阿魏酸鈉對皮瓣缺血再灌注損傷保護作用機制的研究進展

陳英標 戴帆 盧強 仇樹林

皮瓣具有自身血供，又具有一定的厚度，因此在整形外科、骨科、創傷外科常使用皮瓣移植手術修復組織缺損畸形或用于器官再造，皮瓣在移植過程中,常出現缺血的過程，但當缺血的皮瓣恢復血流灌注后,有時反而出現部分或全部皮瓣壞死，嚴重影響手術療效。研究表明，這主要是由于皮瓣缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury I-RI）所致。皮瓣缺血再灌注損傷的機制是由自由基、鈣超載、白細胞等多因子介導的一系列復雜的病理生理過程，其具體機制尚未完全闡明[1]。有研究證實，阿魏酸鈉（sodium ferulate SF）具有清除自由基、抑制鈣超載、抑制血小板聚集作用[2]。本文就阿魏酸鈉對皮瓣缺血再灌注損傷保護作用機制的研究進展綜述如下。

1阿魏酸鈉的藥理作用

阿魏酸鈉是阿魏酸（4-羥基-3甲基肉桂酸）的鈉鹽，阿魏酸的分子式為：C10H10O4，分子量為：194.18。阿魏酸鈉為非肽類內皮素受體拮抗劑[3]。阿魏酸鈉可抑制內皮素引起的血管收縮、升壓及血管平滑肌細胞的增殖，減輕血管內皮損傷，抑制血小板聚集，清除自由基，防止脂質過氧化[4]。在心腦血管系統、消化系統、泌尿系統、中樞及周圍神經系統、視覺系統等缺血再灌注損傷動物試驗及臨床研究中都有顯著作用。

2阿魏酸鈉影響缺血再灌注損傷的作用機制

2.1改善一氧化氮與內皮素的平衡，改善微循環：手術、缺血、應急等各種致損傷因素均會導致機體缺血組織釋放各種炎癥因子，導致一系列病理生理過程，從而影響組織成活。目前，已知擴張血管作用最強的因子是一氧化氮（NO），收縮血管作用最強的因子是內皮素（ET）。NO既是一個有細胞毒性效應器作用的分子，也是生物體內許多信號傳導系統中的信號分子，其中NO作為氣體血管舒張因子備受關注。生物體內的NO主要由一氧化氮合酶（NOS）催化L-精氨酸末端胍基中的一個氮原子和氧分子反應生成。生理濃度的NO作為血管舒張因子能通過滅活氧自由基而舒張血管[5]，在維持神經細胞的效應傳遞功能和血管舒縮功能，保證血管擴張、血液供應上具有重要作用[6]。此外，還具有重要的抗血小板和白細胞粘附聚集作用。ET是由內皮細胞分泌的21個氨基酸殘基組成的活性多肽[7]。1988年，Yanagisawa[7]首先由豬主動脈內皮細胞分離純化。ET是目前為止所知作用最強、持續最久的縮血管活性多肽。在正常組織中，ET與NO處于一種平衡狀態，ET上升可促進NO合成增多。NO可對抗兒茶酚胺類、ET等的縮血管作用，強烈擴張微血管，并可在血管內膜形成一層保護膜，防止血小板、中性粒細胞等粘附至內皮，抑制微血栓形成，避免DIC的發生。但NO活性很強，過量產生也會損傷血管內皮細胞，引起組織充血、水腫，造成組織細胞的氧代謝障礙[8-9]。Tane等[10] 研究證實皮瓣掀起后蒂部組織中內皮素量急劇上升，并且注入內皮素能顯著減少皮瓣的成活長度，而ETA型受體拮抗劑FR139317可抵消其作用。Matsuzaki[11]觀察到皮瓣缺血后內皮素量上升，可明顯使細動脈收縮、痙攣，認為ET量的增多是皮瓣部分壞死的重要原因。宴澤等[12]通過試驗證實，在皮瓣掀起初期使用內皮素受體拮抗劑，可中和內皮素強烈收縮血管的作用，從而有效改善皮瓣微循環，最終提高皮瓣成活面積。廖健毅[13]在體外循環期間阿魏酸鈉對血管內皮功能保護效應的試驗中證實：阿魏酸鈉可有效拮抗內皮素的分泌，促進NO的生成。陳莉芬等[14]也觀察到，缺氧能明顯增加ET-1的分泌，阿魏酸鈉能夠抑制缺氧誘導的ET-1的釋放。陳德森等[15]認為阿魏酸鈉通過拮抗內皮素或者增加血管內皮細胞NO合成，可能是其擴張冠脈，增加冠脈流量的主要原因。

