肠缺血/再灌注引起肝功能损伤的研究进展

鲁智英(综述)，吴学东(审校)

(大理学院附属医院，大理学院临床医学研究中心小儿外科，云南大理671000)

肠缺血/再灌注(intestinal ischemia/reperfusion，II/R)在临床上常见于肠移植、肠系膜动脉栓塞、肠系膜静脉栓塞血栓再通等。其诱导的多器官功能损伤都具有较高的发生率和病死率，对于临床外科是一大挑战。肝脏作为肠道最近的一个器官之一，II/R所引起的损伤理应引起世界关注。II/R可以导致严重的肝肠组织损伤，包括肝、肠道黏膜屏障及损伤，这一系列连锁反应在II/R损伤肝脏。

1 肠道屏障的损伤

肠道屏障是细菌易位和内毒素发展的基础，因此肠黏膜的损伤具有重要的研究意义。正常人类身体的肠屏障由上皮细胞绒毛和黏液层两部分组成［1］。肠屏障主要由上皮细胞构成，其包含超过100万亿上皮细胞的屏障，而疏水的黏液层有利于防止上皮细胞与管腔内容直接接触，限制有害物质的渗透。

Huang 等［2］利用II/R大鼠模型，用无创伤血管钳周期性夹闭肠系膜上动脉20 min并间歇放松60 min，对回肠段血管结扎缺血诱导，然后再灌注;通过对实验组和对照组进行比较，发现发生II/R的大鼠空肠绒毛变钝，上皮剥脱。黏膜破损与上皮细胞的破坏和免疫反应的增强紧密相连。肠系膜II/R发生，同时会伴有绒毛破坏肠上皮细胞凋亡，表明黏液层不仅在肠腔和肠上皮中发挥作用，且在肠屏障修复和维持中起重要作用。肠道屏障对全身炎性反应和远端器官的损伤有重要作用，并与内脏缺血紧密相连，肠道屏障的破坏是肠缺血引发肝功能损伤的第一步［3］。

2 肠缺血

在上述损伤之后，肠缺血和(或)内毒素血症肠氧化应激通过增加肝肠负担，对随后积累活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)和活性氮产生一定的影响。其通过诱发内毒素及微循环反应，产生ROS并通过肠道屏障损伤后通路进一步对肝肠损伤［4］。肠屏障的迅速恶化、细菌易位和内毒素吸收可共同导致随后发生的循环衰竭。

肠缺血可导致ROS缺乏，ROS是存在于线粒体ROS代谢过程中的高活性分子，线粒体是ROS的主要生产者，即O2和H22其通过产生非常活泼的羟基自由基，形成脂质过氧化物，从而破坏能源供应，以减少细胞的线粒体膜和功能的形成。线粒体内不包含过氧化氢酶及谷胱甘肽过氧化酶的辅酶，是线粒体处理有氧细胞产生内源性过氧化氢的唯一防御。因此，谷胱甘肽在保护过氧化氧自由基攻击细胞膜磷脂中不饱和脂肪酸是至关重要的［5］。如果线粒体功能受损，在一定程度上会降低细胞的能量供应;在再灌注过程中，ROS通过肠缺血损伤组织，对损伤组织的二次氧化应激引发自由基产生较为明显的促进作用。

3 再灌注

3.1 ROS及自由基的产生 在缺氧时，易形成黄嘌呤氧化酶，肠组织的这种反应速度相对于其他组织较快;当氧气随血液再次灌入组织时，次黄嘌呤与黄嘌呤氧化酶的反应可产生超氧阴离子，并在过氧化氢歧化酶的催化下转化成H2O2，经过过氧化氢酶和过氧化物酶的催化作用，H2O2进一步产生水。之后，在铁的参与下，超氧化物和水经过Haber－Weiss与Fenton反应形成具有高度的活跃性和细胞毒性氧自由基［6］。

3.2 脂质过氧化和炎性因子的释放 羟基可引起细胞膜中的脂质过氧化反应并释放出代谢物质，诱导粒细胞的黏附到微血管的内皮组织，其释放的超氧阴离子自由基和一些蛋白酶可导致内皮细胞的进一步损伤。

