肾脏缺血再灌注损伤发病机制研究进展

成月英

（保定市第一中心医院肾内科，河北 保定 071000）

器官缺血再灌注损伤是指组织器官缺血再灌注后其组织细胞代谢障碍，从而导致结构和功能的破坏。关于器官缺血再灌注损伤的研究以心肌方面开展的最早，随后才逐渐转入其他器官如肾脏、肝脏、脑等方面的研究［1］。肾脏是缺血再灌注损伤中常见重要器官，缺血导致肾血流降低，肾小管堵塞，严重时肾小管坏死，导致再灌注后肾损伤，引起缺血性急性肾衰竭。其机制可能与氧自由基生成过多、细胞内钙超载、炎症因子及递质参与、细胞凋亡、膜脂质过氧化、一氧化氮含量变化等多因素参与引起的肾脏组织结构紊乱、功能代谢异常有关。本文对肾脏缺血再灌注损伤机制的研究进展进行综述。

1 氧自由基对肾脏缺血再灌注的影响

氧自由基在肾脏缺血再灌注损伤中起非常重要作用，缺血再灌注过程中肾脏组织会产生大量氧自由基，而缺血低氧抑制肾脏内超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化酶（GSH－PX）等氧自由基清除剂活性，不能有效清除氧自由基，以致氧自由基大量堆积。氧自由基能损伤生物膜上脂质，造成脂质过氧化，产生大量具有细胞毒性脂质过氧化产物——丙二醛（MDA），MAD在膜内形成交链，导致细胞膜受损，线粒体肿胀、溶解，ATP合成障碍，溶酶体破裂引起细胞自溶，不饱和脂肪酸蛋白质比例失调，造成生物膜功能障碍，生物膜的流动性下降和通透性增高［2－3］，肾小管上皮细胞损伤，血肌酐升高，肾功能异常。另外，氧自由基可以增强膜脂质过氧化，破坏核酸和染色体，抑制蛋白质的功能等，导致细胞变性坏死。细胞膜通过氧自由基产生多种毒性很强的脂质过氧化物，引起炎症反应，导致肾脏功能障碍。何亮等［4］研究结果表明，肾脏缺血再灌注动物实验模型中应用小剂量多巴胺1.5～2.0μg／（kg·min）能降低肾脏缺血再灌注所致脂质过氧化物增高，说明脂质过氧化参与缺血再灌注损伤，间接反映小剂量多巴胺能清除氧自由基，增强机体抗氧化能力，保护肾功能。王长淼等［5］研究结果显示，对大鼠胰十二指肠联合移植肾脏缺血再灌注动物模型应用丹参注射液，可使血清SOD、GSX－PX活性增高，MAD含量降低，说明氧自由基参与肾脏缺血再灌注损伤，丹参能清除氧自由基，从而保护肾脏。骨髓间充质干细胞（MSCs）是成体干细胞，具有免疫调节和促进急性肾损伤修复功能。临床研究结果显示，输注MSCs能促进肾脏缺血再灌注损伤后肾脏细胞增殖，抑制肾脏细胞凋亡，抑制氧自由基的生成，减轻肾组织的损伤程度，促进缺血再灌注损伤后肾功能的恢复，降低血清Cr和BUN水平，改善肾功能［6］。另有文献的研究结果表明，氧自由基可通过对糖类、脂质、蛋白质、核苷酸等进行化学修饰损伤组织［7］。

