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曾嘉珉,孙煦勇,董建辉.活性氧簇在肝脏缺血再灌注损伤中的作用研究进展［J/CD］.中华移植杂志:电子版,,14(5):-.
摘要肝脏缺血再灌注损伤（HIRI）是一种复杂的，涉及氧化应激、炎症反应和钙超载等多种机制的病理过程。活性氧簇在HIRI过程中扮演了重要角色，既往研究多认为活性氧簇在HIRI过程中发挥促损伤作用，然而随着预缺血干预研究的深入，活性氧簇可能通过低氧诱导因子、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B及丝裂原活化蛋白激酶等通路参与了对肝细胞的保护。本文对活性氧簇在HIRI中的促损伤及潜在保护作用进行综述。
肝脏；缺血再灌注损伤；活性氧簇；肝移植
肝脏缺血再灌注损伤（hepaticischemiareperfusioninjury，HIRI）是指肝脏缺血后在血流及供氧恢复过程中器官缺氧损伤加剧的现象。供肝获取及移植手术过程中发生的HIRI是影响手术成功与否及移植肝功能恢复效果的重要因素。HIRI中存在炎症反应、氧化应激和钙超载等多种病理过程，其中均有活性氧簇的参与。既往研究认为，活性氧簇主要参与肝脏损伤的过程。但近年来的研究显示，活性氧簇也可作为信号分子诱导细胞自噬而发挥细胞保护作用。本文对近年来活性氧簇在HIRI中的作用研究进展作一综述，并探讨活性氧簇在HIRI过程中的肝脏保护作用。
1活性氧簇概述
活性氧簇是一类包括超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）、羟自由基（OH-）和臭氧（O3）等在内的氧的还原产物。活性氧簇的主要细胞来源是线粒体电子传递链（electrontransportchains，ETC），细胞色素酶和活性还原型辅酶Ⅱ（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate，NADPH）等也可产生活性氧簇。生理条件下，多种机制相互作用使活性氧簇的生成与清除达到动态平衡，以确保其维持在较低水平并参与信号转导、基因表达、生物合成、细胞生长、衰老和死亡等生理过程。
2HIRI中活性氧簇的产生与作用
HIRI涉及多种病理过程，其中活性氧簇大量产生所引起的氧化应激与肝细胞损伤密切相关。在缺血期，由于细胞缺氧，线粒体ETC电子传递中断，抑制了氧化磷酸化和三磷酸腺苷（adenosinetriphosphate，ATP）的合成，并使线粒体三态呼吸受到抑制，导致局部活性氧簇大量生成。而在再灌注期，黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，能与氧分子结合产生大量活性氧簇，NADPH氧化酶活性增加以及肝脏库普弗细胞的激活亦可导致活性氧簇大量生成。此外，HIRI期间伴随内皮细胞的缺氧与复氧，该过程中内皮四氢生物蝶呤（一氧化氮合酶辅助因子）的氧化耗竭可触发一氧化氮合酶解偶联，并产生活性氧簇。
活性氧簇的作用主要包括：诱导无菌性炎症（asepticinflammation，SI）和细胞凋亡以及多途径的细胞保护作用。
2.1活性氧簇诱导SI
SI是指由理化或病理因素导致的炎症。HIRI早期主要特征为库普弗细胞活化，而晚期则为中性粒细胞浸润，可见SI在HIRI的发生发展过程中起重要作用。在再灌注初始阶段，受损细胞释放的内源性损伤相关模式分子（damageassociatedmolecularpatterns，DAMPs）会触发SI。库普弗细胞识别并激活这些DAMPs，进一步导致肝脏单核细胞和中性粒细胞聚集，共同诱导肝脏天然免疫反应。已知会引起SI的DAMPs包括高迁移率族蛋白1（highmobilitygroupbox-1protein，HMGB1）、热激蛋白70、S蛋白、RNA、细胞核内DNA、ATP和尿酸等。在HIRI早期，核因子κβ（nuclearfactorkappa-B，NF-κβ）可激活局部免疫反应，并导致促炎性因子（IL-1α、IL-1β、IL-2、IL-3、IL-6、IL-8、TNF-α和TNF-β）大量释放，该途径造成的SI是导致细胞毒性和死亡的主要原因。
