NAC對器官缺血再灌注損傷保護作用的研究進展

1、NAC對器官缺血/再灌注損傷保護作用的研究進展         10-11-01 09:21:00     編輯：studa20                      作者：周曉燕 張建福，張詠梅【關(guān)鍵詞】  N-乙酰-L-半胱氨酸;缺血/再灌注損傷;保護

2、作用器官缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)時，由于機體氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，氧自由基(reactive oxygen species, ROS)產(chǎn)生增多，在體內(nèi)蓄積過多，使器官組織的細胞膜脂質(zhì)過氧化，細胞線粒體受損，引起組織細胞凋亡和壞死，造成器官組織損傷1。器官I/R導(dǎo)致的損傷實際上是一種氧化應(yīng)激反應(yīng)，在缺血或缺氧、氧自由基、腫瘤壞死因子-(tumor necrosis factor-, TNF-)等胞外刺激的作用下激活多種凋亡信號通路的啟動，因此關(guān)于應(yīng)用抗氧化劑保護器官I/R的研究成為國內(nèi)外研究的熱點。N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetylcystei

3、ne, NAC)是一種抗氧化劑，可以提高器官I/R時組織細胞中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活性，減少丙二醛(malonaldehyde, MDA)的含量，從而抑制再灌注早期ROS的生成，并促進ROS的清除。保護細胞膜和減輕線粒體損傷，抑制細胞內(nèi)凋亡相關(guān)因子的激活，促進細胞增殖，減少細胞凋亡，發(fā)揮對I/R損傷的保護作用2。此外，研究發(fā)現(xiàn)，NAC還可以抑制炎癥反應(yīng)和多種凋亡信號通路的激活，減少器官I/R時組織細胞的凋亡壞死，發(fā)揮對多種器官I/R損傷的保護作用3。1 機體的氧化防護系統(tǒng)及NAC的生物學(xué)活性Haramaki等4認為，無論是脂溶性抗氧化劑,如生育

4、酚，還是水溶性的抗氧化劑，如谷胱甘肽(glutathione, GSH)、維生素C、二氫基硫辛酸等，都能夠提高機體對氧化應(yīng)激的防護功能。GSH作為機體的一個必需物質(zhì)，以高濃度形式(35 mmol/g)廣泛存在于哺乳動物的細胞中，維持細胞的氧化、還原的平衡穩(wěn)定，并能夠及時清除機體內(nèi)的ROS。當(dāng)組織器官發(fā)生I/R損傷時，使細胞內(nèi)的GSH大量消耗，造成細胞凋亡壞死，從而引起嚴重的機體損傷5，外源性補充的抗氧化劑NAC可以很容易被機體吸收利用，并且尚未發(fā)現(xiàn)任何毒副作用。NAC一方面可以使機體內(nèi)GSH合成酶含量增加，增加細胞內(nèi)GSH的含量和活性，同時，還可以直接進入細胞內(nèi)水解為半胱氨酸，刺激細胞內(nèi)GSH

5、的合成從而保護機體。因此，NAC可以看作是I/R損傷時ROS的清道工6。同時NAC還具有顯著的抗炎功能，這一特點對于免疫細胞非常有用，可以抑制炎性細胞因子的產(chǎn)生釋放，減輕機體的炎性損傷7。2 NAC對心肌I/R損傷的保護作用心肌I/R損傷一直是臨床上困擾心臟治療的一個問題，血栓溶解、血管成型術(shù)、冠狀動脈旁路移植術(shù)等都可以引起心肌的I/R損傷。心肌I/R時導(dǎo)致心肌抑頓、心律不齊，甚至心肌壞死，促發(fā)再灌注時ROS生成驟增，使脂質(zhì)過氧化，蛋白變性，DNA變形，最終引起心肌細胞的壞死。同時，ROS可以引發(fā)心肌的炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)產(chǎn)生氧化應(yīng)激性心肌損傷。心肌I/R時再灌注早期迸發(fā)的大量ROS可以使IB發(fā)生磷

