肠缺血再灌注损伤的发病机制、诊断及治疗研究进展

邹燕，肖凯强，何雪梅，周翔宇

(1西南医科大学附属医院，四川泸州646000；2自贡市第四人民医院；3西南医科大学医学实验中心)

胃肠道对缺血再灌注(I/R)损伤高度敏感，即使是短暂缺血也可导致局部黏膜组织实质性损伤。急性肠系膜缺血、肠梗阻、嵌顿疝、出血性休克、创伤或脓毒性休克等内科疾病，及小肠移植、体外循环和腹主动脉瘤等外科手术均可导致肠I/R损伤。I/R损伤是一种复杂、多因素参与的病理过程，发病率、病死率仍较高。I/R损伤的发病机制涉及多因素参与，复杂的细胞及分子机制提高了研发有效疗法的难度。目前临床尚无肠I/R损伤的统一治疗方法。对肠I/R损伤发病机制及治疗方法的更深入研究有助于改善患者病情、降低发病率及病死率。现将肠I/R损伤的发病机制、诊断、治疗方法相关研究进展综述如下。

1 肠I/R损伤的发病机制

肠I/R损伤的发病机制十分复杂。目前研究[1]认为，炎症反应、细胞凋亡、氧化应激、免疫反应、基因、miRNAs及信号轴是肠I/R损伤的发病的主流学说，其他机制还包括白细胞黏附、钙超载、能量衰竭等。

1.1 炎症反应 肠I/R损伤可导致促进全身炎症反应水平、肠中性粒细胞浸润增加、紧密连接蛋白claudin-3表达减弱、肠上皮损伤和通透性增加，小肠及全身基质金属蛋白酶(MMP8)表达增加。MMP8可进一步促进炎症反应水平、抑制claudin-3表达。另有研究[2]认为，中性粒细胞表达受体在肠I/R急性组织损伤中发挥重要作用，中性粒细胞表达受体C3aR可抑制急性肠I/R后的中性粒细胞动员，同时中性粒细胞表达受体C5aR可将循环中性粒细胞输送至炎症组织中，加重组织损伤。冷诱导RNA结合蛋白(CIRP)是一种新型炎症介质，Cen等[3]观察到肠I/R损伤的肺组织中促炎细胞因子、髓过氧化物酶(MPO)表达与细胞凋亡程度增加，但CIRP-/-小鼠肠I/R损伤后，肺组织中促炎细胞因子、MPO表达与细胞凋亡程度均降低，肺损伤程度减轻。

1.2 细胞凋亡 细胞凋亡是一种由多基因调控细胞自主且有序的死亡过程。细胞凋亡是导致肠I/R损伤的主要途径之一。肠I/R损伤可导致PI3K/AKT通路、p66shc-细胞色素-c轴、Notch信号通路等通路活化，凋亡调控分子间相互作用，引起蛋白水解酶(caspase)活化，最终导致肠上皮细胞异常凋亡。

1.3 氧化应激 氧化应激在肠I/R损伤发病机制中起关键作用。丙二醛(MDA)是氧化应激反应的标志物。肠I/R损伤后可见肠黏膜组织中MDA、8-羟基脱氧鸟苷、p66shc(原癌基因shc编码的蛋白)表达增加。氧化应激反应中存在肥大细胞的活化，活化的肥大细胞通过增加炎症介质释放，加重肠I/R的有害损伤。

1.4 免疫反应 肠I/R损伤免疫反应涉及免疫细胞、抗体、受体及补体因素。越来越多研究[4]证明，αβT细胞(T细胞受体由αβ链所组成的T细胞)在I/R损伤中起关键作用。有研究[5]发现，急性肠I/R损伤后1 h(肠I/R损伤急性期)内，αβT细胞并不会影响细胞因子的产生、中性粒细胞的募集、巨噬细胞的活化和远隔器官的损伤等过程。固有淋巴细胞局部可产生白细胞介素17a(IL-17a)，促进肠I/R损伤的发生、发展。Pope等[6]认为，Toll样受体2(TLR 2)可调节肠I/R损伤及炎症反应所需的抗体。CD6是一种免疫细胞表面糖蛋白受体，可选择性表达于骨髓和腹腔外B1细胞中，通过调节B1a细胞的自我更新促进肠I/R损伤的发生发展[7]。其他补体系统、抗体和脂质及脂质类似物在I/R诱导免疫病理过程中同样具有重要作用。

