缺血/再灌注损伤时细胞周期调控的研究进展

杜秋国，高建虎，徐志广(综述)，卢绮萍(审校)

(1.广州军区武汉总医院普外科，武汉430070;2.南方医科大学，广州510515)

缺血/再灌注损伤(ischemic reperfusion injury，IRI)是指组织或器官缺血及重获血流灌注或氧供应后，对组织或器官所产生的损伤作用［1］。细胞的正确增殖需要通过细胞周期的调控，细胞在分裂时必须获得生存所需物质，特别是遗传物质，而IRI与细胞周期的调控有着千丝万缕的关系。因此，文中将对IRI时的细胞周期调控进行综述。

1 细胞周期概述

细胞周期是指连续分裂的细胞从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程，一般可分为5期:G0期(静息期)、G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)、M期(有丝分裂期)，包含两个主要检验点，即G1/S检验点(DNA合成起始转换点)和G2/M检验点(有丝分裂诱导转换点)，通过检验点后，即使刺激信号被去除，细胞仍然会开始DNA复制［2］。其中以G1/S检验点最为重要，在G1期发挥作用的主要是CDK4-cyclin D和CDK6-cyclin D［3］。细胞周期是多阶段、多因子参与的精确而有序的调控过程［2］。细胞周期的调控可分为外源性和内源性调控，外源性调控主要是由外界刺激引起的，而内源性调控主要是通过对细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性激酶、细胞周期依赖性激酶抑制因子(cyclin-kinase inhibitor，CKI)三者的调控来实现［3-4］。

细胞周期蛋白是调节细胞周期活动的重要蛋白质，它对整个正常细胞周期的维持起决定性作用［5］。在哺乳动物细胞中存在12类cyclins(A-K)，但对细胞周期有明确调控作用的细胞周期蛋白是cyclinA、B、C、D1～3和E，其中A、B的峰值和主导作用主要出现在M期，故又称为M期cyclins，C、D、E的峰值和主导作用主要出现在G1期，故又称为G1期cyclins［4］。目前研究的多集中于cyclinD、E，特别是cyclinD1。作为细胞周期主要的正态调控因子之一的cyclinD1的作用是调节细胞周期G1期启动进入S期，因此在细胞周期早期调控中，一旦cyclinD1过量表达就会引起细胞生长增殖过快［5］。

细胞周期蛋白依赖性激酶是一种蛋白激酶家族，它们通过磷酸化-脱磷酸化的方式在细胞周期调控中发挥重要作用，促进细胞的增殖［2］。CDK可以与cyclin结合成CDK-cyclin复合物，共同促进细胞周期的运转，其中CDK是催化亚基，cyclin是调节亚基［3］。

CKI通过抑制CDK活性从而在细胞周期进程中发挥作用。CKI可分为两类:一类为激酶抑制蛋白(KIP)，包括3种结构相关蛋白(p21、p27和p57)，能抑制大多数CDK-Cyclin的磷酸化激酶活性;另一类为细胞周期蛋白依赖性激酶4抑制剂(INK4)，即p16家族，由4种相似蛋白(p15、p16、p18和p19)构成，特异性抑制 CDK4-cyclinD1、CDK6-cyclinD1的磷酸化激酶活性［3，5］。有研究表明，CIP/KIP对cyclinD/CDK4、cyclinD/CDK6起正性调节作用，p16蛋白对cyclinD/CDK4起负性调节作用［3］。

2 IRI与细胞周期调控的关系

细胞的发生和发育有赖于细胞周期的正常有序运行。由于两个主要检验点的控制，细胞周期事件遵守严格的时相顺序。IRI后，细胞周期检验点将受损伤的细胞阻滞在相应的位置进行修复，若修复成功，细胞进入下一个周期，否则发生凋亡。细胞凋亡是细胞的程序性死亡过程，受多种基因和蛋白的调控［6］。

2.1 肾IRI时细胞周期调控 肾脏作为高灌注器官，非常容易发生IRI，而肾IRI是自体肾发生急性肾衰竭的主要原因［7］。在肾IRI时，p21的表达是引起G1期阻滞的直接原因，而p53在其中也发挥了重要作用，它可通过下游基因p21的高表达对细胞周期进行调控，从而保护肾脏。Andreucci等［8］研究提示，Ⅰ型的磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide-3 kinase，PI3K)和其下游分子丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(protein kinase B，PKB)所组成的信号通路(即PI3K/Akt信号通路)在肾IRI中起重要的调控作用。

