肺移植期間肺缺血再灌注損傷及藥物治療的研究進展

王凈，胡春蘭，于慧智，李小杉，胡春曉

(1.南京醫科大學附屬無錫人民醫院 麻醉科，江蘇 無錫 214023； 2.南京醫科大學附屬無錫人民醫院 肺移植中心，江蘇 無錫 214023； 3.南京醫科大學附屬無錫人民醫院 移植麻醉科，江蘇 無錫 214023)

肺移植已成為多種終末期肺病的有效治療方法。肺缺血再灌注損傷(lung ischemia reperfusion injury, LIRI)是在肺移植期間供肺產生缺血損傷后恢復血液灌注及氧供后使肺組織損傷加重的現象,主要表現為基于肺血管內皮細胞損傷的通透性肺水腫，如急性呼吸窘迫綜合征[1]。研究表明，在肺移植術后LIRI導致超過50%的肺移植受者出現原發性移植物功能障礙(primary graft dysfunction, PGD)，這是導致早期死亡、慢性排斥反應和晚期死亡的主要危險因素[2]。LIRI的發生機制目前尚不十分清楚，尚未有專門用于缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury, IRI)的治療藥物，IRI的防治尚處于實驗研究和臨床實驗觀察階段，作者就近年來發現的在肺移植期間可減輕LIRI的藥物進行綜述。

1 LIRI

LIRI是一種發病率和死亡率較高的急性肺損傷(acute lung injury, ALI)，可能發生在肺移植、肺栓塞、肺梗死、休克、體外循環等之后[3]。LIRI的本質是缺血期的可逆損傷在恢復血流后進一步加重或轉化為不可逆損傷，可造成肺不張、肺水腫或肺細胞壞死，進而引發呼吸功能障礙，嚴重影響患者預后[4]。LIRI的進展直接導致進行體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)、心肺支持、機械通氣以及在重癥監護病房(intensive care unit, ICU)治療的時間延長，PGD發生率增加，這是影響肺移植后短期和長期發病率和死亡率的主要原因[3]。LIRI發生的機制尚未徹底闡明，目前認為自由基生成增多、細胞內鈣超載、炎癥反應過度激活、內質網應激損傷、自噬和凋亡是IRI的重要發病機制[4]。由于LIRI可直接影響肺移植的成功率以及受體術后存活率，探尋LIRI的防治策略在肺移植手術中具有重要意義。

2 肺移植期間保護性藥物

目前肺移植圍手術期間減輕LIRI的藥物可分為在肺移植術前和肺移植術中使用的藥物，肺移植術前可使用的保護性藥物包括烏司他丁(ulinastatin, UTI)、伊馬替尼、前列地爾、姜黃素(curcumin, CUR)、腺苷A2B受體拮抗劑和葉酸等，肺移植術中可使用的保護性藥物包括七氟烷、丙泊酚、右美托咪定(dexmedetomidine, DEX)、香草乙酮(apocynin, APO)和米力農等，以下重點闡述上述藥物對LIRI的保護作用、機制及使用途徑。

2.1 肺移植術前用藥

2.1.1 UTI UTI是一種廣譜蛋白水解酶抑制劑，是一種由143個氨基酸組成的糖蛋白，具有胰蛋白酶的功能[5]。UTI能抑制胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶等蛋白酶的活性，并且還能穩定溶酶體膜，抑制溶酶體酶的釋放[6]。有研究發現UTI對心、肝、肺等重要器官的IRI有保護作用[5]。在肺移植中，IRI會使肺微血管中大量中性粒細胞聚集，同時IRI激活的中性粒細胞和血管內皮細胞會釋放大量細胞因子，如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha, TNF- α)、白細胞介素- 1β(interleukin- 1β, IL- 1β)和白細胞介素- 6(interleukin- 6, IL- 6)等，會造成ALI，UTI能劑量依賴性地減弱其中的炎癥反應和氧化應激，對IRI產生保護作用，這種保護作用可能是通過上調2型含鋅脂蛋白1和過氧化物酶2的表達來介導的[6]。有研究表明，相比于單獨使用Euro- collins肺灌洗液，添加了UTI的Euro- collins溶液可以更好地保護供肺，主要是通過降低供肺中循環內皮細胞、血管假性血友病因子及血栓調節蛋白的活性對供肺血管內皮產生保護作用，進而減輕肺組織灌注后水腫的程度，對肺氧合功能起到保護作用。ULI對供肺的保護作用呈劑量依賴性，ULI在灌注液中最佳濃度為500 U·ml-1[7]。

