小腸缺血再灌注損傷機制的研究進展和防治策略

叢若塵，何伯圣

(南通大學第二附屬醫院影像科，江蘇 南通 226001)

缺血再灌注損傷是臨床上許多嚴重疾病的共同病理生理過程[1-2]。小腸血供主要依賴腸系膜上動脈，由于小腸絨毛末端為微小動靜脈的直接交通，所以容易導致缺血再灌注損傷[2-4]。小腸缺血再灌注損傷的誘發病因很多，如小腸整體或局部血流灌注的急速降低(腸系膜動脈栓塞、靜脈血栓、腸梗阻、機械性絞窄、休克或藥物等原因)、心血管手術、腸道移植等。缺血再灌注損傷可導致小腸組織自微血管至腸系膜血管的整套血液循環發生改變，嚴重時可引發遠隔臟器受損、全身性炎癥反應、多器官功能衰竭甚至導致死亡[5-6]。隨著我國逐漸步入老齡化社會，以及心臟病、高血壓和高血脂等疾病高發，腸缺血的發病率和病死率逐年上升。然而，在臨床上腸缺血患者初期癥狀較重而體征較輕，容易造成漏診或誤診，臨床醫師根據患者癥狀、體征或影像學確診時，多數已為晚期。故尋找腸缺血保護性治療的干預靶標迫在眉睫。但目前，臨床上尚無針對缺血再灌注損傷的特效藥物和療法，原因主要是缺血再灌注損傷機制尚不明確。根據最近提出的引發小腸細胞壞死、凋亡的一系列假說和理論，研究者們相繼提出了一些缺血再灌注損傷預防和治療方案。但這些防治措施大多還處于實驗室研究階段且實際效果并不理想，無法直接應用于臨床實踐?，F就小腸缺血再灌注損傷機制的研究進展和防治策略予以綜述。

1 小腸的結構特點和缺血再灌注損傷模型

小腸結構較為復雜，主要由黏膜層、黏膜下層、肌層和外膜構成，其中黏膜上皮層在小腸消化吸收、分化增殖等方面發揮關鍵作用。另外，小腸的血供豐富，是機體最大的儲血器官，其血流量與局部組織的活動水平密切相關，當機體處于應激狀態時，血流會在短時間內從胃腸道快速轉移至心腦、骨骼肌等重要臟器，因此會導致消化道黏膜發生缺血壞死[7-8]。小腸黏膜缺血會破壞上皮層細胞的功能，使上皮細胞喪失再生能力，削弱黏膜的屏障作用，進而引起細菌移位、內毒素釋放[9]。另外，應激反應的激活可使機體釋放大量的炎癥因子和過氧化物，進一步增加黏膜通透性，從而導致全身性炎癥反應和多臟器功能不全[10]。

從目前的研究來看，有多種動物模型(如豬、犬、貓、鼠)可用于小腸缺血再灌注損傷的研究，且每種動物模型均有各自的優缺點(表1)[11]。在所有動物模型中，豬與人的血管結構最接近，其小腸絨毛微小靜脈分布于微小動脈兩側；而鼠與人的血管結構不完全相同，其腸絨毛微小動脈到達頂端后分成兩支微小動脈，隨后形成動脈網，最后匯入引流靜脈[12]。

目前的研究中最常用的損傷模型為鼠，缺血處理方式包括夾閉或結扎腸系膜上動脈[13]。夾閉或結扎腸系膜上動脈需要行開腹手術，容易造成全身性炎癥反應，動物病死率較高。有研究表明，采用介入的方法，經導管將吸收性明膠海綿顆粒注入豬的腸系膜上動脈能獲得良好的小腸缺血再灌注損傷模型，且模型動物術后存活率高，可排除炎癥對實驗結果的影響，能更好地模擬人類的小腸缺血再灌注損傷[14-15]?？梢?，缺血再灌注模型構建成功與否不僅與動物選擇有關，還與腸缺血模型的處理方式密切相關。另外，缺血時間和部位也需要考慮，缺血時間過短，可能組織損傷不明顯，而時間過長則組織壞死嚴重，會掩蓋后續的灌注損傷。同時，小腸不同部位對缺血的敏感程度也有差異，十二指腸、空腸、回腸的耐受性依次逐漸提高[16]。因此，需要根據研究內容和研究目的選擇合適的模型、缺血時間以及取材部位。

表1 常用于小腸缺血再灌注研究的動物模型及優缺點

2 小腸缺血再灌注損傷的分子生物學機制

小腸缺血再灌注損傷可能是多種因素共同作用的結果。目前缺血再灌注損傷的內在機制尚不清楚。但研究者們已在DNA、蛋白質、細胞器和細胞水平取得了很多突破，并提出了一系列新的學說。這些研究成果不但對缺血再灌注損傷機制的完善具有重要意義，也為后續防治技術的開發提供了基礎。