2.2 脑IRI时细胞周期调控 细胞正常的生命活动需要细胞周期的调控，而越来越多的证据也表明缺血性脑损伤后存在细胞周期的异常激活［9］。CDK5是神经系统中重要的激酶之一，是脑缺血再灌注时神经细胞凋亡过程中重要的上游因子，在脑缺血损伤机制中起重要作用［10］。宋铁山等［11］研究显示，脑IRI后，cyclinD1、CDK4异常表达可能是引起神经元凋亡的主要因素，其中cyclinD1的异常增高与神经元凋亡的关系更为密切。另有实验证实，剔除cyclinD1基因能够明显抑制星形胶质细胞的增殖［12］。

2.3 肝IRI时细胞周期调控 肝移植是目前治疗肝衰竭最有效的方法之一，但肝热IRI常引起移植后肝功能不良，甚至导致移植肝原发性无功能，因而有必要深入探讨肝热IRI的机制，改善术后早期肝功能的恢复［13］。肝热IRI的发生、发展受多途径、多基因的网络调控，临床上采用单独抗感染治疗的效果并不令人满意［14-15］。研究显示，组织缺血/再灌注时核因子κB活性增高，参与调控细胞周期进程，可诱发和加重组织的损伤［16］;相反，阻断核因子κB的活性，组织器官的再灌注损伤可明显减轻［17-18］。细胞凋亡是肝脏IRI的特征之一［19］。有实验提示，鼠肝缺血30 min后再灌注期细胞DNA损伤的修复和细胞凋亡程序的活化过程有可能是通过p53基因介导的［20］。张劭等［21］进一步研究表明，当细胞受到肝热IRI时，p53-Gadd45-PCNA途径表达上调，使有DNA损伤的细胞停滞于G1期进行DNA修复或促使无法修复的肝细胞凋亡，其中Gadd45a mRNA、Gadd45g mRNA的表达分别较再灌注前上升8.3倍和7.0倍。

2.4 视网膜、心脏IRI时细胞周期调控 视网膜IRI是眼科常见的病理过程，主要通过凋亡的形式导致视网膜神经元的死亡。有实验证实，在视网膜IRI中cyclinD1与细胞凋亡密切相关［22］。

研究发现PI3K/Akt通路在心脏IRI后的修复过程中起重要的调控作用［23］。Hausenloy等［24］研究发现，可以通过缺血预处理增强PI3K/Akt信号途径，从而对心脏IRI起保护作用。

3 研究IRI时细胞周期调控的意义

手术、创伤后应激反应一方面有利于机体抵御外来损伤，另一方面如反应过于激烈或调节失衡，也会造成自身的损伤，因此研究创伤后，应激反应中的细胞周期调控就可以在临床上有效地控制炎性反应，促进细胞修复，阻止细胞凋亡，从而减少应激性疾病的发生，减少应激给机体带来的危害。

在细胞周期调控中cyclinD1是正态调控因子，因此可通过上调cyclinD1的表达而促进细胞的增殖，修复损伤的组织;相反，剔除cyclinD1基因可以明显抑制星形胶质细胞的增殖。在脏器经受IRI之前给予一短暂的血流阻断又复灌，从而减轻脏器的IRI，称为缺血预处理［25］。蔡方刚等［26］的研究表明，经过缺血预处理，肝细胞在复灌早期cyclinD1的表达明显上升，推动着G1期向S期发展，从而促进细胞的增殖。治疗脑缺血时应注意调控星形胶质细胞和神经元细胞各自的凋亡机制［27］。Trimsit等［25］认为，脑缺血后要判断缺血的神经元是否进入病态的细胞周期，可以以cyclinD1表达的水平作为指标。宋铁山等［11］进一步研究显示，兼具镇静麻醉作用的药物异丙酚可以降低脑缺血/再灌注后cyclinD1表达的水平，从而降低神经元凋亡率，减轻缺血/再灌注对大鼠海马神经元的损伤。异丙酚也可以减轻大鼠肝脏、肾脏IRI［28］。另有研究表明，对视网膜缺血/再灌注组注射碱性成纤维细胞生长因子后，cyclinD1的表达显著降低，进而抑制细胞凋亡，在视网膜IRI中起到保护作用［22］。

CDK4可以与cyclinD1结合成cyclinD1-CDK4复合物，共同促进细胞由G1期向S期过渡。近年来有多项研究表明，在脑IRI时，联合针刺水沟、内关、曲池、足三里穴能够使CDK4的表达减少，从而抑制神经元的凋亡［29］。另外，曲忠森等［30］指出，急性脑IRI时，细胞内游离Ca2+浓度升高可能增加CDK5的活性，从而加剧脑IRI。因此，可以利用钙通道阻滞剂尼膜地平降低海马神经元内的Ca2+浓度，进而降低CDK5的活性，从而减轻脑IRI。

综上所述，细胞周期的调控与IRI关系密切。但是，IRI中的细胞周期调控是个极为复杂的过程，目前的认识还不够深刻，尤其是在肝IRI方面，国内外的报道还不多，有待进一步深入研究。

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