阿魏酸钠对皮瓣缺血再灌注损伤保护作用机制的研究进展

来源:用户上传      作者: 陈英标 戴帆 卢强 仇树林

　　 皮瓣具有自身血供，又具有一定的厚度，因此在整形外科、骨科、创伤外科常使用皮瓣移植手术修复组织缺损畸形或用于器官再造，皮瓣在移植过程中,常出现缺血的过程，但当缺血的皮瓣恢复血流灌注后,有时反而出现部分或全部皮瓣坏死，严重影响手术疗效。研究表明，这主要是由于皮瓣缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury I-RI）所致。皮瓣缺血再灌注损伤的机制是由自由基、钙超载、白细胞等多因子介导的一系列复杂的病理生理过程，其具体机制尚未完全阐明[1]。有研究证实，阿魏酸钠（sodium ferulate SF）具有清除自由基、抑制钙超载、抑制血小板聚集作用[2]。本文就阿魏酸钠对皮瓣缺血再灌注损伤保护作用机制的研究进展综述如下。
　　
　　1 阿魏酸钠的药理作用
　　 阿魏酸钠是阿魏酸（4-羟基-3甲基肉桂酸）的钠盐，阿魏酸的分子式为：C10H10O4，分子量为：194.18。阿魏酸钠为非肽类内皮素受体拮抗剂[3]。阿魏酸钠可抑制内皮素引起的血管收缩、升压及血管平滑肌细胞的增殖，减轻血管内皮损伤，抑制血小板聚集，清除自由基，防止脂质过氧化[4]。在心脑血管系统、消化系统、泌尿系统、中枢及周围神经系统、视觉系统等缺血再灌注损伤动物试验及临床研究中都有显著作用。
　　
　　2 阿魏酸钠影响缺血再灌注损伤的作用机制
　　2.1改善一氧化氮与内皮素的平衡，改善微循环：手术、缺血、应急等各种致损伤因素均会导致机体缺血组织释放各种炎症因子，导致一系列病理生理过程，从而影响组织成活。目前，已知扩张血管作用最强的因子是一氧化氮（NO），收缩血管作用最强的因子是内皮素（ET）。NO既是一个有细胞毒性效应器作用的分子，也是生物体内许多信号传导系统中的信号分子，其中NO作为气体血管舒张因子备受关注。生物体内的NO主要由一氧化氮合酶（NOS）催化L-精氨酸末端胍基中的一个氮原子和氧分子反应生成。生理浓度的NO作为血管舒张因子能通过灭活氧自由基而舒张血管[5]，在维持神经细胞的效应传递功能和血管舒缩功能，保证血管扩张、血液供应上具有重要作用[6]。此外，还具有重要的抗血小板和白细胞粘附聚集作用。ET是由内皮细胞分泌的21个氨基酸残基组成的活性多肽[7]。1988年，Yanagisawa[7]首先由猪主动脉内皮细胞分离纯化。ET是目前为止所知作用最强、持续最久的缩血管活性多肽。在正常组织中，ET与NO处于一种平衡状态，ET上升可促进NO合成增多。NO可对抗儿茶酚胺类、ET等的缩血管作用，强烈扩张微血管，并可在血管内膜形成一层保护膜，防止血小板、中性粒细胞等粘附至内皮，抑制微血栓形成，避免DIC的发生。但NO活性很强，过量产生也会损伤血管内皮细胞，引起组织充血、水肿，造成组织细胞的氧代谢障碍[8-9]。Tane等[10] 研究证实皮瓣掀起后蒂部组织中内皮素量急剧上升，并且注入内皮素能显著减少皮瓣的成活长度，而ETA型受体拮抗剂FR139317可抵消其作用。Matsuzaki[11]观察到皮瓣缺血后内皮素量上升，可明显使细动脉收缩、痉挛，认为ET量的增多是皮瓣部分坏死的重要原因。宴泽等[12]通过试验证实，在皮瓣掀起初期使用内皮素受体拮抗剂，可中和内皮素强烈收缩血管的作用，从而有效改善皮瓣微循环，最终提高皮瓣成活面积。廖健毅[13]在体外循环期间阿魏酸钠对血管内皮功能保护效应的试验中证实：阿魏酸钠可有效拮抗内皮素的分泌，促进NO的生成。陈莉芬等[14]也观察到，缺氧能明显增加ET-1的分泌，阿魏酸钠能够抑制缺氧诱导的ET-1的释放。陈德森等[15]认为阿魏酸钠通过拮抗内皮素或者增加血管内皮细胞NO合成，可能是其扩张冠脉，增加冠脉流量的主要原因。
