小腸移植缺血再灌注損傷的防治策略

鄒小明 李曉林

小腸移植在各種器官移植中起步最早，成功最晚，也是難度最大的一種器官移植。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的臨床探索，小腸移植在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成為治療終末期腸功能衰竭最有效的方法[1]。但在我國(guó)小腸移植例數(shù)少，效果也不理想[2]。影響小腸移植效果的原因，除了感染和排斥這兩大難題之外，另一個(gè)重要原因是小腸對(duì)缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury，I/R)最為敏感。目前應(yīng)用的UW等保存液對(duì)小腸的保存效果遠(yuǎn)不如肝和腎的保存效果，小腸的有效保存時(shí)間明顯短于肝、腎、胰腺等器官[3]。加上小腸移植手術(shù)的冷保存時(shí)間較長(zhǎng)，因此移植后I/R明顯嚴(yán)重影響移植物功能的恢復(fù)。

研究表明，I/R對(duì)小腸移植的損害主要有以下3點(diǎn)：(1)直接造成腸黏膜結(jié)構(gòu)破壞，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力下降；(2)腸黏膜屏障受損，腸壁通透性增強(qiáng)，腸道細(xì)菌移位至肝臟、脾臟等腸外器官，可導(dǎo)致多器官功能不全[4]；(3)再灌注損傷可使腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生過(guò)氧化物、炎癥性細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致全身性炎癥反應(yīng)，加重多器官功能不全[5]。如果I/R嚴(yán)重，即使手術(shù)成功，也會(huì)因移植小腸功能恢復(fù)不良導(dǎo)致移植失敗[6]。此外，I/R作為一種非特異性損傷,可以提高移植物免疫原性，加重急慢性排斥反應(yīng),從而影響移植物的存活和功能。

針對(duì)小腸I/R的可能機(jī)制，進(jìn)行了許多相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。多種治療方法已經(jīng)成功應(yīng)用在小腸I/R動(dòng)物模型上[7]?，F(xiàn)將抗小腸I/R策略的進(jìn)展介紹如下：

一、缺血預(yù)處理

小腸IPC研究始于1996年。此后的研究也證實(shí)了缺血預(yù)處理(ischemic-preconditioning，IPC)對(duì)小腸的保護(hù)作用。夾閉腸系膜上動(dòng)脈5～20 min，恢復(fù)血流5～15 min后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。不同學(xué)者對(duì)最佳I/R的結(jié)論不一致。有共識(shí)的是，一個(gè)以上的缺血和再灌注循環(huán)是達(dá)到保護(hù)作用所必需的。但長(zhǎng)時(shí)間的IPC無(wú)保護(hù)效應(yīng)(30 min/15 min)。目前理想的IPC模型(包括缺血時(shí)間以及循環(huán)次數(shù))尚未建立。

IPC對(duì)小腸的保護(hù)效果分為兩個(gè)階段：(1)早期預(yù)適應(yīng)(early preconditioning)，短暫缺血后立即出現(xiàn)，持續(xù)2～3 h；(2)晚期預(yù)適應(yīng)(late preconditioning)，短暫缺血后的12～24 h出現(xiàn)，持續(xù)3～4天。早期預(yù)適應(yīng)涉及到特異細(xì)胞功能的直接調(diào)節(jié)，晚期預(yù)適應(yīng)與多種應(yīng)激基因激活導(dǎo)致蛋白合成有關(guān)。

小腸IPC的作用機(jī)制目前尚不清楚。IPC的可能相關(guān)機(jī)制包括：(1)抑制凋亡；(2)減輕脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)；(3)保護(hù)腸黏膜屏障；(4)內(nèi)源性物質(zhì)信號(hào)傳導(dǎo)途徑；包括一氧化氮(NO)途徑、腺苷途徑、蛋白激酶途徑、血紅素氧合酶-1(HO-1)途徑等[5]。改善能量代謝、抗氧化應(yīng)激和抑制凋亡在IPC的小腸保護(hù)機(jī)制中發(fā)揮了重要作用[8-9]。

