炎症应激反应与肝切除、肝损伤

炎症应激反应与肝切除、肝损伤 炎症应激反应与肝切除、肝损伤 2005年3月 第25卷第3期 基础医学与临床 Basic&ClinicalMedicine March2005 Vo1.25No.3 文章编号:1001.6325(2005)03-0199—05 炎症应激反应与肝切除,肝损伤 医学-Ye":t--~- 毛一雷,于卓,桑新亭 北京100730;2.(中国医学科学院中国协和医科大学1.北京协和医院肝外科中心,肿瘤医院外科,北京100022) 摘要:炎症反应是生物体在进化过程中选择的一套复杂的防御体系,能激发适当的应答.然而手术和创伤可能诱 发过度炎症级联反应,导致严重损伤甚至死亡.肝脏手术后的过度炎症反应可能更为显着和关键.该文提醒广大 临床医生要高度重视研究过度炎症反应的损害与广泛肝切除的关系以及过度炎症反应对肝切除后剩余肝的损害. 初期的抗炎症介质治疗研究主要集中在各种促炎因子的抗体,受体拮抗剂和竞争性受体拮抗剂上.本文介绍了美 国FDA批准的第一个有关治疗严重败血症的药物(DrotrecoginAlfa),也介绍了作者在阻断肝切除后过度炎症反应, 保护剩余肝细胞方面的实验研究. 关键词:肝脏手术,炎症反应,抗介质治疗 中图分类号:R657.3文献标识码:A 炎症应急反应是一个极为复杂的生理和病理生 理过程,人类经过长期的进化已使这种炎症反应变 得如此精细,敏感和繁杂,它有众多的调节机制参与 其中,并形成一种互相作用的网络.虽然现代分子 生物学,细胞生物学技术的出现已对炎症介质内在 联系的认识有了突飞猛进的进展,迄今,我们所了解 的我们认为的全部知识可能仅仅是其中的一小部 分.一般认为,机体的创伤所引起的最初的炎症反 应是一种重要的防御性机制,可认为是生理反应的 一 部分;但严重的创伤常能引起炎症介质的过度释 放,后者能造成局部和全身的损害.问题是有些创 伤,如重大外科手术是无法避免的. 对于肝脏占位性病变,肝脏的部分切除仍是主 要可能治愈的方法之一,但手术本身能对剩余的肝 脏以至全身带来严重的创伤,有些术前肝功能欠佳 的患者可能因为不合适的肝切除,引发术后爆发性 肝衰竭,造成患者死亡.近年来,对扩大肝切除术后 肝功能损伤的机理和相应对策的研究有了一定进 展,已成为一个热门话题.但对其中炎症介质过度 反应在肝切除术后的作用尚知之甚少,而在此方面 的进展尤其引人注目.本文结合作者的一系列研究 结果对这一问题进行初步的探讨. 收稿日期:2004—12—06修回日期:2005—01—25 l炎症介质在手术,创伤中的作用 外科手术和创伤打击直接导致体内三种体系稳 态平衡的变化:内分泌系统的下丘脑一垂体.肾上腺 轴,交感神经系统的应激和急性期应答反应'.如 果大量组织损伤所致的严重打击超过了局部调节能 力,则过度的急性期应答反应(AcutePhaseResponse, APR)及其产生的过量细胞因子将破坏自身本已不 堪重负的防御系统,即临床上发生各种手术/创伤后 并发症. 细胞因子通过与特定的受体结合,激活细胞内 信号通路并启动相应的基因转录,调节各种细胞的 分化,生长,分裂和死亡.一种细胞因子可以调节其 他细胞因子的产量和活性,从而完成反应信号的扩 增,在炎症反应中现为炎症的扩大(促炎性细胞因 子)直至多器官衰竭,或者炎症的消退(抗炎性细胞 因子)直到稳态平衡的重新建立. 在炎症反应中,细胞因子的多向性(同一细胞因 子对不同靶细胞有不同作用)和重叠性(不同细胞因 子对同一靶细胞有相同作用)使得除了一些主要细 胞因子的作用得到了公认之外,相当一部分细胞因 子的作用仍存在争议. 200基础医学与临床Basic&ClinicalMedicine TNF—a是急性损伤和感染后,最早出现和最强 效的宿主反应介质.TNF—a主要来源于巨嗜细胞 和单核细胞,作为一种化疗药能引起大鼠肿瘤内出 血坏死;同时有肝脏毒性,参与缺血/再灌注,酒精性 肝炎和病毒性肝炎造成的肝脏损伤.IL一1是经 典的炎症反应致热源,由活化的巨嗜细胞和内皮细 胞表达,可分为IL一1a和IL一18两种.IL一4由活化的 Th2细胞分泌,在体液免疫和抗原呈递方面尤其重 要,并可辅助B淋巴细胞完成类转换.IL一6是肝脏 急性期应答反应的重要介质,它一般由组织在TNF— a或IL一1刺激下分泌,促进可溶性TNF受体和IL一1 受体拮抗剂释放.IL一1O能降低实验性内毒素血症 和感染性腹膜炎动物体内的TNF—a水平,减轻其有 害作用,降低死亡率.IL一】8是巨嗜细胞分泌的促炎 性细胞因子,作为TNF—a和Fas.L的下游产物,参与 炎症反应对肝细胞的损害. 