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[摘要] 肝脏缺血再灌注损伤是肝脏外科中常见的病理生理现象，微循环障碍、氧自由基过多及细胞凋亡等是引起损伤的重要机制，而研究发现热休克蛋白、一氧化氮、内皮素、血红素氧化酶、某些细胞因子及基因有保护肝脏、降低肝脏缺血再灌注损伤的作用，进一步研究其保护机制，对研究肝脏疾病有重要的临床意义。
[关键词] 肝脏；缺血再灌注损伤；保护机制
[中图分类号] R657.3[文献标识码]A[文章编号] 1673-9701（2011）25-28-03
Advances in Defense Mechanism of Hepatic Ischemia-reperfusion Injury
LI Bin1 QIAN Haixin2
1.The Second Hospital ofJiaxing City，Jiaxing 314000，China；2.The Affilied First Hospital of Suzhou University，Suzhou215006，China
[Abstract]Hepatic ischemia-reperfusion injury is a common pathophysiological phenomenon in liver surgery， that caused by microcirculatorydisturbance， oxygen free radicals， apoptosis， and so on. Study found that heat shock protein，nitric oxide， endothelins， heme oxygenase， some cytokines and genes can protect the liver and reduce hepatic ischemia-reperfusion injury. It has important clinical significance in hepatic disease， so to further study the defense mechanism of hepatic ischemia-reperfusion injury.
[Key words]Hepar；Ischemia-reperfusion injury；Defense mechanism
Jennings于1960年首次提出了缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IR），是指缺血的组织器官重新获得血液供应后，并没有使组织、器官功能得以恢复，反而加重其功能代谢障碍及组织结构破坏的现象。近半个世纪以来，肝脏外科发展迅速，在处理严重肝脏创伤、治疗肝脏肿瘤及肝脏移植手术过程中，通常需要阻断肝门而发生肝脏缺血再灌注损伤（hepatic ischemia-reperfusion injury，HIRI），因此，肝脏缺血再灌注损伤的研究是肝脏外科的研究热点之一[1]。本文就肝脏缺血再灌注损伤保护机制的研究进展综述如下。
随着对肝脏缺血再灌注损伤机制研究的不断深入，发现微循环障碍、氧自由基过多、钙超载、Kupffer细胞活化及细胞凋亡等是引起肝脏缺血再灌注损伤的重要机制。预处理是防治肝脏缺血再灌注损伤的重要手段，并在肝脏外科中得到了有效的应用，是处理各种严重肝脏疾病、降低肝移植失败率的重要措施。缺血预处理，臭氧、高热等应激因素预处理，使用阿霉素、腺苷、丹参等药物的方法，将组织、器官暴露于非致死性应激中，主动诱导细胞的内源性保护机制，从而获得抵御真正应激的能力。Murry等[2]在犬的心脏实验过程中发现短暂的缺血对心肌有保护作用，提出了缺血预处理（ischemic preconditioning，IPC）的概念， Yin等[3]于1998年首次报道了缺血预处理对大鼠移植肝的再灌注损伤具有保护作用，受体的存活率及肝功能指标均较对照组佳。Yamada等[4]研究表明，IPC对肝脏缺血再灌注损伤的的保护效应因肝缺血时间长短不一，其保护机制也不一样。在IPC过程中，一氧化氮、腺苷和细胞内蛋白激酶在其保护机制的信号传导起了重要作用。
1 热休克蛋白
热休克蛋白（heat shock protein，HSP） 是一种抗氧化分子保护剂，生物细胞受有害因素刺激后产生的高度保守的，由热休克基因所编码的蛋白质，具有促进能量代谢、抗氧化等功能。HSP作为“分子伴侣”通过促进某些变性蛋白质的降解和清除、重新激活某些酶的活性来维持细胞的功能和生存。
