1，2 南华大学附属第二医院泌尿外科 湖南衡阳 421001
【摘 要】2015年1月1日，我国立法规定全面禁止使用死刑犯人器官作为移植器官来源，心脏死亡患者的器官捐献（DCD）在器官移植中地位愈发重要。但DCD供者因心脏死亡后使供肾经历一个热缺血过程、内环境发生改变从而导致供肾质量差，移植术后效果不理想。而脂质体前列腺素E1（Lipo-PGE1）具有松弛血管平滑肌、舒张外周血管、抑制血小板聚集、改善微循环、免疫调节等多种作用。越来越多的研究表明：Lipo-PGE1能够通过多条途径减少DCD供肾的热缺血损伤、改善供肾的质量、减少术后肾功能延迟恢复发生率，提高移植肾存活率。
【关键词】Lipo-PGE1、DCD、肾移植、热缺血、氧自由基
1、背景
1954年，美国医生Joseph Murray成功实施世界上首例同卵双生子间的肾脏移植，并且患者移植术后长期存活，开辟了器官移植的新纪元[1]。随着临床移植水平的提高、配型技术的进步和免疫抑制剂的发展，肾脏移植目前已成为终末期肾病患者的最理想、最有效的治疗方法。但肾脏移植在取得巨大进步的同时，也面临着世界性的难题——肾源短缺。据统计：全美在2006年共进行了29000例器官移植，但到2010年底，注册等待器官移植的患者约100000人，并且增速呈连年上升趋势[2]。我国肾源紧缺的情况更加严峻，每年需要肾脏移植的终末期肾衰患者约有150万，其中30万患者登记等待肾源，但全国每年实施移植手术不足1万例[3]，许多尿毒症患者在等待肾源的漫长过程中死亡。
我国可供移植使用的肾脏主要由三种途径提供：死囚尸体供肾、亲属活体供肾及心脏死亡捐献供肾。随着伦理学的发展及社会的进步，传统尸肾相继减少。从2015年起，我国法律明确规定全面禁止使用死刑犯人器官作为移植器官来源，这使得死刑犯人尸体供肾变成为不合法。目前亲属间活体供肾移植在世界范围开展较好，但其有损供者健康，故一定程度限制了亲属活体供肾移植的数量，例如，美国从2004年以来，亲属活体肾移植数量就一直维持在6000例左右[2]。在这种背景下，心脏死亡器官捐献（donation after cardiac death，DCD）在移植器官来源的地位愈发重要。可以预测，DCD将成为未来主要的供体器官来源，对增加移植器官数量、缓解供体短缺将起到关键作用。
但由于DCD供者在宣布死亡和随后器官获取中，供肾不可避免地会经历低血压性休克、缺氧、内环境改变的过程，加上抢救期间大量血管活性药物、脱水药物的使用，导致供肾在移植前就受到严重损害，质量较传统供肾差，近期移植肾功能延迟恢复（delayed graft function，DGF）发生率较高、术后易发生急性排斥反应、住院时间延长，甚至远期移植肾效果不理想[4-6]。因此，如果能够找到某种方法减少DCD供肾热缺血损伤，那么移植后功能就会得到显著提高。
2、热缺血损伤的概念及机制
热缺血损伤（warm ischemia injury）是指器官在常温下，因供血停止或血流灌注不足导致其受到的损伤。多数研究证实：热缺血对器官组织损害最为严重[7]。这是因为热缺血时（心脏停跳），器官供血中断，组织细胞处于缺氧、缺乏能量物质状况，但是其细胞代谢仍在继续进行并且代谢水平较高，在这种供需矛盾下，器官很快就出现了一系列的病理变化，功能受损[8]。氧进一步消耗完后，细胞仍可进行无氧呼吸，但产生有毒的代谢产物无法清除，导致器官损伤加重。肾热缺血损伤后，轻者可使移植术后肾功能受损，增加术后DGF等并发症；重者加重排斥反应，移植肾无功能，甚至危及生命[9]。目前认为，肾热缺血损伤是一系列的病理生理变化过程，涉及微循环障碍、氧自由基的产生、中性粒细胞浸润、钙超载等多条途径。
3、Lipo-PGE1的概念及生物学性质
前列腺素E1（PGE1），是天然前列腺素（PG）类物质的一种。20世纪30年代，国外学者在人类精液中发现的一种有强大生理作用的活性物质，命名为PG[10]。60年代初，科学家公布其化学基本结构由一个五元碳环和两条侧链的二十碳不饱和脂肪酸构成，并阐明了其酶促合成工艺。迄今为止，发现的PG有多种。其中，PGE1广泛存在于人体内各组织细胞，具有广泛的作用，被专家称为血管“清洗剂”[11]。
随后长期研究表明，PGE1具有松弛血管平滑肌、舒张外周血管、抑制血小板聚集、改善末梢循环等多种药理作用[12]。从PGE1的药理机制上设想，可以通过扩张血管、抑制血小板聚集、改善微循环从而减轻组织器官的热缺血损伤。随后，不少动物实验证实了PGE1对热缺血损伤有一定程度的保护作用，但其缺点也逐渐显露，例如稳定性、靶向性及效率差，给药时间长且操作不便等[13]。