活性氧簇对肝内局部SI激活起关键作用。一方面活性氧簇本身可介导NF-κβ的激活，导致后续炎症因子的释放；另一方面活性氧簇能促进HMGB1的释放，导致HMGB1/Toll样受体4/NFκB信号通路激活，继而促进炎症反应发生。在正常生理情况下，HMGB1在大多数器官和组织中正常表达，是一种非组蛋白的核蛋白。当发生HIRI时，HMGB1易从受损的细胞核中释放到细胞外，引起炎症反应，因此被认为是来自坏死细胞的内源性危险信号。
2.2活性氧簇诱导细胞凋亡
活性氧簇可通过外源性和内源性途径引起细胞凋亡。外源性途径也称死亡受体途径或信号传递途径，由细胞表面TNF-α受体与凋亡相关蛋白Fas/FasL结合等方式引起细胞凋亡。Fas是重要的细胞表面死亡受体，在活性氧簇的刺激下，可通过Fas相关死亡结构域蛋白召集并激活半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶-8（cysteinylaspartatespecificproteinase，caspase-8），激活的caspase-8可通过激活caspase-3、Bid蛋白和细胞色素C等途径诱导细胞凋亡。在HIRI期间，炎性细胞（如库普弗细胞和中性粒细胞）会产生大量的细胞因子，这些细胞因子具有促炎和抗炎反应的双重作用。TNF-a可与其特异性受体结合导致NFκB以及其他转录因子和趋化因子表达升高，导致中性粒细胞聚集和激活，进而通过释放活性氧簇和蛋白酶促进肝损伤。此外，TNF-α可聚集并激活CD4+T细胞，产生集落刺激因子（IFN-γ和TNF-β），这些细胞因子可促进TNF-α和IL-1分泌，进而促进嗜中性白细胞聚集和对肝窦的粘附，加速HIRI期间细胞凋亡。
内源性途径又称中央调控途径，其中活性氧簇可作为凋亡信号分子，通过激活P53、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinases，MAPK）和促凋亡蛋白Bax等信号通路以及抑制抗凋亡蛋白（B淋巴细胞瘤-2、B淋巴细胞瘤xL和B淋巴细胞瘤w等）引起细胞凋亡。线粒体是真核细胞最重要的细胞器之一，参与ATP、血红素、氨基酸和脂质等物质的合成，具有调节细胞生长、氧化还原信号和细胞凋亡等作用。另外，线粒体对于调节离子稳态、细胞生长、氧化还原信号和细胞死亡也很重要。活性氧簇也可调节线粒体膜通透性转换孔（mitochondrialpermeabilitytransitionpore，mPTP）的开放，导致细胞色素C释放。细胞色素C与细胞凋亡激活因子1形成复合体，激活caspase-9和caspase-3。活化的caspase-3可破坏DNA修复酶，加重细胞DNA损伤，导致细胞凋亡。在HIRI期间，肝细胞线粒体内氧化磷酸化过程被破坏，ATP产生减少，活性氧簇大量产生，同时发生钙超载导致mPTP持续开放，继而发生呼吸链解偶联，电子传递出现障碍，并促进细胞凋亡。在线粒体破坏过程中，线粒体渗透传递被持续激活，线粒体膜渗透屏障被破坏，相对分子质量＜Da的溶质能自由穿过内膜。线粒体膜通透性转换（mitochondrialpermeabilitytransition，MPT）通过Bax形成的通道促进线粒体膜空间中某些凋亡因子（例如细胞色素C）的释放，细胞色素C释放至细胞外介质中，触发caspase和ATP依赖的凋亡途径。研究表明，MPT在HIRI中起重要作用，可直接导致线粒体去极化、ATP合成障碍和细胞色素C释放增多，从而引起不良后果。
2.3活性氧簇的保护作用
（1）细胞自噬
近年来关于肝脏缺血预处理的研究表明，活性氧簇也具有细胞保护作用，大量的活性氧簇可激活肝内巨噬细胞的自噬作用。自噬可借助溶酶体机制及时清除衰老和受损的线粒体以及过量的氧自由基，维持线粒体正常功能，进而缓解HIRI。该过程可能涉及低氧诱导因子（hypoxiainduciblefactor，HIF）、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide3-kinase/proteinkinaseB，PI3K/Akt）和MAPK信号通路等。