HSP70亚家族是目前实验研究比较多的热休克蛋白，HSP70在正常细胞中较低，但在热应激、局部创伤、低氧、细胞毒剂等应激状态下明显升高，HSP的诱导表达是细胞对应激的一种反应机制。HSP70能提高细胞的应激能力，降低损害因素对细胞的损伤。HSPs mRNA的表达在肝缺血后早期出现，再灌注后表达增高；其表达随着缺血时间的延长、损伤程度的加重而增高，随着细胞损伤修复，HSPs mRNA的表达逐渐降低，但如果细胞缺血时间过长、损伤过于严重，表达反而不增高，并迅速消失。Sinha等[5]研究发现大鼠肝细胞在体外给予CCl4诱导后，热休克因子被激活，HSP70、HSP73在转录水平迅速升高。在肝缺血再灌注损伤中，缺血肝细胞可上调HSP70表达基因，从而在蛋白和mRNA 水平均有显著性升高。
2一氧化氮及内皮素
一氧化氮（NO）是血管内皮细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等细胞分泌产生的物质，其具有扩张血管、抑制血小板聚集、降低白细胞与血管内皮细胞之间的粘附，与超氧化物反应生成过氧化亚硝化物的作用。在HIRI中，NO的来源不同，其作用也不一样，如由诱导型一氧化氮合成酶来源的NO引起损伤作用，但有实验发现特异性的诱导型一氧化氮合成酶抑制剂具有保护作用[6]；内皮型一氧化氮合成酶来源的NO有维持微循环的血流灌注的作用，有研究表明有抑制内皮型一氧化氮合成酶作用的物质可以降低微循环的血流灌注、从而加重肝脏的损伤。NO可以调节NF-κB等转录因子的活性，抑制IL-12等细胞因子的释放，减少肝细胞和内皮细胞的凋亡，从而减轻肝脏的损伤。
内皮素（endothelins， ET）是一个血管收缩因子，其收缩血管的作用很强烈，生理情况下循环血中ET含量微少，其分泌受到NO等物质的抑制。维持ET与NO的平衡对保证微循环的血流灌注有重要作用，而肝脏遭受缺血再灌注损伤后，血浆ET含量增加，破坏了NO和ET正常平衡关系，血浆NO/ET 比值进行性降低，微循环血管收缩，血流灌注障碍，引起肝脏细胞的损伤。升高的ET通过作用于ETA和ETB受体，收缩窦周星形细胞及窦前、窦后血管，引起微血管病变，促进炎症反应，增加微循环血管壁通透性，降低肝脏微循环血流灌注量，从而肝脏微循环功能障碍，导致细胞能量代谢障碍，肝组织ATP含量显著降低[7]，导致肝功能的损害。有研究表明在HIRI期间血浆NO水平持续下降，ET水平逐渐升高，二者呈显著负相关，且HIRI随时间的延长，两者相关性增强[8]。Whittle等[9]研究认为HIRI早期血浆和肝组织中的ET-1水平增高，而NO水平降低，与NO合成中所必须的L-精氨基酸、NADPH和O2水平减少有关。
3 血红素氧化酶
血红素氧化酶（heme oxygenase，HO） 是血红素分解代谢过程中的限速酶，能将血红素氧化降解为胆绿素、一氧化碳（CO）和游离铁，分布于全身的器官和组织，功能涉及机体的整个生长发育过程。HO包括三种异构体，HO-1属于诱导型的，也就是热休克蛋白32；组成型HO-2是保守表达的；HO-3至今没有完全明确。HO-1主要分布在肝脏及脾脏，其相对分子质量为32×103，主要是在机体非正常状态或应激状态发挥保护作用。HO-1在体内可催化血红素降解为CO、胆绿素和游离铁等重要的生物效应分子，其中CO具有扩张血管和抗血小板聚集的作用，增加血供，从而减轻肝脏的缺血缺氧后的再灌注损伤，胆绿素在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的作用下还原成胆红素，二者均有较强的抗氧化作用。有研究表明，CO和胆红素单独应用均可以明显减轻肝脏缺血再灌注损[10]。Lai IR等[11]对大鼠肝脏进行缺氧预处理，结果发现HO-1mRNA和蛋白水平显著升高，再灌注后肝脏损伤的生化指标下降，其可能机制是活化HO来降低肝脏缺血缺氧后的再灌注损伤。HO保护作用的机制还有可能是因为激活可溶性鸟苷酸环化酶，增高环磷酸鸟苷（cGMP）水平和降低钙超载来实现的[12]。
有研究表明HO系统具有复杂的细胞保护和免疫调节作用[13，14]。在缺血再灌注损伤中，血液中被破坏的红细胞增加了血流阻力，组织微循环血流灌注减少，导致细胞缺血缺氧，红细胞裂解释放的血红素可直接损伤细胞膜、酶及DNA，并且能产生氧自由基，进一步加重组织细胞的氧化损伤。HO能降解血红素，同时在降解过程中消耗氧分子，减少游离氧自由基的产生。有研究发现，胆绿素能减少白细胞的浸润，抑制补体系统的活化，其可能机制是调节肝窦内皮细胞表面的粘附分子 [15]。HO系统还能通过抑制血小板聚集、抑制内皮细胞的凋亡、下调某些细胞因子来实现其保护作用，通过诱导HO的表达以及外源性补充HO可以有效减少肝脏缺血再灌注损伤。
4细胞因子
