氫氣對肝臟缺血再灌注損傷的保護作用及研究進展

肝臟缺血再灌注損傷是肝臟手術(shù)過程中常見的、多因素參與的病理生理變化，可產(chǎn)生氧自由基，損傷肝細胞超微結(jié)構(gòu)，影響肝臟的功能，是導致肝臟外科患者術(shù)后肝功能衰竭甚至死亡的主要原因。因此，如何減輕或防治肝臟缺血再灌注損傷是目前肝臟外科研究的熱點，然而到目前為止尚沒有可以治療肝臟缺血再灌注損傷的有效方法。氫氣作為一種生理惰性氣體，是宇宙的重要組成部分，也是維持行星運行的燃料…。氫氣具有還原性，能直接與氧化成分反應，同時也很易燃，曾用作航天飛機的推進劑。氫氣是質(zhì)量最輕的氣體，分子小且呈電中性，很容易擴散，能輕易地穿過細胞膜及細胞器膜。由于氫氣麻醉性小，在減壓環(huán)境下不易產(chǎn)生氣泡，已被廣泛用于預防潛水員減壓病的發(fā)生。最近，Ohsawa等舊。研究發(fā)現(xiàn)氫氣的抗氧化特性在臨床治療特別在缺血再灌注損傷方面有廣闊的應用前景，為氫氣的臨床應用提供了新的思路。1缺血再灌注與氧化應激當組織受到缺血再灌注時，活性氧簇(reactive oxygenspecies ROS)在再灌注的早期大量產(chǎn)生，引起強烈的細胞氧化，從而對肝、腦、心、腎等產(chǎn)生嚴重的損傷口j。延長熱缺血時間則會加重再灌注引起的氧化應激，導致更嚴重的再灌注損傷M J。而且ROS已被認為是導致生活方式相關(guān)疾病，特別是癌癥和衰老的主要原因。因此，抑制缺血再灌注時的氧化應激，安全、有效的清除ROS或氧自由基已成為國內(nèi)外學者研究的熱點之一。氧化應激是過多的ROS或自由基引起的強烈的細胞氧化。過多的ROS會導致DNA碎裂，脂質(zhì)過氧化反應和蛋白失活，從而引起細胞凋亡或壞死"1。在ROS中，盡管0：一和H20：有細胞毒作用，在低濃度下卻有重要的的生理功能：它們是大量信號轉(zhuǎn)導的信號調(diào)節(jié)分子，可調(diào)節(jié)重要的生物進程，如細胞凋亡，增殖和分化。高濃度下，H：0：通過髓過氧化酶轉(zhuǎn)化為次氯酸；次氯酸可防止細菌入侵。NO，另一種ROS，可作為神經(jīng)遞質(zhì)和調(diào)控血管擴張。OH是一種強效的ROS，有研究表明羥基來源于生物系統(tǒng)中H．w反應或Fenton反應產(chǎn)生的過氧化物和過氧化氫，能與核酸、脂質(zhì)、蛋自反應導致嚴重的細胞氧化∽’“。由于超氧陰離子和過氧化氫可通過抗氧化酶、超氧化物歧化酶和過氧化酶或谷胱甘肽過氧【作者單位】上海市東方肝膽外科醫(yī)院特需科，上海200438化物酶來清除，而目前人體內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)清除OH的生物酶。因此，安全、有效的清除OH是一個關(guān)鍵抗氧化過程。2氫氣與缺血再灌注損傷目前通過呼吸內(nèi)源性氣體信號分子來治療疾病已逐步引起人們的重視，這些氣體在應激條件下生成增加反映了其對機體存在保護性作用。已有學者研究證明呼吸NO、CO、H：S對于多種器官的缺血再灌注損傷都有很好的保護作用¨“…。然而，這些氣體都存在內(nèi)在的毒性作用，若要將其應用于臨床治療中，就需要通過進一步研究，找出既有有效的治療效果又能避免其毒性作用的治療濃度，但目前尚未有相關(guān)研究結(jié)果報道。因此，沒有毒性作用的氫氣就顯示出特有的臨床應用價值。Ohsawa等雎。研究表明氫氣可以作為一種治療性的抗氧化劑來中和缺血再灌注后的氧化應激。為了誘導RoS的產(chǎn)生，作者給細胞施加線粒體呼吸復合物I抑制劑或使之處于缺乏氧氣和葡萄糖的環(huán)境中。在氧化損傷后，細胞經(jīng)受線粒體去極化，ATP缺乏，DNA氧化，脂質(zhì)過氧化反應和細胞的壞死、凋亡。若將氫氣溶解于培養(yǎng)基中，則能防止上述損傷的發(fā)生，增強細胞活力，并與之存在劑量依賴性。在這些研究中，Ohsawa等口。發(fā)現(xiàn)能有效的促進細胞生存的的氫氣濃度為25¨moL／L。由于氫氣可以保護線粒體及核中DNA免受氧化損傷，這表明氫氣彌散力強，能滲透到細胞核與線粒體(產(chǎn)生活性氧簇的主要場所)中。試驗中熒光探針和電子順磁共振波譜顯示氫氣可以選擇性清除羥基，而不會影響氧化還原反應或細胞信號轉(zhuǎn)導中的ROS。Ohsawa等雎。認為選擇性羥基清除是缺血再灌注后氫氣保護細胞免受氧化損傷的機制。為了檢測氧化應激中氫氣的治療效能，Ohsawa等口1研究大鼠模型(大腦中動脈結(jié)扎再灌注)時發(fā)現(xiàn)：如果在損傷再灌注階段前吸人2％的氫氣可以顯著減少梗死體積，而且可以明顯降低腦組織脂質(zhì)過氧化反應和DNA氧化。