（2）HIF
活性氧簇可阻止脯氨酰羟化酶介导的HIF-1降解，从而维持HIF-1介导的保护性缺氧反应，调节与细胞存活、血管生成和细胞重塑等相关的基因表达。因此，可认为活性氧簇在一定条件下有助于缺氧过程中细胞的存活。此外，Zhong等研究发现，在小鼠HIRI模型中应用脯氨酸羟化酶抑制剂3,4-二羟基苯甲酸乙酯，HIF-1α和血红素加氧酶1显著增加，MPT减少，导致线粒体去极化降低，ALT释放减少。
（3）PI3K/Akt信号通路
PI3K/Akt信号通路在细胞增殖、分化、凋亡和迁移等过程中起关键作用。PI3K是一种细胞内磷脂酰肌醇激酶，其作用产物可激活Akt（一种重要的抗凋亡蛋白），Akt被激活后可导致促凋亡蛋白（如caspase-9和P53等）等的失活，并增加抗凋亡蛋白基因（如B淋巴细胞瘤2和B淋巴细胞瘤xL等）的表达，从而抑制细胞凋亡。活性氧簇是激活PI3K/Akt信号通路的信号分子之一，可能通过该通路发挥细胞保护作用。HIRI发生后，大量活性氧簇生成，激活PI3K/Akt信号通路，继而活化内皮一氧化氮合酶。Cheng等研究发现，HCVNS5A蛋白可通过活性氧簇依赖性途径下调第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（phosphataseandtensinhomologuedeletedonchromosometen，PTEN）活性，进而激活PI3K/Akt信号通路。Gnocchi等在体外研究中发现，低水平的活性氧簇可作为第二信使激活PI3K/Akt通路。Yang等研究发现，维生素D预处理可以减轻HIRI期间PTEN对PI3K/Akt途径的抑制作用，增强抗氧化应激能力，诱导自噬发生，并降低肝损伤程度。Zhong等研究了PI3K/Akt信号通路在维甲酸受体α预处理后对HIRI的作用，发现维甲酸受体α预处理可激活PI3K/Akt信号通路，增强肝细胞自噬、抗凋亡和抗炎能力，并减轻HIRI。
（4）MAPK信号通路
MAPK是细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，广泛存在于大多数细胞中，包括细胞外信号调节激酶、c-Jun氨基末端激酶（c-JunN-terminalkinase，JNK）和大丝裂原活化蛋白激酶等。其中，JNK可能参与了活性氧簇介导的细胞存活过程，主要涉及到JNK信号激活持续时间有限，因而引发较低程度、保护性的自噬并缓解细胞凋亡等机制。
3总结
综上所述，活性氧簇在HIRI过程中扮演了重要角色，既往研究多认为活性氧簇在HIRI中发挥促损伤作用，但近年来研究证明，较低浓度的活性氧簇具有细胞保护作用。目前关于活性氧簇在HIRI过程中的保护机制尚需进一步研究，但根据国内外现有临床研究表明，通过降低机体内的活性氧簇水平确实可减少HIRI过程中的损伤。因此，针对不同浓度（特别是生理浓度下）、不同种类和不同来源的活性氧簇进行研究，将有助于揭示其具体的作用及相关分子机制，探明活性氧簇是否存在保护作用。此外，尽管一定浓度下的活性氧簇可能在HIRI过程中产生保护作用，但可以肯定的是，活性氧簇过量将造成细胞损伤。因此，调节体内活性氧簇浓度，使其保持在较低的水平对于减少器官捐献及肝移植工作中HIRI造成的器官损伤具有重要意义。体外膜肺氧合（extracorporealmembraneoxygenation，ECMO）及机械灌注（machineperfusion，MP）技术均可在器官维护过程中对活性氧簇浓度进行一定的调节。若能明确不同活性氧簇浓度、种类及来源在HIRI过程中扮演的角色及其作用机制，运用ECMO与MP技术并予适当的自由基清除剂或自由基生成抑制剂，在肝移植前尽可能减少HIRI对供肝的损伤甚至进行修复，必定会改善肝移植手术成功率及受者预后，具有较高的研究价值。
参考文献（略）
通信作者：孙煦勇（广西医院器官移植科）预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