腎臟缺血再灌注損傷發病機制研究進展

成月英

（保定市第一中心醫院腎內科，河北 保定 071000）

器官缺血再灌注損傷是指組織器官缺血再灌注后其組織細胞代謝障礙，從而導致結構和功能的破壞。關于器官缺血再灌注損傷的研究以心肌方面開展的最早，隨后才逐漸轉入其他器官如腎臟、肝臟、腦等方面的研究［1］。腎臟是缺血再灌注損傷中常見重要器官，缺血導致腎血流降低，腎小管堵塞，嚴重時腎小管壞死，導致再灌注后腎損傷，引起缺血性急性腎衰竭。其機制可能與氧自由基生成過多、細胞內鈣超載、炎癥因子及遞質參與、細胞凋亡、膜脂質過氧化、一氧化氮含量變化等多因素參與引起的腎臟組織結構紊亂、功能代謝異常有關。本文對腎臟缺血再灌注損傷機制的研究進展進行綜述。

1 氧自由基對腎臟缺血再灌注的影響

氧自由基在腎臟缺血再灌注損傷中起非常重要作用，缺血再灌注過程中腎臟組織會產生大量氧自由基，而缺血低氧抑制腎臟內超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化酶（GSH－PX）等氧自由基清除劑活性，不能有效清除氧自由基，以致氧自由基大量堆積。氧自由基能損傷生物膜上脂質，造成脂質過氧化，產生大量具有細胞毒性脂質過氧化產物——丙二醛（MDA），MAD在膜內形成交鏈，導致細胞膜受損，線粒體腫脹、溶解，ATP合成障礙，溶酶體破裂引起細胞自溶，不飽和脂肪酸蛋白質比例失調，造成生物膜功能障礙，生物膜的流動性下降和通透性增高［2－3］，腎小管上皮細胞損傷，血肌酐升高，腎功能異常。另外，氧自由基可以增強膜脂質過氧化，破壞核酸和染色體，抑制蛋白質的功能等，導致細胞變性壞死。細胞膜通過氧自由基產生多種毒性很強的脂質過氧化物，引起炎癥反應，導致腎臟功能障礙。何亮等［4］研究結果表明，腎臟缺血再灌注動物實驗模型中應用小劑量多巴胺1.5～2.0μg／（kg·min）能降低腎臟缺血再灌注所致脂質過氧化物增高，說明脂質過氧化參與缺血再灌注損傷，間接反映小劑量多巴胺能清除氧自由基，增強機體抗氧化能力，保護腎功能。王長淼等［5］研究結果顯示，對大鼠胰十二指腸聯合移植腎臟缺血再灌注動物模型應用丹參注射液，可使血清SOD、GSX－PX活性增高，MAD含量降低，說明氧自由基參與腎臟缺血再灌注損傷，丹參能清除氧自由基，從而保護腎臟。骨髓間充質干細胞（MSCs）是成體干細胞，具有免疫調節和促進急性腎損傷修復功能。臨床研究結果顯示，輸注MSCs能促進腎臟缺血再灌注損傷后腎臟細胞增殖，抑制腎臟細胞凋亡，抑制氧自由基的生成，減輕腎組織的損傷程度，促進缺血再灌注損傷后腎功能的恢復，降低血清Cr和BUN水平，改善腎功能［6］。另有文獻的研究結果表明，氧自由基可通過對糖類、脂質、蛋白質、核苷酸等進行化學修飾損傷組織［7］。

