引用本文： 周賢鋒, 姚豫桐, 黃孝倫. 活性氧在肝臟缺血再灌注損傷中的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2015, 22(7): 898-F3. doi: 10.7507/1007-9424.20150234 復制
肝臟缺血再灌注損傷（hepatic ischemia-reperfusion injury，HIRI）是指遭受一定時間缺血的肝組織恢復血流（再灌注）后，組織損傷程度迅速增劇的情況。臨床中肝臟缺血再灌注損傷主要見于肝移植、失血性休克和各種涉及到肝臟血供阻斷的手術[1-2]。現已證實，HIRI是導致術后肝功能衰竭的重要原因之一[3]。HIRI的發病機理復雜，涉及到炎性損傷、免疫損傷、細胞壞死、細胞凋亡等方面。現有研究[4]認為，HIRI中上述發病機理間相互作用和影響，活性氧(reactive oxygen species，ROS)在其中起了非常重要的作用。由此可見，HIRI中針對ROS的防治具有十分重要的意義。現就目前有關ROS在HIRI中的發病機理及其防治進展的相關研究綜述如下。
1 ROS的概述
ROS是指一類能夠參與機體反應、且反應活性強于氧分子本身的含氧化合物的總稱[5]，在生物學研究中其主要包括處于自由基狀態的氧和不屬于自由基的過氧化氫（H2O2）、單線態氧等。其中，處于自由基狀態的氧主要是指如超氧陰離子自由基（O2-、羥自由基（?OH）、過氧化物（RO2）、氧有機自由基（RO?）等，即通常我們所說的氧自由基[6-7]。生理情況下人體內不斷產生ROS，又不斷將其清除以維持在一個動態平衡狀態，ROS在機體內的主要生理功能包括參與免疫反應和生物體衰老過程，以及調控部分信號系統[5, 8]。
2 ROS在HIRI時大量產生的機理
ROS在HIRI時大量產生的機理包括：①多形核白細胞在肝臟缺血期大量聚集，其受到缺氧的刺激后，于再灌注時期受激活出現“呼吸爆發”而產生大量的氧自由基[9]。②肝臟的缺血再灌注引起促炎介質的蓄積，從而導致Kupffer細胞過度激活，引發細胞膜上鈣離子內流和內質網上的鈣離子釋放，進而使還原型輔酶Ⅱ氧化酶活化而產生ROS [10]。③線粒體在肝臟缺血期功能受損，使細胞色素氧化酶系統功能失調，進而導致細胞內的氧還原形成氧自由基；此外，肝臟再灌注期的缺血缺氧還能夠促進線粒體呼吸鏈產生超氧化物和H2O2 [11]。④組織的缺血再灌注導致黃嘌呤脫氫酶（xanthine dehydrogenase，XDH）轉化為黃嘌呤氧化酶（xanthine dehydrogenase，XOD），而黃嘌呤氧化酶可以利用細胞內的分子氧轉生成O2-和H2O2，從而產生大量的ROS [12]。
3 HIRI中ROS對機體的損傷機理
3.1 對機體糖類成分的影響
ROS可以直接氧化細胞膜上寡糖鏈中的糖分子，進而引起細胞多糖鏈破壞而造成細胞自溶[13]。
3.2 對機體中脂質成分的影響
肝臟缺血再灌注期生成的大量ROS與生物體內二價鐵離子結合形成具有較強氧化性的混合溶液，該溶液通過鏈反應將體內的許多有機化合物氧化為?OH，?OH的氧化作用非常強，致使體內的多不飽和脂肪酸受到氧化破壞，進而引起細胞的損傷[14-15]。并且脂質受ROS氧化后形成的產物能夠作為趨化因子而參與到HIRI中，起擴大炎性反應的作用，從而增加細胞的損傷[16]。
3.3 對機體蛋白質成分的影響
在ROS的作用下，蛋白質分子中某些特定的氨基酸殘基發生系列反應，引起蛋白質結構與功能上的變化，比如對氧化物的親和力增強，易于水解、聚合、交聯等，從而導致細胞功能損害甚至死亡[17]。
3.4 對機體內核酸的影響
機體內過量的ROS不但可以直接氧化破壞核酸分子，而且部分ROS子類物質可以直接與核酸堿基及核酸核糖發生反應，其反應產物使核酸交聯、DNA復制受阻，從而引起細胞損傷及細胞分裂受阻[18]。
3.5 促進機體細胞凋亡
在肝臟缺血再灌注期生成的ROS可以直接作用于細胞，當其積累到一定濃度后，促使線粒體上非特異通透性轉運孔道（permeability transition pore,PTP）持續開放，H2O2及小分子物質通過通道到達線粒體基質，導致基質膨脹而使線粒體內膜嵴被拉直、外膜破裂、釋放出可溶性蛋白，當這種蛋白的濃度到達一定數量后即會啟動核凋亡的產生[19-20]。其次，ROS還可以直接氧化損傷DNA分子，當DNA分子受損后，抑癌基因p53的蛋白質使細胞停留在G1期，修復后再進入M期。如損傷嚴重不能修復，則誘導其凋亡[21-22]。
