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肝移植围术期器官损伤机制及器官保护策略研究进展
作者:黑子清[1] 
单位:中山大学附属第三医院[1]  
文章号:W140119  
2019/11/21 14:01:05    
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  目前肝脏疾病已经成为我国卫生事业急需解决的问题之一,肝移植是终末期肝病唯一有效治疗途径。2014年中国肝移植注册系统(china livertransplant registry,CLTR)的数据显示中国大陆肝移植规模已居全球第2 位,中山大学附属第三医院肝脏移植中心是全国第3 大肝移植中心,肝移植技术目前已经成熟。围术期器官保护、患者的快速康复促进肝移植患者的恢复及减轻患者的负担,是肝移植发展的重要基石,而相应的基础及临床研究为器官保护策略的制定提供重要依据。

  目前肝脏疾病已经成为我国卫生事业急需解决的问题之一,肝移植是终末期肝病唯一有效治疗途径。2014年中国肝移植注册系统(china livertransplant registry,CLTR)的数据显示中国大陆肝移植规模已居全球第2 位,中山大学附属第三医院肝脏移植中心是全国第3 大肝移植中心,肝移植技术目前已经成熟。围术期器官保护、患者的快速康复促进肝移植患者的恢复及减轻患者的负担,是肝移植发展的重要基石,而相应的基础及临床研究为器官保护策略的制定提供重要依据。针对麻醉管理策略是否能实现移植手术的器官保护目前尚存在争论。


  虽然近年有临床研究提示一些保护性的策略可确保器官保护和改善患者的预后,如减少血液制品的需求,适当的血糖控制或在可能的情况下使用区域麻醉。然而,因为研究设计和终点指标在不同的研究中有差异较大,使得这些保护性的措施仍需要进一步的验证。同时,肝移植围术期多器官损伤的机制复杂,涉及缺血再灌注损伤、肠道菌群移位及内毒素血症、胆红素血症及全身炎症反应失控等,明确移植肝损伤及远隔器官损伤的机制能为临床策略的制定提供理论基础。本科室从20 年前便开始围绕肝移植围术期器官保护进行临床试验及基础研究,取得阶段性的成果,本综述将对我科系列研究进行综述,与同行共同探讨肝移植围术期器官损伤机制及器官保护策略。


1. 肝移植围术期器官损伤发生发展相关机制


1.1 移植肝损伤


  本研究团队前期临床研究显示,肝移植手术后,移植肝损伤呈现动态性变化,术后6 h达到高峰,其后逐渐恢复,28 d 后肝功能基本恢复正常,且移植肝损伤的动态性变化与缝隙连接蛋白32(Cx32)蛋白表达一致。更进一步地,本研究通过基础研究发现,缝隙连接蛋白Cx32 组成的缝隙连接通道(gap junction,GJ)通过传递活性氧(reactive oxygen species,ROS)介导的线粒体凋亡加重了肝缺血再灌注损伤,敲除Cx32蛋白或使用丙泊酚抑制Cx32 通道功能皆可减轻肝缺血再灌注损伤。


  除了探讨Cx32 与移植肝损伤之间的关系,本团队还对移植肝损伤的氧化应激及炎症反应机制进行了研究,发现NADPH 氧化酶Nox2 可激活炎症反应和氧化应激并参与肝移植肝损伤。同时,也发现染色质重构复合物核心催化亚基(Brg1)介导的Nrf2/HO-1 抗氧化应激系统能够减轻缺血再灌注损伤,其在移植肝损伤过程中发挥重要作用;而且,高糖状态可能通过诱导慢性氧化应激和炎症加重肝缺血再灌注损伤。


  前期研究还表明,终末期肝病患者在接受骨髓间充质干细胞(BMSC)移植后可减轻移植肝损伤,且右美托咪定、咪达唑仑能通过与其受体结合调节干细胞的旁分泌作用、迁移能力和NF-κB p65 的核转位作用,从而增强干细胞对移植肝的保护。


