肾缺血再灌注损伤的病理基础及中医药物治疗的研究进展

程丰 李伟 王光策

摘要：肾移植术目前已经成为治疗终末期肾病的最有效手段，然而术后发生的肾缺血再灌注损伤会大大影响肾脏的长期存活状态并降低患者生存率，成为目前限制肾移植的一大难题。肾移植术后的微循环障碍是一个复杂的过程，涉及到多个方面、多个因素、多个途径，很难用某一单独因素解释，中药运用其整体观辨证论治的思想，在整体调节方面优于传统西药治疗，但是其在防治缓解肾脏缺血再灌注损伤的作用机制仍待深入研究。现就中医药缓解治疗肾移植术后的缺血再灌注损伤问题结合近些年国内外相关研究做一综述。

关键词：肾移植;缺血再灌注损伤;中医药防治

中图分类号：R692   文献标志码：A   文章编号：1007-2349（2022）02-0086-05

缺血再灌注（ischemia and reperfusion，I/R）损伤常发生于微血管区，造成微循环障碍，指的是由于各种原因引起的组织器官缺血和血液灌注恢复后所导致的损伤。组织器官发生缺血时可发生冷缺血和热缺血两个过程，但这两个过程造成的损伤并没有较大的区别，最重要的是再灌注的过程会加重组织器官的损伤。肾脏是临床上常见的易受缺血再灌注损伤的器官之一，常发生于肾脏移植、急性缺血性肾衰竭、肾肿瘤切除术等[1]。

1 缺血再灌注损伤的机制

缺血再灌注损伤涉及多种病理过程，主要包括能量代谢、氧化应激、内质网应激、自噬等。

1.1 氧化应激 再灌注后，细胞的自由基形成与细胞防御自由基能力的平衡失调所诱发的氧化应激损伤是I/R损伤的主要原因之一。缺血再灌注后细胞内活性氧（ROS）的产生有多种途径，包括线粒体电子傳递链途径、NADPH氧化酶（NOXs）、黄嘌呤氧化酶途径途径、未耦连的一氧化氮合酶（NOS）途径等[2]。

1.1.1 线粒体电子传递链 线粒体不仅是机体内细胞能量的代谢中心而且还是细胞内自由基产生的重要基地之一[3]。在正常机体，葡萄糖和脂肪酸分别通过糖酵解途径、β-氧化和三羧酸循环被氧化分解。在缺氧条件下，缺血组织中乳酸和琥珀酸的代谢产物水平显著增加，琥珀酸的积累是缺血的主要代谢特征，被认为是缺血或缺氧时三羧酸循环受抑制的结果[4]。此外，由于缺血期间GTP和CoA的消耗，琥珀酸无法进一步转化为琥珀酰CoA4。在再灌注过程中，线粒体复合物II中的琥珀酸脱氢酶会将积累的琥珀酸酯迅速重新氧化，导致复合体I通过反向电子传输产生超氧化物，此类超氧化物被认为是I/R损伤期间ROS的主要来源[5]。

NADPH氧化酶（NOXs）途径 NADPH氧化酶与呼吸链中的线粒体酶共同被认为是细胞中ROS的主要来源，其中NOXs是唯一仅用于产生ROS的酶[6]。NOX家族共有七个成员，为跨膜酶，虽然七个成员受到不同的调控，但共享由两个结构域组成的共同催化核心，即脱氢结构域黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和跨膜结构血红素结合域。当发生缺血再灌注时，电子先从胞质 NADPH 转移到位于脱氢酶结构域的FAD，然后转移至跨膜结构域的内部和外部血红素，最后转移至细胞膜另一侧的O2，产生超氧化物或氢过氧化物[7]，从而损伤相应部位的细胞、组织、器官。

1.1.2 黄嘌呤氧化酶（XO）途径 该途径主要涉及两种酶：黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase、XO）和黄嘌呤脱氢酶（xanthine dehydrogenase、XD），具有相同的催化底物但分别以O2、NAD+作为电子受体[8]。黄嘌呤在XO作用下生成黄嘌呤和尿酸在XD作用下生成黄嘌呤[9]。在器官组织处于缺血缺氧状态时，ATP消耗增加，合成减少会导致ATP逐步分解成次黄嘌呤，同时ATP的减少会导致XD转化为XO。缺氧状态和XD的减少会导致次黄嘌呤堆积。再灌注时，氧气的重新供应会导致次黄嘌呤在XO的作用下氧化形成黄嘌呤和尿酸，XO发挥作用时以O2作为电子受体，所以在此过程中会导致大量的O2-和H2O2释放，从而导致严重的氧化应激反应[10]。

