岳云雪 焦桂青 張春暉 牛春雨

(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北 張家口 075000)

線粒體保護(hù)劑對(duì)失血性休克的干預(yù)作用與機(jī)制

岳云雪 焦桂青 張春暉 牛春雨

(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北 張家口 075000)

線粒體保護(hù)劑；失血性休克

失血性休克是臨床上常見(jiàn)的急癥之一，見(jiàn)于臨床各科室發(fā)生的大出血、創(chuàng)傷或手術(shù)后失血及消化性潰瘍、產(chǎn)后大出血等。失血性休克后，持續(xù)缺血及不恰當(dāng)?shù)囊后w復(fù)蘇引起過(guò)度的炎癥反應(yīng)及血管低反應(yīng)性，甚至引起多器官功能障礙綜合征(MODS)〔1〕。生理狀態(tài)下，線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔(mPTP)保持關(guān)閉狀態(tài)，線粒體產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)對(duì)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)有著重要作用。在失血性休克的發(fā)展進(jìn)程中，氧自由基產(chǎn)生增多，引起溶酶體結(jié)構(gòu)的不完整，釋放小分子量鐵和溶酶體酶導(dǎo)致線粒體功能異常和結(jié)構(gòu)損傷，表現(xiàn)為mPTP開(kāi)放、線粒體膜電位(ΔΨm)缺失、線粒體腫脹、低ATP水平與高還原型輔酶Ⅰ(NADH)水平〔2〕。線粒體損傷可產(chǎn)生更多數(shù)量的活性氧(ROS)，進(jìn)一步放大線粒體損傷、增加溶酶體膜通透性；ATP和二磷酸腺苷(ADP)崩解時(shí)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物黃嘌呤和次黃嘌呤是黃嘌呤氧化酶公認(rèn)的基板，這些物質(zhì)水平的提高會(huì)導(dǎo)致缺氧組織再氧化自由基產(chǎn)生增加〔3〕。此外，重度休克時(shí)動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(ASMCs)線粒體損傷，線粒體腫脹嵴空泡化，降低ATP生成、激活A(yù)TP敏感性鉀通道(KATP)，導(dǎo)致血管低反應(yīng)性和頑固性低血壓，最終引起死亡〔4〕。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用線粒體損傷保護(hù)劑可降低細(xì)胞內(nèi)NADH水平，提高ATP水平，延長(zhǎng)動(dòng)物存活時(shí)間，表明線粒體功能障礙可能參與了重度休克高死亡率的發(fā)生〔5〕。近年來(lái)，人們開(kāi)始關(guān)注以改善線粒體功能為靶向的治療方式，研究了線粒體保護(hù)劑虎杖苷(PD)、白藜蘆醇(Res)、環(huán)孢菌素(CsA)對(duì)失血性休克的干預(yù)作用，揭示了相關(guān)的作用機(jī)制。本文綜述線粒體保護(hù)劑對(duì)失血性休克的干預(yù)作用及機(jī)制。

1 PD對(duì)失血性休克的干預(yù)作用與機(jī)制

PD是從傳統(tǒng)的中草藥蓼屬植物虎杖根莖中分離的一種單晶體，具有抗菌、抗炎、抗氧化應(yīng)激、抗腫瘤的作用。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，PD對(duì)失血性休克具有良好的干預(yù)作用〔6，7〕。

1.1保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu) 失血性休克時(shí)，線粒體出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損傷。透射電鏡觀察顯示，失血性休克引起了線粒體腫脹、形狀不規(guī)則、嵴斷裂、呈現(xiàn)空泡化，PD治療可顯著減輕休克導(dǎo)致的線粒體結(jié)構(gòu)損傷〔4〕。陳云燕〔8〕對(duì)重癥失血性休克大鼠外周血血小板線粒體變化及PD干預(yù)作用的研究發(fā)現(xiàn)，休克30 min后，線粒體部分腫脹，基質(zhì)內(nèi)電子密度下降；休克60 min后，線粒體嵴斷裂，腫脹加重，基質(zhì)內(nèi)電子密度降低加重；休克120 min后，線粒體腫脹更加明顯，嵴斷裂，基質(zhì)內(nèi)呈現(xiàn)電子透亮區(qū)和線粒體空泡化，表明線粒體損傷程度隨著休克時(shí)間的延長(zhǎng)和休克程度的加深而逐漸加重；PD治療后，線粒體腫脹程度緩解，嵴結(jié)構(gòu)相對(duì)完好。這些研究表明，PD作為一種線粒體保護(hù)劑，可保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)的完整性。

