岳云雪 焦桂青 张春晖 牛春雨

(河北北方学院微循环研究所，河北 张家口 075000)

线粒体保护剂对失血性休克的干预作用与机制

岳云雪 焦桂青 张春晖 牛春雨

(河北北方学院微循环研究所，河北 张家口 075000)

线粒体保护剂；失血性休克

失血性休克是临床上常见的急症之一，见于临床各科室发生的大出血、创伤或手术后失血及消化性溃疡、产后大出血等。失血性休克后，持续缺血及不恰当的液体复苏引起过度的炎症反应及血管低反应性，甚至引起多器官功能障碍综合征(MODS)〔1〕。生理状态下，线粒体通透性转变孔(mPTP)保持关闭状态，线粒体产生三磷酸腺苷(ATP)对细胞内稳态有着重要作用。在失血性休克的发展进程中，氧自由基产生增多，引起溶酶体结构的不完整，释放小分子量铁和溶酶体酶导致线粒体功能异常和结构损伤，表现为mPTP开放、线粒体膜电位(ΔΨm)缺失、线粒体肿胀、低ATP水平与高还原型辅酶Ⅰ(NADH)水平〔2〕。线粒体损伤可产生更多数量的活性氧(ROS)，进一步放大线粒体损伤、增加溶酶体膜通透性；ATP和二磷酸腺苷(ADP)崩解时产生的代谢产物黄嘌呤和次黄嘌呤是黄嘌呤氧化酶公认的基板，这些物质水平的提高会导致缺氧组织再氧化自由基产生增加〔3〕。此外，重度休克时动脉平滑肌细胞(ASMCs)线粒体损伤，线粒体肿胀嵴空泡化，降低ATP生成、激活ATP敏感性钾通道(KATP)，导致血管低反应性和顽固性低血压，最终引起死亡〔4〕。研究发现，应用线粒体损伤保护剂可降低细胞内NADH水平，提高ATP水平，延长动物存活时间，表明线粒体功能障碍可能参与了重度休克高死亡率的发生〔5〕。近年来，人们开始关注以改善线粒体功能为靶向的治疗方式，研究了线粒体保护剂虎杖苷(PD)、白藜芦醇(Res)、环孢菌素(CsA)对失血性休克的干预作用，揭示了相关的作用机制。本文综述线粒体保护剂对失血性休克的干预作用及机制。

1 PD对失血性休克的干预作用与机制

PD是从传统的中草药蓼属植物虎杖根茎中分离的一种单晶体，具有抗菌、抗炎、抗氧化应激、抗肿瘤的作用。近年来的研究发现，PD对失血性休克具有良好的干预作用〔6，7〕。

1.1保护线粒体结构 失血性休克时，线粒体出现了严重的结构损伤。透射电镜观察显示，失血性休克引起了线粒体肿胀、形状不规则、嵴断裂、呈现空泡化，PD治疗可显著减轻休克导致的线粒体结构损伤〔4〕。陈云燕〔8〕对重症失血性休克大鼠外周血血小板线粒体变化及PD干预作用的研究发现，休克30 min后，线粒体部分肿胀，基质内电子密度下降；休克60 min后，线粒体嵴断裂，肿胀加重，基质内电子密度降低加重；休克120 min后，线粒体肿胀更加明显，嵴断裂，基质内呈现电子透亮区和线粒体空泡化，表明线粒体损伤程度随着休克时间的延长和休克程度的加深而逐渐加重；PD治疗后，线粒体肿胀程度缓解，嵴结构相对完好。这些研究表明，PD作为一种线粒体保护剂，可保护线粒体结构的完整性。

1.2改善线粒体功能 应用阳离子荧光探针JC-1孵育的神经元细胞，流式细胞仪检测线粒体膜电位变化，发现假手术组低ΔΨm细胞百分率为(13.43 ± 5.98)%，休克组为(65.86 ± 10.88)%，PD处理后减少到(26.22 ±7.73)%，说明PD对重度休克时线粒体去极化有保护作用；利用CellTite-Glo荧光素酶生物发光法测定细胞内ATP水平，发现休克组为假手术组的(44.14 ± 13.81)%，PD处理后上升至(89.57 ± 9.21)%，说明保护线粒体可以提高细胞内ATP含量，改善线粒体功能，发挥细胞保护作用〔4〕。