1.2 远隔器官损伤


  为了探讨肝移植围术期发生远隔器官损伤的具体机制,本研究团队通过构建肝移植动物模型来观察肝移植引起的肾脏、肺脏、小肠损伤的动态变化。研究结果提示再灌注早期的氧化失控和炎症反应是导致急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)的重要始动因素:①肾损伤的严重程度与谷胱甘肽(GSH)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)含量呈负相关;Trx2的表达升高促进了GSH、GSHPX的合成,从而减轻了由肝移植引起的肾损伤。②Cx32-GJ 通过传递ROS 诱导内质网应激、线粒体损伤、细胞凋亡,同时产生更多ROS,这一“旁细胞效应”使损伤范围不断扩大,在移植后AKI的发生发展中发挥重要作用。氧化应激反应及炎症失控也参与了肝移植术后急性肺损伤的发生发展。


  在门腔静脉阻断和开放后60 min,大量毒性物质释放导致肺病理学损伤的出现,血浆和肺组织的血栓素和前列环素、内皮素和一氧化氮的比例失调是重要的原因。同时,研究发现磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶介导的氧化应激和炎症反应、外周血多形核白细胞(PMN)和单核细胞中TLR2/4 信号通路的激活以及肥大细胞脱颗粒都介导了急性肺损伤。除此之外,研究发现肝移植术后肺脏中抗氧化酶系统受抑制,增强染色质重塑因子(Brahma-related gene1,Brg1)介导的核因子红细胞2 相关因子2(nuclear factor erythroid 2-relatedfactor 2,Nrf2)Nrf2/HO-1 抗氧化应激系统能够减轻移植术后急性肺损伤。


  同时,肝移植术后有大量炎症细胞浸润及炎症因子释放,研究发现Serpinb1 蛋白可通过激活HO-1 及STAT3 和ERK1/2通路,减轻自体原位肝移植大鼠的炎症反应及氧化应激。肝移植过程可引起不同程度的小肠缺血再灌注损伤。研究结果表明,TLR4/NF-κB 活化诱导的细胞凋亡介导了肝移植后肠损伤,Nrf2/HO-1通路激活降低了肝移植诱导的肠粘膜损伤和紧密连接功能障碍。


2. 静脉麻醉药物的器官保护机制


2.1 丙泊酚的器官保护机制


  丙泊酚是常用的静脉麻醉药物之一,化学名为2,6-二异丙基苯酚,其苯酚基团具有抗氧化特性。丙泊酚预处理可通过降低组织或细胞内活性氧水平,减轻肝脏缺血再灌注后的肝脏氧化应激,对肝脏具有保护作用。这种保护作用可能是由于丙泊酚增强了Nrf2、HO-1和醌氧化还原酶1(quinone oxidoreductase 1,NQO1)的表达而减轻肝脏缺血再灌注损伤,这在临床和实验策略中都得到了证实。此外,HO-1诱导Nrf2的表达依赖于染色质重塑因子Brg1,而Brg1 不参与Nrf2 靶基因NQO1 的诱导。


  肝移植术中剧烈的病理生理变化是急性肾损伤发生的基础,而急性肾损伤的发生可导致肾功能不全及内环境的紊乱,本研究团队认为在急性肾损伤发生发展过程中,肾小管上皮细胞的缝隙连接在损伤的扩散及加剧中起到重要作用。丙泊酚能够降低肝移植术后肾脏组织的氧化应激反应,该保护作用可能是通过抑制Cx32 所组成的缝隙连接的功能而实现的,这在体外细胞实验中得到证实。


  另外本研究也检测了肾脏组中的Nrf2的表达,丙泊酚预处理同样能上调Nrf2的表达,这也可能是丙泊酚在肝移植手术中肾脏保护作用的潜在机制。提示丙泊酚肾保护作用与其阻断损伤信号传递及激活抗氧化通路相关。


2.2 右美托咪定的器官保护机制


  右美托咪定是一种α2肾上腺受体激动剂,右美托咪定预处理能通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB途径的激活减轻大鼠肝移植术后的肝脏损伤和急性肾损伤,同时能够通过增强Nrf2的抗氧化作用,减轻大鼠肝移植术后的急性肾损伤,该保护作用与α2A肾上腺受体亚型相关。


3. 肝移植围术期器官保护临床策略


3.1 肝移植围术期肺循环变化及肺动脉高压的处理


  终末期肝病的患者常合并肺动脉高压,严重者会导致右心功能不全和氧弥散障碍、呼吸功能不全,大大影响预后。本研究通过大样本的研究,发现肝硬化患者合并肺动脉高压的发生率为5.33 %;新肝早期肺动脉压力和肺血管阻力进行性增加,表现为持续的肺动脉高压状态,甚至会发展成中重度肺高压;而术前没有合并肺动脉高压的患者,其肺动脉压力也会出现一过性的增高。此外,本研究还率先报道了患者血浆中的内皮素水平及中心静脉压与肺动脉高压密切相关。


