黄贵华纪云西蒋历胡跃强

(广西中医学院第一附属医院广西南宁530023)

【摘要】

缺血再灌注是因组织器官血供中断或部分中断后再通所导致的一个动态病理生理演变过程。依据病变过程的病理生理特征主要可分为急性期、亚急性期、慢性期。细胞坏死、凋亡和自噬贯穿于各个不同病变阶段，且因病情轻重、病势缓急不同而出现不同病变结局，其中坏死是细胞直接的终了结局，凋亡是细胞死亡的中间过程，而细胞自噬则关乎着细胞的结局是死亡，还是幸存？因此，对缺血再灌注过程中细胞自噬的病理生理机制的深入研究，对防治缺血再灌注相关性疾病有着重要的理论价值和实际意义。

【关键词】缺血再灌注，心脑血管疾病，坏死，凋亡，自噬

【中图分类号】R361+.2【文献标识码】A

【文章编号】2095-1752（2012）02-0110-02

缺血/再灌注(ischemia reperfusion，I/R)是心跳骤停、休克、急性血管梗阻再通等复苏后常见的病理过程。依据其病理生理过程可分为3个时期：从血管事件发生开始，数小时内称作急性期；数小时至数天称作亚急性期；数天至数月称作慢性期。缺血/再灌注后会引发一系列的损伤级联反应，目前认为，其病理生理机制主要包括：

①血管内皮功能损害、NO代谢障碍、血管舒张活性减弱；

②血小板聚集与微血栓形成；

③线粒体膜电位崩解、线粒体渗透性转换(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)开放导致线粒体功能损伤，ATP生成急剧减少；ATP生成减少激活脂质过氧化导致活性氧簇(reactive oxygenspecies，ROS)过量生成；

④细胞内钙超载，细胞内钠离子急剧增加，缺血期细胞pH下降/再灌注早期pH迅速得到纠正导致的离子堆积；

⑤补体激活，Toll样受体表达；中性粒细胞积聚；T细胞/巨噬细胞介导的免疫应答损伤与修复，以及随之产生的蛋白酶激活、基因表达的改变等，激活细胞炎症、自噬、凋亡，导致细胞坏死，加重组织器官损伤、危及患者生命。

一、ATP减少与炎症反应是缺血再灌注缺血期的关键病理环节

在急性期，由于血流量减低、血液流变学和代谢改变，出现微血管收缩不协调，组织细胞迅速缺血缺氧。再灌注后，过氧化氢、羟自由基，特别是超氧阴离子等ROS释放引起的脂质过氧化损害对此期病理过程起关键作用。在脑缺血期间，脑细胞中的线粒体被大量破坏，不能有效利用有氧代谢产生ATP，血液再灌注所带入的氧，除了供细胞氧化供能外，也生成更多的ROS。此外，再灌注带入的Ca2+、Fe3+等也重新触发了自由基连锁反应，机体内源性清除ROS的酶被大量耗竭，ROS产生/清除严重失控，使得再灌注区域神经-血管单位氧化应激增强，终导致细胞死亡。

在亚急性期，炎症基因激活，产生白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、干扰素调节因子(IRF)、核转录因子-κB(NF-κB)等炎症介质，并且这些炎症介质诱导黏附分子表达，如细胞间黏附分子-1(ICAM-1)，促进中性粒细胞贴壁和跨膜迁移，使其更易穿过血管壁到达梗死组织，从而破坏了血管内皮的完整性，促进了白细胞浸润。此外，浸润的白细胞还释放细胞因子和趋化因子。在脑缺血再灌注中，这些炎症介质具有促进白细胞浸润、破坏血脑屏障以及减缓脑缺血与兴奋性毒素损伤的双重作用。小胶质细胞主要通过触发浸润中性粒细胞的凋亡、吞噬并溶解中性粒细胞、减少兴奋性毒素释放，而保护受损脑组织。此外，小胶质细胞还可产生神经生长素、成纤维细胞生长因子等神经营养因子及长因子，参与神经元的存活和受损脑组织的修复。

二、凋亡、坏死是缺血再灌注组织细胞失代偿的病理结局

在缺血再灌注的慢性期，内皮细胞的凋亡相关基因及血管生成因子基因受到诱导。细胞程序化死亡由IL-1β、TNF-α、超氧化物等与细胞表面受体结合触发。作为对这些刺激物的应答，凋亡级联反应激活，反应包括蛋白水解酶caspase和其他蛋白Bcl2-bax、Trp53以及抗凋亡酶Bcl2，凋亡抑制蛋白Iap等激活。