1.1.3 未耦连的一氧化氮合酶（NOS）途径 NOS目前有三种公认的类型，分别是神经元内皮 NOS（eNOS）、NOS（nNOS）和诱导型 NOS（iNOS）。NOS由氧化酶结构域和还原酶结构域组成，氧化酶结构域由含有血红素和四氢生物蝶呤（BH4）并结合精氨酸构成，还原酶结构域由黄素（FAD 和 FMN）结合 NADPH 构成。BH4 浓度通过调节 eNOS 活性在NO产生中起关键作用[11]。然而，在组织再灌注时，BH4被氧化，导致BH4含量减少。BH4/NOS 比值的降低导致 NOS 和超氧化物的解偶联从而产生ROS以诱导缺血再灌注损伤[12]。

1.2 内质网应激 内质网应激可以及时清理错误折叠及未折叠的蛋白质并加强内质网的清除作用，以恢复机体的平衡状态。当细胞处于缺血缺氧状态下，内质网应激被过度激活，从而错误折叠及未折叠的蛋白质大量积累，导致细胞凋亡[13]。其中，诱导产生内质网应激的信号机制中最重要的是内质网腔内未折叠蛋白反应（UPR），其主要是一个由需肌醇酶-1（IRE-1）、RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶（PERK）、激活转录因子-6（ATF-6）、和ER分子伴侣葡萄糖调节蛋白78/免疫球蛋白重链结合蛋白（GRP78/BIP）介导的应激反应[14]。机体处于正常生理状态下时，分子伴侣GRP78/BIP与PERK、IRE1和ATF-6相结合处于无活性状态，但在一定条件下这些蛋白能够导致细胞凋亡。

需肌醇酶-1（IRE-1）途径 在内质网应激条件下，IRE1被激活发生二聚化和磷酸化，诱导剪切X 盒结合蛋白（XBP1）的mRNA，形成剪切的XBP1（sXBP1），从而组织器官内错误折叠蛋白质得以清除并且恢复内质网原有的蛋白质折叠能力[15]。哺乳动物基因组编码的IRE1具有两种同工型，分别为IRE1a和IRE1b，其中IRE1a可以募集衔接肿瘤坏死因子受体相关因子-2（TRAF2）从而激活凋亡信号调节激酶 1/MAP3K5（ASK1）及其下游靶标 c-Jun N-末端激酶 1（JNK/MAPK8/SAPK1）[16]。JNK被刺激因子激活后可诱导FASL、TNF配体蛋白表达，从而导致细胞凋亡。另一方面，在持续缺血缺氧状态下，高反应的内质网应激会导致XBP1的mRNA过分降解，加重细胞、组织、器官的损伤。

蛋白激酶样内质网激酶（PERK）途径 PERK是一种I型跨膜激酶，发生内质网应激时，真核翻译起始因子2α（eIF2α）会在PERK的作用下发生磷酸化，诱导激活转录因子4（ATF4）的表达，ATF4可以与CHOP启动子上的氨基酸反应元件位点结合从而激活CHOP[17]，抑制内质网腔内的蛋白质合成，减少未折叠和错误折叠蛋白质的积累，减轻内质网应激。但在长期的缺血缺氧状态下，过度激活的内质网应激会导致PERK信号的连续刺激从而诱导CHOP过度表达导致细胞凋亡。

激活转录因子-6（ATF-6）途径 ATF6是一种II型跨膜蛋白，位于内质网中，在发生内质网应激时，它会转移到高尔基体并且在高尔基体中裂解，释放出活化形式的ATF6a。UPR蛋白是 ATF6 的直接靶标。另外，类似于PERK和IRE1a，ATF6a还可以诱导CHOP和XBP1基因[18]。

1.3 自噬 当组织器官处于缺血缺氧状态时会启动自噬以维持细胞的稳态，然而长时间的缺血缺氧会导致器官组织的过度自噬从而其损伤。自噬的调节涉及到多个方面，包括雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、单磷酸激活的蛋白激酶（AMPK）、蛋白激酶A（PKA）信号转导途径等[19]。

雷帕霉素靶蛋白（mTOR）途径 mTOR是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员，进化上相对比较保守，是两个名为mTORC1和mTORC2的多蛋白信号传导复合物的关键组成部分。mTORC1调节能量代谢和细胞生长、凋亡，与自噬关系较为密切，mTORC2则与细胞存活和细胞骨架结构有关。当体内细胞受到缺血缺氧刺激时可抑制mTOR信号通路蛋白的活性，从而加强体内自噬，短期的缺血缺氧，自噬的活性被增强會使得坏死细胞减少，然而长时间的缺血缺氧状态下，多度的自噬会导致体内细胞的稳态失衡，坏死细胞增加，组织器官受损[20]。

单磷酸激活的蛋白激酶（AMPK）途径 在各种生理和病理条件下，AMPK 可以被上游激酶磷酸化并与AMP或ADP结合活化从而调节自噬。AMPK可通过磷酸化 mTORC1、ULK1 和 PIK3C3/VPS34 复合物中的自噬相关蛋白直接促进自噬[21]，或通过调节转录因子（如 FOXO3，TFEB 和 BRD4）下游的自噬相关基因的表达来间接促进自噬。另外AMPK 还可以诱导受损的线粒体破碎，并促进自噬。