2.1線粒體損傷 線粒體是為機體提供能量和維持鈣穩態的主要細胞器，也是機體應對應激反應的第一道門戶。缺血再灌注損傷可引起呼吸鏈酶復合體Ⅰ和呼吸鏈酶復合體Ⅱ的活性下降，并產生大量的活性氧自由基，阻礙ATP合成[17]。氧自由基能改變線粒體的通透性，引起細胞色素C等損傷因子釋放，加重細胞毒性[18]。機體內ATP合成、Ca2+吸收、自由基的產生過程均與線粒體膜電位的變化密切相關[19]。另有研究證實，線粒體膜電位變化在調節細胞凋亡與壞死中發揮重要作用，線粒體滲透轉化孔開放會造成內膜兩側氫離子濃度梯度消失，導致膜電位下降、線粒體腫脹破裂，線粒體釋放大量促凋亡因子，最終引發細胞凋亡、壞死[20]。

此外，線粒體膜上存在的兩種ATP酶，即Na+，K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶，它們是維持線粒體正常結構和功能所必需的離子泵，直接影響線粒體的各項重要功能。鈉泵失活后，將引發線粒體膜內外離子的重新排布，尤其是引發Ca2+內流，導致細胞內鈣超載，激活線粒體膜通透性轉換孔，而活化的線粒體膜通透性轉換孔又促使線粒體發生功能性和結構性崩解，從而引發細胞死亡[20-21]。同樣，Ca2+-ATP酶活性增強后，也會引發細胞內鈣超載，細胞發生能量代謝障礙，最終也會引發細胞死亡[22]。另有研究證實，發生缺血再灌注損傷后，小腸線粒體上的兩種ATP酶活性將發生變化，Na+，K+-ATP酶活性受到抑制，Ca2+-ATP酶異常升高，導致細胞內鈣穩態失調，線粒體結構和功能受損，最終影響細胞活性[23]。

2.2活性氧自由基致病機制 研究表明，活性氧自由基與消化道疾病關系密切，特別是在小腸缺血再灌注損傷中，氧自由基危害極大，它主要以兩種形式存在，即自由基與非自由基，自由基主要是指超氧陰離子自由基，非自由基主要指過氧化氫、單線態氧等[24]。正常情況下，機體存在一定的抗氧化防御系統，能夠清除體內過多的氧自由基，從而避免組織細胞發生損傷。當小腸發生缺血再灌注損傷時，血管內皮細胞產生黃嘌呤和次黃嘌呤，兩者在黃嘌呤氧化酶的催化作用下產生大量的氧自由基，而氧自由基能夠攻擊DNA，引起蛋白質、酶變性失活，具體機制包括：腸黏膜中脂質過度氧化后，細胞膜的脂肪酸與蛋白質比例失調，導致通透性增加，促使大量有害物質進入微循環，造成組織器官損害；同時，丙二醛等脂質過氧化產物蓄積到一定程度會破壞細胞正常的生理功能，引起蛋白質、酶變性以及維生素失活等[25]。攻擊氨基酸殘基，引起蛋白質構象改變，使其失活[26]；脂質過氧化產物可通過與蛋白、酶發生作用，調節其活性，影響受體及膜離子通道，造成物質運輸、信息傳遞和免疫應答過程受阻[27]。直接或間接作用于DNA，引發堿基修飾或單雙鏈斷裂，不同進攻部位有不同的產物，羥自由基很容易將腺嘌呤或鳥嘌呤的C-8位轉變為A-8OH或G-8OH，導致嘌呤發生開環反應(無法通過DNA修復系統糾正)[28]。氧自由基能攻擊信使RNA，降低ATP酶的活性，使能量供應不足、離子泵的活性降低，造成細胞內鈣超載，當線粒體攝取的Ca2+超過自身承受范圍時，便會引發自身腫脹破裂[29]。

