線粒體保護劑對失血性休克的干預作用與機制

岳云雪 焦桂青 張春暉 牛春雨

(河北北方學院微循環研究所，河北 張家口 075000)

線粒體保護劑對失血性休克的干預作用與機制

岳云雪 焦桂青 張春暉 牛春雨

(河北北方學院微循環研究所，河北 張家口 075000)

線粒體保護劑；失血性休克

失血性休克是臨床上常見的急癥之一，見于臨床各科室發生的大出血、創傷或手術后失血及消化性潰瘍、產后大出血等。失血性休克后，持續缺血及不恰當的液體復蘇引起過度的炎癥反應及血管低反應性，甚至引起多器官功能障礙綜合征(MODS)〔1〕。生理狀態下，線粒體通透性轉變孔(mPTP)保持關閉狀態，線粒體產生三磷酸腺苷(ATP)對細胞內穩態有著重要作用。在失血性休克的發展進程中，氧自由基產生增多，引起溶酶體結構的不完整，釋放小分子量鐵和溶酶體酶導致線粒體功能異常和結構損傷，表現為mPTP開放、線粒體膜電位(ΔΨm)缺失、線粒體腫脹、低ATP水平與高還原型輔酶Ⅰ(NADH)水平〔2〕。線粒體損傷可產生更多數量的活性氧(ROS)，進一步放大線粒體損傷、增加溶酶體膜通透性；ATP和二磷酸腺苷(ADP)崩解時產生的代謝產物黃嘌呤和次黃嘌呤是黃嘌呤氧化酶公認的基板，這些物質水平的提高會導致缺氧組織再氧化自由基產生增加〔3〕。此外，重度休克時動脈平滑肌細胞(ASMCs)線粒體損傷，線粒體腫脹嵴空泡化，降低ATP生成、激活ATP敏感性鉀通道(KATP)，導致血管低反應性和頑固性低血壓，最終引起死亡〔4〕。研究發現，應用線粒體損傷保護劑可降低細胞內NADH水平，提高ATP水平，延長動物存活時間，表明線粒體功能障礙可能參與了重度休克高死亡率的發生〔5〕。近年來，人們開始關注以改善線粒體功能為靶向的治療方式，研究了線粒體保護劑虎杖苷(PD)、白藜蘆醇(Res)、環孢菌素(CsA)對失血性休克的干預作用，揭示了相關的作用機制。本文綜述線粒體保護劑對失血性休克的干預作用及機制。

1 PD對失血性休克的干預作用與機制

PD是從傳統的中草藥蓼屬植物虎杖根莖中分離的一種單晶體，具有抗菌、抗炎、抗氧化應激、抗腫瘤的作用。近年來的研究發現，PD對失血性休克具有良好的干預作用〔6，7〕。

1.1保護線粒體結構 失血性休克時，線粒體出現了嚴重的結構損傷。透射電鏡觀察顯示，失血性休克引起了線粒體腫脹、形狀不規則、嵴斷裂、呈現空泡化，PD治療可顯著減輕休克導致的線粒體結構損傷〔4〕。陳云燕〔8〕對重癥失血性休克大鼠外周血血小板線粒體變化及PD干預作用的研究發現，休克30 min后，線粒體部分腫脹，基質內電子密度下降；休克60 min后，線粒體嵴斷裂，腫脹加重，基質內電子密度降低加重；休克120 min后，線粒體腫脹更加明顯，嵴斷裂，基質內呈現電子透亮區和線粒體空泡化，表明線粒體損傷程度隨著休克時間的延長和休克程度的加深而逐漸加重；PD治療后，線粒體腫脹程度緩解，嵴結構相對完好。這些研究表明，PD作為一種線粒體保護劑，可保護線粒體結構的完整性。

1.2改善線粒體功能 應用陽離子熒光探針JC-1孵育的神經元細胞，流式細胞儀檢測線粒體膜電位變化，發現假手術組低ΔΨm細胞百分率為(13.43 ± 5.98)%，休克組為(65.86 ± 10.88)%，PD處理后減少到(26.22 ±7.73)%，說明PD對重度休克時線粒體去極化有保護作用；利用CellTite-Glo熒光素酶生物發光法測定細胞內ATP水平，發現休克組為假手術組的(44.14 ± 13.81)%，PD處理后上升至(89.57 ± 9.21)%，說明保護線粒體可以提高細胞內ATP含量，改善線粒體功能，發揮細胞保護作用〔4〕。