6、酸化使之與核因子-B(NF-B)發(fā)生解離，導(dǎo)致后者發(fā)生核轉(zhuǎn)錄，NF-B核轉(zhuǎn)錄后可以迅速促進一些致炎因子、黏附分子、TNF-等的表達，造成心肌細胞的損傷;NF-B還可以啟動其相關(guān)凋亡信號通路的表達，促進心肌細胞凋亡壞死8-9。在I/R導(dǎo)致心肌損傷的多種抗氧化防護系統(tǒng)中，谷胱甘肽/谷胱甘肽還原酶系統(tǒng)尤為重要，它能及時清除再灌注早期的ROS、過氧化氫等有害物質(zhì)，抑制脂質(zhì)過氧化。心肌I/R時，外源性給予抗氧化劑NAC能夠及時補充細胞內(nèi)消耗的GSH，同時也能及時清除氧自由基。Kin等10研究發(fā)現(xiàn)，NAC提高心肌I/R損傷時心肌細胞中GSH的水平從而抑制NF-B的激活，抑制其上下游的凋亡信號因子的表達，發(fā)

7、揮對心肌的保護作用。Masahiro等11發(fā)現(xiàn)，再灌注早期維持NAC血藥濃度可以減輕心肌I/R損傷梗死區(qū)面積。Orhan等12研究發(fā)現(xiàn)，NAC可以抑制心肌再灌注時TNF-的表達，提高心肌細胞中GSH的含量，減輕由于外科手術(shù)(如冠狀動脈旁路移植術(shù)、血管成型術(shù)等)造成的心肌損傷。目前臨床上運用NAC減輕心肌I/R損傷大都靠經(jīng)驗或以動物實驗為基礎(chǔ)，但是臨床上NAC減輕心肌梗死區(qū)面積的給藥方法各報道不同13。Masahiro等11研究發(fā)現(xiàn)，于心肌缺血前30 min給予NAC 150 mg·kg-1·h-1持續(xù)靜脈輸注2 h，即持續(xù)至再灌注后1 h，可以使心肌I/R損傷時梗死區(qū)的面積

8、降低至8%，比分別于再灌注前30 min和復(fù)灌前5 min一次性靜脈給予NAC 150 mg/kg降低心肌梗死區(qū)面積至56%的效果明顯要好，這與NAC在半衰期(15 min)后，其血藥濃度快速下降，心肌細胞貯備NAC很少有關(guān);但2種給藥方法對于心肌缺血區(qū)面積影響的差別無統(tǒng)計學(xué)意義。3 NAC對肝臟I/R損傷的保護作用臨床上門靜脈高壓閉塞、肝臟移植、創(chuàng)傷性休克和一些外科手術(shù)中都可以發(fā)生肝臟的I/R14。Suzuki 等15認為，肝臟I/R不僅可以引起局部和全身的反應(yīng)，而且由于ROS的大量生成，導(dǎo)致遠端器官發(fā)生嚴重損傷。Fusai 等16發(fā)現(xiàn)肝臟細胞內(nèi)的GSH是清除ROS的一個有力武器，在I/R損

9、傷防護中發(fā)揮重要的作用，因此維持肝細胞內(nèi)高濃度的GSH水平顯得尤為重要。NAC作為GSH的外源性前體物質(zhì)，可以補充肝臟組織細胞中的GSH，提高GSH水平，減少肝臟I/R時ROS的生成，減輕肝臟和其遠端器官的損傷。Jin等17使用阻斷肝臟正中葉和左葉的血供、保留右葉和尾葉的血供制成的小鼠肝臟部分I/R模型，以防止造成腸系膜缺血產(chǎn)生內(nèi)毒素而對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，研究發(fā)現(xiàn)，在實驗動物模型肝臟中TNF-、IL-1等細胞因子表達增高，并且排除炎癥反應(yīng)的結(jié)果;于再灌注前30 min腹腔注射NAC(150 mg/kg)，可以減少肝臟I/R時ROS的產(chǎn)生，抑制有害的細胞因子的表達，進而抑制NF-B相關(guān)的促凋亡信

10、號通路的激活，對肝臟I/R發(fā)揮保護作用;同時NAC還可以保護由于肝臟I/R造成的肺組織的損傷。Zhang 等18研究發(fā)現(xiàn)，機體I/R過程中產(chǎn)生的大量ROS可以激活c-Jun 氨基端激酶(c-Jun-NH2-terminal kinase,JNK)/應(yīng)激活化蛋白酶(stress active protein kinase, SAPK)，啟動其下游NF-B 信號通路，造成組織細胞凋亡、壞死增多，造成機體的損傷。León Fernández等19研究證明，NAC通過抑制ROS的生成，抑制由ROS激活相關(guān)的凋亡信號通路(如JNK、NF-B等)的激活，提高肝臟對抗I/R損傷的能力。P