2.3活性氮自由基致病機制 活性氮自由基是自由基家族的另一個重要成員，盡管其僅占自由基家族的5%左右[28]，但仍然在小腸缺血再灌注損傷中發揮著舉足輕重的作用。氮自由基主要由一氧化氮和二氧化氮構成，而一氧化氮為近年來的研究熱點之一。一氧化氮生物學活性極強，一方面可作為第二信使，參與細胞信號轉導過程；另一方面還可作為一種高效應分子參與殺滅病原微生物和腫瘤細胞的過程，從而發揮細胞毒作用[30]。機體在正常情況下，胃腸消化道內含有一定量的一氧化氮，對消化道黏膜起到一定的保護作用，但當機體發生小腸缺血再灌注損傷時，體內一氧化氮合酶催化形成更多的一氧化氮，而過量的一氧化氮會誘導機體產生大量的炎癥細胞因子和細胞毒性物質，如一氧化氮可促進鐵蛋白吸收腸道中的鐵，使其被釋放入血，從而間接抑制線粒體供能和DNA合成；此外，還能間接誘導鈣通道的開放，引發鈣超載，觸發體內還原型輔酶Ⅱ氧化酶活化，從而誘導機體產生大量的氧自由基，對腸黏膜產生破壞作用[31]?？傊?，一氧化氮對腸黏膜的破壞作用遠遠大于其保護作用。Gordeeva等[32]發現，大鼠腸黏膜內一氧化氮代謝產物的濃度在再灌注早期緩慢增長，至再灌注晚期濃度驟然提高，在相對應時間段依次進行腸黏膜組織取樣，Chiu病理評分結果顯示，腸黏膜損傷程度隨著再灌注時間的延長，黏膜損傷程度逐步加重，至再灌注晚期達到頂峰，由此證明了一氧化氮對腸黏膜的作用是以損傷為主。

2.4細胞內鈣超載 鈣超載是指各種原因引起的細胞內鈣含量異常增多、鈣平衡系統功能失調，并導致細胞結構和功能代謝障礙的現象。正常情況下，細胞內穩態與鈣通道開放和關閉有關，同時受鈣泵和鈉-鈣交換蛋白的調控。當機體發生缺血缺氧時，體內ATP生成不足，鈉-鉀交換蛋白活性降低，使得細胞內Na+、Ca2+增加，K+濃度降低，這種膜內外離子分布異常會打破細胞的穩態，最終加重細胞的損傷[33]。鈣超載主要通過下列幾種方式加重缺血再灌注損傷對細胞的傷害：當細胞內Ca2+濃度異常增多時，可促使線粒體攝取Ca2+增加，而Ca2+濃度增加將阻礙線粒體氧化磷酸化的過程，影響ATP的合成；Ca2+增加將激活鈣依賴性降解酶-磷脂酶A和磷脂酶C的活性，引起膜磷脂水解，并釋放大量血管活性物質(如花生四烯酸)，在環加氧酶及脂加氧酶的作用下，花生四烯酸又生成前列腺素、白三烯等血管活性物質，使血管進一步收縮，加劇缺血后低灌注損傷；Ca2+進入線粒體后，使細胞色素氧化酶功能失調，氧經單電子還原形成氧自由基，致氧自由基產生過多，同時過氧化氫酶活性降低，氧自由基清除減少，會進一步加重組織器官缺血損傷[34]。

2.5炎癥反應 炎癥反應是炎癥細胞與其所產生的各類炎癥介質相互作用的結果。巨噬細胞是細胞外活性氧類的主要來源，也是引發再灌注損傷的主要炎癥細胞，當小腸發生缺血再灌注損傷時，體內巨噬細胞被大量激活，可引起內皮損傷和炎癥細胞因子釋放[35-36]。缺血再灌注可導致腸黏膜損傷并促進炎癥介質釋放，從而導致全身反應，具體機制包括血管內皮張力喪失、白細胞和血小板與血管壁的黏附、細胞膜損傷，尤其是線粒體膜受損[37]。腸道的缺血再灌注損傷引發細菌移位和內毒素釋放，導致細胞因子級聯反應和促炎介質釋放，最終將造成全身性炎癥反應和多個器官功能障礙[38]。

2.6細胞凋亡 在缺血早期，為適應低糖低氧環境，機體會啟動自身保護反應，使細胞凋亡水解，以保障重要生命活動正常進行；然而，當缺血時間延長時，鈣超載、氧自由基和溶酶體酶等導致細胞壞死，并釋放細胞毒性物質，最終使病變部位擴大[39]。缺血早期，在缺血部位周圍的細胞會自主啟動凋亡程序，而不伴隨炎癥反應，控制病變區向外擴張[40]，起到保護作用。另一方面，缺血導致的凋亡也有其不利的一面，由于線粒體被破壞，凋亡細胞會產生活性氧，并激活蛋白水解酶胱天蛋白酶，引起細胞丟失和功能障礙[41]；如果缺血持續，細胞膜崩解，細胞內毒性物質引起周圍細胞死亡，導致病變部分擴大[39]。

3 小腸缺血再灌注損傷的預防及治療措施

3.1預防措施 針對小腸缺血再灌注損傷可能的發生機制，目前主要存在兩種預防措施，即缺血預處理和缺血后處理。缺血預處理是組織對短暫缺血期的適應性反應，以預先調節并保護組織免受隨后的長期缺血性損傷和再灌注損傷[42]。具體措施為：組織器官缺血前，提前進行一次或多次短暫的、重復的缺血及再灌注。缺血預處理是一種簡單的操作，可以保護關鍵器官，并具有臨床應用價值，但缺血預處理緩解腸道損傷的機制仍有待闡明[43]。