2.2 減輕氧自由基損傷：由氧誘發的自由基稱氧自由基。缺血時，組織含氧量減少，作為電子受體的氧不足，當再灌注恢復組織氧供應時，也提供了大量電子受體，通過黃嘌呤氧化酶途徑、中性粒細胞、線粒體等可使氧自由基在短時間內爆發增多。自由基一旦生成，即可經其中間代謝產物不斷生成新的自由基，形成連鎖反應。自由基可與各種細胞成分，如膜磷脂、蛋白質、核酸等發生反應，造成細胞結構損傷和功能代謝障礙。自由基的損傷可致膜脂質過氧化增強，膜脂質過氧化的代謝產物之一為丙二醛（MDA）。丙二醛可以作為交聯劑促進核酸、蛋白質及磷脂的交聯，改變生物大分子的功能。通過檢測丙二醛的含量可以反映脂質過氧化的程度。喬樹賓等[16]在試驗中給予大量自由基清除劑維生素C可有效減輕心肌缺血再灌注損傷。外源性自由基發生劑可使正常及缺血組織細胞受到嚴重損傷。曾國華等[17]發現阿魏酸鈉預處理對大鼠心肌細胞缺氧/復氧損傷有延遲保護作用，表現為：預處理對急性損傷后心肌細胞MDA含量顯著減少，超氧化物歧化酶（SOD）活性顯著增加。董江龍等[18]在先天性心臟病手術臨床研究中，在體外循環液中加入阿魏酸鈉，可減輕心肌再灌注損傷，也認為其可能的機制為抗脂質過氧化，降低MDA的生成有關。喻東亮等[19]在阿魏酸鈉對體外循環肺保護作用的臨床研究中，體外循環術前1周，實驗組患者給予靜脈滴注阿魏酸鈉0.2g,每日兩次，發現術后SOD、TNF-a的增高幅度顯著低于對照組，肺組織的中性粒細胞浸潤也明顯少于對照組，說明在體外循環手術前給予阿魏酸鈉可有效抑制炎癥反應，減輕肺組織缺血再灌注損傷。賀德等[20]對四氯化碳（CCl4）致大鼠肝損傷的研究發現，阿魏酸鈉可明顯降低CCl4致肝損傷大鼠肝組織MDA含量，血清ALT、AST、LDH活性顯著降低，SOD和NO含量顯著增高。王汝濤等[21]在試驗中也觀察到，阿魏酸乙酯可明顯抑制由CCL4引起的小鼠急性肝損傷，減少MDA的生成，同時誘導肝組織內SOD的生成，增強機體解毒功能。劉金舟等[22]以分離、夾閉腸系膜上動脈建立大鼠腸缺血再灌注模型，發現使用阿魏酸鈉實驗組，腸組織和血清中的SOD活性明顯升高，MDA量和NO釋放明顯降低，且這些作用與阿魏酸鈉的效應有劑量相關性。這說明阿魏酸鈉應用于腸缺血再灌注損傷能產生較好的干預效果。孫晶等[23]研究大鼠腎臟缺血再灌注損傷發現治療組可明顯減低Cr、BUN及MDA含量，并提高SOD水平，說明阿魏酸鈉對大鼠腎臟缺血再灌注損傷有保護作用，認為其機制可能與抗自由基、抗脂質過氧化有關。曾鳳等[24]在阿魏酸鈉對大鼠慢性高眼壓模型視網膜SOD、MDA影響的研究中，認為阿魏酸鈉通過清除自由基或保護SOD的活性，對持續高眼壓大鼠視網膜氧化應激具有保護作用。

由此可見，阿魏酸鈉對心肌[17-18]、肺[19]、肝臟[20-21]、腸[22]、腎臟[23]、視網膜[24] 等的缺血再灌注損傷，均可減輕缺血再灌注組織的脂質過氧化，減少MDA的生成，提高SOD的活性，從而保護組織免受缺血再灌注損傷。