近年來(lái)，藥物預(yù)適應(yīng)(Pharmacological preconditioning)被認(rèn)為是一種有前景的方法。在保護(hù)心肌I/R方面取得了良好的效果。即用藥物模擬小腸IPC的效應(yīng)，目前初步呈現(xiàn)出有效性[10]。有學(xué)者在腸缺血48小時(shí)前靜脈注射阿霉素，發(fā)現(xiàn)其可顯著減輕小腸I/R導(dǎo)致的肺損傷[11]，提示藥物誘導(dǎo)IPC在減輕I/R方面具有可行性。

也有缺血后處理(Ischemia postconditioning)的方法，即在長(zhǎng)時(shí)間缺血再灌注前給予短暫連續(xù)的I/R，同樣被證實(shí)具有腸保護(hù)作用[12]。其機(jī)制與IPC相似。進(jìn)一步深入研究缺血后處理的機(jī)制也是抗I/R的有效途徑。

二、改進(jìn)小腸保存液

目前認(rèn)為任何器官保存液均可短時(shí)(<8h)，但不能長(zhǎng)時(shí)(>24h)保存小腸。臨床移植及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證明多數(shù)小腸保存液都能有效保存小腸6～8h。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，由于小腸組織結(jié)構(gòu)的特殊性，現(xiàn)在用于保存腎、心、肝等的多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)保存液都不完全適用于小腸[13]。

綜合文獻(xiàn)報(bào)道，最佳的小腸移植保存液應(yīng)該具備以下要素：(1)粘度低以利于血管灌洗；(2)含氨基酸以提高腸管活力；(3)含非滲透性膠體物質(zhì)以減輕水腫；(4)含緩沖液以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。此外，冷保存前應(yīng)常規(guī)進(jìn)行血管和腸管灌洗。用于小腸的保存液有：緩沖肝素化林格(LR)液、HC-A液、CZ-1液、Euro Collins液、UW液、WMO-1液等，但目前尚未能確定小腸移植的最佳保存液[13]。

研究表明，在保存液中加入以下成分可提高保存效果。(1)谷氨酰胺(glutamine,Gln)：Gln被認(rèn)為是一種非必需的氨基酸，是腸黏膜重要的能量代謝物質(zhì)和生物合成的底物，主要參與能量和物質(zhì)代謝，增強(qiáng)腸黏膜屏障及免疫功能。Gln經(jīng)腸黏膜代謝后生成谷氨酸,后者是谷胱甘肽合成的必需前體,而谷胱甘肽能抑制氧自由基所致的腸黏膜I/R。外源性Gln占腸道細(xì)胞需要量的80%,供應(yīng)不足可造成體外腸上皮細(xì)胞凋亡。(2)甘氨酸：甘氨酸具有抗炎、免疫調(diào)節(jié)和細(xì)胞保護(hù)功能。甘氨酸還可能通過(guò)減輕細(xì)菌移位、抑制氧自由基和炎性細(xì)胞因子的激活、抗凋亡等途徑保護(hù)腸黏膜。在鼠小腸移植模型中，應(yīng)用20%甘氨酸能夠保護(hù)腸黏膜，減輕細(xì)菌移位，提高動(dòng)物術(shù)后存活率[5]。(3)羥乙基淀粉(HES)：研究證實(shí)，HES產(chǎn)生的滲透壓可防止灌注液進(jìn)入間質(zhì)而導(dǎo)致間質(zhì)間隙的擴(kuò)大，有助于毛細(xì)血管網(wǎng)在保存期間保持開(kāi)放狀態(tài)，以利血管重建后的良好再灌流。

經(jīng)典的UW液中含有HES。但UW液對(duì)小腸的保存效果并不理想。新的臨床肝移植研究表明，UW液的高粘度可能與術(shù)后缺血性膽管損傷有關(guān)[14]。體外研究也表明，UW液在低溫下的高凝聚性和結(jié)晶化會(huì)對(duì)移植物造成不利的影響[15]。因此，HES在UW液中究竟發(fā)揮了何種作用引起廣泛爭(zhēng)議。