另外，NO也是一种具有生物活性、结构简单的自由基，参与扩张血管、增强免疫、调节神经信号等生理过程；L－精氨酸在一氧化氮合酶（iNOS）催化下生成NO，因iNOS活性不同，诱导NO作用不同；生理状态下NO调节肾血流及肾小管重吸收功能，抑制系膜细胞和基质增生；肾脏缺血再灌注时，肾血管内皮细胞合成和释放NO减少，导致对血管收缩因子的拮抗作用减弱，从而使血管内皮损伤加重。刘燕等［8］报道，L－精氨酸可增加体内NO含量，抑制肾小管上皮细胞凋亡，保护大鼠肾脏减轻缺血再灌注损伤。KHARBANDA等［9］研究结果显示，NO下调p53的表达，抑制肾小管细胞凋亡，阻止潴留及活化的白细胞对肾脏的损害作用。另有研究结果表明，iNOS及NO广泛参与缺血再灌注过程，导致肾功能严重受损，应用iNOS特异性抑制剂后，NO产生明显减少，其机制与抑制细胞凋亡因子caspase－3，使肾组织受损程度明显减轻，肾功能得以改善有关［10］。缺血再灌注导致氧化应激产生过多活性氧及MDA，超过肾组织抗氧化能力，或氧自由基的产生与清除失平衡，引起链式脂质过氧化损伤肾小管细胞膜、线粒体等细胞结构；以及超氧化物歧化酶（SOD）活性下降，造成肾小管上皮细胞凋亡，从而引起急性肾小管坏死导致急性肾衰竭。文献研究结果显示，氧化应激参与肾脏缺血再灌注损伤，是通过阻断或抑制细胞内氧化应激反应对缺血再灌注肾小管上皮细胞保护作用实现的［11－12］。

2 肾脏缺血再灌注损伤时细胞内Ca2＋浓度的变化

作为第二信使和调节因子的细胞内Ca2＋参与细胞的生物电活动和细胞内的生物化学反应。肾脏缺血再灌注损伤时，细胞内Ca2＋浓度变化机制：①肾组织受到缺血低氧损伤时，肾小管上皮细胞膜上Ca2＋通道异常开放，导致肾小管上皮细胞内Ca2＋浓度明显升高，引起钙超载，激活Ca2＋依赖性核酸内切酶，使氧自由基增加，细胞膜对钙通透性增强，加剧细胞内Ca2＋聚集，使细胞内双链DNA断裂引起细胞凋亡；②在肾缺血早期，肾小管上皮细胞氧化磷酸化能力减弱，ATP合成减少，Na＋－K＋－ATP酶功能减弱，大量Ca2＋内流，导致细胞内Ca2＋超载，氧自由基增多，加重肾损伤；③磷脂酶活力增强而使游离脂肪酸增多，使Ca2＋－ATP酶活力增加，消耗了大量ATP，导致Na＋－K＋－ATP酶功能下降，大量Ca2＋内流，细胞内Ca2＋超载；④肾脏缺血再灌注损伤时，肾组织Na＋－K＋－ATP酶和Ca2＋－ATP酶活性降低，引起细胞内外离子转运异常，Na＋跨质膜梯度下降，激活Na＋－Ca2＋交换系统，使细胞外Ca2＋内流失控，细胞内Ca2＋排除障碍，最终造成细胞内钙超载［13］。