另外，NO也是一種具有生物活性、結構簡單的自由基，參與擴張血管、增強免疫、調節神經信號等生理過程；L－精氨酸在一氧化氮合酶（iNOS）催化下生成NO，因iNOS活性不同，誘導NO作用不同；生理狀態下NO調節腎血流及腎小管重吸收功能，抑制系膜細胞和基質增生；腎臟缺血再灌注時，腎血管內皮細胞合成和釋放NO減少，導致對血管收縮因子的拮抗作用減弱，從而使血管內皮損傷加重。劉燕等［8］報道，L－精氨酸可增加體內NO含量，抑制腎小管上皮細胞凋亡，保護大鼠腎臟減輕缺血再灌注損傷。KHARBANDA等［9］研究結果顯示，NO下調p53的表達，抑制腎小管細胞凋亡，阻止潴留及活化的白細胞對腎臟的損害作用。另有研究結果表明，iNOS及NO廣泛參與缺血再灌注過程，導致腎功能嚴重受損，應用iNOS特異性抑制劑后，NO產生明顯減少，其機制與抑制細胞凋亡因子caspase－3，使腎組織受損程度明顯減輕，腎功能得以改善有關［10］。缺血再灌注導致氧化應激產生過多活性氧及MDA，超過腎組織抗氧化能力，或氧自由基的產生與清除失平衡，引起鏈式脂質過氧化損傷腎小管細胞膜、線粒體等細胞結構；以及超氧化物歧化酶（SOD）活性下降，造成腎小管上皮細胞凋亡，從而引起急性腎小管壞死導致急性腎衰竭。文獻研究結果顯示，氧化應激參與腎臟缺血再灌注損傷，是通過阻斷或抑制細胞內氧化應激反應對缺血再灌注腎小管上皮細胞保護作用實現的［11－12］。

2 腎臟缺血再灌注損傷時細胞內Ca2＋濃度的變化

作為第二信使和調節因子的細胞內Ca2＋參與細胞的生物電活動和細胞內的生物化學反應。腎臟缺血再灌注損傷時，細胞內Ca2＋濃度變化機制：①腎組織受到缺血低氧損傷時，腎小管上皮細胞膜上Ca2＋通道異常開放，導致腎小管上皮細胞內Ca2＋濃度明顯升高，引起鈣超載，激活Ca2＋依賴性核酸內切酶，使氧自由基增加，細胞膜對鈣通透性增強，加劇細胞內Ca2＋聚集，使細胞內雙鏈DNA斷裂引起細胞凋亡；②在腎缺血早期，腎小管上皮細胞氧化磷酸化能力減弱，ATP合成減少，Na＋－K＋－ATP酶功能減弱，大量Ca2＋內流，導致細胞內Ca2＋超載，氧自由基增多，加重腎損傷；③磷脂酶活力增強而使游離脂肪酸增多，使Ca2＋－ATP酶活力增加，消耗了大量ATP，導致Na＋－K＋－ATP酶功能下降，大量Ca2＋內流，細胞內Ca2＋超載；④腎臟缺血再灌注損傷時，腎組織Na＋－K＋－ATP酶和Ca2＋－ATP酶活性降低，引起細胞內外離子轉運異常，Na＋跨質膜梯度下降，激活Na＋－Ca2＋交換系統，使細胞外Ca2＋內流失控，細胞內Ca2＋排除障礙，最終造成細胞內鈣超載［13］。

