異丙酚對缺血-再灌注損傷細胞凋亡的影響

張麗峰 呂艷霞

異丙酚對缺血-再灌注損傷細胞凋亡的影響

張麗峰 呂艷霞

異丙酚;再灌注損傷;細胞凋亡

細胞凋亡(apoptosis)即程序性細胞死亡，由Kerr等［1］1972年首次提出，是指細胞在一定生理或病理條件下，遵循自身程序自己結束其生命的主動死亡方式。細胞凋亡在維持體內穩(wěn)態(tài)平衡、機體防御，以及缺血-再灌注損傷的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。異丙酚是一種新型靜脈麻醉藥物，除具有麻醉鎮(zhèn)靜作用外，尚有較強的抗氧化能力和抑制細胞凋亡作用，可減輕心、腦、肺、肝等的缺血-再灌注損傷。本文就異丙酚對缺血-再灌注損傷細胞凋亡影響的研究進展做一綜述。

1 缺血-再灌注損傷細胞凋亡發(fā)生機制

缺血-再灌注損傷是一種常見的臨床病理生理過程，如器官移植、斷肢再植、心肌梗死以及失血性休克搶救成功后，但其發(fā)生的確切機制目前尚不明確。近期研究發(fā)現，在心、腦等器官缺血-再灌注損傷中均有細胞凋亡［2，3］，細胞凋亡可能在缺血-再灌注損傷的病理過程中起重要作用［4］。

1.1 氧自由基(oxygen free radical，OFR) 缺血-再灌注時黃嘌呤氧化酶生成增多、補體活化、核轉錄因子(NF-κB)激活和兒茶酚胺類物質自動氧化等可誘導產生大量OFR，OFR可:(1)產生脂質過氧化作用于細胞質膜，引起膜結構、離子傳遞和酶活性的改變，激活促凋亡基因，導致細胞凋亡［5］;(2)引起線粒體結構和功能受損，使其膜電位下降、呼吸鏈解耦聯、促進細胞色素C和其他促凋亡因子釋放，而細胞色素C、凋亡蛋白活化因子(Apaf-1)和caspase-9形成復合物，激活caspase-3，啟動內在的細胞凋亡級聯反應［6］;(3)攻擊具有酶活性的蛋白質，使其功能喪失，而導致細胞凋亡;(4)直接損傷DNA，造成染色體畸變，核酸堿基改變和DNA斷裂，致細胞凋亡;(5)影響核基因轉錄，改變細胞表型特征，誘導細胞凋亡［5］。

1.2 鈣超載 缺血-再灌注細胞內產生過量OFR可直接損傷細胞膜，致膜通透性增加，鈣離子內流，發(fā)生細胞內鈣超載引發(fā)細胞凋亡，其機制可能為:超載的鈣可(1)激活鈣離子依賴性蛋白酶，后者可催化黃嘌呤脫氫酶(XDH)轉化為黃嘌呤氧化酶(XOD)，而XOD在有氧條件下促進次黃嘌呤分解為尿酸的同時產生大量OFR，進一步導致細胞凋亡;(2)使線粒體選擇性通透能力喪失，出現線粒體通透性轉錄而引起細胞凋亡;(3)直接激活鈣離子依賴性核酸內切酶，使雙鏈DNA在核小體Linker部位裂解，形成DNA分塊而引發(fā)凋亡;(4)激活蛋白激酶C(PKC)，令其轉移到細胞膜，使G-蛋白磷酸化，胞內cAMP增加，導致細胞凋亡;另外PKC激活尚可引起原癌基因c-myc、cfos、c-jun的表達而引發(fā)細胞凋亡;(5)激活谷氨酰胺轉移酶，催化細胞內肽鏈間的酰基轉移，在肽鏈間形成共價鍵，使細胞骨架蛋白分子間發(fā)生廣泛交聯，利于凋亡小體形成;(6)激活核轉錄因子，加速細胞凋亡相關基因的轉錄。

1.3 線粒體 線粒體在缺血-再灌注損傷引發(fā)細胞凋亡過程中起重要作用。缺血-再灌注不僅使線粒體膜通透性增強，而且尚破壞內膜各復合物電子傳遞作用，使大量小分子物質進入內膜，引起線粒體基質腫脹，從而影響呼吸鏈功能，使氧化磷酸化中斷，三磷酸腺苷(ATP)合成減少，導致細胞凋亡［7］。

1.4 一氧化氮(NO) 目前NO在缺血-再灌注損傷中的作用尚有爭議，其對細胞凋亡的作用也具有兩面性。持續(xù)長久的NO產生可通過活化caspase蛋白酶家族，引起細胞色素C釋放入胞漿、P53表達上調、JNK/SAPK活化和凋亡相關蛋白(如bcl-2)表達改變，從而充當促凋亡的調控劑。然而，生理水平或更低水平的NO可拮抗某些誘導凋亡因素的作用而抑制細胞凋亡，其機制主要是NO上調熱休克蛋白(HSP)和bcl-2等抗凋亡基因蛋白的表達、抑制促凋亡蛋白caspase的作用［8］。

