远程缺血预处理对移植肾缺血再灌注损伤的保护作用

陈佩玲 综述 陈劲松 审校

·肾脏移植·

远程缺血预处理对移植肾缺血再灌注损伤的保护作用

陈佩玲 综述 陈劲松 审校

移植肾缺血再灌注损伤是一个不可避免的过程，不仅影响移植肾功能早期恢复，还可影响移植肾长期功能和生存率。至今尚缺乏有效措施减少缺血/再灌注引起的损伤。远程缺血预处理可通过机体内源性保护机制提高肾脏对缺血/再灌注损伤的抵抗力，有望成为防治缺血再灌注损伤的新策略。

肾移植缺血再灌注损伤远程缺血预处理

肾脏缺血再灌注损伤可导致一系列病理生理变化，如氧自由基的产生、钙超载、中性粒细胞浸润、炎性介质和细胞因子的释放等。移植肾早期不可避免发生缺血再灌注损伤，其轻、重程度直接影响移植肾的早期恢复及远期预后。

1986年由Murry等［1］予狗的心脏回旋支动脉4次5 min缺血/5 min再灌注的循环，结果发现回旋支动脉所属心肌对其后出现的长时间缺血的耐受能力明显提高，首次提出缺血预处理(IPC)的概念:即指对某器官或组织予以短暂的缺血处理，可以减弱因缺血再灌注损伤所引起的器官或组织的损伤。有研究表明，短暂多次的缺血和再灌注不造成损伤叠加，反而可提高组织对缺血缺氧的耐受性［2］。1993年Prazyklenk等［3］再次发现给予狗的心脏回旋支动脉4个5 min缺血/5 min再灌注的循环，心脏其他动脉所属心肌对长时间缺血的耐受力同样明显提高，在此基础上，又提出了远程缺血预处理(rIPC)的概念:即指对某器官或组织予以短暂的缺血再灌注预处理，通过血液循环释放腺苷、缓激肽、NO等一系列生化信使或激活神经通路等途径，使机体对远隔脏器缺血产生明显的耐受力。

rIPC对肾脏缺血再灌注损伤的保护作用

随着深入研究rIPC，人们发现肾脏也是获益器官之一［4］。Ate等［5］研究显示小鼠短期的肝脏缺血再灌注使肿瘤坏死因子α(TNF-α)、硫代巴比妥酸反应物质的水平较参照组明显下降，提示rIPC对小鼠肾脏具有保护作用;Song等［6］也通过一项实验证实小鼠短暂的小肠缺血使血清肌酐、尿素氮、丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶的水平均不同程度下降，从而减弱肾缺血再灌注损伤;近来还有报道大鼠在短暂后肢缺血后也可以对肾脏产生保护作用，且多次短暂IPC较单次IPC更有效［2］。

目前已有一些中心着手研究rIPC对移植肾缺血再灌注损伤，并得出初步结果。如Torras等［7］通过动物试验证实IPC对移植肾具有保护作用，该实验证实给予待移植肾脏一轮15 min的热缺血/10min的再灌注预处理是最合适的预处理方案:对热缺血及冷缺血均存在保护作用，同时发现其保护效应可能和NO的产生有关。

基于动物试验的效果，有学者将rIPC从实验模型概念应用到临床实践中，他们将行肾移植的48例受者，根据来源于同一供者的两个肾脏的受者随机分为对照组和rIPC组，在移植肾再灌注前给予rIPC组受者的髂外动脉3个5 min缺血/5 min再灌注的循环，术后rIPC组受者尿NAG酶的浓度显著降低，早期肾功能恢复良好［8］。