11、ortella等20研究證明，NAC可以通過增加細胞中GSH的含量，改善微循環(huán)，減少炎性因子的產(chǎn)生，減輕大鼠治療出血性休克補充血容量時導(dǎo)致的肝臟再灌注損傷。鑒于NAC的這些優(yōu)點，NAC不但可以作為保護肝臟I/R損傷的動物實驗的研究用藥，還可以考慮應(yīng)用于臨床上治療低血壓、血流一過性減少、失血性休克等癥狀補充血容量時造成的肝臟I/R損傷。4 NAC對肺I/R損傷的保護作用肺I/R損傷是臨床導(dǎo)致肺移植患者死亡的常見原因，I/R損傷可使肺循環(huán)阻力增加、肺氧和功能下降、肺順應(yīng)性降低、毛細血管滲透性增加，從而發(fā)生肺組織水腫，含氧量低的肺細胞分泌黏附因子等炎性因子導(dǎo)致肺組織內(nèi)皮細胞損傷。并且，中性粒細胞活化

12、后可以生成大量的活性氧族和蛋白水解酶，最終導(dǎo)致肺功能障礙。已有研究表明，一些因子如前列腺素、氧自由基清除劑過氧化物、GSH、過氧化氫酶、抑肽酶、血小板因子、血管緊張素等均可以保護肺組織而對抗I/R損傷21。以往的研究已經(jīng)證明，NAC可以減輕臨床上由于撲熱息痛過量造成的慢性支氣管炎癥，NAC能夠有效地對抗活性氧族對肺組織造成的損傷，并且能夠減輕由于心臟熱休克后補充血容量治療時造成的肺組織損傷，但早期的這些研究并未能闡明NAC對肺發(fā)揮保護作用的機制。Inci等22于單側(cè)肺移植前15 min給予供體和受體大鼠腹腔注射NAC(150 mg/kg),并且于恢復(fù)血流前再次給予同等劑量的NAC。實驗結(jié)果顯示

13、，NAC能增加肺組織的氧合作用，抑制脂質(zhì)過氧化、中性粒細胞滲透，提高肺組織細胞中的GSH水平，有效減輕肺移植造成的肺I/R損傷。最近研究發(fā)現(xiàn)，NAC能促進肺組織細胞水解刺激GSH的生成，提高肺組織細胞中的GSH含量，清除氧自由基，抑制NF-B核轉(zhuǎn)錄、JNK和P38 等信號通路的激活而發(fā)揮肺I/R保護作用23。同時，NAC還能抑制肺組織TNF-的mRNA表達，減輕巨噬細胞活性，抑制臨床上肺移植術(shù)后的排斥反應(yīng)，提高患者生存率24。5 NAC對腎I/R損傷的保護作用腎功能衰竭是機體發(fā)生I/R損傷死亡的主要原因，雖然臨床上對腎I/R損傷的治療尚未能夠達成共識，但大量的研究表明，抗氧化劑NAC能夠明顯減

14、輕臨床上由于I/R造成的腎損傷25。并且由于NAC有大量的臨床實驗為基礎(chǔ)和它幾乎沒有副作用，用它來治療腎I/R損傷受到臨床關(guān)注26。Yamamoto 等27研究證實，腎I/R損傷主要是由于腎活性氧族生成增加造成的，ROS生成增多使腎血管收縮，腎血流量減少，使再灌注早期的腎髓質(zhì)充血，腎血供驟減而產(chǎn)生所謂的腎“無復(fù)流”現(xiàn)象。NAC能夠增加腎組織細胞中的GSH水平，提高其清除ROS的能力，并且NAC本身也有清除ROS的能力，減輕腎組織損傷28。同時，NAC還能夠擴張腎血管，增加大鼠腎I/R損傷時腎血流量，改善腎小球濾過率，減輕腎I/R 24 h后的損傷29。NAC的抗炎抗氧化功能可以減輕腎I/R損傷時白細胞的激活和聚集，減輕腎組織損傷。同時，NAC還能夠抑制NF-B的轉(zhuǎn)錄，并且下調(diào)腎組織中細胞黏附分子1在I/R損傷時的表達。而且，NAC還能改善腎血流量，并且能擴張腎血管，減輕腎I/R損傷。但Nitescu 等30于大鼠發(fā)生腎I/R之前24 h和12 h分別腹腔注射NAC 2