3.6 促進機體細胞的壞死
ROS可以通過內源性和外源性兩種途徑致使細胞壞死。內源性壞死途徑中ROS主要引起線粒體外膜通透性增加，使諸如細胞色素C （cytochrome C，Cyt-c）、Smac/Diablo、細胞凋亡誘導因子（apoptosis inducing factor，AIF）、核酸內切酶G等促凋亡相關蛋白從線粒體釋放到細胞基質中，這就導致了與細胞凋亡相關和不相關的兩種細胞壞死方式的出現，進而導致細胞大量壞死。外源性壞死途徑主要受細胞死亡受體調控，其包括腫瘤壞死因子受體1(TNF receptor 1，TNFR1）、人腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體1 （TNF-related apoptosisinducing ligand receptor 1，TRAIL-R1）、人腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體2 （TNF-related apoptosisinducing ligand receptor 2，TRAIL-R2）及Fas受體4類。而ROS引起的氧化還原反應會激活上述幾類細胞死亡受體，從而促進細胞壞死[20, 23]。
4 ROS在HIRI中的防治
4.1 酶類
Wheeler等[19]在實驗中將超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD)分為3種，第1種是含銅（Cu）和鋅（Zn）金屬輔基的SOD1，主要存在于機體細胞漿中；第2種是含錳（Mn）金屬輔基的SOD2，存在于真核細胞的線粒體中；第3種是含銅（Cu）和鋅（Zn）金屬輔基存在于細胞外基質中的SOD3。其推導出結論：SOD1、SOD2及SOD3均能顯著減輕HIRI，其主要機理即為清除HIRI過程中產生的氧自由基。但需要注意的是，由于以上SOD的3種亞型各自分布在細胞的不同部位，各自的分布濃度也不同，進而會影響到各自保護作用的效果[24-25]。過氧化氫酶(catalase，CAT)存在于所有已知的動物的各個組織中，它的主要作用就是催化H2O2分解為H2O與O2，使得H2O2不至于與O2在鐵螯合物作用下反應生成非常有害的?OH，由于CAT在紅細胞和肝細胞中活力最高，這就為CAT在HIRI中的運用奠定了良好的基礎[26]。張麗華等[27]通過實驗發現，HIRI中SOD與CAT mRNA水平和SOD與CAT蛋白表達水平均明顯升高，從而證實了SOD與CAT在HIRI中參與了抗氧化應激損傷。孫凱等[28]也在實驗中發現，HIRI后肝組織中脂質過氧化終產物丙二醛（MDA）含量增加而SOD、CAT、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等細胞內主要的抗氧化劑和自由基清除劑卻顯著減少，這表明在缺血再灌注損傷發生后適當地加用上述物質能夠起到抗氧化和清除自由基的作用。最近研究[29]發現，HIRI中藏紅花乙醇提取物可通過增加細胞內SOD和CAT的活性而明顯降低細胞內ROS的濃度和減輕組織損傷，再次論證了SOD和CAT在HIRI中抗氧化的重要作用。GSH-Px是機體內廣泛存在的一種重要的過氧化物分解酶，它能催化谷胱甘肽（glutathione，GSH）變為氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione，GSSG），使有害的過氧化物還原成無害的羥基化合物，同時促進H2O2的分解，從而保護細胞膜的結構及功能不受過氧化物的干擾及損害[21]。肝細胞中高濃度的三肽谷胱甘肽能通過清除ROS及抗氧化的機理起到保護肝細胞的作用[30]，半胱氨酸的衍生物乙酰半胱氨酸可以增加細胞內GSH的濃度，進而增加GSH在HIRI中的保護作用[10, 31-33]。HIRI中利用乙酰半胱氨酸預處理已經在進行臨床試驗，但就目前研究結果來看臨床療效并不滿意[34]。另外，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶能維持還原型輔酶Ⅱ（NADPH）在體內清除ROS的能力，乳酸脫氫酶、肌酸激酶[35]及輔酶[36]也具有抗氧化作用。