作用机制

大多数中心的研究中已证实rIPC对肾脏缺血再灌注损伤存在保护作用，但其作用机制不十分清楚，其可能为多途径、多因素共同作用的结果。

触发因子及介质rIPC可产生一些触发因子:腺苷、缓激肽、NO、阿片肽、前列腺素、离子钙等。触发细胞内的一些传导途径，最终产生细胞保护作用。

腺苷腺苷是缺血预处理中重要的内源性触发因子之一，组织缺血打破氧供需平衡，ATP分解产生腺苷释放入血。其作用机制与多种腺苷受体途径相关。腺苷受体属于G蛋白偶联受体超家族，广泛分布在机体组织内，包括4种亚型:A1，A2a，A2b，A3。A1腺苷受体与腺苷亲和力最高，被认为是rIPC产生组织保护作用的关键受体［9］，应用腺苷阻滞剂硫苯茶碱(8-SPT)和磷磺酰基甲酰亚胺(PD115，119)均能阻滞远程缺血预处理的保护作用。腺苷不仅是触发因子，同时也是调节介质之一，rIPC后给予8-SPT可同样阻断保护作用［6］。A1受体活化可通过抑制G蛋白(Gi)和腺苷酸相结合，导致在ATP转化为环磷酸腺苷(cAMP)中腺苷酸环化酶被抑制。A1受体活化通过其他G蛋白与线粒体ATP敏感性钾通道(mKATP)藕联，导致mKATP通道开放，增加钾离子内流，使线粒体膜处于去极化状态，防止电压依赖性钙通道开放和钙内流，细胞内钙减少将导致氧化磷酸化的去藕联，从而使能量消耗、糖原分解及糖酵解减少，最终保存组织内能量，从而产生细胞保护作用［10］。

缓激肽Schoemaker等［11］发现给予肠系膜动脉短暂缺血预处理，体内局部缓激肽水平明显升高，刺激传入神经，可减少心肌缺血梗死面积。而予缓激肽B2受体阻滞剂HOE-140则可阻断心肌保护作用。在大鼠肠系膜动脉内注射缓激肽可模拟肠缺血预适应的心肌保护作用。

研究表明rIPC可减少中性粒细胞表面缓激肽受体的表达，缓激肽受体包括B1、B2受体(均为G蛋白偶联受体家族成员之一);正常状态下，B1受体仅在神经系统少量表达，其他机体组织中几乎不表达，大多数正常组织中可有B2受体表达。rIPC可增加体内缓激肽(BK)水平，BK可与细胞表面G蛋白偶联的B2受体结合，B2受体内化，与小窝蛋白形成“信号小体”复合物［12］，激发下游信号转导通路:磷酸肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)/细胞外调节蛋白激酶(ERK)通路激活，刺激内皮细胞型一氧化氮合酶(eNOS)产生NO，NO激活蛋白激酶G (PKG)，最终导致mKATP开放，释放活性氧(ROS)，抑制线粒体膜通道孔(mPTP)开放，细胞缺氧耐受性增大，从而产生细胞保护作用(图1)［13，14］。

图1 缓激肽参与的信号转导通路

NO由精氨酸在NOS作用下脱氨基产生体内NO。NOS有三种类型:eNOS、神经元型NOS (nNOS)和诱导型NOS(iNOS)。eNOS可通过产生NO起到保护作用。Wu等［15］认为细胞质中的eNOS合成的NO可能是细胞信号转导中的有效信使，其极易透过线粒体外膜，作用于线粒体内部，并能直接激活mKATP通道。非选择性NOS抑制剂N-硝基-L-精氨酸甲基酯盐酸盐(L-NAME)导致rIPC作用消失。NO可抑制白细胞和血小板在局部的黏附、聚集，抑制肥大细胞活化，清除氧自由基，抑制血管平滑肌增殖，维持血管正常渗透压。抑制氧自由基形成及脂膜脂质过氧化反应等。

阿片肽内源性阿片肽通过和靶细胞膜上的阿片受体结合后产生作用。阿片受体有δ，κ，ε，σ等多种亚型，不仅存在于神经系统，亦存在于心脏、肾脏、血管、消化道等组织。其中δ1受体被认为是rIP产生保护作用的关键受体。［16］

终末效应器

mKATP研究发现下肢4次5 min缺血预处理能减少心肌缺血后梗死面积，此作用可被预先给予选择性mKATP通道阻滞剂5-HD阻断。而二氮嗪(mKATP激动剂)则有类似rIPC的效应;提示rIPC的作用机制可能涉及mKATP［16］。在离体心脏缺血再灌前给予非选择性KATP阻滞剂格列本脲和mKATP阻滞剂5-HD可阻断rIPC的保护作用，肌浆膜KATP阻滞剂HMR-1098则无此作用。mKATP主要有两方面的生理作用:(1)mKATP的开放可控制阳离子内流和阴离子外流的平衡，从而控制线粒体基质容积的改变，以保持渗透压稳定。(2)在线粒体氧化磷酸化产能过程中，通过K+的再摄取可部分补偿质子泵产生的电荷转移，从而维持线粒体跨膜电位差和pH梯度的稳态［13］。近期研究提示mKATP介导的心肌保护作用可能与降低线粒体膜电位，减轻钙超载，抑制mPTP开放有关［12］。

mPTP mPTP位于线粒体内膜，缺血时保持关闭，再灌注的最初几分钟内开放，mPTP开放是细胞损伤从可逆转变为不可逆的关键因素。mPTP开放使其成为线粒体和胞质的物质交换通道，导致线粒体外膜破裂，凋亡始动因子漏出，从而触发细胞凋亡的级联反应。