1.5 細胞因子 缺血-再灌注過程可產生大量的細胞因子，如TNF-α、NF-κB等對細胞凋亡也有一定的影響。TNF-α屬于腫瘤壞死因子家族，正常情況下體內產生少量TNF-α有助于機體清除有害物質和癌變細胞，但將TNF-α直接注射到活體肝臟內，有凋亡典型的DNA梯帶出現，提示TNF-α可誘導細胞凋亡，其機制可能是TNF-α與細胞表面?zhèn)鬟f死亡信號的受體TNFR結合后，通過蛋白酶途徑激活ICE-ced-3家族蛋白酶級聯反應而引起細胞凋亡，同時TNF-α所致的OFR、細胞因子的釋放，也可導致細胞凋亡。NF-κB是Rel蛋白家族成員，其與細胞凋亡的關系尚未明確，缺血-再灌注期間它可被細胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-17 激活，通過抑制 caspase-8 而抗細胞凋亡［9］，也可抑制TNF-α介導的凋亡。但Brambilla等［10］報道，抑制脊髓神經元NF-κB表達可減少神經元凋亡。

2 異丙酚對缺血-再灌注損傷細胞凋亡的影響

2.1 異丙酚抑制缺血-再灌注損傷細胞凋亡 異丙酚不僅可抑制缺血-再灌注后大鼠海馬區(qū)CA1錐體細胞和脊髓神經元的凋亡，減輕遲發(fā)性神經元死亡［11，12］，而且能通過抑制線粒體通選轉運孔的開放減輕心肌缺血-再灌注損傷和細胞凋亡［13］，并且在維持心肌收縮力的基礎上能明顯降低多巴胺導致的細胞凋亡［2］。林群等［14］通過建立大鼠肝臟缺血-再灌注損傷模型，發(fā)現異丙酚可明顯減少再灌注后肝竇內皮細胞凋亡。因此，異丙酚可抑制缺血-再灌注心、腦、肝、脊髓等器官的細胞凋亡。

2.2 異丙酚抑制缺血-再灌注損傷細胞凋亡的機制

2.2.1 直接調節(jié)凋亡相關基因和蛋白的表達:①上調Bcl-2的表達:戚思華等［15］將異丙酚直接注射至腦室內，使異丙酚不通過血腦屏障直接到達缺血-再灌注的海馬組織，結果異丙酚組海馬CA1區(qū)Bcl-2陽性細胞數和Bcl-2 mRNA含量明顯高于缺血-再灌注組，說明異丙酚通過上調Bcl-2表達抑制細胞凋亡。馮春生等［16］于缺血前10 min腹腔注射異丙酚100 mg/kg，可明顯增加大鼠局灶性腦缺血-再灌注后缺血側大腦皮層 Bcl-2 mRNA的表達量，從而抑制神經組織細胞凋亡。②下調Bax的表達:Engelhard等［17］通過建立鼠大腦缺血-再灌注模型，觀察不同麻醉藥對凋亡調控蛋白表達的影響，結果發(fā)現靜脈持續(xù)輸注異丙酚0.8～1.0 mg·kg-1·min-1組促凋亡蛋白Bax的濃度明顯低于缺血-再灌注組，說明異丙酚可通過下調Bax的表達來抑制細胞凋亡。③抑制caspase蛋白水解酶家族的表達:caspase-3是凋亡途徑下游進行底物酶解的關鍵蛋白酶，是凋亡效應分子和執(zhí)行者。在大鼠腸缺血-再灌注模型組中的各時間點caspase-3的表達明顯高于對照組，而應用異丙酚后各時間點caspase-3的表達明顯低于模型組，且caspase-3陽性表達與凋亡染色結果一致，提示異丙酚可抑制caspase-3表達，而抑制腸上皮細胞凋亡，減輕腸缺血-再灌注損傷［18］。另外，異丙酚可通過抑制caspase-12介導的caspase級聯反應，減少缺血/再灌注損傷所致的心肌細胞凋亡［19］。

2.2.2 通過其他途徑間接抑制缺血-再灌注導致的細胞凋亡:①抗氧化作用:異丙酚不僅通過抑制線粒體呼吸活動、降低細胞氧代謝率、減輕缺氧時乳酸堆積、抑制血紅蛋白和肌紅蛋白氧化還原反應等途徑而抑制OFR的產生，而且通過與OFR直接發(fā)生反應、生成2，6-二異丙基苯氧基團而清除已產生的OFR，并通過干擾脂質過氧化奪氫過程而中斷脂質過氧化的鏈式反應，發(fā)揮其強大的抗氧化作用。異丙酚抑制缺血-再灌注后在體肝肝竇內皮細胞凋亡的機制亦正是異丙酚具有較強的抗氧化能力［14］。②調節(jié)鈣離子平衡:異丙酚可作用于L型鈣通道上的二氫吡啶結合位點而阻止此通道的Ca2+內流;清除OFR，穩(wěn)定細胞膜和保護線粒體功能，從而抑制鈣超載;促進受體磷酸化，恢復再灌注細胞肌漿網鈣泵活性，降低細胞內Ca2+濃度。心肌缺血后應用異丙酚能明顯降低由多巴胺導致的細胞凋亡，其機制之一為異丙酚能抑制缺血后鈣超載［2］。③抑制NF-κB的激活:羅風芹等［12］研究發(fā)現:大鼠脊髓缺血-再灌注后24 h缺血神經元NF-κBP65亞單位的表達和脊髓神經元凋亡顯著增加，而給予異丙酚處理后NF-κBP65亞單位的表達和脊髓神經元的凋亡均顯著減少，提示異丙酚可抑制NF-κB的激活而減輕神經元凋亡。另外，異丙酚可通過抑制NF-κB的激活而抑制腦缺血-再灌注后神經組織細胞凋亡［17］。