2.3減輕鈣超載:細胞內鈣主要儲存在線粒體與肌漿網。組織缺血時，細胞無氧代謝增強，導致ATP含量減少和細胞內酸中毒，這可引起鈉泵活性降低，使細胞內的Na+含量明顯增高。當再灌注時，細胞內高Na+除激活鈉泵外，還迅速激活Na+/ Ca2+交換蛋白，以反向轉運方式加速Na+向細胞外轉運，同時將大量的Ca2+運入胞漿。另外再灌注時，可使組織間液的H+濃度迅速下降，而細胞內H+仍然很高，細胞膜兩側的H+濃度差可激活Na+/ H+交換蛋白，促進細胞內H+排出，而使細胞外Na+內流。如果內流的Na+不能被鈉泵充分排出，細胞內高Na+就可繼發性激活Na+/ Ca2+交換蛋白，促進Ca2+內流，加重細胞鈣超載。再灌注時還可生成大量的自由基，使細胞膜脂質過氧化, Ca2+增多可激活磷脂酶，促進磷脂膜降解，這加重了膜結構破壞，進一步增加膜的通透性，細胞外Ca2+順濃度差內流增多。自由基損傷與膜磷脂分解可造成肌漿網膜損傷，鈣泵功能抑制，使肌漿網攝鈣減少，胞漿鈣濃度升高。線粒體膜損傷可抑制氧化磷酸化，使ATP生成減少，細胞膜和肌漿網鈣泵能量供應不足，進一步促進鈣超載的發生。鈣超載引起線粒體功能障礙，激活磷脂酶類、蛋白酶、核酸酶引起細胞損傷。細胞內鈣增多可通過增強Ca2+依賴性蛋白酶活性，加速黃嘌呤脫氫酶轉化成黃嘌呤氧化酶，從而促進自由基的生成。

劉季春等[25]研究表明，阿魏酸鈉可降低缺血再灌注損傷所致心肌組織鈣超載，改善心功能，其機制可能是阿魏酸鈉調動心肌內源性保護機制，開放KATP通道，加速心肌細胞3 期復極、Ca2+內流減少，同時通過產生超極化電位或減慢去極化，防止Na+－Ca2+交換，最終緩解Ca2+超載所致心肌損傷。谷氨酸及其受體的興奮性毒性是導致神經細胞內Ca2+增高的重要機制[26]。章軍建等[27]在阿魏酸鈉對培養的皮質神經細胞內游離Ca2+的影響實驗中，用培養大鼠大腦皮質建立離體的谷氨酸損傷模型，觀察到在培養的神經細胞中加入谷氨酸后，神經細胞內Ca2+濃度明顯升高，乳酸脫氫酶也大量釋放，加入阿魏酸鈉后，神經細胞內Ca2+濃度明顯降低，乳酸脫氫酶釋放也減少。說明阿魏酸鈉能抑制谷氨酸所引起的Ca2+的升高，對缺血再灌注損傷的腦細胞有保護作用，其機制與阿魏酸鈉阻滯受體依賴型鈣通道，抑制鈣超載有關。王汝濤等[21]在研究阿魏酸乙酯的藥理活性中，探討了阿魏酸抗血小板聚集的可能作用機理。ADP可以通過打開血小板細胞膜上的Ca2+通道引發細胞外Ca2+內流，同時也激活磷酯酶C，產生三磷酸肌醇（IP3），促使細胞內的致密管系統釋放Ca2+，導致Ca2+濃度升高。故阿魏酸乙酯抑制ADP誘導的血小板聚集的機理可能是抑制了細胞膜上的Ca2+通道，使Ca2+內流受阻，即通過抑制Ca2+內流達到抑制血小板聚集的目的。