1.5 基因、miRNAs及信号轴 目前，与肠I/R损伤有关的基因、miRNAs及信号轴有同源异型盒基因、miR-378、miR-682、Notch信号通路及PKC/TRAF2信号通路。同源异型盒基因在发育、病理条件(炎症及肿瘤)下是调节肠壁内稳态的基础，神经元和诱导型一氧化氮合酶(nNOS和iNOS)在I/R损伤的肠神经肌肉功能中分别具有保护和损伤作用，iNOS和nNOS在肠I/R损伤中的神经损伤保护作用可能与对应的十二指肠同源盒蛋白OTX1和OTX2下游分子信号通路激活有关[8]。有研究[9]分析小鼠肠I/R模型后共发现19种miRNAs表达发生变化，其中miR-378表达明显降低。过表达的miRNA-378可抑制caspase-3的激活，改善肠I/R对组织的损伤，抑制肠上皮细胞凋亡。小鼠肠上皮细胞(IECs)和人结肠上皮细胞缺氧时miR-682表达均明显上调，miR-682可下调PTEN表达抑制NF-κB从而阻止活性氧簇(ROS)产生、抑制炎症反应和线粒体介导的凋亡以及IECs凋亡。Notch信号不仅可维持正常肠隐窝上皮细胞增殖，而且可通过激活Jagged-2/Notch-1/Hes-1信号通路促进肠I/R损伤后肠隐窝上皮细胞增殖和再生[10]。另外，PKCζ/TRAF2信号通路在肠I/R损伤中也具有重要保护作用。

2 肠I/R损伤的诊断

早期肠缺血临床症状和体征不明确，且目前术中微血管评估技术是依据手术人员评估肠道颜色、肿胀和温度判断的，具有一定主观性。虽然目前临床尚无一种准确客观评估方法判断肠道微灌注情况。基于探针的激光共聚焦显微镜、核磁共振(NMR)光谱分析尿代谢谱、多层螺旋计算机断层扫描(CT)灌注血流参数、检测血清学标志物等技术有望在未来成为诊断肠缺血的方法。Takahashi等[11]研究显示，利用基于探针的激光共聚焦显微镜进行实时评估血流预测术中肠缺血是一种可行和潜在有效方法；有研究[12]采用NMR光谱分析小鼠急性肠I/R损伤模型的尿代谢谱特征，发现肠缺血持续时间不同，尿代谢物浓度不同；CT灌注成像识别是诊断微循环障碍和动态监测肠I/R损伤的一种有价值工具，CT检测灌注血流可成功识别猪小肠I/R损伤模型中的微循环障碍，证明CT灌注参数与肠I/R损伤有良好相关性，Aim等[13]进一步在肠壁强化减弱基础上，在对比增强CT中添加非增强CT提高了对机械性小肠梗阻缺血及并发症的诊断灵敏度、可信度。关于肠缺血经典血清D-二聚体、谷胱甘肽s-转移酶(a-GST)和肠脂肪酸结合蛋白(I-FABP)，可反映凝血活性和黏膜损伤。