1.3提高血管反应性 研究证实，创伤、失血、内毒素和败血症休克时血管对血管收缩剂如去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素和多巴胺(DA)的反应性明显降低，血管低反应性进一步引发微循环衰竭、顽固性低血压和多器官损伤〔9〕。PD可扩张微动脉、降低外周阻力使舒张压降低，改善失血性休克后的微循环灌注；降低外周阻力作用，限制通过增加心输出量引起的血压回升，具有中度升压作用。因此，PD是通过强心作用和改善微循环共同恢复脉压，恢复毛细血管脉动血流和血液灌流〔10〕。

2 Res对失血性休克的干预作用与机制

Res是一种常见的植物抗毒素，可从葡萄皮、花生、红酒中提取，日常饮食中的Res可充当抗氧化剂、促进一氧化氮(NO)产生、抑制血小板聚集、增加高密度脂蛋白胆固醇，起心脏保护作用。近年来的研究显示，Res具有一系列的抗休克作用〔11〕。

2.1减轻线粒体结构损伤 Res可抑制重症失血性休克导致的线粒体肿胀等结构破坏，ASMCs线粒体膜电位由休克组的(80.34± 9.01)%降至(53.69±17.10)%，ASMCs内ATP含量从休克组占正常水平的(17.61±7.89)%增至(62.12 ±11.49)%，并部分抑制重症休克激活的KATP。说明Res能减轻重症休克引起的线粒体损伤〔4〕。

2.2抑制氧化应激 正常细胞线粒体内产生少量的ROS，线粒体基质内的超氧化物歧化酶(SOD)2能还原一定量的ROS为过氧化氢(H2O2)，后者可经水通道蛋白渗透到胞质内，经抗氧化系统SOD1、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)-px等水解成H2O和O2〔12〕。严重失血性休克再灌注后，氧自由基产生过多，消耗大量SOD，使体内SOD含量和活性下降；休克自体血回输2 h后，Res治疗可减轻肠组织病理学损伤，病理学评分明显下降；肠组织匀浆氧化还原酶活性GXH-px、CAT和SOD及能量ATP水平增高，SOD2蛋白水平增高，胞质内细胞色素(Cyt)-C水平降低〔13〕。此外，Res还可通过上调线粒体超氧化物歧化酶(MnSOD)活性加强应激反应，雌激素受体拮抗剂ICI182780可阻止这一作用；雌二醇和雌激素受体β兴奋剂能重复Res的作用，提示Res与雌激素受体β相互作用诱导MnSOD上调来影响应激性〔14〕。该研究体现了Res的雌激素样作用，说明Res抑制氧化应激的作用与雌激素样作用有关。

2.3改善能量代谢 脂类能量产生故障时，肉毒碱将细胞溶质内的脂肪酸转运到线粒体是必需的〔15〕，在创伤失血性休克模型中，血浆肉毒碱水平下降，而乙酰肉碱和丁酰肉碱水平增加，脂肪酸氧化能力超负荷，柠檬酸循环活性受损〔11〕，过多的乙酰(acyl)-辅酶(Co)A能压倒三羧酸循环机制，导致线粒体中乙酰CoA超负荷〔16〕。而Res可有效改善肉毒碱和酯酰肉毒(即乙酰肉碱和丁酰肉碱)系统的变化，表明Res能够改善创伤失血性休克引起的脂肪酸氧化路径和超负荷，提高线粒体能量代谢〔11〕。此外，失血性休克后细胞凋亡的发生是引起器官损伤的原因之一，涉及众多机制；Res也通过多种作用减轻组织器官的损伤。但是，目前尚没有Res对失血性休克后细胞凋亡的相关研究。同时，目前的研究也显示，Res具有提高失血性休克动物血管反应性的作用，但相关机制还需要进一步研究。