綜上所述，細胞凋亡在缺血-再灌注損傷過程中起重要作用，其發(fā)生機制是一個多因素過程，異丙酚可明顯減輕缺血-再灌注損傷導致的細胞凋亡，因此，其勢必會為臨床防治缺血-再灌注損傷提供重要參考。

1 Kerr JF，Wyllie AH，Currie AR.Apoptosis:a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics.Br J Cance，1972，26:239-257.

2 Roy N，Friehs I，Cowan DB，et al.Dopamine induces postischemic cardiomyocyte apoptosis in vivo:an effect ameliorated by propofol.Ann Thorac Surg，2006，82:2192-2199.

3 Engelhard K，Werner C，Eberspacher E，et al.Influence of propofol on neuronal damage and apoptotic factors after incomplete cerebral ischemia and reperfusion in rats:a long-term observation.Anesthesiology，2004，101:912-917.

4 Quireze C，Montero EF，Leit-o RM，et al.Ischemic preconditioning prevents apoptotic cell death and necrosis in early and intermediate phases of liver ischemia-reperfusion injury in rats.J Invest Surg，2006，19:229-236.

5 Curtin JF，Donovan M，Cotter TG.Regulation and measurement of oxidative stress in apoptosis.J Immunol Method，2002，265:49-72.

6 Gateau Roesch O，Argaud L，Ovize M.Mitochondrial permeability transition pore and postconditioning.Cardiovasc Res，2006，70:264-273.

7 顏學軍，陳群.細胞凋亡的線粒體機制.國外醫(yī)學麻醉學與復蘇分冊，2001，22:181-185.

8 常衛(wèi)紅，曹雪濤.一氧化氮與細胞凋亡的調控.癌癥雜志，2001，20:998.

9 Wang CY，Mayo MW，Korneluk RG，et al.NF-κB antiapoptosis:induction of TRAF1 and TRAF2 and c-IPA1 and IPA2 to suppress caspase-8 activation.Science，1998，281:1680.

10 Brambilla R，Bracchi-Ricard V，Hu WH，et al.Inhibition of astroglial nuclear factor kappaB reduces inflammation and improves functional recovery after spinal cord injury.J Exp Med，2005，202:145-156.

11 Kodaka M，Mori T，Tanaka K，et al.Depressive effects of propofol on apoptotic injury and delayed neuronal death after forebrain ischemia in the rat comparision with nitrous oxideoxygen-isoflurane.Masui，2000，49:130-138.

12 羅風芹，周青山，劉先義，等.大鼠脊髓缺血-再灌注損傷后NF-κB的表達及異丙酚的影響.卒中與神經疾病，2005，12:14-16.

13 Javadov SA，Lim KH，Kerr PM，et al.Protection of heart from reperfusion injury by propofol is associated with inhibition of the mitochondrial permeability transition.Cardiovasc Res，2000，45:360-369.

14 林群，雷立華，楊錫馨，等.大鼠肝缺血/再灌注后肝細胞凋亡的評價及異丙酚對細胞凋亡的影響.中華麻醉學雜志，2003，23:592-595.

15 戚思華，韓寶慶，李文志，等.異丙酚對大鼠前腦缺血/再灌注后海馬Bcl-2表達的影響.國際麻醉學與復蘇雜志，2006，27:193-196.

16 馮春生，麻海春，岳云，等.異丙酚對大鼠局灶性腦缺血-再灌注時NF-κB活化和Bcl-2、Caspase-3基因表達的影響.中華麻醉學雜志，2006，26:456-459.

17 Engelhard K，Werner C，Eberspcher E，et al.Sevoflurane and propofol influence the expression of apoptosis-regulating proteins after cerebral ischaemia and reperfusion in rats.Eur J Anaesthesiol，2004，21:530-537.

18 孫宏穎，陳序.異丙酚生物學作用研究進展.中國全科醫(yī)學，2008，11:1308-1309.

19 董振明，任建軍.異丙酚對兔缺血/再灌注損傷心肌半胱天冬酶-12的影響.河北醫(yī)藥，2006，28:453-455.

R 977.9

【文章編號】 1002-7386(2009)03-0353-02

項目來源:河北省科學技術研究與發(fā)展計劃資助項目(編號:052761010-41)

050051 石家莊市，河北醫(yī)大第三醫(yī)院麻醉科(張麗峰現工作單位為山東省即黑市人民醫(yī)院麻醉科)

呂艷霞，050051 河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院;E-mail:lyx64@163.com

2009-08-18)