4.2 維生素類
維生素C可通過逐級供給電子而轉變為半脫氧抗壞血酸和脫氫抗壞血酸，在這個反應過程中能起到清除體內如O2-、?OH、RO2、RO?等活性氧類物質的作用[37]。維生素E主要通過防止細胞的脂質成分被氧化和增加細胞內ATP的合成而起到抗氧化損傷的作用[38-39]。趙文波等[40]證實，維生素E對大鼠HIRI具有明顯的保護作用，其作用機理為減少氧自由基的產生。但是值得注意的是維生素E導致氧自由基減少的作用機理亦是肝臟缺血預處理保護作用的不利因素。另外，維生素C還可以作為供氫體使被氧化的維生素E還原而起到間接抗氧化的作用[41]。彭燕等[42]已經在大鼠腎臟缺血再灌注損傷實驗中發現維生素C與維生素E具有協同保護作用。除此之外，維生素A的前體β-類胡蘿卜素也能有效地起到抗氧化的作用。維生素A在特定情況下還可以通過影響維生素E的濃度及吸收而影響維生素E抗氧化的效果[35]。
4.3 中草藥類
檸檬苦素[43]、香芹酚[38]、薯蕷皂苷[43]、芹菜素[44]以及綠茶和葡萄皮[14]的一些成分均可以通過清除氧自由基和抗氧化的作用而減輕HIRI。中草藥類具有安全范圍大、毒副作用小、作用環節較多等優點，值得進一步深入研究。
4.4 其他
諸如硒可以協助維生素E減輕ROS引起的脂質過氧化損傷[35]。銅、錳等作為SOD的構成成分而參與到抗氧化作用中[24]。鋅參與到SOD及過氧化氫酶的合成過程而起到抗氧化作用[43]。依達拉奉和Picroliv （一種植物內提取的物質）作為新發現的自由基清除劑均對HIRI具有明顯的保護作用[45-46]。此外，術前進行缺血預處理[47]以及麻醉藥物（如異氟烷、七氟烷）預處理也能通過減輕氧化應激而起到保護作用[48-51]。
綜上所述，ROS在HIRI中的產生機理及其對人體的損傷機理均相當復雜，至今許多機理仍不清楚。雖然針對ROS在HIRI中防治的研究在實驗中取得了一定療效，但要應用于臨床還有待進一步深入研究。目前國內外關于這方面的研究很多，相信在不久的將來，HIRI中ROS帶來的損傷會得到有效的預防和控制。
肝臟缺血再灌注損傷（hepatic ischemia-reperfusion injury，HIRI）是指遭受一定時間缺血的肝組織恢復血流（再灌注）后，組織損傷程度迅速增劇的情況。臨床中肝臟缺血再灌注損傷主要見于肝移植、失血性休克和各種涉及到肝臟血供阻斷的手術[1-2]。現已證實，HIRI是導致術后肝功能衰竭的重要原因之一[3]。HIRI的發病機理復雜，涉及到炎性損傷、免疫損傷、細胞壞死、細胞凋亡等方面。現有研究[4]認為，HIRI中上述發病機理間相互作用和影響，活性氧(reactive oxygen species，ROS)在其中起了非常重要的作用。由此可見，HIRI中針對ROS的防治具有十分重要的意義。現就目前有關ROS在HIRI中的發病機理及其防治進展的相關研究綜述如下。
1 ROS的概述
ROS是指一類能夠參與機體反應、且反應活性強于氧分子本身的含氧化合物的總稱[5]，在生物學研究中其主要包括處于自由基狀態的氧和不屬于自由基的過氧化氫（H2O2）、單線態氧等。其中，處于自由基狀態的氧主要是指如超氧陰離子自由基（O2-、羥自由基（?OH）、過氧化物（RO2）、氧有機自由基（RO?）等，即通常我們所說的氧自由基[6-7]。生理情況下人體內不斷產生ROS，又不斷將其清除以維持在一個動態平衡狀態，ROS在機體內的主要生理功能包括參與免疫反應和生物體衰老過程，以及調控部分信號系統[5, 8]。
2 ROS在HIRI時大量產生的機理
ROS在HIRI時大量產生的機理包括：①多形核白細胞在肝臟缺血期大量聚集，其受到缺氧的刺激后，于再灌注時期受激活出現“呼吸爆發”而產生大量的氧自由基[9]。②肝臟的缺血再灌注引起促炎介質的蓄積，從而導致Kupffer細胞過度激活，引發細胞膜上鈣離子內流和內質網上的鈣離子釋放，進而使還原型輔酶Ⅱ氧化酶活化而產生ROS [10]。③線粒體在肝臟缺血期功能受損，使細胞色素氧化酶系統功能失調，進而導致細胞內的氧還原形成氧自由基；此外，肝臟再灌注期的缺血缺氧還能夠促進線粒體呼吸鏈產生超氧化物和H2O2 [11]。④組織的缺血再灌注導致黃嘌呤脫氫酶（xanthine dehydrogenase，XDH）轉化為黃嘌呤氧化酶（xanthine dehydrogenase，XOD），而黃嘌呤氧化酶可以利用細胞內的分子氧轉生成O2-和H2O2，從而產生大量的ROS [12]。