炎症反应是生物体在漫长的进化过程中选择的 一 套复杂而精巧的生理防御体系,其中互相协同作 用又相互制衡的细胞因子能准确激发机体适当的应 答反应,使机体尽快回复稳态平衡.然而相当强度 的刺激可能诱发过度炎症反应,如未及时控制势必 引发细胞因子的级联反应,把正常组织与致病原一 并清除,引起更大规模的损伤.临床医生如不尽早 给予阻断过度炎症反应的治疗而任其发展,那么到 了后期将可能出现各种并发症,甚至导致患者死亡. 2肝脏切除手术后的创伤和炎症反应 肝切除手术引起细胞破坏分为凋亡和坏死. 凋亡是指组织器官在发育,更新过程中,特定细胞在 由半胱氨酸一天冬氨酸蛋白酶(Caspase)级联反应 激活的信号指导下,进行复杂而有序的自身清除. 而坏死是细胞在过度刺激下,被动发生的急性代谢 失调,离子紊乱,ATP不足等导致细胞肿胀,溶酶体 激活,细胞膜破裂,胞内物质外流,细胞裂解. 临床上,肝脏切除手术常常引起肝脏的代谢功 能,生物转化作用和分泌与排泄功能紊乱或丧失. 这种损害通常表现为术后患者血浆特定蛋白水平的 升高或下降,肝酶和胆红素上升,凝血时间延长等. 这些变化已在临床上被证实H,它们可能是肝脏 APR的直接结果. APR由全身炎症或局部损伤引发,是机体抵抗 致病因素,促进组织修复,维护自身内环境平衡与稳 定的防御反应,一般表现为发热,中性粒细胞增多, 脂质代谢紊乱,负氮平衡,急性期反应蛋白(.dcute phaseprotein,APP)的变化等等.APP几乎全部由 肝脏合成,以糖基化形式分泌,其中I型APP由IL一1 样细胞因子(IL.1a,IL一1』3,TNF—a,TNF一{3)介导产生. 而?型APP由IL一6样细胞因子(IL一6,LIF,IL一11, OSM,CNTF和CT一1)介导产生.APP能造成周围组 织和全身器官不同程度的损伤,一般情况下这种破 坏在机体自身调节的范围之内,是可逆的.但如果 患者体内的APR无法控制,过度的APP将引发炎症 介质的级联反应,最终发生严重的并发症,甚至患者 死亡. 活化的巨嗜细胞在炎症反应中起重要作用.定 植于肝脏的巨嗜细胞即枯否细胞(Kupffercells),在 肝脏损伤能引 人体巨嗜细胞库中占据最大的份额. 起大量细胞因子的释放,引发局部和全身的炎症反 应.部分肝切除后产生的急性期反应蛋白,无论 从血浆水平还是mRNA水平上都与全身性急性应答 反应中所观察到的情况一致,至于肝脏手术是否较 其他部位的手术使机体遭受更大的损害,在观察了 半肝切除病人体内的炎症因子后,一般认为肝切除 术与食道,胃,胰腺,直肠等部位手术给病人造成的 打击程度,没有显着差异,而目前在针对肝切除术 后对抗过度炎症方面的努力却研究甚少. 肝切除/损伤后,一方面高表达的TNF—a和Fas—L 激活Caspase级联反应,最终由Caspase一6,7,3共同 执行细胞凋亡的命令;另一方面,肝切除5分钟后活 性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)即被TNF—a激 活;ROS活化IxB激酶p(IKK—p),后者磷酸化并降 解NF—xB的抑制物IxB,解除了接触抑制的NF—xB 从胞浆转移到细胞核内,结合到特定的启动子上,并 开始相关基因(BCL一2家族)的转录'.尽管 TNF—R1有类似FasC一末端胞内区的"死亡域"(death domain)传递"死亡信号"激活Caspase级联反应的作 用,但它同时还能活化转录因子NF—xB.关于NF—xB 在Fas—L介导的细胞凋亡扮演何种角色,仍存争议. 肝切除术后JNK激酶被活化;JNK的表达部分依赖 于TNF—a.NK不仅自身参与EGF的再生作用,而且 磷酸化肝脏再生中的重要因子C—FOS. 肝切除术造成肝组织量锐减,即刻反应产生大 基础医学与临床Basic&ClinicalMedicine201 量TNF—a和起主要拮抗作用的IL一6,另有与肝脏再 生相关的HGF,TGF—a,EGF等生长因子.IL一6与 细胞膜IL一6受体(1个gp80和2个gpl30)结合后,胞 内gpl30的不同磷酸化位点可以分别激活Statl, Stat3或Ras/MARK通路.