氧化应激在腹膜纤维化中的机制进展

孔维峰，汪裕伟

(皖南医学院弋矶山医院，安徽 芜湖)

0 引言

全球范围已有超过272000 名PD 患者，长期PD 患者腹膜长期暴露在组织相容性差的PD 液和其降解产物中以及急慢性炎症等因素影响下促进OS，PM 结构及功能紊乱，引起腹膜纤维化，PM 超滤衰竭，是ESRD 患者退出PD 的重要原因。其中氧化应激在PD 相关性腹膜纤维化起关键作用[1-4]。OS的定义是促氧化剂和抗氧化剂之间的失衡，并以前者为主，以蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸为靶点，进而导致器官损伤和功能障碍[5]。在促氧化剂分子中，活性氧(reaction oxide species， ROS)是最常见的，而抗氧化剂是具有中和游离促氧化剂能力的分子，可以内源性生成或外源性补充。OS 开始于慢性肾脏疾病(CKD)的早期，并与肾功能的恶化平行发展。Dounousi[6]的一项研究表明，与对照组相比，CKD 患者的OS状态过剩，其中以CKD5 期患者OS 状态最高。Liakopoulos[7]指出血液透析(HD)患者的ROS 产生及抗氧化剂消耗明显增加，这主要是由于血液暴露于生物不相容的透析器和透析液所致。其他原因包括肝素的使用，铁剂治疗，中心静脉导管的使用，以及抗氧化维生素和微量元素的丢失。然而，有证据表明PD 患者的OS 比透析前的ESRD 患者增加更多。PD 患者血液没有与人工材料接触，在透析过程中未使用肝素、无维生素丢失、未使用铁剂(HD 的关键氧化应激增强剂)，但仍会出现这种现象。因此可以提示，与HD 相比，PD 患者OS 可能是由不同的病理生理机制触发的。PD 中OS 的主要来源被认为是传统PD 溶液的非生理成分，包括高葡萄糖浓度、渗透压增高和酸性pH[8]。

1 高糖、糖代谢产物、糖基化终产物

高血糖是腹膜纤维化的重要决定因素。据推测，高血糖导致腹膜损伤病理生理机制，类似糖尿病肾病。在PD 溶液的热灭菌过程中，葡萄糖降解产物(GDPs)在透析液中蓄积。当腹膜细胞(PMC)暴露于以高葡萄糖和GDPs 浓度为特征的生物不相容的溶液中时，GDPs 发生进一步的非酶化学反应产生糖基化终产物(AGEs)。当PD 液进入腹腔时，AGEs 上调其特异性多配体跨膜受体(RAGE)的表达，并在PM 周围蓄积。细胞内AGEs 的形成通过三种机制引起腹膜细胞损伤，即AGEs 引起细胞内蛋白的形态学改变，改变细胞外基质成分和表达在腹膜细胞表面的受体的结构。AGEs 和AGE 修饰蛋白与巨噬细胞和内皮细胞上的RAGE 紧密结合，这种结合触发ROS 的形成，ROS 反过来激活促炎分子，细胞因子，转录和生长因子，如激活的B 细胞(NF-kB)的核因子、kappa-轻链增强子和血管内皮生长因子(VEGF)，导致DNA 的异常转录和凋亡。此外，由AGE-RAGE 相互作用产生的自由基进一步上调了AGE 的产生，形成了一个恶性循环。腹膜腔的OS 状态是ROS 过度产生和抗氧化机制受损的共同作用的结果[9,10]。GDPs 和AGEs 触发ROS 形成的主要途径是葡萄糖氧化代谢的增加。过多葡萄糖流入腹膜细胞导致葡萄糖分解代谢增加，通过三羧酸循环产生大量电子，随之产生ROS。体外研究[11]表明，人PMC 暴露于常规PD 溶液1h 后，ROS 显著形成，线粒体膜破坏，PMC 死亡。同时提出了高血糖诱导腹膜细胞产生ROS 的其他几种机制，包括花生四烯酸的代谢增强，多元醇途径的表达增加，二酰甘油的产生增加和PMC蛋白激酶C 的激活。线粒体代谢过程中形成的自由基会导致蛋白质、羰基、脂类和DNA 的氧化损伤[12-14]。所有类型细细(包括PMC、内皮细胞和白细胞)，长期暴露于高糖、GDPs、AGEs、ROS 和炎症介质的毒性环境后，都会发生逐渐的、不可逆的形态和功能变化。然而，PMC 慢性暴露于有毒PD 液下，可能会与PM 分离，或发生向间充质表型的形态学转变，包括其极化的细胞骨架结构消失和向肌成纤维细胞表型转化[15]。PMC 的凋亡死亡主要来源于DNA 氧化和蛋白质损伤。一项研究[16]表明，从7 例接受高糖高渗PD 溶液PD 的稳定患者的隔夜灌洗中获得人PMC，发现PMC 死亡仅由细胞内OS 的形成触发。同样，引发腹腔白细胞和内皮细胞死亡的主要因素是氧化基因组损伤的增强。与其他类型的细胞相比，内皮细胞对OS 更敏感，凋亡率更高。在传统4.25%葡萄糖PD 溶液中体外孵育人PMC 时，在孵育的第一分钟内PMC 的收缩。由于GDPs 和OS 的有害作用，超过60% 的细胞在2h 内凋亡[17,18]。越来越多的动物和人类研究表明，由于所有类型的腹膜细胞长期暴露于高糖PD 溶液中而形成的自由基，进一步刺激生长和转录因子的激活，如NF-kB、VEGF、单核细胞趋化肽-1(MCP-1)和肿瘤生长因子-p(TGF-p)。反过来，这些因素的激活导致细胞外基质的加速积累，导致PM 纤维化，随后导致PM 降解和超滤损失[19-26]。以上的多项研究表明，高血糖诱导的腹膜腔OS 增强是促氧化剂上调和抗氧化剂下调的结果，是PM 降解的主要决定因素。