  本研究通过回顾分析还发现,合并门脉高压症的患者在无肝期体循环与肺循环都相对稳定;但在新肝开放后出现平均肺动脉压和肺循环阻力指数明显升高,高于术前自身的水平以及不合并门脉高压症的患者,且持续时间长,有发生急性肺动脉高压的倾向;本研究推测其中的机制可能跟肺血管重构有关。


3.2 肝移植围术期肺损伤的处理


  肝移植术后急性肺损伤是导致术后死亡及延长住院时间的重要因素。针对这一问题,本研究从以下方面进行了研究。流行病学调查发现有高达35.2%的患者在术后1 w 内出现了急性肺损伤(acute lung injury,ALI),更有6.6%的患者发展为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)。通过回顾性研究,认为第2版的墨尔本评分系统(MGS-2)更加适用于早期诊断患者是否出现了肝移植术后肺部并发症,对于及早的实施治疗有重要意义。


  此外,本研究观察未使用体外静脉—静脉转流术的肝移植手术患者的肺氧合功能和肺内分流率,发现这些患者在术前和术中均存在明显的肺氧合功能障碍,因而提出在肝移植的围术期很有必要加强氧合功能监测以及尽量采取措施纠正下降的功能残气量和通气/血流比例失衡,以避免由此带来的心排量急剧变化。不仅如此,通过观察接受原位肝移植手术的患者在围术期混合静脉血氧饱和度(SvO2)的变化,发现持续SvO2 监测能给SaO2、CO和Hb 的调整提供可靠依据,可有效地反映体循环变化以及机体VO2的情况,还能较敏感地获悉氧供需平衡状况,持续SvO2监测能够即时准确地提供实际数据,对肝移植围术期改善氧代谢的管理具有重要意义。


3.3 肝移植围术期心肌损害


  本研究在流行病学研究中发现,肝移植术后早期死亡的病人中,心血管事件高达20%以上。在本研究1 000 多例肝移植临床实践中,有16 例发生心跳骤停,13例发生在开放后再灌注早期,3例发生在无肝期30 min左右,开放期的心跳骤停能很快复苏,而3例发生于无肝期均术中死亡,本研究认为无肝期低容量不利于心脏复苏;通过对围术期心肌酶和血清肌钙蛋白研究,发现在肝移植围术期,心肌酶呈进行性增加,新肝期和术毕时达到高峰,肌钙蛋白在术后24 h达到高峰,提示心肌在肝移植围术期损害明显。同时本研究注意到肝硬化性心肌病病人的心肌功能在肝移植围术期的变化较大,是围术期不应忽视的问题,应予严密监测和及时的处理。


3.4 肝移植围术期肠损伤


  肠缺血/再灌注是肝移植围术期中几乎必然发生的一种病理生理过程,这其中产生的氧自由基造成的细胞膜损伤会引起肠粘膜的破坏、肠道屏障功能的减弱以及肠道细菌移位甚至感染性休克等等,还可能引起远隔器官如心、肺、肾、脑等的损害,所以应该引起足够的重视。


4. 目前国内外其它先进的保护手段


  如何更好的进行供肝的保存是移植手术器官保护的另一个重点,在摘取供肝前将连接肝脏的血管接入“多器官功能修复系统”,模拟人体的供血机制,使供肝从供体到受体过程中始终处于最接近生理状态的血液循环中。甚至利用体外膜肺装置接入供肝,在保证血流的同时保证肝细胞的氧供。然而,由于这些技术操作复杂和费用昂贵,目前未得到推广使用。


5. 展望


  如何及时及有效的施行肝移植围术期器官保护的任务任重道远,随着人工智能及大数据时代的到来,越来越多的规范的临床研究将进一步为指导围术期器官保护提供新的数据和新的方法,同时,通过基础研究的探索,也有望进一步明确损伤的机制,为保护性药物的开发提供实验室证据。


  来源:黑子清.肝移植围术期器官损伤机制及器官保护策略研究进展[J].中山大学学报(医学版),2019,40(04):487-492.

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