小腸移植缺血再灌注損傷的防治策略

鄒小明 李曉林

小腸移植在各種器官移植中起步最早，成功最晚，也是難度最大的一種器官移植。經過近半個世紀的臨床探索，小腸移植在歐美等發達國家已經成為治療終末期腸功能衰竭最有效的方法[1]。但在我國小腸移植例數少，效果也不理想[2]。影響小腸移植效果的原因，除了感染和排斥這兩大難題之外，另一個重要原因是小腸對缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury，I/R)最為敏感。目前應用的UW等保存液對小腸的保存效果遠不如肝和腎的保存效果，小腸的有效保存時間明顯短于肝、腎、胰腺等器官[3]。加上小腸移植手術的冷保存時間較長，因此移植后I/R明顯嚴重影響移植物功能的恢復。

研究表明，I/R對小腸移植的損害主要有以下3點：(1)直接造成腸黏膜結構破壞，對營養物質的吸收能力下降；(2)腸黏膜屏障受損，腸壁通透性增強，腸道細菌移位至肝臟、脾臟等腸外器官，可導致多器官功能不全[4]；(3)再灌注損傷可使腸上皮細胞產生過氧化物、炎癥性細胞因子，從而導致全身性炎癥反應，加重多器官功能不全[5]。如果I/R嚴重，即使手術成功，也會因移植小腸功能恢復不良導致移植失敗[6]。此外，I/R作為一種非特異性損傷,可以提高移植物免疫原性，加重急慢性排斥反應,從而影響移植物的存活和功能。

針對小腸I/R的可能機制，進行了許多相應的實驗研究。多種治療方法已經成功應用在小腸I/R動物模型上[7]。現將抗小腸I/R策略的進展介紹如下：

一、缺血預處理

小腸IPC研究始于1996年。此后的研究也證實了缺血預處理(ischemic-preconditioning，IPC)對小腸的保護作用。夾閉腸系膜上動脈5～20 min，恢復血流5～15 min后進入下一個循環。不同學者對最佳I/R的結論不一致。有共識的是，一個以上的缺血和再灌注循環是達到保護作用所必需的。但長時間的IPC無保護效應(30 min/15 min)。目前理想的IPC模型(包括缺血時間以及循環次數)尚未建立。

IPC對小腸的保護效果分為兩個階段：(1)早期預適應(early preconditioning)，短暫缺血后立即出現，持續2～3 h；(2)晚期預適應(late preconditioning)，短暫缺血后的12～24 h出現，持續3～4天。早期預適應涉及到特異細胞功能的直接調節，晚期預適應與多種應激基因激活導致蛋白合成有關。

小腸IPC的作用機制目前尚不清楚。IPC的可能相關機制包括：(1)抑制凋亡；(2)減輕脂質過氧化反應；(3)保護腸黏膜屏障；(4)內源性物質信號傳導途徑；包括一氧化氮(NO)途徑、腺苷途徑、蛋白激酶途徑、血紅素氧合酶-1(HO-1)途徑等[5]。改善能量代謝、抗氧化應激和抑制凋亡在IPC的小腸保護機制中發揮了重要作用[8-9]。

近年來，藥物預適應(Pharmacological preconditioning)被認為是一種有前景的方法。在保護心肌I/R方面取得了良好的效果。即用藥物模擬小腸IPC的效應，目前初步呈現出有效性[10]。有學者在腸缺血48小時前靜脈注射阿霉素，發現其可顯著減輕小腸I/R導致的肺損傷[11]，提示藥物誘導IPC在減輕I/R方面具有可行性。

也有缺血后處理(Ischemia postconditioning)的方法，即在長時間缺血再灌注前給予短暫連續的I/R，同樣被證實具有腸保護作用[12]。其機制與IPC相似。進一步深入研究缺血后處理的機制也是抗I/R的有效途徑。

二、改進小腸保存液

目前認為任何器官保存液均可短時(<8h)，但不能長時(>24h)保存小腸。臨床移植及動物實驗也證明多數小腸保存液都能有效保存小腸6～8h。動物實驗證實，由于小腸組織結構的特殊性，現在用于保存腎、心、肝等的多數標準保存液都不完全適用于小腸[13]。