　　2.2 减轻氧自由基损伤：由氧诱发的自由基称氧自由基。缺血时，组织含氧量减少，作为电子受体的氧不足，当再灌注恢复组织氧供应时，也提供了大量电子受体，通过黄嘌呤氧化酶途径、中性粒细胞、线粒体等可使氧自由基在短时间内爆发增多。自由基一旦生成，即可经其中间代谢产物不断生成新的自由基，形成连锁反应。自由基可与各种细胞成分，如膜磷脂、蛋白质、核酸等发生反应，造成细胞结构损伤和功能代谢障碍。自由基的损伤可致膜脂质过氧化增强，膜脂质过氧化的代谢产物之一为丙二醛（MDA）。丙二醛可以作为交联剂促进核酸、蛋白质及磷脂的交联，改变生物大分子的功能。通过检测丙二醛的含量可以反映脂质过氧化的程度。乔树宾等[16]在试验中给予大量自由基清除剂维生素C可有效减轻心肌缺血再灌注损伤。外源性自由基发生剂可使正常及缺血组织细胞受到严重损伤。曾国华等[17]发现阿魏酸钠预处理对大鼠心肌细胞缺氧/复氧损伤有延迟保护作用，表现为：预处理对急性损伤后心肌细胞MDA含量显著减少，超氧化物歧化酶（SOD）活性显著增加。董江龙等[18]在先天性心脏病手术临床研究中，在体外循环液中加入阿魏酸钠，可减轻心肌再灌注损伤，也认为其可能的机制为抗脂质过氧化，降低MDA的生成有关。喻东亮等[19]在阿魏酸钠对体外循环肺保护作用的临床研究中，体外循环术前1周，实验组患者给予静脉滴注阿魏酸钠0.2g,每日两次，发现术后SOD、TNF-a的增高幅度显著低于对照组，肺组织的中性粒细胞浸润也明显少于对照组，说明在体外循环手术前给予阿魏酸钠可有效抑制炎症反应，减轻肺组织缺血再灌注损伤。贺德等[20]对四氯化碳（CCl4）致大鼠肝损伤的研究发现，阿魏酸钠可明显降低CCl4致肝损伤大鼠肝组织MDA含量，血清ALT、AST、LDH活性显著降低，SOD和NO含量显著增高。王汝涛等[21]在试验中也观察到，阿魏酸乙酯可明显抑制由CCL4引起的小鼠急性肝损伤，减少MDA的生成，同时诱导肝组织内SOD的生成，增强机体解毒功能。刘金舟等[22]以分离、夹闭肠系膜上动脉建立大鼠肠缺血再灌注模型，发现使用阿魏酸钠实验组，肠组织和血清中的SOD活性明显升高，MDA量和NO释放明显降低，且这些作用与阿魏酸钠的效应有剂量相关性。这说明阿魏酸钠应用于肠缺血再灌注损伤能产生较好的干预效果。孙晶等[23]研究大鼠肾脏缺血再灌注损伤发现治疗组可明显减低Cr、BUN及MDA含量，并提高SOD水平，说明阿魏酸钠对大鼠肾脏缺血再灌注损伤有保护作用，认为其机制可能与抗自由基、抗脂质过氧化有关。曾凤等[24]在阿魏酸钠对大鼠慢性高眼压模型视网膜SOD、MDA影响的研究中，认为阿魏酸钠通过清除自由基或保护SOD的活性，对持续高眼压大鼠视网膜氧化应激具有保护作用。
　　 由此可见，阿魏酸钠对心肌[17-18]、肺[19]、肝脏[20-21]、肠[22]、肾脏[23]、视网膜[24] 等的缺血再灌注损伤，均可减轻缺血再灌注组织的脂质过氧化，减少MDA的生成，提高SOD的活性，从而保护组织免受缺血再灌注损伤。
