黃貴華紀云西蔣歷胡躍強
(廣西中醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院廣西南寧530023)
【摘要】
缺血再灌注是因組織器官血供中斷或部分中斷后再通所導致的一個動態(tài)病理生理演變過程。依據(jù)病變過程的病理生理特征主要可分為急性期、亞急性期、慢性期。細胞壞死、凋亡和自噬貫穿于各個不同病變階段，且因病情輕重、病勢緩急不同而出現(xiàn)不同病變結(jié)局，其中壞死是細胞直接的終了結(jié)局，凋亡是細胞死亡的中間過程，而細胞自噬則關乎著細胞的結(jié)局是死亡，還是幸存？因此，對缺血再灌注過程中細胞自噬的病理生理機制的深入研究，對防治缺血再灌注相關性疾病有著重要的理論價值和實際意義。
【關鍵詞】缺血再灌注，心腦血管疾病，壞死，凋亡，自噬
【中圖分類號】R361+.2【文獻標識碼】A
【文章編號】2095-1752（2012）02-0110-02
缺血/再灌注(ischemia reperfusion，I/R)是心跳驟停、休克、急性血管梗阻再通等復蘇后常見的病理過程。依據(jù)其病理生理過程可分為3個時期：從血管事件發(fā)生開始，數(shù)小時內(nèi)稱作急性期；數(shù)小時至數(shù)天稱作亞急性期；數(shù)天至數(shù)月稱作慢性期。缺血/再灌注后會引發(fā)一系列的損傷級聯(lián)反應，目前認為，其病理生理機制主要包括：
①血管內(nèi)皮功能損害、NO代謝障礙、血管舒張活性減弱；
②血小板聚集與微血栓形成；
③線粒體膜電位崩解、線粒體滲透性轉(zhuǎn)換(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)開放導致線粒體功能損傷，ATP生成急劇減少；ATP生成減少激活脂質(zhì)過氧化導致活性氧簇(reactive oxygenspecies，ROS)過量生成；
④細胞內(nèi)鈣超載，細胞內(nèi)鈉離子急劇增加，缺血期細胞pH下降/再灌注早期pH迅速得到糾正導致的離子堆積；
⑤補體激活，Toll樣受體表達；中性粒細胞積聚；T細胞/巨噬細胞介導的免疫應答損傷與修復，以及隨之產(chǎn)生的蛋白酶激活、基因表達的改變等，激活細胞炎癥、自噬、凋亡，導致細胞壞死，加重組織器官損傷、危及患者生命。
一、ATP減少與炎癥反應是缺血再灌注缺血期的關鍵病理環(huán)節(jié)
在急性期，由于血流量減低、血液流變學和代謝改變，出現(xiàn)微血管收縮不協(xié)調(diào)，組織細胞迅速缺血缺氧。再灌注后，過氧化氫、羥自由基，特別是超氧陰離子等ROS釋放引起的脂質(zhì)過氧化損害對此期病理過程起關鍵作用。在腦缺血期間，腦細胞中的線粒體被大量破壞，不能有效利用有氧代謝產(chǎn)生ATP，血液再灌注所帶入的氧，除了供細胞氧化供能外，也生成更多的ROS。此外，再灌注帶入的Ca2+、Fe3+等也重新觸發(fā)了自由基連鎖反應，機體內(nèi)源性清除ROS的酶被大量耗竭，ROS產(chǎn)生/清除嚴重失控，使得再灌注區(qū)域神經(jīng)-血管單位氧化應激增強，終導致細胞死亡。
在亞急性期，炎癥基因激活，產(chǎn)生白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF)、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)等炎癥介質(zhì)，并且這些炎癥介質(zhì)誘導黏附分子表達，如細胞間黏附分子-1(ICAM-1)，促進中性粒細胞貼壁和跨膜遷移，使其更易穿過血管壁到達梗死組織，從而破壞了血管內(nèi)皮的完整性，促進了白細胞浸潤。此外，浸潤的白細胞還釋放細胞因子和趨化因子。在腦缺血再灌注中，這些炎癥介質(zhì)具有促進白細胞浸潤、破壞血腦屏障以及減緩腦缺血與興奮性毒素損傷的雙重作用。小膠質(zhì)細胞主要通過觸發(fā)浸潤中性粒細胞的凋亡、吞噬并溶解中性粒細胞、減少興奮性毒素釋放，而保護受損腦組織。此外，小膠質(zhì)細胞還可產(chǎn)生神經(jīng)生長素、成纖維細胞生長因子等神經(jīng)營養(yǎng)因子及長因子，參與神經(jīng)元的存活和受損腦組織的修復。
二、凋亡、壞死是缺血再灌注組織細胞失代償?shù)牟±斫Y(jié)局
在缺血再灌注的慢性期，內(nèi)皮細胞的凋亡相關基因及血管生成因子基因受到誘導。細胞程序化死亡由IL-1β、TNF-α、超氧化物等與細胞表面受體結(jié)合觸發(fā)。作為對這些刺激物的應答，凋亡級聯(lián)反應激活，反應包括蛋白水解酶caspase和其他蛋白Bcl2-bax、Trp53以及抗凋亡酶Bcl2，凋亡抑制蛋白Iap等激活。
再灌注期間產(chǎn)生的ROS是引起細胞凋亡、壞死的主要因素：
①細胞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的過氧化，細胞結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生不可逆改變，導致神經(jīng)元凋亡、壞死；
②ROS促使花生四烯酸單向轉(zhuǎn)化為血栓烷A2，誘導再灌注區(qū)血管栓塞，梗死面積擴大，加重組織細胞損傷；
③ROS損傷內(nèi)皮細胞，增加血管通透性；
④ROS促使興奮性氨基酸釋放增加，導致細胞損傷；