2 酸性pH 和乳酸缓冲液对腹膜OS 的影响

虽然GDPs 和AGEs 起着关键作用，但并不是OS 增强和腹膜腔炎症的唯一来源。体外研究表明，酸性PD 溶液降低了PMC 和腹腔白细胞的生存能力。在一项对PD 患者的研究中，低pH 的PD 溶液能立即(在第一分钟内)促进转铁蛋白的释放铁。在酸性溶液中，游离铁引起红细胞膜氧化反应增强，通过硫代巴比妥酸反应物质(tbar)(脂质过氧化状态的标志)和蛋白质羰基化的突然增加来评估。在纤维化的腹膜铁明显潴留。相反，在中性pH PD 溶液中，并未检查到铁的释放。作者的结论是，中性PD 溶液可能有助于避免转铁蛋白释放铁引起的强化OS 损伤[27,28]。一项研究表明，将PD 溶液pH从5.2 调整为7.3 时，逆转了酸性环境对人类PMC 造成的不利影响。然而，用中性或酸性PD 溶液处理的大鼠的PM 纤维化变化没有显著差异。作者得出结论，酸性pH 引起OS，独立于葡萄糖副产物，但PM 纤维化较少[29]。乳酸缓冲液被认为是PD 溶液中的另一个生物不相容因子。与乳酸缓冲液相比，用碳酸氢盐培养的人PMC 的代谢明显改善。在7.4 的标准pH 值下，含碳酸氢盐的培养基比含乳酸的培养基更好地保持线粒体活性、PM 完整性和PMC 活力，并防止这些细胞表达纤维因子。这是因为与碳酸氢盐相比，乳酸缓冲液对腹膜具有更强的生物相容性，能显著促进AGEs、ROS 的生成和炎症介质的上调[30]。此外，研究还表明，人腹膜间皮水通道蛋白-1的体外表达和功能受到PD 液中缓冲剂和pH 值的调节。用碳酸氢盐缓冲PD 液孵育的人PMC 上调水通道蛋白-1 的表达，进而增强PMC 迁移能力，而用乳酸PD 液孵育则下调水通道蛋白-1 的表达[31,32]。在PD 溶液治疗8-12 周的动物模型中，与乳酸缓冲相比，碳酸氢盐/乳酸缓冲PD 溶液明显降低内皮下纤维化程度，血管生成减少，OS 状态降低，PM 的性能优越[33]。

3 结论

在长期PD 患者中保持PM 的完整性是维持患者生存和透析技术的关键。与包括透析前患者在内的其他ESRD 患者相比，PD 患者表现出加速的OS，这是由于与HD 患者不同的因素所致。在PD 中，PD 流体(包括高葡萄糖、高渗透压和酸性pH)的生物相容性组成是促进OS 的主要因素。常规PD溶液中含有的GDPs 和AGEs 通过几种分子途径触发ROS 的形成。反过来，ROS 促进PM 中促炎标志物、生长和纤维化因子的积累。在这种剧毒环境中暴露PM 会对PS 的结构和功能产生有害影响，并导致严重的局部和全身并发症。为了抑制高血糖诱导的OS 和保持PM 的完整性，需要一种多目标策略。在这个方向上，需要开发新的、更生物相容性、等摩尔、中性pH、低GDP、碳酸氢盐缓冲PD 溶液。但以上实验仍缺少大样本数据，腹膜透析相关性的腹膜纤维化的研究应更加深入。国内研究人员的实验及临床研究表明，中医药在保护间皮细胞、抑制腹膜炎症反应及腹膜内高氧化应激状态有确切的疗效[34,35]。