1.2改善線粒體功能 應(yīng)用陽(yáng)離子熒光探針JC-1孵育的神經(jīng)元細(xì)胞，流式細(xì)胞儀檢測(cè)線粒體膜電位變化，發(fā)現(xiàn)假手術(shù)組低ΔΨm細(xì)胞百分率為(13.43 ± 5.98)%，休克組為(65.86 ± 10.88)%，PD處理后減少到(26.22 ±7.73)%，說(shuō)明PD對(duì)重度休克時(shí)線粒體去極化有保護(hù)作用；利用CellTite-Glo熒光素酶生物發(fā)光法測(cè)定細(xì)胞內(nèi)ATP水平，發(fā)現(xiàn)休克組為假手術(shù)組的(44.14 ± 13.81)%，PD處理后上升至(89.57 ± 9.21)%，說(shuō)明保護(hù)線粒體可以提高細(xì)胞內(nèi)ATP含量，改善線粒體功能，發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用〔4〕。

1.3提高血管反應(yīng)性 研究證實(shí)，創(chuàng)傷、失血、內(nèi)毒素和敗血癥休克時(shí)血管對(duì)血管收縮劑如去甲腎上腺素(NE)、腎上腺素和多巴胺(DA)的反應(yīng)性明顯降低，血管低反應(yīng)性進(jìn)一步引發(fā)微循環(huán)衰竭、頑固性低血壓和多器官損傷〔9〕。PD可擴(kuò)張微動(dòng)脈、降低外周阻力使舒張壓降低，改善失血性休克后的微循環(huán)灌注；降低外周阻力作用，限制通過(guò)增加心輸出量引起的血壓回升，具有中度升壓作用。因此，PD是通過(guò)強(qiáng)心作用和改善微循環(huán)共同恢復(fù)脈壓，恢復(fù)毛細(xì)血管脈動(dòng)血流和血液灌流〔10〕。

2 Res對(duì)失血性休克的干預(yù)作用與機(jī)制

Res是一種常見(jiàn)的植物抗毒素，可從葡萄皮、花生、紅酒中提取，日常飲食中的Res可充當(dāng)抗氧化劑、促進(jìn)一氧化氮(NO)產(chǎn)生、抑制血小板聚集、增加高密度脂蛋白膽固醇，起心臟保護(hù)作用。近年來(lái)的研究顯示，Res具有一系列的抗休克作用〔11〕。

2.1減輕線粒體結(jié)構(gòu)損傷 Res可抑制重癥失血性休克導(dǎo)致的線粒體腫脹等結(jié)構(gòu)破壞，ASMCs線粒體膜電位由休克組的(80.34± 9.01)%降至(53.69±17.10)%，ASMCs內(nèi)ATP含量從休克組占正常水平的(17.61±7.89)%增至(62.12 ±11.49)%，并部分抑制重癥休克激活的KATP。說(shuō)明Res能減輕重癥休克引起的線粒體損傷〔4〕。

2.2抑制氧化應(yīng)激 正常細(xì)胞線粒體內(nèi)產(chǎn)生少量的ROS，線粒體基質(zhì)內(nèi)的超氧化物歧化酶(SOD)2能還原一定量的ROS為過(guò)氧化氫(H2O2)，后者可經(jīng)水通道蛋白滲透到胞質(zhì)內(nèi)，經(jīng)抗氧化系統(tǒng)SOD1、過(guò)氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)-px等水解成H2O和O2〔12〕。嚴(yán)重失血性休克再灌注后，氧自由基產(chǎn)生過(guò)多，消耗大量SOD，使體內(nèi)SOD含量和活性下降；休克自體血回輸2 h后，Res治療可減輕腸組織病理學(xué)損傷，病理學(xué)評(píng)分明顯下降；腸組織勻漿氧化還原酶活性GXH-px、CAT和SOD及能量ATP水平增高，SOD2蛋白水平增高，胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞色素(Cyt)-C水平降低〔13〕。此外，Res還可通過(guò)上調(diào)線粒體超氧化物歧化酶(MnSOD)活性加強(qiáng)應(yīng)激反應(yīng)，雌激素受體拮抗劑ICI182780可阻止這一作用；雌二醇和雌激素受體β興奮劑能重復(fù)Res的作用，提示Res與雌激素受體β相互作用誘導(dǎo)MnSOD上調(diào)來(lái)影響應(yīng)激性〔14〕。該研究體現(xiàn)了Res的雌激素樣作用，說(shuō)明Res抑制氧化應(yīng)激的作用與雌激素樣作用有關(guān)。