3 CsA对失血性休克的干预作用与机制

CsA提取于真菌多孢木霉菌和柱孢霉菌，是由11个氨基酸组成的环多肽，其中含有一个新氨基酸，由9个碳组成且含乙烯双键。

3.1保护线粒体结构与功能 Song等〔17〕研究重度休克线粒体损伤引起血管低反应性的机制时发现，失血性休克引起了ASMCs线粒体呈球形或不规则状，肿胀明显，基质低电子密度，嵴断裂，提示重度休克时ASMC，发生明显的线粒体损伤；CsA可减轻线粒体的上述损伤；同时，失血性休克引起ASMCs低线粒体ΔΨm的数量增加49.7%，细胞内ATP水平降低了82.1%，从而导致KATP质膜通道的激活和随后的ASMC，超极化；CsA可缓解上述不利变化；此外，mPTP开放剂苍术苷(ATR)可废除CsA对线粒体结构和功能的保护作用，说明CsA通过抑制mPTP开放发挥线粒体的保护作用。

3.3减少细胞凋亡 研究发现，失血性休克可引起Cyt-C释放增多及含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)-3激活；应用CsA可通过减少mPTP开放降低细胞溶质Cyt-C水平和Caspase-3活性，从而减少细胞凋亡〔20〕。可见，CsA具有减少细胞凋亡的作用。

3.4提高血管反应性 研究发现，失血性休克在引起ASMCs线粒体mPTP大量开放、ΔΨm损失、ATP水平下降的同时，通过激活KATP，引起了血管对NE的反应性下降，而CsA处理可部分修复、提高血管反应性。然而，CsA处理尚未完全恢复ASMCs的超极化，表明除KATP激活，其他事件可能也参与了休克时ASMCs超极化和血管低反应性〔17〕。

3.5提高淋巴管收缩性 研究发现，CsA可提高失血性休克大鼠淋巴管的收缩性及对血管活性物质P物质的反应性，其机制是通过减轻淋巴管平滑肌细胞线粒体的结构损伤、改善线粒体功能实现的〔21〕。

4 雌激素作用

雌激素是一种G18类固醇激素，在体内由芳香化酵催化雄激素转化而产生，外周雌激素主要由卵巢产生。研究表明，雌激素除对女性生殖系统起作用外，对非生殖系统如心血管系统、免疫系统、中枢神经系统也起着重要作用，同样发挥线粒体保护作用〔22〕。研究显示，雌激素可明显降低失血性休克动物血肌酐和血尿素水平，减轻肾脏损害〔23，24〕；雌二醇通过与雌激素受体相互作用可抑制失血性休克诱导的线粒体ROS形成、修复受损的线粒体膜电位、减少Cyt-C释放和Caspase-3激活，明显降低氧化应激导致的不良后果〔25〕；雌激素不仅可提高低血压阶段的存活时间，即使在缺乏液体复苏的情况下，雌激素也可作为辅助药物治疗由于运输时间延长导致的不良后果〔26〕。可见，雌激素对于失血性休克的防治具有重要作用。但是，雌激素是否对失血性休克后血管低反应性具有一定的作用，需要进一步研究。综上，线粒体结构损伤与功能障碍是失血性休克后微循环障碍、器官损伤的重要发病学机制。PD、Res、CsA及雌激素均从减少mPTP开放、改善能量代谢、维持ΔΨm等方面减轻线粒体损伤，进一步从抗氧化应激、抑制细胞凋亡、甚至提高血管反应性等方面干预失血性休克的恶化，这些研究对于以线粒体保护为方向决策重症失血性休克的治疗发挥积极作用。今后，应进一步关注线粒体保护剂对失血性休克的整体作用效果，从影响失血性休克转归的各个环节深入研究相关机制。同时，也要进一步从临床上，关注相关药物对于失血性休克患者的治疗作用，寻找新的线粒体损伤的生物标志物，以期将基础研究成果转化应用于临床。

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〔2016-07-27修回〕

(编辑 苑云杰/王一涵)

R331.4

A

1005-9202(2017)19-4939-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.19.111

河北省自然科学基金项目(No.H2015405041)

牛春雨(1967-)，男，博士，教授，硕士生导师，主要从事危重病研究。 张春晖(1968-)，男，硕士，教授，硕士生导师，主要从事危重病的中西医结合急救研究。

岳云雪(1992-)，女，硕士，主要从事创伤休克研究。