2.1.2 伊馬替尼 伊馬替尼是一種酪氨酸激酶抑制劑，常用于Bcr- Abl陽性慢性髓細胞白血病的分子靶向治療，其靶點包括Abl、Abl相關基因、血小板衍生生長因子受體、cKit和盤狀結構域受體酪氨酸激酶1等[8]。有研究發現伊馬替尼對LIRI有保護作用，在體外兔肺損傷模型中，伊馬替尼顯著改善了再灌注肺的氧氣、二氧化碳、肺動脈壓、肺濕/干(W/D)值等生理參數和支氣管肺泡灌洗液蛋白濃度定量、髓過氧化物酶(marrow peroxide, MPO)等與再灌注損傷相關的生化指標[9]。Tanaka等[8]發現，在肺門夾閉模型中，伊馬替尼能通過血流運輸到移植肺并對LIRI產生保護作用，伊馬替尼能改善移植肺的肺功能、減輕肺組織損傷和肺水腫、減少白細胞介素10(interleukin- 10, IL- 10)的水平、維持血管內皮鈣黏蛋白的表達從而調節血管通透性。伊馬替尼對LIRI的保護作用主要與其抗炎作用和抗滲透性相關，但其作用通路的研究尚少，有待進一步研究。

2.1.3 前列地爾 前列地爾是一種具有擴張動脈血管、改善血流動力學、抑制血小板和白細胞聚集作用的靜脈注射制劑,其活性成分為前列腺素E1。有研究發現前列腺素E1對肺動脈有舒張作用，因此，前列腺素E1可用于肺動脈高壓的治療，除了血管舒張作用，前列腺素E1還具有支氣管擴張作用，并且在肺組織中的血管抑制作用方面優于前列腺素I2。Chiang等[10]研究顯示，將前列地爾注射液添加到UW肺灌洗液中可增強其對LIRI的保護作用，前列地爾通過誘導血管舒張、刺激環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)依賴性蛋白激酶和促進肺保護的非血管舒張機制來增強肺保護作用，用22 ℃的添加有前列地爾的UW溶液沖洗肺動脈將為肺移植提供更好的肺保護作用。也有研究發現，缺血開始時霧化吸入前列地爾可顯著改善再灌注時以肺內分流和肺毛細血管滲漏為主的氣體交換異常，維持肺內皮細胞的穩定性，減輕肺水腫的程度[11]。Zhang等[12]發現前列地爾能減輕炎癥反應，降低丙二醛(malondialdehyde, MDA)水平，增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和過氧化氫酶活性，從而對IRI產生保護作用。所以，不管是將前列地爾加入肺灌注液還是霧化吸入預處理，都可以減輕肺移植供肺的IRI。

2.1.4 CUR CUR是從姜黃中分離出來的一種酸性多酚類物質，有較為廣泛的藥理活性，在抗炎、抗腫瘤等方面都有重要作用[13]。有研究發現CUR對LIRI有一定的保護作用，其作用機制可能與減輕氧化應激反應、抑制細胞自噬、抑制炎癥反應有關。Sun等[14]發現，在缺血前用CUR對實驗大鼠進行預處理，CUR能明顯減輕IRI誘導的毛細血管屏障破壞、肺水腫和組織炎癥。CUR減少IRI引起的ALI可能是通過改善氧化應激和核因子- kB(nuclear factot- kappa B, NF- kB)介導的炎癥細胞因子的表達實現的。另有研究發現在單側原位LIRI小鼠模型中用CUR進行預處理，可以減輕肺組織的形態學和超微結構損傷，抑制過度的未折疊蛋白反應中與環乙酰阿司匹林特異性蛋白酶12相關的肺細胞凋亡，從而保護LIRI[15]。CUR的給藥方式并不統一，有研究通過腹腔注射，也有研究通過靜脈注射，尚無研究比較其優劣，兩種給藥方式都對肺移植所致的LIRI有明顯的保護作用，其最佳的使用劑量尚不清楚，有待進一步研究。