脂质体前列腺素E1（Lipo-PGE1）是将普通PGE1溶于脂肪油中，并经乳磷脂乳化分散于水，制成的平均粒径0.2μm的脂质微球乳剂[14]。与普通PGE1比，Lipo-PGE1能够选择性地集中到循环障碍或炎症部位的靶组织，通过细胞吞噬和膜融合的方式进入细胞内并释放药物发挥药效；5到10分钟即可达到血药浓度高峰，并可长时间维持较高的血药浓度；同时脂微球的屏障保护可以显著降低了PGE1对血管的刺激及炎症反应[15]。目前在临床中广泛用于严重的外周血管疾病、缺血性心脏病、脑血管疾病、肺动脉高压等多种疾病的治疗[14]。
4、Lipo-PGE1对DCD供肾的热缺血损伤的保护作用
4.1、微循环障碍途径
肾脏微循环障碍是热缺血损伤中的始动环节。其可以加重细胞缺血，致缺血细胞的不可逆性损伤、死亡[16]。微循环障碍发生与以下因素有关：1、酸中毒和钙超载致细胞水肿，细胞水肿导致毛细血管腔狭窄；2、大量生成的氧自由基损伤肾血管内皮细胞，使之在血流冲击下脱落，造成血窦梗阻；3、受损的内皮细胞可引起血小板粘附，微血栓形成；4、中性粒细胞趋化、粘附、聚集肾脏毛细血管，造成循环障碍。微循环障碍最终结果造成组织细胞的缺氧、能量代谢障碍，严重者导致器官再灌注时无复流情况。
Lipo-PGE1主要通过以下机制改善肾脏微循环：1、它具有很强的直接舒张血管平滑肌和抑制神经末梢释放去甲肾上腺素的作用，对于肾脏的动脉、静脉的血管床都是强有力的血管扩张剂[17]，通过对肾血管扩张，增加血流量，改善肾动脉压，进而改善局部微循环、肾脏细胞的能量代谢，从而有效减轻热缺血损伤。2、Lipo-PGE1也是一种比较理想的血小板聚集抑制剂，通过抑制血小板释放血栓烷A2（thromboxane A2，TXA2）起作用，降低血液粘度、红细胞聚集性，此外还能改善红细胞变形能力，从而改善血液流变学的作用[18]。3、Lipo-PGE1可以激活血小板膜内腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC），使血小板内环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）含量升高，从而直接对抗TXA2释放所诱导的血管收缩与血栓形成[19]。
4.2、氧自由基途径
氧化应激是指，机体代谢过程和一些病理过程都可以导致活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的产生增加，清除降低，打破了机体氧化——抗氧化能力的平衡[20]。其中，ROS包括超氧阴离子（O2）、羟自由基（OH）、过氧化氢（H2O2）等，ROS具有强氧化性，在正常时期有杀伤病原微生物、肿瘤细胞等保护机体的功能；在病理状况下，产生过多便会激活磷脂酶A2等，破坏脂质包膜，从而导致细胞膜、线粒体膜、溶酶体膜的破损。同时生成大量脂质炎症介质，加重炎症反应，诱发细胞凋亡。热缺血损伤可从两方面为ROS的产生提供了条件：1.缺血时，线粒体呼吸链功能失调，氧被非四价还原，生成ROS。2.缺血时，黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶，后者在有分子氧存在时，催化次黄嘌呤，在代谢过程中产生ROS。ROS的大量产生能对机体造成严重损伤，它可直接破坏脂质细胞膜、细胞间质、蛋白质酶、核酸和染色体，同时也可通过生成可扩散性醛从而导致远距离毒性效应[21]。上述损伤最终表现为机体组织结构的破坏、功能的丧失，在肾脏则表现为肾小球滤过率降低，肾小管重吸收及功能障碍等。而脂质过氧化反应的代谢产物——丙二醛（MDA）及内源性ROS清除剂——超氧化物歧化酶（SOD）则是目前公认的能较好反映ROS产生的间接指标[22]。
Lipo-PGE1减少ROS产生的作用可能是通过抑制中性粒细胞的功能来实现的。具体是通过激活细胞膜上的腺苷环化酶，使细胞内的cAMP升高，从而抑制其产生ROS，减轻缺血组织脂质过氧化损伤，对热缺血损伤产生明显的保护作用。动物实验证实了Lipo-PGE1能明显减轻缺血再灌注组织脂质过氧化损伤。张鹏等[23]通过建立SD大鼠肾缺血再灌注损伤模型，并分别对血浆和肾组织中的MDA和SOD含量的测定来评估Lipo-PGE1的保护作用。实验结果发现：肾脏缺血再灌注损伤时，血浆和肾组织中的MDA含量明显上升，而SOD活性则明显降低；而在损伤前预先给予Lipo-PGE1能够明显抑制上诉指标的变化，同时可以减轻大鼠肾脏组织超微结构的损伤。得出结论：Lipo-PGE1通过减少ROS的产生，对SD大鼠肾缺血再灌注损伤具有明显的保护作用。
4.3、中性粒细胞浸润途径