2.3改善能量代謝 脂類能量產(chǎn)生故障時(shí)，肉毒堿將細(xì)胞溶質(zhì)內(nèi)的脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體是必需的〔15〕，在創(chuàng)傷失血性休克模型中，血漿肉毒堿水平下降，而乙酰肉堿和丁酰肉堿水平增加，脂肪酸氧化能力超負(fù)荷，檸檬酸循環(huán)活性受損〔11〕，過(guò)多的乙酰(acyl)-輔酶(Co)A能壓倒三羧酸循環(huán)機(jī)制，導(dǎo)致線粒體中乙酰CoA超負(fù)荷〔16〕。而Res可有效改善肉毒堿和酯酰肉毒(即乙酰肉堿和丁酰肉堿)系統(tǒng)的變化，表明Res能夠改善創(chuàng)傷失血性休克引起的脂肪酸氧化路徑和超負(fù)荷，提高線粒體能量代謝〔11〕。此外，失血性休克后細(xì)胞凋亡的發(fā)生是引起器官損傷的原因之一，涉及眾多機(jī)制；Res也通過(guò)多種作用減輕組織器官的損傷。但是，目前尚沒(méi)有Res對(duì)失血性休克后細(xì)胞凋亡的相關(guān)研究。同時(shí)，目前的研究也顯示，Res具有提高失血性休克動(dòng)物血管反應(yīng)性的作用，但相關(guān)機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

3 CsA對(duì)失血性休克的干預(yù)作用與機(jī)制

CsA提取于真菌多孢木霉菌和柱孢霉菌，是由11個(gè)氨基酸組成的環(huán)多肽，其中含有一個(gè)新氨基酸，由9個(gè)碳組成且含乙烯雙鍵。

3.1保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)與功能 Song等〔17〕研究重度休克線粒體損傷引起血管低反應(yīng)性的機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，失血性休克引起了ASMCs線粒體呈球形或不規(guī)則狀，腫脹明顯，基質(zhì)低電子密度，嵴斷裂，提示重度休克時(shí)ASMC，發(fā)生明顯的線粒體損傷；CsA可減輕線粒體的上述損傷；同時(shí)，失血性休克引起ASMCs低線粒體ΔΨm的數(shù)量增加49.7%，細(xì)胞內(nèi)ATP水平降低了82.1%，從而導(dǎo)致KATP質(zhì)膜通道的激活和隨后的ASMC，超極化；CsA可緩解上述不利變化；此外，mPTP開(kāi)放劑蒼術(shù)苷(ATR)可廢除CsA對(duì)線粒體結(jié)構(gòu)和功能的保護(hù)作用，說(shuō)明CsA通過(guò)抑制mPTP開(kāi)放發(fā)揮線粒體的保護(hù)作用。

3.3減少細(xì)胞凋亡 研究發(fā)現(xiàn)，失血性休克可引起Cyt-C釋放增多及含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)-3激活；應(yīng)用CsA可通過(guò)減少mPTP開(kāi)放降低細(xì)胞溶質(zhì)Cyt-C水平和Caspase-3活性，從而減少細(xì)胞凋亡〔20〕?？梢?jiàn)，CsA具有減少細(xì)胞凋亡的作用。

3.4提高血管反應(yīng)性 研究發(fā)現(xiàn)，失血性休克在引起ASMCs線粒體mPTP大量開(kāi)放、ΔΨm損失、ATP水平下降的同時(shí)，通過(guò)激活KATP，引起了血管對(duì)NE的反應(yīng)性下降，而CsA處理可部分修復(fù)、提高血管反應(yīng)性。然而，CsA處理尚未完全恢復(fù)ASMCs的超極化，表明除KATP激活，其他事件可能也參與了休克時(shí)ASMCs超極化和血管低反應(yīng)性〔17〕。