我們的研究結(jié)果表明，低濃度(3%)的HES鹽水在大鼠和豬小腸移植物保存中顯示出良好的保存效果[16-17]。HES對(duì)IRI的保護(hù)作用可能是通過(guò)下調(diào)細(xì)胞因子的表達(dá)，減少中性粒細(xì)胞激活和聚集，阻斷多種炎性細(xì)胞因子的連鎖反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

三、調(diào)節(jié)NO的合成

在體內(nèi)，NO由NOS催化左旋精氨酸(L-Arginine，L-Arg)，經(jīng)多步氧化還原反應(yīng)生成。NOS是內(nèi)源性NO合成的主要限速酶，它的活性和基因轉(zhuǎn)錄水平都直接影響NO的生物合成。目前已知NOS有3種同工酶，神經(jīng)型NOS(neuronal NOS，nNOS)、內(nèi)皮型NOS(endothelial NOS，eNOS)和誘生型NOS(inducible NOS，iNOS)。nNOS 和eNOS統(tǒng)稱為原生型NOS(constitutive NOS，cNOS)。

腸道中生理濃度的NO具有清除或滅活氧自由基(O2-)、舒張血管平滑肌、減少白細(xì)胞粘附、抑制血小板聚集、維持血管壁的通透性、調(diào)節(jié)胃腸道黏膜的血流量、保護(hù)腸黏膜屏障[18]等作用。過(guò)量的NO表現(xiàn)出細(xì)胞毒作用，可在多方面損傷組織細(xì)胞。

我們的研究表明，在大鼠小腸移植I/R過(guò)程中，一定程度抑制NO的合成能夠明顯減輕I/R；過(guò)度抑制NO的合成能夠加重小腸移植I/R，增加術(shù)后早期死亡率[19-21]。說(shuō)明NO在I/R中起到了細(xì)胞毒和細(xì)胞保護(hù)的雙重作用。進(jìn)一步研究表明，iNOS的激活和cNOS的減弱共同參與了I/R，cNOS減弱導(dǎo)致的生理性NO減少可能是導(dǎo)致I/R更主要的原因[22-23]。目前調(diào)節(jié)NO抗I/R的方式包括：(1)補(bǔ)充NO前體物質(zhì)，給藥方式包括靜脈、吸入以及腸內(nèi)應(yīng)用；(2)抑制iNOS的合成。

四、圍手術(shù)期抗損傷

(一)抗氧化

人體含有許多自然抗氧化劑，但它們?cè)谌毖俟嘧⑵陂g不能發(fā)揮作用。許多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，抗氧化劑的應(yīng)用對(duì)減少缺血再灌注誘導(dǎo)的組織損傷有幫助。三磷酸腺苷不僅可以在缺血期為組織提供能量,而且可以在再灌注期抑制氧自由基的產(chǎn)生，因此對(duì)腸I/R具有治療作用。十二指腸內(nèi)灌注抗氧化劑谷胱甘肽、瑞巴匹特(rebamipide)、二甲基亞砜減弱了腸缺血再灌注后腸黏膜凋亡的發(fā)生[24]。

抗氧化劑的應(yīng)用對(duì)減輕I/R有幫助。常用的抗氧化劑有：谷胱甘肽、rebamipide、二甲基亞砜、超氧化物岐化酶(SOD)、甘露醇、維生素C、維生素E、己酮可可堿、異博定、丙酮酸等。給藥方式包括靜脈注射和腸內(nèi)給藥。

(二)抗炎

主要措施包括抗白細(xì)胞、細(xì)胞因子以及抗補(bǔ)體。

1.抗白細(xì)胞：自Romson等人最早發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞參與I/R以來(lái)，人們?cè)谶@方面的研究比較多，機(jī)制也比較清楚。在缺血時(shí)已有白細(xì)胞聚集,數(shù)量隨缺血時(shí)間延長(zhǎng)而增加；再灌注期血管內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞激活進(jìn)行性增加。中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附后進(jìn)一步激活，自身合成釋放多種炎癥介質(zhì)，促進(jìn)正反饋形成，導(dǎo)致惡性循環(huán)。激活的血管內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞釋放的大量生物活性物質(zhì)，如自由基、蛋白酶、細(xì)胞因子等，不但可改變自身的結(jié)構(gòu)和功能,而且使周圍組織細(xì)胞受到損傷。