2.1.5 腺苷A2B受體拮抗劑 腺苷是一種內源性嘌呤核苷，存在于活細胞的細胞內和細胞外。腺苷在細胞應激和炎癥期間釋放，通常被認為介導抗炎反應。現在已知腺苷的促炎或抗炎作用因所涉及的組織和細胞、表達的腺苷受體和損傷類型而異。腺苷通過4種G蛋白偶聯受體(A1R、A2AR、A2BR和A3R)介導其作用，每一種都表現出不同的組織分布模式、細胞內信號傳導和藥代動力學[16]。4種腺苷受體都在小鼠和人類的肺中表達，A1R、A2AR和A3R激動劑在大鼠LIRI 模型中具有保護作用，而A2BR對腺苷的親和力較其他受體弱，在生理應激后表達升高，有研究表明A2BR具有促炎作用，而A2BR 拮抗劑則能通過阻止白細胞介素8(interleukin- 8, IL- 8)從肺泡上皮細胞釋放、減少中性粒細胞浸潤及減輕血管通透性對LIRI產生保護作用[17]。目前，在大鼠LIRI模型中A2BR 拮抗劑的使用劑量為1 mg·kg-1，而A2BR 拮抗劑用于預防LIRI的臨床研究尚缺乏，有待進一步的研究。

2.1.6 葉酸 葉酸也稱為維生素B9，是一種水溶性的維生素，可以從食物中以葉酸的形式攝取并在體內代謝。葉酸在調節線粒體功能中起到重要作用，有研究發現，用葉酸喂養實驗動物1周，可以提高組織細胞中高能磷酸化合物包括腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)和二磷酸腺苷(adenosine diphosphate, ADP)的含量。在有氧環境中，ATP大量合成并保持在一定的濃度水平。在再灌注過程中，ATP由無氧糖酵解產生，因此磷酸肌酸等高能磷酸化合物不能滿足組織需要，ATP的凈含量也因此下降。用葉酸治療干預，可使組織儲存更多的高能磷酸化合物以延緩細胞致死性損傷的發生[18]。在心肌IRI中葉酸可維持心肌高能磷酸鹽的水平，從而維持缺血期間的心功能并且減輕再灌注損傷[19]。在大鼠LIRI模型中，術前用葉酸灌胃大鼠1周，與缺血再灌注組相比，葉酸組肺組織病理損傷明顯減輕, IL- 8和TNF- α表達水平均明顯降低，IL- 8和TNF- α為促炎因子，與早期嚴重移植物功能障礙和移植受體早期死亡率相關[20]。因此，在肺移植術前可以預防性給予受體葉酸治療，降低其缺血再灌注過程中的炎癥反應，增加肺組織中高能磷酸化合物儲備，從而提高移植受體的生存率。

2.2 肺移植術中用藥

2.2.1 七氟烷 七氟烷是臨床最常用的吸入麻醉藥，目前適用于各年齡、各部位的大小手術，其優點在于誘導迅速、無刺激性、蘇醒快。有研究[21]發現，七氟烷對LIRI有保護作用，其機制主要與減少肺中性粒細胞、肥大細胞和血小板的活化，抑制促炎細胞因子的釋放，減輕肺氧化應激反應，減輕肺細胞凋亡和線粒體功能的降低，防止肺泡表面活性物質減少有關。Chai 等[22]發現，七氟烷預處理可抑制蛋白激酶- α的轉運，促進再灌注后緊密連接蛋白occludin和透明帶閉合蛋白1的肺表達，從而減輕肺通透性。另有研究發現七氟烷可改善肺移植物的氧合作用并減輕肺水腫，保護肺部糖萼，降低IL- 1β、IL- 6和TNF- a的水平，抑制白細胞募集和基質金屬蛋白酶- 9分泌，同時七氟烷通過細胞色素c釋放到胞質溶膠和胱天蛋白酶- 3裂解中來顯著抑制細胞凋亡[23- 24]。所以在肺移植手術中，使用七氟烷進行麻醉誘導以及麻醉維持可以預防并且減輕LIRI。

2.2.2 丙泊酚 丙泊酚是非巴比妥類靜脈麻醉藥，是臨床最常用的一種短效、快效的靜脈麻醉藥。研究發現丙泊酚對LIRI有保護作用，其作用機制主要與抑制氧化應激和肥大細胞脫顆粒、抑制脂質氧化、抑制炎癥反應有關[25]。研究表明，丙泊酚能特異性對抗IRI誘導的脂質過氧化，減輕肺組織和其他組織產生的氧化劑造成的肺損傷[26]。同時，丙泊酚能通過改善氧自由基的活性、恢復一氧化氮/內皮素的動態平衡、減少肺損傷中細胞間黏附分子- 1的表達來減輕LIRI[27]。在其具體機制方面，最近研究發現，丙泊酚可通過激活磷脂酰肌醇- 3- 激酶(phosphatidylin- ositol- 3- kinase, PI3K)/蛋白激酶B( protein kinase B, Akt)通路來減弱胰島素抵抗誘導的肺組織細胞凋亡、抑制氧化應激反應、抑制肥大細胞脫顆粒、抑制炎癥因子TNF- α、IL- 6、IL- 8表達，從而減輕LIRI[25]。同時丙泊酚也可通過激活核因子- E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2- related factor 2, Nrf2)與抗氧化反應元件(anti- oxidative response element, ARE)構成的Nrf2/ARE信號通路產生抗氧化作用來減輕LIRI[28]。在肺移植麻醉期間用丙泊酚誘導并維持麻醉能對LIRI產生一定的保護作用，術中使用丙泊酚的具體劑量在維持適當麻醉深度后因病人和具體術中情況而異。