3 肾脏缺血再灌注损伤时相关炎症递质和炎症因子的激活及其作用

急性肾损伤是一种炎症过程，表现为内皮损伤、白细胞浸润及炎症递质的释放。炎症递质和炎症因子在肾脏缺血再灌注损伤中有重要作用。肾脏缺血再灌注损伤时内皮细胞功能紊乱，释放多种炎性递质和炎症因子及黏附分子，如单核细胞趋化因子－1、IL－6、IL－8、IL－1、TNF、P－选择素、E－选择素、细胞间黏附分子（ICAM）－1等多种细胞因子，这些物质直接或间接作用于内皮细胞，导致内皮细胞损伤；其中内皮细胞还产生血小板活化因子和白三烯B4，而血小板活化因子和白三烯B4能够进一步使炎症细胞发生趋化作用，这些细胞因子均作用于肾脏，引起肾脏缺血再灌注，进一步加剧肾损伤。目前研究结果显示，ICAM主要有免疫球蛋白超家族成员选择素族、整合素族、钙黏附素族；而ICAM－1系免疫球蛋白基因超家族成员，是一种细胞表面跨膜蛋白抗原。正常情况下，ICAM－1在肾小球及肾小管细胞无表达，在肾组织缺血低氧时，ICAM－1在肾小管内皮细胞表达增强，ICAM－1能使中性粒细胞和淋巴细胞聚集并激活，释放大量炎性物质，如活性氧、细胞因子、肾损伤蛋白酶类等，由于局部组织炎症反应导致炎症因子和炎症递质增多，最终导致肾损伤［14］。其中P－选择素表达于活化的内皮细胞和血小板表面，炎症反应时通过配体介导使白细胞在炎性反应区聚集，在肾脏缺血再灌注损伤中P－选择素是最早表达因子，其表达增强［15］。李鹏等［16］的研究结果显示，活化的核因子－κB（NF－κB）在分子水平上调节肾脏缺血再灌注损伤过程中炎性递质产生前炎性蛋白，促进炎症递质及炎症因子释放。肾脏缺血再灌注损伤中，NF－kB在肾组织表达增强，导致肾组织损伤；热休克蛋白（HSPs）亦参与肾损伤，正常细胞HSPs水平较低，肾脏缺血再灌注损伤后在缺血低氧及炎症因子刺激下肾小管上皮细胞HSPs合成增多，表达增强［17］。另外，补体系统的激活在肾缺血损伤中发挥了重要作用［18－20］，补体激活诱导肥大细胞脱颗粒，释放炎症递质，造成肾脏缺血再灌注损伤。转化生长因子β1（TGFβ1）是一种具有细胞分化与增殖、细胞凋亡及免疫调节的细胞因子，肾脏缺血再灌注损伤时肾小管上皮细胞TGFβ1表达增强，肾脏缺血再灌注损伤后随着损伤的加重，BMP－7表达逐渐减弱，而TGF－β1表达增强，二者是缺血再灌注损伤和恢复过程中一对重要的相关因子［21－23］。

4 细胞凋亡参与肾脏缺血再灌注损伤

机体在各种应激状态下释放多种细胞因子（如肿瘤细胞因子、IL－6等），这些细胞因子与细胞表面细胞因子受体（Fas基因受体）结合，诱导细胞凋亡；有人认为细胞的凋亡也是缺血再灌注组织和器官损伤的主要途径之一［24－26］，缺血再灌注时肾脏以远端肾小管上皮细胞凋亡为主，缺血再灌注时间的长短与凋亡的程度相关。细胞凋亡与细胞内能量水平、线粒体的渗透性转换孔、基因表达改变、Ca2＋浓度、氧化应激及代谢产物的累积等均有关［10］。李宏等［27］研究结果显示，肾脏凋亡细胞主要集中在皮髓交界、远端小管及髓襻升支。肾脏缺血再灌注诱导了内质网应激反应，内质网应激是肾脏缺血再灌注损伤重要因素，肾小管上皮细胞低氧或复氧可触发内质网系统，激活caspase－12，诱导细胞凋亡［28］。DAEMEN等［29］研究结果显示，细胞内一些酶类如半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的活化使肾脏缺血再灌注后炎症进展加速，从而进一步导致细胞凋亡。

细胞凋亡相关基因分为抗细胞凋亡基因（如bcl－2、bclx、mcl－1、bcl－w等）和促细胞凋亡基因（如bax、bad、bak、bid等）。肾组织细胞凋亡与bcl－2和bax表达密切相关，bcl－2是重要的抗细胞凋亡基因，其通过抑制自由基产生、细胞内钙超载、线粒体膜通透性、caspase激活发挥抑制凋亡及抗氧化作用。研究结果显示，肾脏缺血再灌注后bcl－2在远端肾小管高度表达［30］，bcl－2／bax值在促进细胞增殖或抑制细胞凋亡方面发挥重要作用，bax通过抑制bcl－2的活性而促使细胞凋亡发生［31］。

5 肾脏缺血再灌注损伤后肾功能变化

BUN、Scr是临床上评价肾功能常用指标，BUN是体内蛋白质代谢产物，Scr是肌肉代谢产生的含氮有机物，这两种代谢产物经肾脏排出体外，其血中浓度取决于肾小球滤过能力，如果肾实质损伤，肾小球滤过率下降，降到临界点后血中BUN、Scr就会升高。大量研究结果表明，肾功能与肾脏缺血再灌注受损严重程度有关，肾脏缺血再灌注损伤时由于大量氧自由基、细胞内钙超载、炎症因子及炎症递质、细胞凋亡等参与，最终导致急性肾损伤及肾衰竭。

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