防治措施可通過(guò)抑制白細(xì)胞的激活、抑制白細(xì)胞粘附分子的合成、抑制白細(xì)胞內(nèi)皮粘附，進(jìn)而減輕腸I/R。

2.抗細(xì)胞因子：細(xì)胞因子在中性粒細(xì)胞依賴性或非依賴性I/R及術(shù)后排斥中起十分關(guān)鍵的作用。I/R后循環(huán)中TNF-α、IL-6、IL-1、血小板活化因子升高，參與內(nèi)皮細(xì)胞的調(diào)節(jié)及中性粒細(xì)胞集聚，從而介導(dǎo)I/R時(shí)組織細(xì)胞損傷。TNF-α、IL-1是細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)的調(diào)控因子，它們的過(guò)度表達(dá)可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，加重炎癥反應(yīng)和I/R。

細(xì)胞因子在中性粒細(xì)胞依賴性或非依賴性I/R起關(guān)鍵作用。通過(guò)抑制TNF等炎癥介質(zhì)可減輕缺血再灌注大鼠腸的炎癥反應(yīng)，從而減輕腸黏膜損傷[25]。

3.抗補(bǔ)體：活性補(bǔ)體C5a受體拮抗劑能有效減少腸I/R，抗C5抗體抑制了TNF-α的表達(dá)和組織損傷[26]。

五、其他方法

(一)抗能量缺乏

組織缺血時(shí),組織細(xì)胞內(nèi)氧的供應(yīng)減少或中斷，細(xì)胞的有氧代謝受到抑制，ATP很快地降解，形成腺苷、次黃嘌呤等。器官再灌注時(shí)，鈉泵活性的快速恢復(fù)需要大量的ATP。加之無(wú)氧代謝產(chǎn)生的有毒酸性產(chǎn)物大量累積，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)酶活性的改變以及維持跨膜離子梯度的能量缺乏，在嚴(yán)重缺血時(shí)可使細(xì)胞內(nèi)環(huán)境紊亂，甚至細(xì)胞死亡。因此，提供足夠的ATP可阻止無(wú)氧代謝及維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。

提供能量的方式包括：(1)動(dòng)脈灌注二磷酸果糖(FDP)，可以增強(qiáng)碳水化合物的利用，改善細(xì)胞能量代謝，減輕腸組織損傷[27]；(2)腸腔內(nèi)持續(xù)注入高攜氧能力的過(guò)氟碳可以保持腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能的完整[28]；(3)在缺血期吸入2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氧氣。

(二)提高黏膜抵抗力

腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)能夠保持腸黏膜免疫力以及對(duì)細(xì)菌的抵抗力。與腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)相比，應(yīng)用腸外營(yíng)養(yǎng)而使動(dòng)物腸道處于“饑餓”狀態(tài)，ICAM-1和P選擇素表達(dá)增加，從而中性粒細(xì)胞被吸引致腸組織中，加重組織損傷[29]。腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)可以減少鼠模型的死亡率和遠(yuǎn)期器官損傷。

(三)提高機(jī)體免疫力

腸I/R中釋放的大量細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)相互作用，可以引起機(jī)體的免疫功能失調(diào)。腸黏膜屏障的破壞，可以導(dǎo)致細(xì)菌和內(nèi)毒素進(jìn)入血液循環(huán)，引起腸源性感染。因此增加機(jī)體對(duì)腸I/R的抵抗力，對(duì)防治腸I/R具有重要意義。生長(zhǎng)激素和胰島素樣生長(zhǎng)因子可以增強(qiáng)機(jī)體免疫力，抑制全身炎癥反應(yīng)和細(xì)胞因子，從而增加創(chuàng)傷動(dòng)物的生存率[30-31]。

總之，I/R可能是多種因素相互作用、相互影響、共同作用的結(jié)果。腸I/R的防治目前還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，希望通過(guò)基因水平對(duì)其病理生理的深入了解，使其預(yù)防和治療措施趨于完善可行，更快應(yīng)用于臨床實(shí)踐。

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