脂氧素A4在体外循环期间的变化和相关性分析

魏利娟 马亚飞 郭仲辉 陈小莉

体外循环(cardiopulmonary bypass, CPB)诱发的全身炎性反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)与心脏手术后心脏、肺、肾脏等重要脏器功能不全密切相关，甚至可导致多器官功能障碍或死亡[1]。炎性反应的发生、发展和消退过程与多种细胞介质相关，除了有肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、IL-6、IL-8等促炎细胞因子和IL-4、IL-5、IL-10、IL-13等抗炎细胞因子参与外，还有一些特殊的促炎症消退介质，如脂氧素(lipoxins，LXs)、消退素、保护素以及maresins，也起着非常重要的作用[2,3]。LXs是最早发现的具有抗感染和促进炎症消退功能的内源性脂质介质，其中脂氧素A4(lipoxin A4，LXA4)是最具特征的一员，被誉为启动巨噬细胞吞噬的“起始信号”以及抑制中性粒细胞(polymorph nuclear cell，PMN)激活的“刹车信号”[4]。因此本研究拟通过测定心脏瓣膜置换术患者围术期不同时间点LXA4、TNF-α、IL-6、IL-10和PMN的水平，探讨 CPB心脏手术围术期机体在促炎、抗炎和促炎症消退3方面相关介质的变化规律和相关性，为早期临床调控 CPB 触发的炎性反应、减少其相关并发症以及增强围术期安全提供依据。

资料与方法

1.一般资料：本研究经笔者医院医学伦理学委员会批准，并与患者家属签署知情同意书，选取2017年9月～2018年8月于笔者医院收治的拟行心脏瓣膜置换的心脏病患者30例，患者年龄38～72岁，ASA分级Ⅱ或Ⅲ级。纳入标准：①符合心脏瓣膜病诊断标准和手术指征；②无高血压、冠心病和糖尿病病史；③左心室射血分数>35%，近1个月内未发生心肌梗死；④无肺、肝脏、肾脏等重要器官功能不全。排除标准：①二次心脏病手术；②肝、肾功能、凝血功能严重受损；③术前服用非甾体类抗炎药、甾体类抗炎药或免疫抑制剂等药物影响炎性反应的患者；④哺乳期或妊娠期女性以及恶性肿瘤患者。男性13例，女性17例，患者年龄48.26±10.31岁，体重57.85±11.43kg，ASA分级Ⅱ级10例、Ⅲ级20例，主动脉阻断时间56.74±26.38min，转流时间97.19±30.62min，主动脉瓣置换7例，二尖瓣置换12例，双瓣置换5例，二尖瓣置换+三尖瓣成形6例，机械通气时间9.24±2.91min，ICU停留时间28.74±5.57min。

2.麻醉与CPB方法：患者麻醉诱导给予咪达唑仑0.05mg/kg、舒芬太尼1～2μg/kg、顺苯磺酸阿曲库铵0.2mg/kg和(或)丙泊酚1mg/kg。诱导后给予气管插管机械通气，潮气量8～10ml/kg，呼吸频率10～14次/分，维持呼气末二氧化碳分压35～40mmHg(1mmHg=0.133kPa)。术中持续静脉泵入丙泊酚2～5mg/(kg·h)和苯磺顺阿曲库铵0.1mg/(kg·h)，间断静脉注射舒芬太尼注射液0.5μg/kg和吸入1%～2%七氟醚维持麻醉，手术过程中维持脑电双频指数值40～55。体外循环预充液主要应用乳酸林格注射液、羟乙基淀粉、人血白蛋白。全身肝素化后，ACT>480s开始 CPB。CPB 管理采用浅低温非搏动性灌注，维持灌注流量在50～70ml/(kg2·min)，平均动脉压50～80mmHg，血细胞比容23%～25%。应用 Aalst 胰岛素输注方案维持术中血糖<10mmol/L，术中根据食管超声心动图调整血管活性药物和液体输注维持循环稳定[5]。

3.检测指标：分别于麻醉诱导前(T1)、CPB 30min(T2)、CPB 停机时(T3)、停机后3h(T4)、6h(T5)、24h(T6)时用全血测定中性粒细胞计数，同时抽血离心取血清应用ELISA 法测定血清中TNF-α、IL-6、IL-10和LXA4的浓度。测定值按校正值=实测值×诱导前HCT值/采样时HCT测得值进行校正。TNF-α、IL-6 和IL-10检测试剂盒购自武汉伊莱瑞特生物科技有限公司，LXA4检测试剂盒购自美国RD公司。

结 果

1.CPB不同时间点LXA4、IL-10、TNF-α、IL-6、PMN的变化情况：与T1时比较，LXA4、IL-10、TNF-α、IL-6、PMN水平在各时间点均明显升高(P<0.05)，促炎症消退介质LXA4于T3时达到高峰后逐渐下降，于 T6时再次升高(P<0.05)；抗炎细胞因子IL-10在T3时达到高峰，之后逐渐下降(P<0.05)；促炎细胞因子TNF-α浓度和PMN计数于T4时达到高峰后逐渐下降，于T6时再次升高(P<0.05)；IL-6于T5时达到高峰后逐渐下降(P<0.05)，详见表1。