⑤ROS刺激細胞因子和粘附分子表達，介導炎癥和免疫反應，加重組織再灌注損傷；
⑥ROS破壞線粒體氧化磷酸化反應，促使線粒體細胞色素c釋放，引發(fā)caspase級聯(lián)反應，導致細胞凋亡。
此外，超氧陰離子和NO反應生成氧亞硝酸鹽，引起進一步的組織損傷，并且作為I/R亞急性期、慢性期中重要的信號分子觸發(fā)炎癥反應和細胞凋亡。
三、自噬是缺血再灌注組織細胞存亡的關鍵因素
作為進化過程中一個保守的胞內(nèi)異化系統(tǒng)，自噬在細胞發(fā)育、細胞免疫、組織重塑及對環(huán)境適應方面有十分重要作用。細胞處于應激狀態(tài)時自噬可以顯著增強，比如饑餓、氧化應激等，線粒體的破壞，可使自噬增強。
再灌注期的氧化應激導致線粒體通透性轉(zhuǎn)換和線粒體損傷，能夠促進營養(yǎng)缺乏狀態(tài)下自噬體的形成。Lum等研究認為，各種原因引起的細胞內(nèi)AT水平的下降均可誘發(fā)自噬，從而保證細胞能量代謝的穩(wěn)定，利于細胞生存，但是過于嚴重和時間過長的“饑餓”狀態(tài)反而抑制自噬。近期研究顯示心肌缺血再灌注中也存在自噬現(xiàn)象，盡管其確切作用不甚清楚，可能是清除受損細胞及細胞器，或者是加速細胞凋亡。
缺血再灌注導致的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激在自噬調(diào)節(jié)中起一定作用。由于缺血缺氧、葡萄糖或營養(yǎng)物質(zhì)缺乏、脂質(zhì)過度負荷等均可破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)，出現(xiàn)錯誤折疊與未折疊蛋白在腔內(nèi)聚集以及Ca2+平衡紊的狀態(tài)，稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(endoplasmic reticulumstress，ERS)。Yorimitsm等發(fā)現(xiàn)用衣霉素造成干酵母內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激可以誘導自噬。Ogata等通過敲出MEF細胞Atg5(1種自噬基因)發(fā)現(xiàn)相對于正常MEF細胞而言，它更容易受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激的損傷，這說明自噬對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激有保護作用。Hamasaki等也觀察到在自噬泡內(nèi)有碎裂的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，這些都表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和自噬泡的形成有直接的聯(lián)系。研究表明缺血再灌注的腦損傷后發(fā)自噬、凋亡和壞死。許多研究將自噬和凋亡的標記物共同標記在同一神經(jīng)元或膠質(zhì)細胞上，發(fā)現(xiàn)自噬與凋亡同時存在，但腦損傷后不同時間內(nèi)，自噬與凋亡陽性細胞數(shù)是不同的，傷后短時間以自噬為主，隨時間延長則以凋亡為主；推測自噬在腦損傷后短時間內(nèi)起神經(jīng)細胞保護作用；隨時間延長則可能誘導凋亡，使細胞趨向壞死。
總之，缺血/再灌注損傷的病理生理關鍵是血供中斷或部分中斷導致的組織細胞缺血缺氧。由于組織細胞缺血缺氧，其一，面對急劇的能量缺失，部分細胞直接壞死；其二，組織細胞啟動氧化應激、脂質(zhì)過氧化能量代謝的代償性供能，彌補細胞ATP的缺乏，促進細胞度過難關，但又導致了病理性代謝產(chǎn)物堆積；其三，組織細胞在相對能量不足情況下，機體啟動了細胞凋亡程序，誘導細胞凋亡，以減輕組織細胞的炎癥損傷，其本身就是機體自我保護的代償性反應；其四，組織細胞一旦缺血缺氧，立即啟動細胞自噬程序，一方面，通過將細胞內(nèi)部分衰老的亞細胞成分、長壽命蛋白、錯誤折疊蛋白自我消化，產(chǎn)生ATP、氨基酸等功能；另一方面，通過啟動細胞自噬，將細胞微環(huán)境積聚的病理產(chǎn)物進行吞噬，分解代謝以做部分供能維持細胞的正常生命活動。而且細胞壞死、凋亡和自噬貫穿于各個不同病變階段，且因病情輕重、病勢緩急的不同而出現(xiàn)不同病變結(jié)局，其中壞死是細胞直接的終了結(jié)局，凋亡是細胞死亡的中間過程，而細胞自噬則關乎著細胞的結(jié)局是死亡、還是幸存，而且三者之間相互制約、相互影響。
四、展望
自噬作為細胞內(nèi)一種古老的降解/再循環(huán)方式，其作用及機制遠未完全了解。目前研究顯示，自噬就如一把“雙刃劍”，既可以起內(nèi)源性保護作用，又可起內(nèi)源性損傷作用。加強自噬作用的研究，探索自噬作用的發(fā)生、發(fā)展及其調(diào)節(jié)因素、調(diào)節(jié)通路；掌握自噬作用與細胞凋亡、細胞壞死的相互關系，進一步闡明自噬在疾病過程中的病理生理機制，為發(fā)現(xiàn)相關疾病新的靶點提供思路。因此，自噬與疾病關系的研究已經(jīng)成為一個新的熱點，缺血/再灌注(I/R)損傷，在血運重建的同時，如何發(fā)揮細胞自噬的內(nèi)源性保護機制，抑制有害的自噬，將有待于深入研究。