参与氧化损伤和炎性反应主要有两个分子:一氧化氮(nitric oxide，NO)和一氧化碳(carbon monoxide，CO)。NO可作为炎性介质和活性氮，直接或间接通过与氧的相互作用产生过氧化亚硝酸盐［7－8］。CO通过血红素加氧酶1－CO途径对肝肠防御系统构成氧化及炎性损伤［9］。NO与超氧化物的反应产生过亚硝酸盐，加强脂质的过氧化。所有的细胞成分在ROS的参与下都很容易受影响，这将导致细胞膜结构和通透性的改变。这种类脂基团的反应释放了类脂过氧化物，其本身是一种自由基，而启动了其脂肪酸的还原。结果一大批选择性的离子交换，释放细胞器的内容物，如溶酶体的水解酶，最终导致细胞死亡的细胞毒素。ROS除参与脂质的过氧化反应外，还有吸引并活化中性粒细胞的能力，通过对肝肠组织细胞吞噬，进而达到引起肝肠损伤的效果［6，10］。

有研究发现，II/R在小肠中产生过量的ROS，可加速肝、肠组织中脂质过氧化，并抑制细胞的抗氧化防御结果。在肝脏氧化，抗氧化过程中的剧烈变化发生在第2组的动物尸体［11］。某些代谢产物(如超氧阴离子自由基、NO等)在血管内皮细胞之间的不平衡可导致炎性介质的生产和释放(如血小板活化因子、肿瘤坏死因子)。通常情况下，在II/R中，炎性细胞的利用是受化学因子的调控(C5a、白细胞介素8、白三烯B4、血小板聚合因子)，同时也受到大量分子在炎性细胞和内皮细胞的黏附。这种黏附通常控制着白细胞内皮的相互作用，如选择性蛋白、整联蛋白B2和免疫球蛋白(细胞间黏附分子1、血小板内皮细胞黏附分子1)。缺氧/复氧显著增加内皮细胞间黏附分子1的表达以及中性粒细胞黏附到内皮细胞。据报道，II/R损伤造成肝脂质过氧化以及低密度脂蛋白的氧化反应，说明其对肝功能的损伤有一定关系［12］。

3.3 补体的激活和通道转导 缺血介导肌动蛋白细胞骨架的聚合，导致IgM抗体介导的组织损伤，研究说明nIgM型缺血性抗原复合物提供了甘露聚糖结合凝集素的结合位点，从而导致补体激活引起组织损伤［13－14］。

II/R引起的组织损伤是在很大程度上依赖补体的激活，产生 C3a和 C5a趋化肽［15］。Farmer等［16］通过小鼠实验发现Toll样受体调节肝外补体产生，而补体调节Toll样受体介导的细胞因子在肠道IR产生。Wang等［17］通过确定肠II/R在大鼠肝损伤的人参皂苷Rb1的诱导作用的研究证明了肠II/R诱导的肝组织中肝肠功能损伤，通过小肠丙二醛水平的髓过氧化物酶、肿瘤坏死因子α和丙二醛水平及细胞间黏附分子1、核因子κB表达，测定血清丙氨酸氨基转移酶和天冬氨酸氨基转移酶增加的特点提示肝功能的变化。人参皂苷Rb1(20、40 mg/kg)通过降低核因子κB在肝脏的表达水平，说明其是传导的一个重要通路。

4 结语

肠道屏障损伤、缺血时积累的ROS和活性氮、内皮细胞的损伤、产生的ROS、激活的血小板活化因子，细胞凋亡产生的重要通路Toll样受体介导和通路核因子κB传导等均是II/R对肝功能的损伤的因素。内毒素和细菌易位这两种方式都可以导致肝功能的损伤，试验发现，肠道屏障的破坏和氧自由基、细菌易位的迁移可引起肠黏膜通透性显著增加及门静脉内毒素含量增加，这可能是导致腹腔间隔室综合征和多器官功能障碍综合征发展的重要因素［18］。Marañón 等［5］推测缺血性肠释放性分子，如 H2O2、超氧阴离子自由基、细胞因子(肿瘤坏死因子α)和花生四烯酸代谢产物的门户和系统性流通都可以引起直接的组织损伤。以上这些分子能有效激活白细胞，从而促进它们转移至肝肠，增加肝肠的损害。II/R其损伤究竟是炎性因子之间的协同作用，还是其激发肝脏中性粒细胞黏附所致，其中机制有待进一步研究。

［1］Qin X，Sheth SU，Sharpe SM，et al.The mucus layer is critical in protecting against ischemia－reperfusion－mediated gut injury and in the restitution of gut barrier function［J］.Shock，2011，35(3):275－281.