1.3提高血管反應性 研究證實，創傷、失血、內毒素和敗血癥休克時血管對血管收縮劑如去甲腎上腺素(NE)、腎上腺素和多巴胺(DA)的反應性明顯降低，血管低反應性進一步引發微循環衰竭、頑固性低血壓和多器官損傷〔9〕。PD可擴張微動脈、降低外周阻力使舒張壓降低，改善失血性休克后的微循環灌注；降低外周阻力作用，限制通過增加心輸出量引起的血壓回升，具有中度升壓作用。因此，PD是通過強心作用和改善微循環共同恢復脈壓，恢復毛細血管脈動血流和血液灌流〔10〕。

2 Res對失血性休克的干預作用與機制

Res是一種常見的植物抗毒素，可從葡萄皮、花生、紅酒中提取，日常飲食中的Res可充當抗氧化劑、促進一氧化氮(NO)產生、抑制血小板聚集、增加高密度脂蛋白膽固醇，起心臟保護作用。近年來的研究顯示，Res具有一系列的抗休克作用〔11〕。

2.1減輕線粒體結構損傷 Res可抑制重癥失血性休克導致的線粒體腫脹等結構破壞，ASMCs線粒體膜電位由休克組的(80.34± 9.01)%降至(53.69±17.10)%，ASMCs內ATP含量從休克組占正常水平的(17.61±7.89)%增至(62.12 ±11.49)%，并部分抑制重癥休克激活的KATP。說明Res能減輕重癥休克引起的線粒體損傷〔4〕。

2.2抑制氧化應激 正常細胞線粒體內產生少量的ROS，線粒體基質內的超氧化物歧化酶(SOD)2能還原一定量的ROS為過氧化氫(H2O2)，后者可經水通道蛋白滲透到胞質內，經抗氧化系統SOD1、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)-px等水解成H2O和O2〔12〕。嚴重失血性休克再灌注后，氧自由基產生過多，消耗大量SOD，使體內SOD含量和活性下降；休克自體血回輸2 h后，Res治療可減輕腸組織病理學損傷，病理學評分明顯下降；腸組織勻漿氧化還原酶活性GXH-px、CAT和SOD及能量ATP水平增高，SOD2蛋白水平增高，胞質內細胞色素(Cyt)-C水平降低〔13〕。此外，Res還可通過上調線粒體超氧化物歧化酶(MnSOD)活性加強應激反應，雌激素受體拮抗劑ICI182780可阻止這一作用；雌二醇和雌激素受體β興奮劑能重復Res的作用，提示Res與雌激素受體β相互作用誘導MnSOD上調來影響應激性〔14〕。該研究體現了Res的雌激素樣作用，說明Res抑制氧化應激的作用與雌激素樣作用有關。

2.3改善能量代謝 脂類能量產生故障時，肉毒堿將細胞溶質內的脂肪酸轉運到線粒體是必需的〔15〕，在創傷失血性休克模型中，血漿肉毒堿水平下降，而乙酰肉堿和丁酰肉堿水平增加，脂肪酸氧化能力超負荷，檸檬酸循環活性受損〔11〕，過多的乙酰(acyl)-輔酶(Co)A能壓倒三羧酸循環機制，導致線粒體中乙酰CoA超負荷〔16〕。而Res可有效改善肉毒堿和酯酰肉毒(即乙酰肉堿和丁酰肉堿)系統的變化，表明Res能夠改善創傷失血性休克引起的脂肪酸氧化路徑和超負荷，提高線粒體能量代謝〔11〕。此外，失血性休克后細胞凋亡的發生是引起器官損傷的原因之一，涉及眾多機制；Res也通過多種作用減輕組織器官的損傷。但是，目前尚沒有Res對失血性休克后細胞凋亡的相關研究。同時，目前的研究也顯示，Res具有提高失血性休克動物血管反應性的作用，但相關機制還需要進一步研究。