磷酸化的Star3二聚体在 辅助转录因子C/EB即和AP1的协同作用下启动 C-FOS,C-MYC的表达和IL一6等基因的表达.这一 信号传导通路的自然负调节因子是SOCS3,以保证 增生的适度中止. 同其他类型的创伤一样,肝脏手术后炎症介质 的过度反应能引起肝脏以至全身的明显损伤.它可 能要比其它创伤引起的损伤更为显着,也更为关键, 因为对于肝脏手术后的患者,进一步的肝功能的损 害极可能导致严重的并发症,引起爆发性肝衰竭,甚 至导致患者死亡. 促炎与抗炎物质问的平衡,很大程度上决定了 肝切除患者的预后.以往认为血浆中TNF—a与IL一10 浓度的比率可以反映这种平衡,而Jerin等人发现 采用血浆中IL.6与IL一10浓度的比率更加合适. 3抗炎症介质治疗的现状 从理论上推测,抗细胞因子治疗通过阻断炎症 介质作用的各个环节,清除过多的促炎症介质,阻断 或干扰机体过度的炎症,凝血反应可能使人体内的 促炎机制和抗炎过程,促凝和纤溶过程趋于平衡,从 而减弱机体的损害,有效地改善病人的预后. 过去十年中,医学工作者做了大量的基础和临 床研究.最初的抗介质治疗研究主要集中在各种促 炎因子的抗体,受体,拮抗剂,竞争性受体拮抗剂上, 如TNF的单克隆抗体,可溶性的TNF受体,IL一1受 体拮抗剂(IL一1Ra),IL一6单克隆抗体等',虽然相 关的动物试验及临床前期研究提示了潜在的临床应 用价值,但在随后的临床试验中并没有得到预期中 的成功,不能有效地降低患者死亡率.尽管有少数 观点认为在严格选择病例的前提下,这些针对单一 介质的治疗或多或少是有益的,但多数观点认为在 这方面的临床试验结果是令人失望的. 最新的一些研究获得了一些令人鼓舞的结果. 活化的C蛋白(activatedproteinC)是目前为止所发 现的第一个也是唯一一个在临床抗介质治疗中被证 实有效的物质.C蛋白最早由Seegers发现并加 以分离,是一种维生素K依赖性糖蛋白.这种蛋白 一 旦被凝血酶一抗凝血酶激活,就能通过抑制凝血因 子Va和VIIIa起到抗血栓形成的作用;活化的C蛋 白还能抑制单核细胞活性,减少IL一6,IL一1,TNF—a等 促炎因子的产生;它还能阻止白细胞黏附到血管内 皮细胞上,从而使得白细胞从血管内外渗.在临床 上,如严重败血症患者的c蛋白浓度急速下降,则 死亡危险增加. 目前开始应用于临床的Drotrecoginalfa(活化) 是美国FDA批准的第一个治疗严重败血症药物(商 品名为Xigris,EliLillyandCompany,Indianapolis,IN), 属于一类新的抗凝血酶凝血抑制剂,是重组的人活 化C蛋白'.2期临床研究显示,对于严重败血 症患者,它能降低血浆中凝血标记物(D—dimers)和炎 症标记物(IL一6)的水平,其作用呈剂量依赖型.最 近的临床3期PROWESS试验(ProteinCWorldwide EvaluationinSevereSepsistria1)是一项随机双盲,安 慰剂对照的多中心研究,有11个国家的164个中心 参与,证实Drotrecoginalfa对于降低严重败血症患者 的死亡率有效.但是,Drotrecoginalfa作为一种天然 的抗凝药物,出血是其难以回避的不良反应,PROW— ESS试验的结果显示,Drotrecoginalfa治疗组比安慰 剂对照组的出血危险增加(P=0.06),因此有人建议 治疗过程中应维持血小板计数在30000/dl以上.它 的其它不良反应还包括心律失常,心肌梗塞等,但和 安慰剂对照组相比没有明显差异,因此目前认为其 不良反应仍主要表现为出血. 遗憾的是,外科医生和基础研究工作者似乎均 没有把更多的注意力集中在过度炎症反应的损害和 广泛肝切除的关系上,上述的各种抗炎症介质的措 施和药物均不是为肝外科手术而设置,也似乎没有 在肝切除手术中得以尝试或验证.过度的炎症反应 对肝切除术后剩余肝的损害究竟有多大,其重要性 又是如何,我们知之甚少.