NAC對器官缺血再灌注損傷保護(hù)作用的研究進(jìn)展

1、NAC對器官缺血/再灌注損傷保護(hù)作用的研究進(jìn)展         10-11-01 09:21:00     編輯：studa20                      作者：周曉燕 張建福，張?jiān)伱贰娟P(guān)鍵詞】  N-乙酰-L-半胱氨酸;缺血/再灌注損傷;保護(hù)

2、作用器官缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)時(shí)，由于機(jī)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(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化，細(xì)胞線粒體受損，引起組織細(xì)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(shí)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(hù)器官I/R的研究成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。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(shí)組織細(xì)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(jìn)ROS的清除。保護(hù)細(xì)胞膜和減輕線粒體損傷，抑制細(xì)胞內(nèi)凋亡相關(guān)因子的激活，促進(jìn)細(xì)胞增殖，減少細(xì)胞凋亡，發(fā)揮對I/R損傷的保護(hù)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(shí)組織細(xì)胞的凋亡壞死，發(fā)揮對多種器官I/R損傷的保護(hù)作用3。1 機(jī)體的氧化防護(hù)系統(tǒng)及NAC的生物學(xué)活性Haramaki等4認(rèn)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(jī)體對氧化應(yīng)激的防護(hù)功能。GSH作為機(jī)體的一個(gè)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(xì)胞中，維持細(xì)胞的氧化、還原的平衡穩(wěn)定，并能夠及時(shí)清除機(jī)體內(nèi)的ROS。當(dāng)組織器官發(fā)生I/R損傷時(shí)，使細(xì)胞內(nèi)的GSH大量消耗，造成細(xì)胞凋亡壞死，從而引起嚴(yán)重的機(jī)體損傷5，外源性補(bǔ)充的抗氧化劑NAC可以很容易被機(jī)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(jī)體內(nèi)GSH合成酶含量增加，增加細(xì)胞內(nèi)GSH的含量和活性，同時(shí)，還可以直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)水解為半胱氨酸，刺激細(xì)胞內(nèi)GSH

5、的合成從而保護(hù)機(jī)體。因此，NAC可以看作是I/R損傷時(shí)ROS的清道工6。同時(shí)NAC還具有顯著的抗炎功能，這一特點(diǎn)對于免疫細(xì)胞非常有用，可以抑制炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生釋放，減輕機(jī)體的炎性損傷7。2 NAC對心肌I/R損傷的保護(hù)作用心肌I/R損傷一直是臨床上困擾心臟治療的一個(gè)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(shí)導(dǎo)致心肌抑頓、心律不齊，甚至心肌壞死，促發(fā)再灌注時(shí)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(xì)胞的壞死。同時(shí)，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(shí)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(jìn)一些致炎因子、黏附分子、TNF-等的表達(dá)，造成心肌細(xì)胞的損傷;NF-B還可以啟動其相關(guān)凋亡信號通路的表達(dá)，促進(jìn)心肌細(xì)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(hù)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(shí)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(shí)，外源性給予抗氧化劑NAC能夠及時(shí)補(bǔ)充細(xì)胞內(nèi)消耗的GSH，同時(shí)也能及時(shí)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(shí)心肌細(xì)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(dá)，發(fā)

7、揮對心肌的保護(hù)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(shí)TNF-的表達(dá)，提高心肌細(xì)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(yùn)用NAC減輕心肌I/R損傷大都靠經(jīng)驗(yàn)或以動物實(shí)驗(yàn)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(bào)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(shí)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(xì)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(jì)學(xué)意義。3 NAC對肝臟I/R損傷的保護(hù)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(rèn)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(yuǎn)端器官發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷。Fusai 等16發(fā)現(xiàn)肝臟細(xì)胞內(nèi)的GSH是清除ROS的一個(gè)有力武器，在I/R損

9、傷防護(hù)中發(fā)揮重要的作用，因此維持肝細(xì)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(bǔ)充肝臟組織細(xì)胞中的GSH，提高GSH水平，減少肝臟I/R時(shí)ROS的生成，減輕肝臟和其遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)動物模型肝臟中TNF-、IL-1等細(xì)胞因子表達(dá)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(shí)ROS的產(chǎn)生，抑制有害的細(xì)胞因子的表達(dá)，進(jìn)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(hù)作用;同時(shí)NAC還可以保護(hù)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(jī)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(xì)胞凋亡、壞死增多，造成機(jī)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(xì)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(bǔ)充血容量時(shí)導(dǎo)致的肝臟再灌注損傷。鑒于NAC的這些優(yōu)點(diǎn)，NAC不但可以作為保護(hù)肝臟I/R損傷的動物實(shí)驗(yàn)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(bǔ)充血容量時(shí)造成的肝臟I/R損傷。4 NAC對肺I/R損傷的保護(hù)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(xì)血管滲透性增加，從而發(fā)生肺組織水腫，含氧量低的肺細(xì)胞分泌黏附因子等炎性因子導(dǎo)致肺組織內(nèi)皮細(xì)胞損傷。并且，中性粒細(xì)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(hù)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(bǔ)充血容量治療時(shí)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(hù)作用的機(jī)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(shí)驗(yàn)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(xì)胞滲透，提高肺組織細(xì)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(jìn)肺組織細(xì)胞水解刺激GSH的生成，提高肺組織細(xì)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(hù)作用23。同時(shí)，NAC還能抑制肺組織TNF-的mRNA表達(dá)，減輕巨噬細(xì)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(hù)作用腎功能衰竭是機(jī)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(dá)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(xì)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(shí)，NAC還能夠擴(kuò)張腎血管，增加大鼠腎I/R損傷時(shí)腎血流量，改善腎小球?yàn)V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(shí)白細(xì)胞的激活和聚集，減輕腎組織損傷。同時(shí)，NAC還能夠抑制NF-B的轉(zhuǎn)錄，并且下調(diào)腎組織中細(xì)胞黏附分子1在I/R損傷時(shí)的表達(dá)。而且，NAC還能改善腎血流量，并且能擴(kuò)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