3 肠I/R损伤的治疗

3.1 抗炎、抑制细胞凋亡 天然植物提取物法、抑制NF-κB途径法、激活或抑制肠I/R损伤中重要调节因子法、吸入七氟醚等气体法是常用的肠I/R损伤治疗方法，多数疗法同时发挥抗炎和抗细胞凋亡作用。酚类、人参皂苷Rg1(Rg1)和黄酮类等天然植物提取物均可有效改善肠I/R损伤，其具体机制为抑制MKK7/JNK信号通路、NF-κB和MAP激酶途径，激活Wnt/β-catenin信号通路，减少NF-α、IL-1β、和IL-6等促炎因子产生，抑制MPO活性、抑制Bax和caspase-3蛋白表达、上调Bcl-2蛋白表达等。Lai等[14]研究发现，口服瓜氨酸可通过灭活神经元型NOS和抑制NF-κB途径减轻肠I/R损伤小鼠的炎症反应、抑制空肠损伤。黏蛋白是一种54 kDa分泌蛋白，是一种促炎细胞因子。肠I/R损伤后，血浆和肺组织黏蛋白水平明显升高，黏蛋白抑制剂FK866可通过抑制黏蛋白产生、抑制细胞凋亡及NF-κB活化减轻肠肺损伤。研究[15,16]发现，可通过抑制(激活)法尼类X受体(FXR)、脯氨酸异构酶Pin1、能量感应酶S/T1、内源性5-羟色胺受体1(5-HT1A受体)减少促炎细胞因子释放，减少局部和全身炎症反应，减轻肠肺损伤和细胞凋亡。Liu等[17,18]研究表明七氟醚、氦、一氧化碳预处理可减少I/R导致的肠损伤、细胞凋亡和炎症反应，其机制涉及PKC、PI3K/AKT途径和mKATP通路的激活。

3.2 抗氧化应激 七氟醚预处理和杨梅黄酮等不仅可通过抗炎、抗细胞凋亡减轻肠I/R损伤，还可通过降低MDA水平、提高超氧化物歧化酶(SOD)和GSH水平减少肠组织的氧化应激水平[19,20]。增强内源性脂氧蛋白A4(LXA4)表达、异丙酚、预防性臭氧处理、上调血红素加氧酶-1(HO-1)表达、肠腔局部注射富氢溶液和抑制PKCβ2激活等治疗原理均是抗氧化应激。LXA4是一种抑制肠I/R损伤的有效抗氧化剂和调节因子，Nrf 2是一种应激敏感基因转录因子，是细胞对氧化损伤和其他应激状态的主要调节因子，研究[21]发现，LXA4可通过降低大鼠肠I/R损伤模型黏膜15-F2t-异前列腺素水平、提高内源性抗氧化SOD活性，激活Keap1/Nrf2通路，减轻肠I/R损伤。Shigeta等[22]研究发现，在2 mL富氢5%葡萄糖盐水预处理可降低肠I/R大鼠小肠氧化应激标志物(MDA、8-羟基脱氧鸟苷)及促炎细胞因子(iNOS、IL-6)表达，抑制细胞凋亡，保持肠组织学绒毛完整度。

3.3 调节相关免疫反应 肠I/R损伤是一种依赖骨桥蛋白抗体、巨噬细胞、肥大细胞和B淋巴细胞等免疫细胞的缺氧炎症反应，通过调节这些方面可减轻肠I/R后肠损伤以及远端器官损伤。骨桥蛋白是免疫反应细胞分泌的糖蛋白，在各种炎症疾病中起有害作用，Hirano等[23]研究发现，抗骨桥蛋白Ab治疗对肠I/R损伤及急性肺损伤具有保护作用。N2是一种可与小鼠和人NMHC-IIA保守的C终端段结合的肽，N2肽可阻断自身反应抗体与缺血组织结合，减轻啮齿动物I/R损伤，Sheu等[24]研究发现N2治疗可显著降低肠I/R后肠损伤和减轻远端肺部炎症，其保护作用与阻断人类抗体沉积于小肠有关。巨噬细胞在肠I/R损伤中发挥重要作用，Liu等[25]发现肠I/R可导致严重肠损伤并诱导巨噬细胞从M2型向M1型转变，而重组旋毛虫组织蛋白酶B样蛋白(rTsCPB)可逆转小肠I/R诱导的M2向M1转换、促进M1向M2表型转换，同时显著减轻肠I/R小鼠模型的肠道损伤，改善肠道功能和提高存活率，减少中性粒细胞浸润和促进肠道细胞增殖。