3 HIRI中ROS對機體的損傷機理
3.1 對機體糖類成分的影響
ROS可以直接氧化細胞膜上寡糖鏈中的糖分子，進而引起細胞多糖鏈破壞而造成細胞自溶[13]。
3.2 對機體中脂質成分的影響
肝臟缺血再灌注期生成的大量ROS與生物體內二價鐵離子結合形成具有較強氧化性的混合溶液，該溶液通過鏈反應將體內的許多有機化合物氧化為?OH，?OH的氧化作用非常強，致使體內的多不飽和脂肪酸受到氧化破壞，進而引起細胞的損傷[14-15]。并且脂質受ROS氧化后形成的產物能夠作為趨化因子而參與到HIRI中，起擴大炎性反應的作用，從而增加細胞的損傷[16]。
3.3 對機體蛋白質成分的影響
在ROS的作用下，蛋白質分子中某些特定的氨基酸殘基發生系列反應，引起蛋白質結構與功能上的變化，比如對氧化物的親和力增強，易于水解、聚合、交聯等，從而導致細胞功能損害甚至死亡[17]。
3.4 對機體內核酸的影響
機體內過量的ROS不但可以直接氧化破壞核酸分子，而且部分ROS子類物質可以直接與核酸堿基及核酸核糖發生反應，其反應產物使核酸交聯、DNA復制受阻，從而引起細胞損傷及細胞分裂受阻[18]。
3.5 促進機體細胞凋亡
在肝臟缺血再灌注期生成的ROS可以直接作用于細胞，當其積累到一定濃度后，促使線粒體上非特異通透性轉運孔道（permeability transition pore,PTP）持續開放，H2O2及小分子物質通過通道到達線粒體基質，導致基質膨脹而使線粒體內膜嵴被拉直、外膜破裂、釋放出可溶性蛋白，當這種蛋白的濃度到達一定數量后即會啟動核凋亡的產生[19-20]。其次，ROS還可以直接氧化損傷DNA分子，當DNA分子受損后，抑癌基因p53的蛋白質使細胞停留在G1期，修復后再進入M期。如損傷嚴重不能修復，則誘導其凋亡[21-22]。
3.6 促進機體細胞的壞死
ROS可以通過內源性和外源性兩種途徑致使細胞壞死。內源性壞死途徑中ROS主要引起線粒體外膜通透性增加，使諸如細胞色素C （cytochrome C，Cyt-c）、Smac/Diablo、細胞凋亡誘導因子（apoptosis inducing factor，AIF）、核酸內切酶G等促凋亡相關蛋白從線粒體釋放到細胞基質中，這就導致了與細胞凋亡相關和不相關的兩種細胞壞死方式的出現，進而導致細胞大量壞死。外源性壞死途徑主要受細胞死亡受體調控，其包括腫瘤壞死因子受體1(TNF receptor 1，TNFR1）、人腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體1 （TNF-related apoptosisinducing ligand receptor 1，TRAIL-R1）、人腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體2 （TNF-related apoptosisinducing ligand receptor 2，TRAIL-R2）及Fas受體4類。而ROS引起的氧化還原反應會激活上述幾類細胞死亡受體，從而促進細胞壞死[20, 23]。
4 ROS在HIRI中的防治
4.1 酶類
Wheeler等[19]在實驗中將超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD)分為3種，第1種是含銅（Cu）和鋅（Zn）金屬輔基的SOD1，主要存在于機體細胞漿中；第2種是含錳（Mn）金屬輔基的SOD2，存在于真核細胞的線粒體中；第3種是含銅（Cu）和鋅（Zn）金屬輔基存在于細胞外基質中的SOD3。其推導出結論：SOD1、SOD2及SOD3均能顯著減輕HIRI，其主要機理即為清除HIRI過程中產生的氧自由基。但需要注意的是，由于以上SOD的3種亞型各自分布在細胞的不同部位，各自的分布濃度也不同，進而會影響到各自保護作用的效果[24-25]。