綜合文獻報道，最佳的小腸移植保存液應該具備以下要素：(1)粘度低以利于血管灌洗；(2)含氨基酸以提高腸管活力；(3)含非滲透性膠體物質以減輕水腫；(4)含緩沖液以維持內環境穩定。此外，冷保存前應常規進行血管和腸管灌洗。用于小腸的保存液有：緩沖肝素化林格(LR)液、HC-A液、CZ-1液、Euro Collins液、UW液、WMO-1液等，但目前尚未能確定小腸移植的最佳保存液[13]。

研究表明，在保存液中加入以下成分可提高保存效果。(1)谷氨酰胺(glutamine,Gln)：Gln被認為是一種非必需的氨基酸，是腸黏膜重要的能量代謝物質和生物合成的底物，主要參與能量和物質代謝，增強腸黏膜屏障及免疫功能。Gln經腸黏膜代謝后生成谷氨酸,后者是谷胱甘肽合成的必需前體,而谷胱甘肽能抑制氧自由基所致的腸黏膜I/R。外源性Gln占腸道細胞需要量的80%,供應不足可造成體外腸上皮細胞凋亡。(2)甘氨酸：甘氨酸具有抗炎、免疫調節和細胞保護功能。甘氨酸還可能通過減輕細菌移位、抑制氧自由基和炎性細胞因子的激活、抗凋亡等途徑保護腸黏膜。在鼠小腸移植模型中，應用20%甘氨酸能夠保護腸黏膜，減輕細菌移位，提高動物術后存活率[5]。(3)羥乙基淀粉(HES)：研究證實，HES產生的滲透壓可防止灌注液進入間質而導致間質間隙的擴大，有助于毛細血管網在保存期間保持開放狀態，以利血管重建后的良好再灌流。

經典的UW液中含有HES。但UW液對小腸的保存效果并不理想。新的臨床肝移植研究表明，UW液的高粘度可能與術后缺血性膽管損傷有關[14]。體外研究也表明，UW液在低溫下的高凝聚性和結晶化會對移植物造成不利的影響[15]。因此，HES在UW液中究竟發揮了何種作用引起廣泛爭議。

我們的研究結果表明，低濃度(3%)的HES鹽水在大鼠和豬小腸移植物保存中顯示出良好的保存效果[16-17]。HES對IRI的保護作用可能是通過下調細胞因子的表達，減少中性粒細胞激活和聚集，阻斷多種炎性細胞因子的連鎖反應來實現的。

三、調節NO的合成

在體內，NO由NOS催化左旋精氨酸(L-Arginine，L-Arg)，經多步氧化還原反應生成。NOS是內源性NO合成的主要限速酶，它的活性和基因轉錄水平都直接影響NO的生物合成。目前已知NOS有3種同工酶，神經型NOS(neuronal NOS，nNOS)、內皮型NOS(endothelial NOS，eNOS)和誘生型NOS(inducible NOS，iNOS)。nNOS 和eNOS統稱為原生型NOS(constitutive NOS，cNOS)。

腸道中生理濃度的NO具有清除或滅活氧自由基(O2-)、舒張血管平滑肌、減少白細胞粘附、抑制血小板聚集、維持血管壁的通透性、調節胃腸道黏膜的血流量、保護腸黏膜屏障[18]等作用。過量的NO表現出細胞毒作用，可在多方面損傷組織細胞。

我們的研究表明，在大鼠小腸移植I/R過程中，一定程度抑制NO的合成能夠明顯減輕I/R；過度抑制NO的合成能夠加重小腸移植I/R，增加術后早期死亡率[19-21]。說明NO在I/R中起到了細胞毒和細胞保護的雙重作用。進一步研究表明，iNOS的激活和cNOS的減弱共同參與了I/R，cNOS減弱導致的生理性NO減少可能是導致I/R更主要的原因[22-23]。目前調節NO抗I/R的方式包括：(1)補充NO前體物質，給藥方式包括靜脈、吸入以及腸內應用；(2)抑制iNOS的合成。

四、圍手術期抗損傷

(一)抗氧化

人體含有許多自然抗氧化劑，但它們在缺血再灌注期間不能發揮作用。許多的動物實驗研究表明，抗氧化劑的應用對減少缺血再灌注誘導的組織損傷有幫助。三磷酸腺苷不僅可以在缺血期為組織提供能量,而且可以在再灌注期抑制氧自由基的產生，因此對腸I/R具有治療作用。十二指腸內灌注抗氧化劑谷胱甘肽、瑞巴匹特(rebamipide)、二甲基亞砜減弱了腸缺血再灌注后腸黏膜凋亡的發生[24]。