3.5提高淋巴管收縮性 研究發(fā)現(xiàn)，CsA可提高失血性休克大鼠淋巴管的收縮性及對(duì)血管活性物質(zhì)P物質(zhì)的反應(yīng)性，其機(jī)制是通過(guò)減輕淋巴管平滑肌細(xì)胞線粒體的結(jié)構(gòu)損傷、改善線粒體功能實(shí)現(xiàn)的〔21〕。

4 雌激素作用

雌激素是一種G18類固醇激素，在體內(nèi)由芳香化酵催化雄激素轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生，外周雌激素主要由卵巢產(chǎn)生。研究表明，雌激素除對(duì)女性生殖系統(tǒng)起作用外，對(duì)非生殖系統(tǒng)如心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)也起著重要作用，同樣發(fā)揮線粒體保護(hù)作用〔22〕。研究顯示，雌激素可明顯降低失血性休克動(dòng)物血肌酐和血尿素水平，減輕腎臟損害〔23，24〕；雌二醇通過(guò)與雌激素受體相互作用可抑制失血性休克誘導(dǎo)的線粒體ROS形成、修復(fù)受損的線粒體膜電位、減少Cyt-C釋放和Caspase-3激活，明顯降低氧化應(yīng)激導(dǎo)致的不良后果〔25〕；雌激素不僅可提高低血壓階段的存活時(shí)間，即使在缺乏液體復(fù)蘇的情況下，雌激素也可作為輔助藥物治療由于運(yùn)輸時(shí)間延長(zhǎng)導(dǎo)致的不良后果〔26〕?？梢?jiàn)，雌激素對(duì)于失血性休克的防治具有重要作用。但是，雌激素是否對(duì)失血性休克后血管低反應(yīng)性具有一定的作用，需要進(jìn)一步研究。綜上，線粒體結(jié)構(gòu)損傷與功能障礙是失血性休克后微循環(huán)障礙、器官損傷的重要發(fā)病學(xué)機(jī)制。PD、Res、CsA及雌激素均從減少mPTP開(kāi)放、改善能量代謝、維持ΔΨm等方面減輕線粒體損傷，進(jìn)一步從抗氧化應(yīng)激、抑制細(xì)胞凋亡、甚至提高血管反應(yīng)性等方面干預(yù)失血性休克的惡化，這些研究對(duì)于以線粒體保護(hù)為方向決策重癥失血性休克的治療發(fā)揮積極作用。今后，應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注線粒體保護(hù)劑對(duì)失血性休克的整體作用效果，從影響失血性休克轉(zhuǎn)歸的各個(gè)環(huán)節(jié)深入研究相關(guān)機(jī)制。同時(shí)，也要進(jìn)一步從臨床上，關(guān)注相關(guān)藥物對(duì)于失血性休克患者的治療作用，尋找新的線粒體損傷的生物標(biāo)志物，以期將基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用于臨床。

1Curtis K，Grove P.Refractory hypotension in trauma：a case study〔J〕.Aust Crit Care，2000；13(2)：52-7.

2Wang X，Song R，Bian HN，etal.Polydatin，a natural polyphenol，protects arterial smooth muscle cells against mitochondrial dysfunction and lysosomal destabilization following hemorrhagic shock〔J〕.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2012；302(7)：R805-14.

3Dhar A，Cherian G，Dhar G，etal.Molecular basis of protective effect by crocetin on survival and liver tissue damage following hemorrhagic shock〔J〕.Mol Cell Biochem，2005；278(1-2)：139-46.

4Wang X，Song R，Chen Y，etal.Polydatin-a new mitochondria protector for acute severe hemorrhagic shock treatment〔J〕.Expert Opin Investig Drugs，2013；22(2)：169-79.

5K?gedal K，Johansson U，Ollinger K.The lysosomal protease cathepsin D mediates apoptosis induced by oxidative stress〔J〕.FASEB J，2001；15(9)：1592-4.

6Zhao KS，Jin C，Huang X，etal.The mechanism of Polydatin in shock treatment〔J〕.Clin Hemorheol Microcirc，2003；29(3-4)：211-7.

7Xing WW，Wu JZ，Jia M，etal.Effects of polydatin from Polygonum cuspidatum on lipid profile in hyperlipidemic rabbits〔J〕.Biomed Pharmacother，2009；63(7)：457-62.

8陳云燕.重癥失血性休克大鼠外周血血小板線粒體變化及虎杖苷的干預(yù)作用〔D〕.廣州：南方醫(yī)科大學(xué)，2013.