2 中医药物的防治作用

2.1 中药单体及提取物

2.1.1 丹参 丹参中的多种化学成分均可改善缺血再灌注后肾脏组织的损伤。顾晖等[22]的研究结果显示丹参的主要成分丹参酮IIA可抑制AMPK/ULK1通路调节自噬，从而减轻肾脏的炎症反应，保护肾脏。陈少秀等[23]的研究结果表明丹参酮IIA可提高氧化物歧化酶（SOD）活性，抑制体内氧化应激水平，从而对I/R后受损伤肾脏组织起到保护作用。从丹参根中提取的活性成分隐丹参酮（CTS）可抑制细胞内活性氧的产生，减轻氧化应激水平，从而减轻肾脏I/R损伤[24]。丹酚酸A可通过Akt/mTOR/4EBP1途径改善I/R后肾脏组织的损伤。丹酚酸B能够激活Nrf2/NLRP3信号通路从而降低氧化应激水平，减轻肾脏的I/R损伤[25]。

2.1.2 黄芪 王虹等[26]的研究发现黄芪多糖可抑制TLR-4/NFκB信号通路从而减轻肾I/R所诱发的急性肾损伤。Xin等[27]的研究表明黄芪皂苷IV（AS-IV）可下调NF-κB的p65基因磷酸化和PUMA的表达对I/R/I诱发的肾损伤起到保护作用。

2.1.3 川芎 川芎是中医常用的活血化瘀药物，有研究表明其主要活性成分川芎嗪（TMP）可改善氧化应激，介导线粒体自噬，对I/R后损伤的肾组织有保护作用[28]。Jiang等[29]的研究显示川芎嗪可通过抑制NOD2介导的炎症反应保护肾脏组织免受损害。罗梓垠等[30]研究发现川芎嗪可通过抑制XO活性减少氧自由基的产生抑制氧化应激从而减轻肾I/R损伤。

2.1.4 三七 Fan等[31]研究发现三七有效活性成分三七皂苷R1可抑制体内细胞氧化应激水平从而保护I/R后损伤的肾组织。陈兴宇等[32]研究表明三七活性成分三七总皂苷可增强体内氧化物歧化酶（SOD）活性，下调AP-1、TGF-β1表达从而降低体内氧化应激水平保护损伤的肾组织。

2.1.5 积雪草 汪绪祥等[33]研究表明积雪草颗粒可减轻肾脏细胞调亡，起到保护肾脏的作用。王帝34实验研究表明积雪草提取物积雪草苷可提高氧化物歧化酶（SOD）活性，降低丙二醛（MDA）表达，减轻肾脏I/R损伤。

2.1.6 姜黄素 李红波等[35]研究发现姜黄素可增强SOD活性，降低MDA含量，从而降低组织细胞的氧化应激水平保护肾组织。Liu等[36]研究表明姜黄素可介导miR-146a/nNOS/NO/cGMP/PKG信号通路，降低体内nNOS、iNOS、cGPM、caspase-3和PKG的表达及NO的合成从而保护肾脏组织免受I/R损伤。

2.2 中药复方制剂

2.2.1 复方益肾解毒汤 复方益肾解毒汤由茯苓、六月雪、生黄芪、生大黄、生地黄等组成。贾跃军等[37]研究表明该方可降低体内炎症因子的释放，减轻肾脏组织的炎症反应，保护受损伤的肾组织。

2.2.2 抗纤灵方 抗纤灵方主要由牛膝、丹参、当归、桃仁等组成。吉晶等[38]研究表明此方可促进细胞合成氧化物歧化酶（SOD），增强组织细胞抗氧化能力，减轻体内氧化应激水平，改善肾功能。

2.2.3 健脾清化方 陈文浩等[39]实验研究显示该方可抑制内体氧自由基产生，减轻NO水平，抗氧化应激、减轻体内炎症反应及细胞调亡从而减轻肾脏I/R损伤。

3 小结

本综述讨论了中药及其活性成分通过多种机制对肾 I/R 损伤起到保护作用，具体保护机制包括炎症的抑制、氧化应激和脂质氧化产物的减少、黏附分子释放的减少、程序性细胞死亡的调节及能量代谢和内皮损伤的调节。目前，有多种机制可以解释肾脏缺血再灌注损伤，然而部分理论仅处于理论阶段，如何将既有理论运用到临床才是重中之重。今后这方面的缓解治疗药物势必是由单独作用转向多靶点、多途径作用。相信进一步的临床研究能够探索中药的作用及其潜在机制并用于患者的治疗。

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（收稿日期：2021-08-17）