　　2.3减轻钙超载:细胞内钙主要储存在线粒体与肌浆网。组织缺血时，细胞无氧代谢增强，导致ATP含量减少和细胞内酸中毒，这可引起钠泵活性降低，使细胞内的Na+含量明显增高。当再灌注时，细胞内高Na+除激活钠泵外，还迅速激活Na+/ Ca2+交换蛋白，以反向转运方式加速Na+向细胞外转运，同时将大量的Ca2+运入胞浆。另外再灌注时，可使组织间液的H+浓度迅速下降，而细胞内H+仍然很高，细胞膜两侧的H+浓度差可激活Na+/ H+交换蛋白，促进细胞内H+排出，而使细胞外Na+内流。如果内流的Na+不能被钠泵充分排出，细胞内高Na+就可继发性激活Na+/ Ca2+交换蛋白，促进Ca2+内流，加重细胞钙超载。再灌注时还可生成大量的自由基，使细胞膜脂质过氧化, Ca2+增多可激活磷脂酶，促进磷脂膜降解，这加重了膜结构破坏，进一步增加膜的通透性，细胞外Ca2+顺浓度差内流增多。自由基损伤与膜磷脂分解可造成肌浆网膜损伤，钙泵功能抑制，使肌浆网摄钙减少，胞浆钙浓度升高。线粒体膜损伤可抑制氧化磷酸化，使ATP生成减少，细胞膜和肌浆网钙泵能量供应不足，进一步促进钙超载的发生。钙超载引起线粒体功能障碍，激活磷脂酶类、蛋白酶、核酸酶引起细胞损伤。细胞内钙增多可通过增强Ca2+依赖性蛋白酶活性，加速黄嘌呤脱氢酶转化成黄嘌呤氧化酶，从而促进自由基的生成。

　　 刘季春等[25]研究表明，阿魏酸钠可降低缺血再灌注损伤所致心肌组织钙超载，改善心功能，其机制可能是阿魏酸钠调动心肌内源性保护机制，开放KATP通道，加速心肌细胞3 期复极、Ca2+内流减少，同时通过产生超极化电位或减慢去极化，防止Na+－Ca2+交换，最终缓解Ca2+超载所致心肌损伤。谷氨酸及其受体的兴奋性毒性是导致神经细胞内Ca2+增高的重要机制[26]。章军建等[27]在阿魏酸钠对培养的皮质神经细胞内游离Ca2+的影响实验中，用培养大鼠大脑皮质建立离体的谷氨酸损伤模型，观察到在培养的神经细胞中加入谷氨酸后，神经细胞内Ca2+浓度明显升高，乳酸脱氢酶也大量释放，加入阿魏酸钠后，神经细胞内Ca2+浓度明显降低，乳酸脱氢酶释放也减少。说明阿魏酸钠能抑制谷氨酸所引起的Ca2+的升高，对缺血再灌注损伤的脑细胞有保护作用，其机制与阿魏酸钠阻滞受体依赖型钙通道，抑制钙超载有关。王汝涛等[21]在研究阿魏酸乙酯的药理活性中，探讨了阿魏酸抗血小板聚集的可能作用机理。ADP可以通过打开血小板细胞膜上的Ca2+通道引发细胞外Ca2+内流，同时也激活磷酯酶C，产生三磷酸肌醇（IP3），促使细胞内的致密管系统释放Ca2+，导致Ca2+浓度升高。故阿魏酸乙酯抑制ADP诱导的血小板聚集的机理可能是抑制了细胞膜上的Ca2+通道，使Ca2+内流受阻，即通过抑制Ca2+内流达到抑制血小板聚集的目的。
　　2.4减轻白细胞所致的炎症反应引起的损伤：白细胞介导的微血管损伤在缺血再灌注损伤的发病中起重要作用。心肌、脑、肾和骨骼肌的无复流现象是由于缺血再灌注时，中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放引起中性粒细胞与内皮细胞发生固定、粘附，引起微血管机械堵塞所致。再灌注损伤可降解细胞膜磷脂，释放出大量趋化因子，吸引大量中性粒细胞聚集于缺血区的血管内并进入组织。再灌注期，中性粒细胞及内皮细胞表达粘附分子增强，激活的中性粒细胞可释放具有趋化作用的炎症因子TNF-a、IL-1及IL-6，引起血管内皮细胞和白细胞表面粘附分子暴露，两者亲和力增强。近年NF-κB在炎症介质的转录、细胞信号转导中的作用备受关注。NF-κB是一种可与免疫球蛋白k轻链基因增强子κB序列(GGGACTTTC)特异结合的核转录因子。它是由Rel家族构成的二聚体蛋白,具有一个由300个氨基末端组成的Rel同源结构域[28]。