氫氣治療不僅可以抑制損傷初期的大腦損傷，而且可以抑制損傷進展，增強長期的神經(jīng)功能，如體溫調(diào)節(jié)和體重維持。氫氣的治療性保護作用對于肝臟的缺血再灌注損傷同樣適用，可以顯著減輕肝功能損傷，有望為臨床上延長肝門阻斷時間、促進術(shù)后患者肝功能的恢復提供理論基礎(chǔ)，為肝臟缺血再灌注損傷的防治提供簡便、實用的輔助治療手段。萬方數(shù)據(jù)肝膽外科雜志2009年10月第17卷第5期Journal ofHepatobiliary Surgery，Vol，17，No．5，Oct．2009 391Fukuda等H1通過測定缺血再灌注肝臟中ALT、MDA等指標及組織病理學分析表明呼吸氫氣能顯著抑制缺血再灌注損傷導致的肝細胞變性，減輕脂質(zhì)過氧化損傷，從而有效的保護肝細胞功能。Hayashida等¨u研究表明氫氣在心肌缺血再灌注中同樣具有顯著的保護作用，且對于氧飽和度，血液動力學參數(shù)無顯著影響。他們首先在離體灌注心臟實驗中證實了呼吸氫氣有利于心臟左室功能的恢復，通過動物實驗進一步發(fā)現(xiàn)氫氣可以減少缺血再灌注后心肌梗死的體積，防止缺血再灌注損傷后病理性的心肌左室重塑，且2％的氫氣能提供最顯著的保護作用。氫分子對于缺血再灌注器官不僅具有抗氧化作用，還能顯著抑制組織的炎性反應，從而促進器官功能的恢復。Zheng等¨21研究表明大鼠小腸缺血再灌注前10 min靜脈注射氫生理鹽水，能顯著降低血清DAO、TNF一0【、IL—B、IL-6及組織MDA、MPO水平，減輕小腸形態(tài)學損傷，通過抑制小腸移植后氧化應激和炎性反應來保護小腸缺血再灌注損傷。該小組進一步研究表明靜脈注射氫生理鹽水還可以抑制大鼠腸缺血再灌注后肺組織中性粒細胞浸潤，脂質(zhì)過氧化，NF．KB活性及TNF-d、IL-B水平，從而減輕腸缺血再灌注后的肺損傷¨…。Buchholz等¨4’認為在小腸移植過程中呼吸氫氣也能有效減輕移植過程中小腸缺血再灌注損傷。小腸移植后的大鼠胃腸動力及空腸平滑肌收縮受抑制，腸壁及受體肺組織炎性因子顯著升高伴中性粒細胞浸潤，腸粘膜糜爛、腸壁滲透性增加。而術(shù)中呼吸氫氣后則能顯著改善上述病理改變，促進小腸移植后腸道功能的恢復。在肝臟缺血再灌注過程中氫分子治療是否存在上述作用，仍需進一步研究。缺血再灌注損傷包括急性壞死和延遲細胞凋亡兩個步驟¨“。凋亡是程序性細胞死亡，其特征性超微結(jié)構(gòu)改變包括細胞皺縮，核濃縮，DNA碎裂。在分子水平，凋亡可被天冬氨酸一半胱氨酸蛋白酶的級聯(lián)反應所激活，包括caspase-12和caspase-3等¨“。Cai等Ⅲ1研究發(fā)現(xiàn)氫氣能通過減少HI引發(fā)的caspase依賴性凋亡來提供神經(jīng)保護。通過Trc染色，Nissl染色，TUNEL染色及Caspase一12和一3的活力檢測，Cai等認為HI損傷后立即予以2％氫氣治療，能顯著降低大腦梗死率，增加殘存神經(jīng)元數(shù)目，降低Caspase一12和．3的活力，減少細胞凋亡，研究還發(fā)現(xiàn)氫氣的神經(jīng)保護作用有時間依賴性，120 min組的神經(jīng)保護作用顯著強于其他兩組。這就為進一步探究氫氣的細胞保護機制及臨床應用提供了新的研究方向與理論基礎(chǔ)。3展望目前的研究均已證明氫氣通過清除羥基、抑制氧化應激反應來保護細胞。然而，在細胞保護的基因表達中未發(fā)現(xiàn)氫氣介導的基因改變，氫氣的抗氧化活性中是否激活潛在性的信號通路或調(diào)控蛋白尚未得到證實。因此氫氣保護細胞組織免受氧化應激的機制仍需進一步闡明。眾所周知，人和動物消化道內(nèi)許多正常細菌能產(chǎn)生氫氣，一些研究表明腸道菌群產(chǎn)生的大部分氫氣被消化道吸收入血‘181。有研究表明胃和肝中有豐富的氫氣：Olson和Mai．el"Ⅲ3測定了鼠胃粘液層平均氫氣量為43斗mol／L，濃度范圍17～93¨mol／L。Maier等‘203也發(fā)現(xiàn)鼠肝中平均氫氣濃度為53 Ixmol／L,鼠小腸中氫氣濃度范圍118—239斗mol／L。這些研究表明肝、胃、脾、小腸中的氫氣濃度以達到了缺血再灌注損傷后抗氧化應激的濃度，所以我們認為氫氣是一種內(nèi)源性抗氧化劑。然而內(nèi)源性氫氣是否具有同樣的抗氧化治療作用則需要我們進一步研究證實?？傊瑲錃庾鳛橐环N治療性抗氧化劑，通過選擇性清除羥基，能對多器官的缺血再灌注損傷起有效的保護作用，而且氫氣易于制備，使用時方便、安全，在臨床治療中有廣闊的應用前景，可為肝臟缺血再灌注損傷的防治開辟一條嶄新的道路