9Levy B，Collin S，Sennoun N，etal.Vascular hyporesponsiveness to vasopressors in septic shock：from bench to bedside〔J〕.Intensive Care Med，2010；36(12)：2019-29.

10Zhao KS，Huang X，Liu J，etal.New approach to treatment of shock-restitution of vasoreactivity〔J〕.Shock，2002；18(2)：189-92.

11Wang YR，Tsai YF，Lau YT，etal.Plasma metabolite profiles following trauma-hemorrhage：effect of posttreatment with resveratrol〔J〕.Shock，2015；43(2)：172-7.

12Kowaltowski AJ，de Souza-Pinto NC，Castilho RF，etal.Mitochondria and reactive oxygen species〔J〕.Free Radic Biol Med，2009；47(4)：333-43.

13柯少凡，劉 風(fēng)，朱狀輝.白藜蘆醇通過(guò)保護(hù)線粒體和減少氧化應(yīng)激改善失血性休克大鼠腸損傷〔J〕.中南大學(xué)學(xué)報(bào) (醫(yī)學(xué)版)，2014；39(12)：1259-65.

14Robb EL，Stuart JA.Resveratrol interacts with estrogen receptor-β to inhibit cell replicative growth and enhance stress resistance by upregulating mitochondrial superoxide dismutase〔J〕.Free Radic Biol Med，2011；50(7)：821-31.

15Steiber A，Kerner J，Hoppel CL.Carnitine：a nutritional，biosynthetic and functional perspective〔J〕.Mol Aspects Med，2004；25(5-6)：455-73.

16Pignatelli P，Tellan G，Marandola M，etal.Effect of L-carnitine on oxidative stress and platelet activation after major surgery〔J〕.Acta Anaesthesiol Scand，2011；55(8)：1022-8.

17Song R，Bian H，Wang X，etal.Mitochondrial injury underlies hyporeactivity of arterial smooth muscle in severe shock〔J〕.Am J Hypertens，2011；24(1)：45-51.

18Ciarcia R，Damiano S，F(xiàn)lorio A，etal.The protective effect of apocynin on cyclosporine a-induced hypertension and nephrotoxicity in rats〔J〕.J Cell Biochem，2015;116(9):1848-56.

19Posadino AM，Cossu A，Giordo R，etal.Resveratrol alters human endothelial cells redox state and causes mitochondrial-dependent cell death〔J〕.Food Chem Toxicol，2015；78：10-6.

20Tharakan B，Holder-Haynes JG，Hunter FA，etal.Cyclosporine a prevents vascular hyperpermeability after hemorrhagic shock by inhibiting apoptotic signaling〔J〕.J Trauma，2009；66(4)：1033-9.

21Wang H，Zhang L，Bai X，etal.Cyclosporine a alleviates hemorrhagic shock induced-mitochondrial injury in lymphatic smooth muscle cells in rats〔J〕.Shock，2015;43(S1)：43.

22Duckles SP，Krause DN，Stirone C，etal.Estrogen and mitochondria：a new paradigm for vascular protection〔J〕.Mol Interv，2006；6(1)：26-35.

23劉士三，龔時(shí)鵬，吳 煥，等.雌激素對(duì)失血性休克孕兔腎功能的影響〔J〕.南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2014；34(2)：232-5.

24曾莎青，張達(dá)雄，徐 亮，等.雌激素對(duì)失血性休克犬腎功能的影響〔J〕.數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志，2015；17(1)：14-5.

25Childs EW，Tharakan B，Hunter FA，etal.17β-estradiol mediated protection against vascular leak following hemorrhagic shock：role of estrogen receptors and apoptotic signaling〔J〕.Shock，2010；34(3)：229-35.

26Kozlov AV，Duvigneau JC，Hyatt TC，etal.Effect of estrogen on mitochondrial function and intracellular stress markers in rat liver and kidney following trauma-hemorrhagic shock and prolonged hypotension〔J〕.Mol Med，2010；16(7-8)：254-61.

〔2016-07-27修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

R331.4

A

1005-9202(2017)19-4939-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.19.111

河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.H2015405041)

牛春雨(1967-)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事危重病研究。 張春暉(1968-)，男，碩士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事危重病的中西醫(yī)結(jié)合急救研究。

岳云雪(1992-)，女，碩士，主要從事創(chuàng)傷休克研究。