在正常情况下, NF-κB蛋白分子中Rel功能区与其抑制蛋白IκB的5～7个锚蛋白重复序列结合形成无活性的三聚体，抑制NF-κB分子由胞浆向核移位，阻止其活化。当受到外界因素刺激时, IκB磷酸化，通过迅速激活泛素-蛋白酶体途径，暴露出NLS和DNA结合位点，激活NF-κB的核定位信号,发生核易位,引起相应基因的转录[29]。NF-κB是一种多效性的细胞转录因子，激活后可诱导多种炎症细胞因子如TNF-a、IL-1、IL-6细胞间粘附分子-1的基因转录[30]，因此如果抑制了NF-κB的激活或者促进其失活，降低细胞内NF-κB的水平，就可减缓其上调多种炎症介质的表达，从而减轻再灌注引起的炎症反应，并且此方法要比单一使用细胞因子拮抗剂效果显著[31]。何志等[32]在丹参对缺血再灌注损伤皮瓣成活率的影响研究 制作大鼠右下腹轴形皮瓣的缺血再灌注模型，观察到皮瓣缺血再灌注损伤后NF-κB、ICAM-1（细胞间粘附分子1）阳性表达增强。吴小蔚等[33]在实验中观察到，正常皮肤、皮下组织中NF-κB P65阳性细胞很少，而再灌注损伤时，再灌注的早期发生NF-κB快速诱导活化，NF-κB表达增强。再灌注前及早期应用NF-κB抑制剂PDTC（吡咯烷二硫氨基甲酸酯），能抑制皮瓣组织NF-κB诱导活化。陈莉芬等[34]观察到缺氧刺激内皮细胞中NF-κB的表达，降低IκBa的表达，阿魏酸钠能显著抑制缺氧内皮细胞中NF-κB的表达及核移位现象，增加IκB a的表达和BMEC（脑微血管内皮细胞）的活性。柯齐斌等[35]参照Naslund法建立脊髓缺血再灌注模型，并预防性一次性静脉注射阿魏酸钠50mg/kg,结果表明阿魏酸钠能明显改善后肢神经功能，减轻术后脊髓病理改变，提示阿魏酸钠对脊髓缺血再灌注损伤有良好的防治作用，其机制可能为其具有良好的抗氧化、抗炎、抑制TNFa和IL-1b表达作用有关。
　　2.5抑制细胞凋亡：已有研究证明，细胞凋亡在缺血再灌注损伤时发挥着重要作用，而调控细胞凋亡的各种因子调控着细胞凋亡的全过程，其中Caspase-3就是一类重要的凋亡基因[36]。曲喜英等[37]应用H2O2通过促进Caspase-3及par-4蛋白的激活来诱导P12细胞凋亡，研究发现，阿魏酸钠能够剂量依赖性降低par-4及Caspase-3基因mRNA的表达水平，减少细胞凋亡。李彬等[38]研究阿魏酸钠对肢体缺血再灌注损伤的影响，观察到实验组肌肉组织MDA、BAX蛋白表达水平低于对照组，提示氧自由基与细胞凋亡同时参与了肢体缺血再灌注损伤，氧自由基可能通过调节Bcl-2/Bax两蛋白的比例关系而发挥其促进细胞凋亡的作用，阿魏酸钠可有效清除自由基，抑制细胞凋亡，减轻肢体再灌注损伤。郭小立[39]研究发现，阿魏酸钠能够显著降低谷氨酸诱导的神经细胞凋亡百分比，对抗谷氨酸引起的Bcl-2蛋白表达的降低，认为阿魏酸钠能够减弱β淀粉样蛋白（Aβ25-35），提高谷氨酸毒性诱导的鼠皮层神经元凋亡。
　　
　　3 小结
　　 阿魏酸钠可通过多种途径、多种机制减轻缺血再灌注损伤，对于防治脑、心脏、肝脏、肠道、肾脏等器官以及皮瓣的缺血再灌注损伤具有良好的前景。但其抗损伤保护作用机制尚未完全阐明，还存在许多未知领域，特别是对皮瓣缺血再灌注方面的研究较少，尚需做进一步的研究。
　　
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　　[收稿日期]2012-01-18 [修回日期]2012-03-04
　　编辑/李阳利

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