细胞信号转导途径缺血预处理产生腺苷、缓激肽、阿片肽等触发因子。通过体液传导途径、神经传导途径等作用于效应器，最终产生组织保护作用(图2)［17］。Armstrong等［18］认为PKC是缺血预处理细胞内信号转导的关键一环。他们发现在rIPC的信号转导途径中，先是触发因子触发PI3K/AKT/ eNOS/环磷酸鸟苷/PKG信号级联的途径，再激活PKG/PKC途径，最终导致mKATP的开放［19－21］，活化的mKATP可限制mPTP开放，从而促进细胞存活［22］。

图2 远程缺血预处理作用机制示意图［17］

神经体液传导途径一些研究显示脑组织IPC对神经细胞存在保护作用［23］。Malhotra等［24］也证实双下肢IPC能够明显减轻大鼠大脑中动脉闭塞模型后的脑梗死面积并改善神经症状，且这种作用可被神经节阻断剂六甲铵减弱。另有研究发现通过自主神经节阻滞可使得肠系膜上动脉缺血带来的心脏保护作用减弱［25］，基于这些发现，人们提出可能存在神经传导途径。其他研究显示rIPC也可能通过其他的神经体液因子发挥肾脏保护作用，如降钙素基因相关肽(CGRP)、阿片类物质、NO、促红细胞生成素(EPO)、血管紧张素I、缓激肽等。

全身炎症反应中性粒细胞聚集、激活介导的微血管损伤及细胞损伤在肾脏缺血再灌注损伤的发生中起重要作用。已有研究证实rIPC抑制炎症反应主要表现为中性粒细胞的趋化性粘附能力和胞吐能力减弱，同时抗炎和抗凋亡基因的转录被激活［26］。一些研究显示rIPC对全身炎症反应的影响主要表现在:(1)通过促进中性粒细胞CD11b表达，形成血小板中性粒细胞复合物从而抑制中性粒细胞激活［27］;(2)抑制TNF合成中的三个关键酶:丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)-活化的蛋白激酶2、MAPK激酶激酶2和MAPK激酶激酶8;(3)抑制基因编码合成细胞因子中的关键蛋白，抑制白细胞趋化、黏附、迁移、胞吐等［28，29］。

一些研究使用抗氧化剂、抗炎药物、血管舒张剂等药物模拟rIPC效应。发现促红细胞生成素可模拟此种效应。其通过抑制TNF-а等促炎细胞因子的作用而产生细胞保护作用。肾脏缺血在灌注损伤后内源性EPO产生减少，外源性补充EPO可起到一定的肾脏保护作用［30］。在小鼠肾移植模型中，预先给予供者谷氨酰胺，可减轻缺血再灌注损伤。其保护作用可能与增加内源性热休克蛋白相关［31］。

小结:大多数研究显示rIPC对肾脏缺血再灌注损伤存在保护作用，但一些作者在动物实验中发现rIPC对肾脏的保护作用并不明显，其主要指标包括血清肌酐、尿素氮水平以及肾缺血/再灌注损伤后的组织学损伤无统计学差别［32］。多数试验观测的仅仅是短期效果，长期效果有待进一步观察。总之，需多中心大样本的随机研究验证rIPC对肾脏的保护作用，但无论如何，rIPC无创伤且经济，为保护移植肾缺血再灌注损伤提供一种新的途径。

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Advances of remote ischem ic preconditioning on renal transplatation

CHEN peiling，CHEN jinsong
National Clinical Research Center of Kidney Diseases，Jinling Hospital，Nanjing University School of Medicine，Nanjing 210016，China

kidney allograft ischemia-reperfusion injury(IRI)is an inevitable process，not only affects early graft function recovery，but also affects long-term graft function and survival．Up to now，there is still a lack of effective prevention and treatment strategies for reducing ischemia/reperfusion injury．Remote ischemic preconditioning can improve resistance of renal ischemia/reperfusion injury by endogenous protective mechanisms．It is expected to become the novel treatment strategies．

renal transplatation ischemic reperfusion injury remote ischemic preconditioning

2014-12-20

(本文编辑 心平)

南京军区南京总医院国家肾脏疾病临床医学研究中心全军肾脏病研究所(南京，210016)