3.4 缺血预处理及缺血后处理 缺血预处理(IPC)是一种在长时间缺血前诱导10 min短暂缺血和10 min短暂再灌注的方法，可提高器官对随后长时间缺血耐受性。IPC可降低I/R后血清和肠组织TNF-α、IL-6、MDA和MPO的水平，增加SOD活性，通过抑制活化的TLR4/NF-κB信号通路抑制炎症、氧化应激和细胞凋亡，显著减轻肠I/R所致的肠损伤，提高大鼠存活率[26]。体外循环、肠梗阻、腹主动脉瘤、小肠移植等手术前可实施IPC。紧急情况如失血性休克、严重创伤等可实施缺血后处理(IPO)，在缺血结束后永久再灌注之前立即开始30 s短暂缺血和30 s短暂再灌注共3次，可提供与IPC相当的保护作用。IPO可促进醛糖还原酶和HO-1表达、抑制氧化应激、炎症反应和细胞凋亡，减轻肠I/R诱导肠损伤和肺损伤。

3.5 间充质干细胞疗法 间充质干细胞(MSCs)是一种治疗肠缺血的新方案。MSCs包括骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)、脂肪间充质干细胞(ASCs)以及围产期相关间充质干细胞(脐带血MSCs、羊水MSCs和胎盘细胞MSCs等)。MSCs改善I/R损伤确切机制尚未完全明确，目前研究主要涉及如下观点[27]：①MSCs分化为肠道细胞并且与现有细胞融合；②MSCs抑制促炎基因过表达、抑制促炎因子释放，促进肠黏膜细胞增殖基因表达；③以自分泌或旁分泌形式分泌各种生物活性因子抑制免疫反应和炎症反应，减轻损伤；④MSCs通过释放多种生物活性因子进行组织修复；⑤MSCs产生抗氧化酶抵抗氧化应激。

3.6 改善远端器官损伤 肠I/R可引起远端肺、肝和肾等器官损伤。急性肺损伤(ALI)是肠I/R后常见并发症。环精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(cRGD，5 mg/kg)和5-氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷(AICAR)可降低肺组织TNF-α和IL-6水平，明显减少肺内中性粒细胞和巨噬细胞浸润，降低循环和器官中促炎细胞因子和趋化因子水平，抑制I/R诱导的肺内细胞凋亡，维持肺完整性，减轻小鼠肠I/R引起的ALI和局部肠损伤的严重程度。非诺贝特具有抗氧化、抗炎和抗缺血作用，可减轻肝、肾、脑和心脏I/R损伤，在缺血前给予非诺贝特预处理可通过抑制NF-κB p65信号通路激活调节炎症反应和细胞凋亡，最终减轻肠I/R损伤和ALI。肠I/R导致严重肝损伤，表现为血清AST和ALT水平显著升高、肝脏SOD活性下降[28]。人参皂苷Rb1可通过激活Nrf2/HO-1通路改善肠I/R诱导的肺损伤和肾损伤。PKCβⅡ在肠I/R后远端器官中被过度激活，抑制PKCβⅡ对肠I/R所致肺和肝损伤具有保护作用，部分机制与p66shc-细胞色素-c轴有关[29]。

综上所述，肠I/R损伤的发病机制十分复杂。肠I/R损伤的发病机制主要与炎症反应、细胞凋亡、氧化应激等有关，现针对肠I/R损伤及并发症的治疗方法主要有抗炎、抑制细胞凋亡、抗氧化应激等，其他治疗方法包括调节靶基因、高压氧预处理、乌司他丁、丙酮酸钠静脉复苏结合腹腔复苏等。