再灌注期间产生的ROS是引起细胞凋亡、坏死的主要因素：

①细胞脂质、蛋白质和核酸的过氧化，细胞结构与功能发生不可逆改变，导致神经元凋亡、坏死；

②ROS促使花生四烯酸单向转化为血栓烷A2，诱导再灌注区血管栓塞，梗死面积扩大，加重组织细胞损伤；

③ROS损伤内皮细胞，增加血管通透性；

④ROS促使兴奋性氨基酸释放增加，导致细胞损伤；

⑤ROS刺激细胞因子和粘附分子表达，介导炎症和免疫反应，加重组织再灌注损伤；

⑥ROS破坏线粒体氧化磷酸化反应，促使线粒体细胞色素c释放，引发caspase级联反应，导致细胞凋亡。

此外，超氧阴离子和NO反应生成氧亚硝酸盐，引起进一步的组织损伤，并且作为I/R亚急性期、慢性期中重要的信号分子触发炎症反应和细胞凋亡。

三、自噬是缺血再灌注组织细胞存亡的关键因素

作为进化过程中一个保守的胞内异化系统，自噬在细胞发育、细胞免疫、组织重塑及对环境适应方面有十分重要作用。细胞处于应激状态时自噬可以显著增强，比如饥饿、氧化应激等，线粒体的破坏，可使自噬增强。

再灌注期的氧化应激导致线粒体通透性转换和线粒体损伤，能够促进营养缺乏状态下自噬体的形成。Lum等研究认为，各种原因引起的细胞内AT水平的下降均可诱发自噬，从而保证细胞能量代谢的稳定，利于细胞生存，但是过于严重和时间过长的“饥饿”状态反而抑制自噬。近期研究显示心肌缺血再灌注中也存在自噬现象，尽管其确切作用不甚清楚，可能是清除受损细胞及细胞器，或者是加速细胞凋亡。

缺血再灌注导致的内质网应激在自噬调节中起一定作用。由于缺血缺氧、葡萄糖或营养物质缺乏、脂质过度负荷等均可破坏内质网的稳态，出现错误折叠与未折叠蛋白在腔内聚集以及Ca2+平衡紊的状态，称为内质网应激(endoplasmic reticulumstress，ERS)。Yorimitsm等发现用衣霉素造成干酵母内质网应激可以诱导自噬。Ogata等通过敲出MEF细胞Atg5(1种自噬基因)发现相对于正常MEF细胞而言，它更容易受内质网应激的损伤，这说明自噬对内质网应激有保护作用。Hamasaki等也观察到在自噬泡内有碎裂的内质网膜，这些都表明内质网应激和自噬泡的形成有直接的联系。研究表明缺血再灌注的脑损伤后发自噬、凋亡和坏死。许多研究将自噬和凋亡的标记物共同标记在同一神经元或胶质细胞上，发现自噬与凋亡同时存在，但脑损伤后不同时间内，自噬与凋亡阳性细胞数是不同的，伤后短时间以自噬为主，随时间延长则以凋亡为主；推测自噬在脑损伤后短时间内起神经细胞保护作用；随时间延长则可能诱导凋亡，使细胞趋向坏死。

总之，缺血/再灌注损伤的病理生理关键是血供中断或部分中断导致的组织细胞缺血缺氧。由于组织细胞缺血缺氧，其一，面对急剧的能量缺失，部分细胞直接坏死；其二，组织细胞启动氧化应激、脂质过氧化能量代谢的代偿性供能，弥补细胞ATP的缺乏，促进细胞度过难关，但又导致了病理性代谢产物堆积；其三，组织细胞在相对能量不足情况下，机体启动了细胞凋亡程序，诱导细胞凋亡，以减轻组织细胞的炎症损伤，其本身就是机体自我保护的代偿性反应；其四，组织细胞一旦缺血缺氧，立即启动细胞自噬程序，一方面，通过将细胞内部分衰老的亚细胞成分、长寿命蛋白、错误折叠蛋白自我消化，产生ATP、氨基酸等功能；另一方面，通过启动细胞自噬，将细胞微环境积聚的病理产物进行吞噬，分解代谢以做部分供能维持细胞的正常生命活动。而且细胞坏死、凋亡和自噬贯穿于各个不同病变阶段，且因病情轻重、病势缓急的不同而出现不同病变结局，其中坏死是细胞直接的终了结局，凋亡是细胞死亡的中间过程，而细胞自噬则关乎着细胞的结局是死亡、还是幸存，而且三者之间相互制约、相互影响。

四、展望

自噬作为细胞内一种古老的降解/再循环方式，其作用及机制远未完全了解。目前研究显示，自噬就如一把“双刃剑”，既可以起内源性保护作用，又可起内源性损伤作用。加强自噬作用的研究，探索自噬作用的发生、发展及其调节因素、调节通路；掌握自噬作用与细胞凋亡、细胞坏死的相互关系，进一步阐明自噬在疾病过程中的病理生理机制，为发现相关疾病新的靶点提供思路。因此，自噬与疾病关系的研究已经成为一个新的热点，缺血/再灌注(I/R)损伤，在血运重建的同时，如何发挥细胞自噬的内源性保护机制，抑制有害的自噬，将有待于深入研究。