抗氧化劑的應用對減輕I/R有幫助。常用的抗氧化劑有：谷胱甘肽、rebamipide、二甲基亞砜、超氧化物岐化酶(SOD)、甘露醇、維生素C、維生素E、己酮可可堿、異博定、丙酮酸等。給藥方式包括靜脈注射和腸內給藥。

(二)抗炎

主要措施包括抗白細胞、細胞因子以及抗補體。

1.抗白細胞：自Romson等人最早發現白細胞參與I/R以來，人們在這方面的研究比較多，機制也比較清楚。在缺血時已有白細胞聚集,數量隨缺血時間延長而增加；再灌注期血管內皮細胞和白細胞激活進行性增加。中性粒細胞與血管內皮細胞粘附后進一步激活，自身合成釋放多種炎癥介質，促進正反饋形成，導致惡性循環。激活的血管內皮細胞和白細胞釋放的大量生物活性物質，如自由基、蛋白酶、細胞因子等，不但可改變自身的結構和功能,而且使周圍組織細胞受到損傷。

防治措施可通過抑制白細胞的激活、抑制白細胞粘附分子的合成、抑制白細胞內皮粘附，進而減輕腸I/R。

2.抗細胞因子：細胞因子在中性粒細胞依賴性或非依賴性I/R及術后排斥中起十分關鍵的作用。I/R后循環中TNF-α、IL-6、IL-1、血小板活化因子升高，參與內皮細胞的調節及中性粒細胞集聚，從而介導I/R時組織細胞損傷。TNF-α、IL-1是細胞間黏附分子-1(ICAM-1)的調控因子，它們的過度表達可促進血管內皮細胞相互作用，加重炎癥反應和I/R。

細胞因子在中性粒細胞依賴性或非依賴性I/R起關鍵作用。通過抑制TNF等炎癥介質可減輕缺血再灌注大鼠腸的炎癥反應，從而減輕腸黏膜損傷[25]。

3.抗補體：活性補體C5a受體拮抗劑能有效減少腸I/R，抗C5抗體抑制了TNF-α的表達和組織損傷[26]。

五、其他方法

(一)抗能量缺乏

組織缺血時,組織細胞內氧的供應減少或中斷，細胞的有氧代謝受到抑制，ATP很快地降解，形成腺苷、次黃嘌呤等。器官再灌注時，鈉泵活性的快速恢復需要大量的ATP。加之無氧代謝產生的有毒酸性產物大量累積，導致細胞內酶活性的改變以及維持跨膜離子梯度的能量缺乏，在嚴重缺血時可使細胞內環境紊亂，甚至細胞死亡。因此，提供足夠的ATP可阻止無氧代謝及維持細胞膜的穩定性。

提供能量的方式包括：(1)動脈灌注二磷酸果糖(FDP)，可以增強碳水化合物的利用，改善細胞能量代謝，減輕腸組織損傷[27]；(2)腸腔內持續注入高攜氧能力的過氟碳可以保持腸黏膜結構和功能的完整[28]；(3)在缺血期吸入2個標準大氣壓的氧氣。

(二)提高黏膜抵抗力

腸內營養能夠保持腸黏膜免疫力以及對細菌的抵抗力。與腸內營養相比，應用腸外營養而使動物腸道處于“饑餓”狀態，ICAM-1和P選擇素表達增加，從而中性粒細胞被吸引致腸組織中，加重組織損傷[29]。腸內營養可以減少鼠模型的死亡率和遠期器官損傷。

(三)提高機體免疫力

腸I/R中釋放的大量細胞因子和炎性介質相互作用，可以引起機體的免疫功能失調。腸黏膜屏障的破壞，可以導致細菌和內毒素進入血液循環，引起腸源性感染。因此增加機體對腸I/R的抵抗力，對防治腸I/R具有重要意義。生長激素和胰島素樣生長因子可以增強機體免疫力，抑制全身炎癥反應和細胞因子，從而增加創傷動物的生存率[30-31]。

總之，I/R可能是多種因素相互作用、相互影響、共同作用的結果。腸I/R的防治目前還處于動物實驗階段，希望通過基因水平對其病理生理的深入了解，使其預防和治療措施趨于完善可行，更快應用于臨床實踐。

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