2.2.3 DEX DEX是一種高選擇性、高特異性的α2腎上腺素能受體激動劑，具有鎮靜、抗焦慮、抑制交感活性、鎮痛、催眠等作用，現已廣泛作為區域、局部和全身麻醉的輔助用藥[29]。有研究發現DEX可以減輕LIRI，其作用機制與改善肺微血管通透性、抗炎、抗氧化和調節細胞凋亡有關[4, 29]。Zhou等[30]發現，DEX能減輕IRI后肺水腫和肺組織損傷，降低肺組織中的MDA水平和SOD活性，降低葡萄糖調節蛋白78和CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白(CHOP)的mRNA和蛋白質水平，同時發現DEX呈劑量依賴性，高劑量的DEX(10 nM)對肺損傷的保護作用最強，Yohimbine是一種α2受體拮抗劑，可明顯逆轉DEX對肺組織的保護作用。Chen等[31]發現，DEX預處理可通過α2腎上腺素受體對腸IR期間的肺部損傷起到保護作用，其抗氧化機制可能與Nrf2/血紅素加氧酶1(HO- 1)信號通路有關。綜上所述，在肺移植手術中用DEX輔助麻醉可以改善肺微血管通透性、減少炎癥反應、減少肺細胞損傷，從而減少LIRI。

2.2.4 APO APO是一種特異性的NAPDH氧化酶抑制劑,可以抑制活性氧的產生，從而減輕LIRI[32]。張霖等[33]發現，在大鼠LIRI模型中，經股靜脈注射50 mg·kg-1的APO，能夠改善肺組織的W/D，減少活性氧自由基(ROS)和MDA的水平，降低MPO和SOD的活性，抑制肺組織NAPDH 氧化酶2(NOX2)、NAPDH 氧化酶 4(NOX4)蛋白表達。Chiang等[34]發現，在分離灌注的大鼠LIRI模型中，使用APO減輕了炎癥反應和NF- kB激活有關的肺通透性，從而保護了LIRI。

2.2.5 米力農 米力農是一種磷酸二酯酶3抑制劑，可增加細胞內cAMP和cAMP依賴性蛋白激酶A的激活，并發揮積極的正性肌力和血管舒張作用[35]。在臨床上，米力農主要用于治療心力衰竭、心肌梗死以及減少IR所致的心肌細胞損傷[36]。有研究發現，米力農還可以減輕肺移植后的LIRI，其作用機制可能與抑制炎性反應、減少氧化應激反應、促進一氧化氮對肺細胞的保護作用以及減少肺血管通透性有關[37]。Zhang等[38]發現，在熱缺血期間霧化吸入米力農，可防止IR所致的肺內皮功能障礙，可選擇性擴張患有肺動脈高壓的供肺的肺血管，顯著降低了肺阻力，有利于捐獻人心臟死亡后的肺捐獻和肺保存。所以，可在供肺IR時霧化吸入米力農，減少肺移植術圍手術期發病率和死亡率，改善患者預后。

針對LIRI的發病機制，上述藥物均能抑制炎癥反應過度激活，其中同時能減少氧自由基生成的藥物有UTI、前列地爾、CUR、七氟烷、丙泊酚、DEX、APO和米力農，能抑制細胞凋亡的藥物有CUR、七氟烷、丙泊酚和DEX，能抑制細胞自噬的藥物有CUR。這些藥物可以通過對供肺進行預處理、加入到肺灌洗液和保存液中、在麻醉期間使用等方式來減輕LIRI。

3 小 結

LIRI是肺移植術后發生早期PGD的重要原因之一，是不可避免的，研究防治LIRI的藥物對降低PGD發生率、提高肺移植患者生存率等方面具有重要臨床意義。本文作者主要總結了近年來關于減少LIRI的藥物研究的最新進展。但是由于倫理及安全性等問題的限制，多數試驗藥物的干預對象是動物，我們還需要更進一步的研究來證明其在臨床方面的療效，從而改善肺移植患者的預后。