3 CsA對失血性休克的干預作用與機制

CsA提取于真菌多孢木霉菌和柱孢霉菌，是由11個氨基酸組成的環多肽，其中含有一個新氨基酸，由9個碳組成且含乙烯雙鍵。

3.1保護線粒體結構與功能 Song等〔17〕研究重度休克線粒體損傷引起血管低反應性的機制時發現，失血性休克引起了ASMCs線粒體呈球形或不規則狀，腫脹明顯，基質低電子密度，嵴斷裂，提示重度休克時ASMC，發生明顯的線粒體損傷；CsA可減輕線粒體的上述損傷；同時，失血性休克引起ASMCs低線粒體ΔΨm的數量增加49.7%，細胞內ATP水平降低了82.1%，從而導致KATP質膜通道的激活和隨后的ASMC，超極化；CsA可緩解上述不利變化；此外，mPTP開放劑蒼術苷(ATR)可廢除CsA對線粒體結構和功能的保護作用，說明CsA通過抑制mPTP開放發揮線粒體的保護作用。

3.3減少細胞凋亡 研究發現，失血性休克可引起Cyt-C釋放增多及含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)-3激活；應用CsA可通過減少mPTP開放降低細胞溶質Cyt-C水平和Caspase-3活性，從而減少細胞凋亡〔20〕。可見，CsA具有減少細胞凋亡的作用。

3.4提高血管反應性 研究發現，失血性休克在引起ASMCs線粒體mPTP大量開放、ΔΨm損失、ATP水平下降的同時，通過激活KATP，引起了血管對NE的反應性下降，而CsA處理可部分修復、提高血管反應性。然而，CsA處理尚未完全恢復ASMCs的超極化，表明除KATP激活，其他事件可能也參與了休克時ASMCs超極化和血管低反應性〔17〕。

3.5提高淋巴管收縮性 研究發現，CsA可提高失血性休克大鼠淋巴管的收縮性及對血管活性物質P物質的反應性，其機制是通過減輕淋巴管平滑肌細胞線粒體的結構損傷、改善線粒體功能實現的〔21〕。

4 雌激素作用

雌激素是一種G18類固醇激素，在體內由芳香化酵催化雄激素轉化而產生，外周雌激素主要由卵巢產生。研究表明，雌激素除對女性生殖系統起作用外，對非生殖系統如心血管系統、免疫系統、中樞神經系統也起著重要作用，同樣發揮線粒體保護作用〔22〕。研究顯示，雌激素可明顯降低失血性休克動物血肌酐和血尿素水平，減輕腎臟損害〔23，24〕；雌二醇通過與雌激素受體相互作用可抑制失血性休克誘導的線粒體ROS形成、修復受損的線粒體膜電位、減少Cyt-C釋放和Caspase-3激活，明顯降低氧化應激導致的不良后果〔25〕；雌激素不僅可提高低血壓階段的存活時間，即使在缺乏液體復蘇的情況下，雌激素也可作為輔助藥物治療由于運輸時間延長導致的不良后果〔26〕。可見，雌激素對于失血性休克的防治具有重要作用。但是，雌激素是否對失血性休克后血管低反應性具有一定的作用，需要進一步研究。綜上，線粒體結構損傷與功能障礙是失血性休克后微循環障礙、器官損傷的重要發病學機制。PD、Res、CsA及雌激素均從減少mPTP開放、改善能量代謝、維持ΔΨm等方面減輕線粒體損傷，進一步從抗氧化應激、抑制細胞凋亡、甚至提高血管反應性等方面干預失血性休克的惡化，這些研究對于以線粒體保護為方向決策重癥失血性休克的治療發揮積極作用。今后，應進一步關注線粒體保護劑對失血性休克的整體作用效果，從影響失血性休克轉歸的各個環節深入研究相關機制。同時，也要進一步從臨床上，關注相關藥物對于失血性休克患者的治療作用，尋找新的線粒體損傷的生物標志物，以期將基礎研究成果轉化應用于臨床。

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〔2016-07-27修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

R331.4

A

1005-9202(2017)19-4939-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.19.111

河北省自然科學基金項目(No.H2015405041)

牛春雨(1967-)，男，博士，教授，碩士生導師，主要從事危重病研究。 張春暉(1968-)，男，碩士，教授，碩士生導師，主要從事危重病的中西醫結合急救研究。

岳云雪(1992-)，女，碩士，主要從事創傷休克研究。