表1 不同时点LXA4、IL-10、TNF-α、IL-6、PMN的变化情况

2.围术期LXA4与IL-10、TNF-α、IL-6和PMN之间的相关性分析：Spearman相关分析显示，血清LXA4水平与IL-10、TNF-α和PMN计数之间呈相关性(P<0.05)，而血清LXA4水平与IL-6水平之间无明显相关性(P>0.05)，详见表2。

表2 围术期LXA4与其他指标之间的相关性(n=30)

讨 论

CPB早期由于血液与非内皮表面接触，激活内皮细胞、中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞和血小板等细胞防御系统，导致补体、凝血和纤溶系统异常；晚期由缺血再灌注损伤、内毒素血症、凝血障碍和肝素/鱼精蛋白反应等因素导致中性粒细胞-内皮细胞相互作用和过度激活，活性氧、花生四烯酸代谢产物和炎性细胞因子大量释放，二者共同加重CPB后SIRS的发生[6,7]。中性粒细胞数的激活程度和TNF-α、IL-6、IL-8等促炎细胞因子水平的高低与CPB后 SIRS的严重程度密切相关，大量促炎细胞因子的释放和PMN的聚集可抑制心肌收缩力，降低周围阻力,加重肺水肿，造成CPB术后心肺功能不全[8,9]。

IL-10作为一种抗炎细胞因子，可作用NF-κB细胞内信号转导途径抑制TNF-α、IL-6等促炎细胞因子的合成，发挥其抗炎作用[10]。本研究结果显示,促炎细胞因子TNF-α浓度和PMN计数于CPB 结束后3h时达到高峰后逐渐下降，于CPB结束后24h再次升高；IL-6于CPB 结束后6h时达到高峰后逐渐下降，且各时间点均明显高于术前水平，抗炎细胞因子IL-10在CPB结束时达到高峰，之后逐渐下降，且CPB 结束后24h仍高于术前水平，表明CPB术后导致PMN的过度激活，且早期炎性反应期PMN的浸润与促炎细胞因子的出现几乎相一致，提示CPB后诱发SIRS的存在，同时机体不断促进抗炎细胞因子的释放，以应对过度炎性反应的发生，避免机体促炎/抗炎水平的失衡。

适度的炎性反应是机体抵抗有害刺激的适应反应，可促进炎症消退和组织的修复，使机体内环境回归稳态，这种效应依赖于机体内源性抗炎和促炎消退介质的调节作用[11]。LXA4是花生四烯酸通过脂氧合酶途径产生的代谢产物，其可通过作用蛋白激酶 C、酪氨酸激酶信号转导及转录激活蛋白信号通路、磷脂酰肌醇 3 激酶/蛋白激酶 B、丝裂原活化蛋白激酶、核转录因子等多种炎性信号通路抑制炎性因子的释放和功能，抑制PMN的激活、聚集和浸润，促进PMN凋亡和清除，增强巨噬细胞活性，促进巨噬细胞吞噬凋亡的PMN和微生物颗粒，且可作用于淋巴细胞、自然杀伤性细胞发挥免疫调节作用，另外还可通过抑制氧化应激、抗细胞凋亡、上调血红素加氧酶-1等作用减轻心机缺血再灌注损伤[12～14]。

本研究结果显示，LXA4水平在CPB后明显升高，在CPB结束时达到高峰后持续降低，但CPB后24h再次升高。而在急性心肌梗死数小时和行腹主动脉瘤手术中开放腹主动脉5min后也可见 LXA4迅速增高，之后降低，24h后再次升高[15,16]。这可能由于CPB术后缺血再灌注、补体激活、内毒素释放等多种因素促使CPB结束时机体生成LXA4水平急剧增加，以对抗CPB术后SIRS的发生，而CPB过程脂质过氧化水平增加，花生四烯酸代谢产物前列腺素类、白三烯类和血栓素类的生成失衡，均可导致合成LXA4的前体脂肪酸减少，致使LXA4水平在CPB结束后持续降低，之后随着机体功能的恢复，LXA4水平再次增加以促进炎症消退。

SIRS是多种体液炎性介质和细胞炎性介质与效应细胞间相互作用而形成的极其复杂的反应过程[17]。研究表明,多种细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-3、IL-4等)刺激可促进脂氧合酶的表达与活性，增加LXA4的生成[18]。而LXA4可与吞噬细胞表面的脂氧素受体结合，通过调节多种炎性信号通路，改变细胞结构，诱导巨噬细胞由M1型向M2型转化，其中 M1 型巨噬细胞可分泌促炎细胞因子(IL-6、TNF-α等)，加重炎性反应，而M2型可释放抗炎细胞因子(IL-4、IL-10等)[19]。另外LXA4可增强巨噬细胞的吞噬中性粒细胞的能力，并抑制巨噬细胞自身的凋亡，从而发挥抗炎和吞噬作用，促进炎症消退[20]。本研究显示，围体外循环期间患者血清LXA4水平与IL-10、TNF-α和PMN计数之间密切相关，且LXA4和IL-10更早达到高峰，表明应激反应发生后，机体迅速增强抗炎和促销退介质的生成，以抑制CPB造成的过度炎性反应。

综上所述，CPB 可触发心脏瓣膜置换患者全身炎性反应，表现为中性粒细胞和促炎细胞因子(TNF-α、L-6)水平升高，同时抗炎细胞因子IL-10和促炎症消退介质LXA4更早被激活，以促进全身炎性反应的消退。由于未检测生成LXA4的前体脂肪酸和其他促炎症消退介质的变化，因此有待于进一步分析CPB对促炎症消退系统的影响。