3 腎臟缺血再灌注損傷時相關炎癥遞質和炎癥因子的激活及其作用

急性腎損傷是一種炎癥過程，表現為內皮損傷、白細胞浸潤及炎癥遞質的釋放。炎癥遞質和炎癥因子在腎臟缺血再灌注損傷中有重要作用。腎臟缺血再灌注損傷時內皮細胞功能紊亂，釋放多種炎性遞質和炎癥因子及黏附分子，如單核細胞趨化因子－1、IL－6、IL－8、IL－1、TNF、P－選擇素、E－選擇素、細胞間黏附分子（ICAM）－1等多種細胞因子，這些物質直接或間接作用于內皮細胞，導致內皮細胞損傷；其中內皮細胞還產生血小板活化因子和白三烯B4，而血小板活化因子和白三烯B4能夠進一步使炎癥細胞發生趨化作用，這些細胞因子均作用于腎臟，引起腎臟缺血再灌注，進一步加劇腎損傷。目前研究結果顯示，ICAM主要有免疫球蛋白超家族成員選擇素族、整合素族、鈣黏附素族；而ICAM－1系免疫球蛋白基因超家族成員，是一種細胞表面跨膜蛋白抗原。正常情況下，ICAM－1在腎小球及腎小管細胞無表達，在腎組織缺血低氧時，ICAM－1在腎小管內皮細胞表達增強，ICAM－1能使中性粒細胞和淋巴細胞聚集并激活，釋放大量炎性物質，如活性氧、細胞因子、腎損傷蛋白酶類等，由于局部組織炎癥反應導致炎癥因子和炎癥遞質增多，最終導致腎損傷［14］。其中P－選擇素表達于活化的內皮細胞和血小板表面，炎癥反應時通過配體介導使白細胞在炎性反應區聚集，在腎臟缺血再灌注損傷中P－選擇素是最早表達因子，其表達增強［15］。李鵬等［16］的研究結果顯示，活化的核因子－κB（NF－κB）在分子水平上調節腎臟缺血再灌注損傷過程中炎性遞質產生前炎性蛋白，促進炎癥遞質及炎癥因子釋放。腎臟缺血再灌注損傷中，NF－kB在腎組織表達增強，導致腎組織損傷；熱休克蛋白（HSPs）亦參與腎損傷，正常細胞HSPs水平較低，腎臟缺血再灌注損傷后在缺血低氧及炎癥因子刺激下腎小管上皮細胞HSPs合成增多，表達增強［17］。另外，補體系統的激活在腎缺血損傷中發揮了重要作用［18－20］，補體激活誘導肥大細胞脫顆粒，釋放炎癥遞質，造成腎臟缺血再灌注損傷。轉化生長因子β1（TGFβ1）是一種具有細胞分化與增殖、細胞凋亡及免疫調節的細胞因子，腎臟缺血再灌注損傷時腎小管上皮細胞TGFβ1表達增強，腎臟缺血再灌注損傷后隨著損傷的加重，BMP－7表達逐漸減弱，而TGF－β1表達增強，二者是缺血再灌注損傷和恢復過程中一對重要的相關因子［21－23］。

4 細胞凋亡參與腎臟缺血再灌注損傷

機體在各種應激狀態下釋放多種細胞因子（如腫瘤細胞因子、IL－6等），這些細胞因子與細胞表面細胞因子受體（Fas基因受體）結合，誘導細胞凋亡；有人認為細胞的凋亡也是缺血再灌注組織和器官損傷的主要途徑之一［24－26］，缺血再灌注時腎臟以遠端腎小管上皮細胞凋亡為主，缺血再灌注時間的長短與凋亡的程度相關。細胞凋亡與細胞內能量水平、線粒體的滲透性轉換孔、基因表達改變、Ca2＋濃度、氧化應激及代謝產物的累積等均有關［10］。李宏等［27］研究結果顯示，腎臟凋亡細胞主要集中在皮髓交界、遠端小管及髓襻升支。腎臟缺血再灌注誘導了內質網應激反應，內質網應激是腎臟缺血再灌注損傷重要因素，腎小管上皮細胞低氧或復氧可觸發內質網系統，激活caspase－12，誘導細胞凋亡［28］。DAEMEN等［29］研究結果顯示，細胞內一些酶類如半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的活化使腎臟缺血再灌注后炎癥進展加速，從而進一步導致細胞凋亡。

細胞凋亡相關基因分為抗細胞凋亡基因（如bcl－2、bclx、mcl－1、bcl－w等）和促細胞凋亡基因（如bax、bad、bak、bid等）。腎組織細胞凋亡與bcl－2和bax表達密切相關，bcl－2是重要的抗細胞凋亡基因，其通過抑制自由基產生、細胞內鈣超載、線粒體膜通透性、caspase激活發揮抑制凋亡及抗氧化作用。研究結果顯示，腎臟缺血再灌注后bcl－2在遠端腎小管高度表達［30］，bcl－2／bax值在促進細胞增殖或抑制細胞凋亡方面發揮重要作用，bax通過抑制bcl－2的活性而促使細胞凋亡發生［31］。

5 腎臟缺血再灌注損傷后腎功能變化

BUN、Scr是臨床上評價腎功能常用指標，BUN是體內蛋白質代謝產物，Scr是肌肉代謝產生的含氮有機物，這兩種代謝產物經腎臟排出體外，其血中濃度取決于腎小球濾過能力，如果腎實質損傷，腎小球濾過率下降，降到臨界點后血中BUN、Scr就會升高。大量研究結果表明，腎功能與腎臟缺血再灌注受損嚴重程度有關，腎臟缺血再灌注損傷時由于大量氧自由基、細胞內鈣超載、炎癥因子及炎癥遞質、細胞凋亡等參與，最終導致急性腎損傷及腎衰竭。

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