2.4減輕白細胞所致的炎癥反應引起的損傷：白細胞介導的微血管損傷在缺血再灌注損傷的發病中起重要作用。心肌、腦、腎和骨骼肌的無復流現象是由于缺血再灌注時，中性粒細胞激活及其致炎細胞因子的釋放引起中性粒細胞與內皮細胞發生固定、粘附，引起微血管機械堵塞所致。再灌注損傷可降解細胞膜磷脂，釋放出大量趨化因子，吸引大量中性粒細胞聚集于缺血區的血管內并進入組織。再灌注期，中性粒細胞及內皮細胞表達粘附分子增強，激活的中性粒細胞可釋放具有趨化作用的炎癥因子TNF-a、IL-1及IL-6，引起血管內皮細胞和白細胞表面粘附分子暴露，兩者親和力增強。近年NF-κB在炎癥介質的轉錄、細胞信號轉導中的作用備受關注。NF-κB是一種可與免疫球蛋白k輕鏈基因增強子κB序列(GGGACTTTC)特異結合的核轉錄因子。它是由Rel家族構成的二聚體蛋白,具有一個由300個氨基末端組成的Rel同源結構域[28]。在正常情況下, NF-κB蛋白分子中Rel功能區與其抑制蛋白IκB的5～7個錨蛋白重復序列結合形成無活性的三聚體，抑制NF-κB分子由胞漿向核移位，阻止其活化。當受到外界因素刺激時, IκB磷酸化，通過迅速激活泛素-蛋白酶體途徑，暴露出NLS和DNA結合位點，激活NF-κB的核定位信號,發生核易位,引起相應基因的轉錄[29]。NF-κB是一種多效性的細胞轉錄因子，激活后可誘導多種炎癥細胞因子如TNF-a、IL-1、IL-6細胞間粘附分子-1的基因轉錄[30]，因此如果抑制了NF-κB的激活或者促進其失活，降低細胞內NF-κB的水平，就可減緩其上調多種炎癥介質的表達，從而減輕再灌注引起的炎癥反應，并且此方法要比單一使用細胞因子拮抗劑效果顯著[31]。何志等[32]在丹參對缺血再灌注損傷皮瓣成活率的影響研究 制作大鼠右下腹軸形皮瓣的缺血再灌注模型，觀察到皮瓣缺血再灌注損傷后NF-κB、ICAM-1（細胞間粘附分子1）陽性表達增強。吳小蔚等[33]在實驗中觀察到，正常皮膚、皮下組織中NF-κB P65陽性細胞很少，而再灌注損傷時，再灌注的早期發生NF-κB快速誘導活化，NF-κB表達增強。再灌注前及早期應用NF-κB抑制劑PDTC（吡咯烷二硫氨基甲酸酯），能抑制皮瓣組織NF-κB誘導活化。陳莉芬等[34]觀察到缺氧刺激內皮細胞中NF-κB的表達，降低IκBa的表達，阿魏酸鈉能顯著抑制缺氧內皮細胞中NF-κB的表達及核移位現象，增加IκB a的表達和BMEC（腦微血管內皮細胞）的活性。柯齊斌等[35]參照Naslund法建立脊髓缺血再灌注模型，并預防性一次性靜脈注射阿魏酸鈉50mg/kg,結果表明阿魏酸鈉能明顯改善后肢神經功能，減輕術后脊髓病理改變，提示阿魏酸鈉對脊髓缺血再灌注損傷有良好的防治作用，其機制可能為其具有良好的抗氧化、抗炎、抑制TNFa和IL-1b表達作用有關。

2.5抑制細胞凋亡：已有研究證明，細胞凋亡在缺血再灌注損傷時發揮著重要作用，而調控細胞凋亡的各種因子調控著細胞凋亡的全過程，其中Caspase-3就是一類重要的凋亡基因[36]。曲喜英等[37]應用H2O2通過促進Caspase-3及par-4蛋白的激活來誘導P12細胞凋亡，研究發現，阿魏酸鈉能夠劑量依賴性降低par-4及Caspase-3基因mRNA的表達水平，減少細胞凋亡。李彬等[38]研究阿魏酸鈉對肢體缺血再灌注損傷的影響，觀察到實驗組肌肉組織MDA、BAX蛋白表達水平低于對照組，提示氧自由基與細胞凋亡同時參與了肢體缺血再灌注損傷，氧自由基可能通過調節Bcl-2/Bax兩蛋白的比例關系而發揮其促進細胞凋亡的作用，阿魏酸鈉可有效清除自由基，抑制細胞凋亡，減輕肢體再灌注損傷。郭小立[39]研究發現，阿魏酸鈉能夠顯著降低谷氨酸誘導的神經細胞凋亡百分比，對抗谷氨酸引起的Bcl-2蛋白表達的降低，認為阿魏酸鈉能夠減弱β淀粉樣蛋白（Aβ25-35），提高谷氨酸毒性誘導的鼠皮層神經元凋亡。

3 小結

阿魏酸鈉可通過多種途徑、多種機制減輕缺血再灌注損傷，對于防治腦、心臟、肝臟、腸道、腎臟等器官以及皮瓣的缺血再灌注損傷具有良好的前景。但其抗損傷保護作用機制尚未完全闡明，還存在許多未知領域，特別是對皮瓣缺血再灌注方面的研究較少，尚需做進一步的研究。

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[收稿日期]2012-01-18[修回日期]2012-03-04

編輯/李陽利