過氧化氫酶(catalase，CAT)存在于所有已知的動物的各個組織中，它的主要作用就是催化H2O2分解為H2O與O2，使得H2O2不至于與O2在鐵螯合物作用下反應生成非常有害的?OH，由于CAT在紅細胞和肝細胞中活力最高，這就為CAT在HIRI中的運用奠定了良好的基礎[26]。張麗華等[27]通過實驗發現，HIRI中SOD與CAT mRNA水平和SOD與CAT蛋白表達水平均明顯升高，從而證實了SOD與CAT在HIRI中參與了抗氧化應激損傷。孫凱等[28]也在實驗中發現，HIRI后肝組織中脂質過氧化終產物丙二醛（MDA）含量增加而SOD、CAT、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等細胞內主要的抗氧化劑和自由基清除劑卻顯著減少，這表明在缺血再灌注損傷發生后適當地加用上述物質能夠起到抗氧化和清除自由基的作用。最近研究[29]發現，HIRI中藏紅花乙醇提取物可通過增加細胞內SOD和CAT的活性而明顯降低細胞內ROS的濃度和減輕組織損傷，再次論證了SOD和CAT在HIRI中抗氧化的重要作用。GSH-Px是機體內廣泛存在的一種重要的過氧化物分解酶，它能催化谷胱甘肽（glutathione，GSH）變為氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione，GSSG），使有害的過氧化物還原成無害的羥基化合物，同時促進H2O2的分解，從而保護細胞膜的結構及功能不受過氧化物的干擾及損害[21]。肝細胞中高濃度的三肽谷胱甘肽能通過清除ROS及抗氧化的機理起到保護肝細胞的作用[30]，半胱氨酸的衍生物乙酰半胱氨酸可以增加細胞內GSH的濃度，進而增加GSH在HIRI中的保護作用[10, 31-33]。HIRI中利用乙酰半胱氨酸預處理已經在進行臨床試驗，但就目前研究結果來看臨床療效并不滿意[34]。另外，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶能維持還原型輔酶Ⅱ（NADPH）在體內清除ROS的能力，乳酸脫氫酶、肌酸激酶[35]及輔酶[36]也具有抗氧化作用。
4.2 維生素類
維生素C可通過逐級供給電子而轉變為半脫氧抗壞血酸和脫氫抗壞血酸，在這個反應過程中能起到清除體內如O2-、?OH、RO2、RO?等活性氧類物質的作用[37]。維生素E主要通過防止細胞的脂質成分被氧化和增加細胞內ATP的合成而起到抗氧化損傷的作用[38-39]。趙文波等[40]證實，維生素E對大鼠HIRI具有明顯的保護作用，其作用機理為減少氧自由基的產生。但是值得注意的是維生素E導致氧自由基減少的作用機理亦是肝臟缺血預處理保護作用的不利因素。另外，維生素C還可以作為供氫體使被氧化的維生素E還原而起到間接抗氧化的作用[41]。彭燕等[42]已經在大鼠腎臟缺血再灌注損傷實驗中發現維生素C與維生素E具有協同保護作用。除此之外，維生素A的前體β-類胡蘿卜素也能有效地起到抗氧化的作用。維生素A在特定情況下還可以通過影響維生素E的濃度及吸收而影響維生素E抗氧化的效果[35]。
4.3 中草藥類
檸檬苦素[43]、香芹酚[38]、薯蕷皂苷[43]、芹菜素[44]以及綠茶和葡萄皮[14]的一些成分均可以通過清除氧自由基和抗氧化的作用而減輕HIRI。中草藥類具有安全范圍大、毒副作用小、作用環節較多等優點，值得進一步深入研究。
4.4 其他
諸如硒可以協助維生素E減輕ROS引起的脂質過氧化損傷[35]。銅、錳等作為SOD的構成成分而參與到抗氧化作用中[24]。鋅參與到SOD及過氧化氫酶的合成過程而起到抗氧化作用[43]。依達拉奉和Picroliv （一種植物內提取的物質）作為新發現的自由基清除劑均對HIRI具有明顯的保護作用[45-46]。此外，術前進行缺血預處理[47]以及麻醉藥物（如異氟烷、七氟烷）預處理也能通過減輕氧化應激而起到保護作用[48-51]。
綜上所述，ROS在HIRI中的產生機理及其對人體的損傷機理均相當復雜，至今許多機理仍不清楚。雖然針對ROS在HIRI中防治的研究在實驗中取得了一定療效，但要應用于臨床還有待進一步深入研究。目前國內外關于這方面的研究很多，相信在不久的將來，HIRI中ROS帶來的損傷會得到有效的預防和控制。