧化損害對此期病理過程起關(guān)鍵作用。在腦缺血期間，腦細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，終導(dǎo)致細胞死亡。
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，如細胞間黏附分子-1(ICAM-1)，促進中性粒細胞貼壁和跨膜遷移，使其更易穿過血管壁到達梗死組織，從而破壞了血管內(nèi)皮的完整性，促進了白細胞浸潤。此外，浸潤的白細胞還釋放細胞因子和趨化因子。在腦缺血再灌注中，這些炎癥介質(zhì)具有促進白細胞浸潤、破壞血腦屏障以及減緩腦缺血與興奮性毒素損傷的雙重作用。小膠質(zhì)細胞主要通過觸發(fā)浸潤中性粒細胞的凋亡、吞噬并溶解中性粒細胞、減少興奮性毒素釋放，而保護受損腦組織。此外，小膠質(zhì)細胞還可產(chǎn)生神經(jīng)生長素、成纖維細胞生長因子等神經(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胞失代償?shù)牟±斫Y(jié)局
在缺血再灌注的慢性期，內(nèi)皮細胞的凋亡相關(guān)基因及血管生成因子基因受到誘導(dǎo)。細胞程序化死亡由IL-1β、TNF-α、超氧化物等與細胞表面受體結(jié)合觸發(fā)。作為對這些刺激物的應(yīng)答，凋亡級聯(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是引起細胞凋亡、壞死的主要因素：
①細胞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的過氧化，細胞結(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，梗死面積擴大，加重組織細胞損傷；
③ROS損傷內(nèi)皮細胞，增加血管通透性；
④ROS促使興奮性氨基酸釋放增加，導(dǎo)致細胞損傷；
⑤ROS刺激細胞因子和粘附分子表達，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)，促使線粒體細胞色素c釋放，引發(fā)caspase級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細胞凋亡。
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分子觸發(fā)炎癥反應(yīng)和細胞凋亡。
三、自噬是缺血再灌注組織細胞存亡的關(guān)鍵因素
作為進化過程中一個保守的胞內(nèi)異化系統(tǒng)，自噬在細胞發(fā)育、細胞免疫、組織重塑及對環(huán)境適應(yīng)方面有十分重要作用。細胞處于應(yīng)激狀態(tài)時自噬可以顯著增強，比如饑餓、氧化應(yīng)激等，線粒體的破壞，可使自噬增強。
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，能夠促進營養(yǎng)缺乏狀態(tài)下自噬體的形成。Lum等研究認為，各種原因引起的細胞內(nèi)AT水平的下降均可誘發(fā)自噬，從而保證細胞能量代謝的穩(wěn)定，利于細胞生存，但是過于嚴(yán)重和時間過長的“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，可能是清除受損細胞及細胞器，或者是加速細胞凋亡。
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)過度負荷等均可破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)，出現(xiàn)錯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細胞Atg5(1種自噬基因)發(fā)現(xiàn)相對于正常MEF細胞而言，它更容易受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的損傷，這說明自噬對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有保護作用。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)細胞上，發(fā)現(xiàn)自噬與凋亡同時存在，但腦損傷后不同時間內(nèi)，自噬與凋亡陽性細胞數(shù)是不同的，傷后短時間以自噬為主，隨時間延長則以凋亡為主；推測自噬在腦損傷后短時間內(nèi)起神經(jīng)細胞保護作用；隨時間延長則可能誘導(dǎo)凋亡，使細胞趨向壞死。
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)致的組織細胞缺血缺氧。由于組織細胞缺血缺氧，其一，面對急劇的能量缺失，部分細胞直接壞死；其二，組織細胞啟動氧化應(yīng)激、脂質(zhì)過氧化能量代謝的代償性供能，彌補細胞ATP的缺乏，促進細胞度過難關(guān)，但又導(dǎo)致了病理性代謝產(chǎn)物堆積；其三，組織細胞在相對能量不足情況下，機體啟動了細胞凋亡程序，誘導(dǎo)細胞凋亡，以減輕組織細胞的炎癥損傷，其本身就是機體自我保護的代償性反應(yīng)；其四，組織細胞一旦缺血缺氧，立即啟動細胞自噬程序，一方面，通過將細胞內(nèi)部分衰老的亞細胞成分、長壽命蛋白、錯誤折疊蛋白自我消化，產(chǎn)生ATP、氨基酸等功能；另一方面，通過啟動細胞自噬，將細胞微環(huán)境積聚的病理產(chǎn)物進行吞噬，分解代謝以做部分供能維持細胞的正常生命活動。而且細胞壞死、凋亡和自噬貫穿于各個不同病變階段，且因病情輕重、病勢緩急的不同而出現(xiàn)不同病變結(jié)局，其中壞死是細胞直接的終了結(jié)局，凋亡是細胞死亡的中間過程，而細胞自噬則關(guān)乎著細胞的結(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
自噬作為細胞內(nèi)一種古老的降解/再循環(huán)方式，其作用及機制遠未完全了解。目前研究顯示，自噬就如一把“雙刃劍”，既可以起內(nèi)源性保護作用，又可起內(nèi)源性損傷作用。加強自噬作用的研究，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；掌握自噬作用與細胞凋亡、細胞壞死的相互關(guān)系，進一步闡明自噬在疾病過程中的病理生理機制，為發(fā)現(xiàn)相關(guān)疾病新的靶點提供思路。因此，自噬與疾病關(guān)系的研究已經(jīng)成為一個新的熱點，缺血/再灌注(I/R)損傷，在血運重建的同時，如何發(fā)揮細胞自噬的內(nèi)源性保護機制，抑制有害的自噬，將有待于深入研究。