缺血后處理是指在可控的再灌注過程中，以再灌注和缺血一系列重復循環的形式進行的、增加器官對缺血再灌注損傷抵抗力的一種措施。缺血后處理具有特定時間，應在缺血后的初始再灌注期間立即應用。大量的臨床前研究表明，缺血后處理是一種安全且具有臨床適用性的方法，能減輕缺血再灌注損傷對小腸等組織器官的傷害[44-45]。但由于缺乏臨床標準，該方法尚不能在臨床治療中應用和普及。

3.2治療措施

3.2.1能量療法 當小腸發生缺血再灌注損傷時，細胞內ATP合成不足會引發一系列能量代謝障礙，最終導致細胞凋亡。Hao等[46]證實，ATP含量不足或線粒體功能障礙將阻斷細胞內一系列不可缺少的ATP依賴性過程，包括神經元膜上的離子平衡。Mueller等[47]通過腸腔注射方式給予SD大鼠肌酸補充液，能夠為缺血的腸道補充一定量的ATP，從而減輕缺血再灌注后腸黏膜上皮的損傷，維持腸黏膜屏障的完整性。Hansen等[48]通過C57BL/6小鼠小腸缺血再灌注損傷模型證實，應用去乙?；赋聊{節蛋白1可以提高缺血組織的線粒體水平，從而降低缺血再灌注造成的腸黏膜損傷水平。目前，能量療法的保護作用已在基礎研究中得到證實，但仍需進一步臨床研究的驗證。

3.2.2抗自由基療法 抗自由基是治療小腸缺血再灌注損傷的重要手段。目前，已發現存在多種抗氧自由基的物質，包括ATP、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、白藜蘆醇、褪黑素等[49-51]。Chang等[52]利用SD大鼠小腸缺血模型證實，褪黑素聯合脂肪間充質干細胞能夠抵抗氧自由基損傷腸道黏膜上皮，減輕缺血再灌注損傷。Han等[53]證明，脂氧素A4能夠減輕實驗組大鼠的小腸黏膜損傷。然而，許多在基礎研究中已證實對缺血再灌注損傷有作用的藥物，在臨床試驗中表現不佳甚至完全沒有效果，部分原因可能歸結于個體間藥物反應存在較大差異。

3.2.3抗白細胞黏附療法 小腸發生缺血再灌注損傷時，機體處于應激狀態，將啟動一系列促炎癥反應，白細胞被激活，黏附于各級血管內壁(尤其是微小血管)，造成微循環障礙，進一步導致組織器官損傷[32]。Gordeeva等[32]利用Wistar大鼠模型證明，在缺血再灌注損傷后，隨著再灌注時間的延長，內皮依賴性小動脈的擴張、毛細血管中白細胞的積聚以及毛細血管后微靜脈中白細胞和血漿蛋白的外滲均會導致微循環障礙逐漸加重。通過壓制白細胞激活、阻礙白細胞黏附分子合成、減少白細胞內皮黏附等措施，可降低小腸缺血再灌注損傷程度。

3.2.4抗腸上皮細胞凋亡法 細胞凋亡是小腸缺血再灌注損傷的最終結局。隨著再灌注時間的延長，腸黏膜上皮細胞損傷越來越重，凋亡細胞也越多，理論上，通過下調或上調體內凋亡基因或抑凋亡基因的表達水平，能夠減少因缺血再灌注損傷而造成的腸上皮細胞凋亡[54]。已有研究表明，上調微RNA-146a表達后，實驗組大鼠體內的細胞凋亡標志物胱天蛋白酶3水平較對照組顯著降低[55]。Kim等[56]通過SD大鼠模型證實，缺血90 min再灌注120 min后，實驗組大鼠口腔和頰黏膜血清腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-6水平顯著高于對照組。目前，抗上皮凋亡類藥物仍處于研發階段，尚無關于此類藥物的研究報道。

4 小 結

小腸缺血再灌注損傷是一個復雜、多因素的病理生理過程。隨著腸缺血發病率的逐年增高，小腸缺血再灌注損傷在臨床中也越來越受到人們的關注。為攻克該臨床難題，廣大科研工作者們對小腸缺血再灌注損傷的發病機制展開多次深入研究。但目前小腸缺血再灌注損傷治療和處理的研究大多處于基礎研究階段，針對小腸缺血再灌注損傷主要以預防和對癥處理為主，仍缺乏理想的治療方法。缺血再灌注損傷機制研究的滯后已經嚴重影響了小腸移植、腸缺血后血運重建手術等治療的開展，并給腸缺血患者帶來極大的風險。因此，亟待小腸缺血再灌注損傷機制研究能獲得突破，以推動小腸缺血性疾病的治療和移植技術的快速進展。