中性粒细胞（PMN）在肾脏热缺血损伤中所起的作用已越来越受到重视。在缺血的初始期，血循环中的PMN通过粘附分子豁附、固定在血管内皮细胞及肾小管的管腔面。聚集后的PMN通过分泌多种细胞因子和趋化因子，使血液中更多的PMN穿过血管内皮细胞及肾间质，进一步向缺血组织迁移，同时启动各种机制，加重局部炎症反应[24]。其机制包括：1.炎性介质如白三烯、血小板活化因子、补体的激活；2.ROS的产生；3.细胞Ca2+超载；4、蛋白分解酶的释放；5、血小板的活化及聚集。PMN浸润致使肾小管细胞骨架和细胞间的紧密连接发生断裂、近端小管刷状缘脱失、小管基底膜剥脱入管腔，细胞的极性和溶质转运功能受到损伤。那些脱落的有活力和无活力的小管细胞，不仅形成管型、梗阻小管，还致使肾小球滤过液回漏，参与急性肾功能衰竭的形成。此外，PMN还因为体积大，变形能力差，极易在毛细血管中阻塞，使再灌注时发生无复流，进一步加重细胞损伤。
Lipo-PGE1能抑制PMN的趋化、粘附、聚集、活化、颗粒酶的释放等多种功能，阻止PMN介导的缺血后损伤。Simpson等[25]在狗心肌缺血模型中，研究Lipo-PGE1对热缺血的PMN的影响，结果显示：相比对照组，热缺血前预先应用Lipo-PGE1的动物心梗面积显著缩小。其对实验结果进一步分析表明，Lipo-PGE1是通过抑制PMN聚集、活化及减少氧自由基产生，从而减少心梗面积。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆T.Kawamura等[26]的临床研究表明PGE1可通过抑制PMN活化、降低致炎因子生成，改善细胞因子平衡，来减轻冠状动脉搭桥术患者的心肌缺血损伤。Leffer等[27]实验表明：Lipo- PGE1能够显著减轻因白细胞介素-1α（IL-1α）导致的大鼠肺渗漏及肺内PMN的聚集。
4.4、钙超载途径
细胞内Ca2+超载在热缺血损伤中作用毋庸置疑。细胞缺血时，胞内Ca2+超载通过以下4条机制使细胞受损。1、改变细胞膜的通透性，Ca2+可直接引起特异性的胞膜通透性改变，或通过激活磷脂酶而引起非特异性的胞膜通透性改变；2、改变线粒体膜的通透性，细胞内的Ca2+向线粒体内转运，导致线粒体内Ca2+负荷过量，同样再激活线粒体的磷脂酶，引起线粒体膜受损。3、影响线粒体的氧化反应，线粒体内高Ca2+还可以干扰它的能量代谢，激活ATP酶，使ATP进一步消耗。4、促使ROS产生增多，细胞内Ca2+浓度升高，可激活蛋白水解酶，使黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶。同时，ATP代谢产物次黄嘌呤水平升高，当恢复灌注后，次黄嘌呤氧化变成黄嘌呤，然后黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶的催化下，氧化生成尿酸并释放大量的ROS，而ROS通过脂质过氧化反应等方式使细胞受损。
Lipo-PGE1减轻缺血组织细胞内Ca2+超载可能是由于其强有力的血管扩张作用、血小板聚集抑制作用，通过改善微循环从而减轻Ca2+超载，来实现细胞及线粒体的保护作用。另外，Lipo-PGE1本身尚具有膜稳定作用，能阻止细胞内外离子的异常分布，避免超负荷Ca2+，保证线粒体合成三磷酸腺苷（ATP）的功能。叶萍仙等[28]证实PGE1能降低缺血再灌注大鼠心机细胞内Ca2+浓度，董淑云等[29]建立大鼠肢体缺血再灌注模型，并且发现Lipo- PGE1能显著减轻缺血肌组织及细胞线粒体的Ca2+超载。
5、小结
目前，肾脏移植已经成为终末期肾功能衰竭患者最有效的治疗方法。但DCD供肾在移植前不可避免地会经历热缺血损伤，导致供肾质量差。Lipo-PGE1以脂微球为药物载体，比传统的PGE1具有好的靶向性、缓释性、稳定性和安全性，目前研究表明：Lipo-PGE1在肾脏热缺血损伤中具有保护作用，具体是从微循环障碍、PMN聚集、细胞Ca2+超载、ROS的产生等途径来减轻热缺血损伤，从而改善肾脏血流循环、减少DGF及无功能移植肾，进而提高供肾质量及延长受体存活时间。Lipo-PGE1这种保护作用可能为临床减轻DCD供肾热缺血的处理上提供一个新的药物，具有广阔的临床应用前景，值得进一步研究。
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论文作者:刘冰1,罗志刚2
论文发表刊物:《航空军医》2016年第21期
论文发表时间:2016/11/24
标签：损伤论文; 细胞论文; 肾脏论文; 线粒体论文; 作用论文; 器官论文; 微循环论文; 《航空军医》2016年第21期论文;