多种细胞因子参与HIRI的病理生理过程，其中IL-1、IL-6、趋化因子、粘附分子、补体系统等引起肝细胞损伤，而IL-10、IL-13等免疫调节因子则有保护肝细胞的作用。IL-10通过诱导肝内巨噬细胞中HO-1基因的表达来发挥抗炎症等生物效应。IL-13通过保护肝细胞的完整性、减少肝内中性粒细胞释放致炎因子、趋化因子来保护肝细胞，还能上调抗凋亡基因和抗氧化基因的表达来阻止肝细胞凋亡[16]。
IL-1能诱导Kupfer细胞产生TNF-α，并且与TNF-α协同作用于内皮细胞，诱导其合成凝血酶和纤维蛋白酶，从而破坏内皮细胞的骨架作用，还通过上调中性粒细胞产生氧自由基而造成肝细胞损伤。应用IL-1受体拮抗剂能减轻细胞损害，有研究发现，阻断IL-1受体能减少TNF-α的产生、减轻肝组织损伤；在腺病毒介导的IL-1受体拮抗基因转染后的肝局部缺血模型中， IL-1、IL-6及TNF-α等致炎因子产生减少，肝脏功能损伤减小，有效地延长了实验动物生存期[17]。
5基因
随着基因组学的迅速发展，疾病研究进入到一个新的历史时期，从基因水平进行疾病的预防与治疗成为当前研究焦点。快速分析疾病病因、寻找特异靶点，从而促进疾病的预防、诊断技术及新药的开发。Savransky等[18]研究发现从细胞损伤的基因启动阶段寻找治疗靶点是可行的。利用基因转染技术及干扰RNA技术，将DNA直接注射到目标器官或组织，或将携带有目标基因的病毒载体转染组织细胞等，待目标基因表达稳定，便达到清除有害基因或下调相关基因表达的目的，从源头减少氧自由基产生、减轻氧化应激反应、降低炎症反应程度、抑制内皮细胞活化及肝细胞凋亡等作用，以减轻肝脏手术或肝移植中的肝脏缺血再灌注损伤。有研究表明，改良的重组体在肝脏中产生的目的基因可持久高表达[19，20]。
原癌基因在正常组织中有微量的表达，对维持细胞的正常生理功能有着重要的作用，其中c-fos、c-jun是常见的原癌基因。原癌基因c-fos、c-jun基因及其蛋白产物参与细胞的正常生长、分化过程及细胞内信息传递过程、细胞的能量代谢过程，其生物效应迅速而短暂，故称为早期基因 （immediate early genes， IEGs）。早期基因能被热应激、缺血再灌注损伤等外界刺激活化[21]。核内IEGs基因的编码产物为Fos和Jun家族蛋白，它们含有转录因子的特异结构，从而参与基因的表达调控，与亮氨酸构成异源二聚体，形成转录因子Ap-1，再作用于靶序列中Ap-1的结合位点，从而活化IEGs的表达。谷氨酸盐活化磷脂酶C，降解为磷酸肌醇和二磷酸甘油，Ca2+内流等第二信使均可引起c-fos和c-Jun mRNA的表达上升，产生各种生物学效应[22]。c-fos、c-jun基因产物直接参与细胞周期的调控，启动细胞由G0期进入细胞周期，细胞周期蛋白与相应的细胞周期依赖蛋白激酶相结合，经磷酸化/脱磷酸化，成为有活性细胞的周期蛋白，促使c-fos基因等IEGs表达，从而影响细胞周期的进程，对细胞周期的各阶段进行调控。Debonera等[23]发现IL-6能上调c-fos、c-jun基因的表达，而表达产物能明显促进损伤后的肝脏重建。
Bcl-2是一种编码多功能蛋白的基因，其转录的蛋白能阻止细胞的凋亡和死亡，并能延长细胞的生存期。在细胞受到如电离辐射、营养限制、毒物聚积、病毒感染及缺血缺氧等刺激引起的凋亡时，Bcl-2的转录蛋自发挥着强有力的抗凋亡作用。体内抗凋亡基因的活化是缺血再灌注损伤的重要机制，研究表明Bcl-2基因是缺血再灌注损伤中重要的抗细胞凋亡基因，将成为细胞保护性治疗的关键靶点[24]。Barrier等[25]研究发现在对用缺血预处理的人体供肝中，Bcl-2超高表达，具有抗凋亡、减轻肝脏缺血再灌注损伤的作用。Bcl-2通过阻止促细胞凋亡基因信号传递或阻止这些诱导基因产物发挥作用；Bcl-2高表达可抑制内质网释放Ca2+，其对细胞凋亡的抑制作用可能与内质网中Ca2+有关，通过调节细胞内Ca2+浓度来调控凋亡；Bcl-2的过度表达可减少氧自由基的产生和脂质过氧化物的形成，从而发挥抗细胞凋亡作用。Bilbao等[26]研究发现在大鼠肝IRI模型中，腺病毒转染Bcl-2基因的过表达能明显减少肝细胞的凋亡和死亡，与对照组相比，显著改善肝脏功能、延长移植鼠的生存期。
总之，肝脏缺血再灌注损伤是微循环障碍、氧自由基过多及细胞凋亡等多因素引起的损伤，同时亦有热休克蛋白、一氧化氮、血红素氧化酶等保护因素，是复杂的病理生理过程。目前有缺血预适应、应用氧自由基清除剂、黄嘌呤氧化酶抑制剂等预防肝脏缺血再灌注损伤，在临床中取得了一定的疗效，但确切的作用机制仍在研究中。因此，对肝脏缺血再灌注损伤保护机制的进一步研究，对研究肝脏疾病有重要的临床意义。
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（收稿日期：2011-06-21）