最近,笔者进行了一系列 有关的动物研究,选择了细胞因子信号转导中JAK2 激酶磷酸化的抑制剂AG490和P21一Ras信号阻断剂 Atorvastatin,用于大鼠90%肝切除模型中取得了良 好的结果,详见后述. 4肝切除术后抗细胞因子的应用对策 扩大肝切除后易引发暴发性肝衰竭(Fulminant 202基础医学与临床Basic&ClinicalMedicine HepaticFailure,FHF).发生FHF的患者死亡率高达 70%,90%.近年来各种术后护肝方法,包括药物 治疗和肝脏辅助设备等莫衷一是,效果均不能肯定. 但是大部分上述的方法忽视了本文在前面提到的肝 切除术后过度炎症反应的因素,很少有作者研究阻 在查询的诸 断炎症介质对扩大肝切除术后的影响. 多文献中,仅Yamashita"和Wustefeld有相关的报 道.Yamashita发现,应用最直接的炎症/免疫抑制剂 糖皮质激素,能促进IL.10升高,IL.6,CRP和胆红素 水平降低.Wustefeld则观察到肝细胞生长周期的抑 制蛋白p21被IL.6的下游信号蛋白Stat3上调,IL.6 的过度刺激抑制肝脏再生,是不利因素. 笔者基于上述有关保护剩余肝细胞,阻断过度 炎症反应的理论,设计了相应的研究.具体方法是: 大鼠90%肝切除后随机分为对照组,Atorvastatin组 和AG490组3组,观察术后不同药物组的一般情况, 生存时间和生存率,肝功能和相应的细胞生物学实 验指标.结果发现,大鼠90%肝切除术后给予p21. RAS阻断剂阿托伐他汀(Atorvastatin),显着延长大鼠 存活时间"另一组大鼠术后给予特异性炎症介 质阻断剂AG490,不但显着提高术后动物的存活时 间,而且有存活率的显着上升,从致死模型中存活率 的0%升高到治疗后的25%.病理学检查发现术后 剩余肝脏损害严重,肝脏再生即刻启动,但是其有效 参考文献: [1]LanAK,LukHN,GotoS,eta1.StressResponsetohepatec— tomyinpatientswithahealthyoradiseasedliver[J].worldJ Surg,2003,27:761—764. [2]LinE,CalvanoSE,LowrySF.Inflammatoycytokinesandcell responseinsurgery[J].Surgery,2000,127:ll7—126. [3]LuddeT,LiedtkeC,MannsMP,eta1.Losingbalance:cyto— kinesignalingandcelldeathinthecontextofhepatocyteinjury andhepaticfailure[J].EurCytokineNetw,2002,13:377— 383. [4]MarcosA,FisherRA,HamJM,eta1.Liverregenerationand functionindonorandrecipientafterrightlobeadulttoadultliv- ingdonorlivertransplantation[J].Transplantation,2000,69: l375一l379. 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Keywords:liversurgery;inflammatoryresponse;anti—inflammatorymediumtherapy 罕见的植物化合物可治疗乳腺癌 据美国BIOCOMPARE科技新闻网(2005/2/4)报道,弗吉尼亚健康系统大学研究人员在经过五年的复杂测试后.发现从一种 罕见的生长于南美洲亚马逊雨林中的植物Forsteroniarefracta提取的化合物,可以终止实验室培养的人类乳腺癌细胞生长.这 种化舍物名为SEO101.这种化合物就象一把钥匙可关闭分子锁.SEO101可以抑制与癌症有关的RSK蛋白质活性. 通过防止RSK作用,SEO101完全地终止了癌细胞的生长,却并不影响正常乳房细胞生长,研究人员希望SEO101可以成为 成功的乳癌治疗药物. 这项研究发表于2005年2月1日的《癌症研究》(CancerResearch)中,目前可以在以下网址阅览:www.canceires.aacrjou一 1TIals.org.