［2］Huang CY，Hsiao JK，Lu YZ，et al.Anti－apoptotic PI3K/Akt signaling by sodium/glucose transporter 1 reduces epithelial barrier damage and bacterial translocation in intestinal ischemia［J］.Lab Invest，2011，91(2):294－309.

［3］Jakesevic M，Aaby K，Borge GI，et al.Antioxidative protection of dietary bilberry，chokeberry and Lactobacillus plantarum HEAL19 in mice subjected to intestinal oxidative stress by ischemia－reperfusion［J］.BMC Complement Altern Med，2011，11:8.

［4］Loganathan A，Linley JE，Rajput I，et al.Basolateralpotassium(IKCa)channel inhibition prevents increased colonic permeability induced by chemical hypoxia［J］.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2011，300(1):G146－G153.

［5］Marañón G，Manley W，Cayado P，et al.Alterations in the glutathione metabolism could be implicated in the ischemia－induced small intestinal cell damage in horses［J］.BMC Vet Res，2009，5:10.

［6］Grootjans J，Lenaerts K，Derikx JP，et al.Human intestinal ischemia－reperfusion－induced inflammation characterized:experiences from a new translational model［J］.AmJ Pathol，2010，176(5):2283－2291.

［7］Reiter RJ，Tan DX，Cabrera J，et al.The oxidant/antioxidant network:role of melatonin［J］.Biol Signals Recept，1999，8(1/2):56－63.

［8］Russel J.Oxidative damage in the central nervous system:protection by melatonin［J］.Prog Neurobiol，1998，56(3):359－384.

［9］Ryter SW，Otterbein LE，Morse D，et al.Heme oxygenase/carbon monoxide signaling pathways:regulation and functional significance［J］.Mol Cell Biochem，2002，234－235(1/2):249－263.

［10］Yang H，Sheng Z，Guo Z，et al.Oxygen free radical injury and its relation to bacterial and endotoxin translocation after delayed fluid resuscitation:clinical and experimental study［J］.Chin Med J(Engl)，1997，110(2):118－124.

［11］No authors listed.Oxidant－antioxidant processes in tissues in ischemic and reperfusion damage to the small intestine［J］.Patol Fiziol Eksp Ter，2009(2):19－22.

［12］Cerqueira NF，Hussni CA，Yoshida WB.Pathophysiology of mesenteric ischemia/reperfusion:a review［J］.Acta Cir Bras，2005，20(4):336－343.

［13］Lee H，Green DJ，Lai L，et al.Early complement factors in the local tissue immunocomplex generated during intestinal ischemia/reperfusion injury［J］.Mol Immunol，2010，47(5):972－981.

［14］Arumugam TV，Shiels IA，Woodruff TM，et al.The role of the complement system in ischemia－reperfusion injury［J］.Shock，2004，21(5):401－409.

［15］Pope MR，Hoffman SM，Tomlinson S，et al.Complement regulates TLR4－mediated inflammatory responses during intestinal ischemia reperfusion［J］.Mol Immunol，2010，48(1/3):356－364.

［16］Farmer DG，Ke B，Shen XD，et al.Interleukin－13 protects mouse intestine from ischemia and reperfusion injury through regulation ofinnate and adaptive immunity［J］.Transplantation，2011，91(7):737－743.

［17］Wang J，Qiao L，Li Y，et al.Ginsenoside Rb1 attenuates intestinal ischemia－reperfusion－induced liver injury by inhibiting NF－kappaB activation［J］.Exp Mol Med，2008，40(6):686－698.

［18］Deitch EA，Xu D，Kaise VL.Role of the gut in the development of injury－and shock induced SIRS and MODS:the gut－lymph hypothesis，a review［J］.Front Biosci，2006，11:520－528.