选择素在肺缺血-再灌注损伤中的作用

缺血-再灌注损伤是导致移植肺失功能的重要原因。选择素家族作为细胞黏附分子中的一员可以启动白细胞与靶细胞间的滚动、黏附和浸润,促进多种疾病的病理进程。现就选择素家族成员的组成、特点及其在肺缺血-再灌注损伤中的作用做一综述。

一、前言

移植肺失功能是导致肺移植患者术后高病死率的重要原因,目前缺血-再灌注损伤造成的肺功能衰竭已经超过排斥反应,成为限制肺移植手术开展的重大难题。多种因素可以导致缺血-再灌注损伤的发生,包括氧自由基的大量产生,中性粒细胞(PMN)在肺内的聚集和激活,细胞因子的释放以及各种信号通路激活所导致的细胞凋亡和坏死等。其中,PMN在缺血-再灌注损伤中起到非常重要的作用:PMN大量聚集导致血管内血栓的形成,堵塞微循环,造成再灌注后无复流现象;pMN激活导致“呼吸爆发”,产生大量氧自由基;PMN活化产生大量细胞因子,使微血管通透性增强,同时减少肺表面活性物质,降低肺泡表面张力;产生大量蛋白酶分解细胞外纤维和细胞基质导致肺组织水肿。肺缺血-再灌注损伤中PMN的浸润过程分三个阶段:(1)减速流动并在内皮表面滚动。(2)与内皮细胞的黏附。(3)透过细胞基质移出肺组织。其中黏附因子通过促使循环中PMN与内皮细胞相互黏附,释放各种损伤因子,是PMN介导肺缺血-再灌注损伤的关键环节四。

细胞黏附分子是介导细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间相互作用的膜表面和膜外糖蛋白。根据其结构和功能可分为五类:选择素、整合素、免疫球蛋白超家族、钙黏素和透明质酸黏素。选择素作为细胞黏附因子中的重要成员,在介导再灌注后PMN浸润的起始滚动和黏附阶段起到不可替代的作用,是PMN致肺损伤的先决条件。缺血-再灌注时内皮细胞被氧自由基和炎性因子激活,随之表达选择素,它与PMN有一种低亲和力,使PMN在微血管内流速减慢,造成“滚动”现象。随着选择素表达不断增多及整合素的参与最终发生黏附,并在各种趋化因子的作用下向间隙游走、浸润,从而启动一系列的炎性损伤,造成肺缺血后无再流现象及组织低灌注现象。目前,大量研究已将选择素作为器官缺血-再灌注损伤潜在的治疗靶点。

二、选择素的结构

选择素家族为跨膜I型糖蛋白,根据表达部位不同分为P-选择素、孓选择素葙L选择素。选择素家族由细胞膜外区、跨膜区及胞内区组成。细胞膜外区结构相似,由结合配体的C型凝集素结构域、表皮生长因子结构域和补体调节蛋白结构域组成。细胞膜外区在不同种属间有一定的同源性,尤其是凝集素结构域。跨膜区和胞内区不具同源性,这可能与选择素利用凝集素结构域识别相同或相似的配体而发挥功能有关:选择素的天然配体为糖蛋白或蛋白多糖,根据修饰方式的不同分为三类:(1)唾液酸化和岩藻糖基化的配体,如三者的共同配体路易斯寡糖X(skwis X)和路易斯寡糖A(sLewis A)。(2)硫酸化修饰的配体,主要作为⒈选择素的配体(如⒍硫酸化sIewis X),另外,三者共同的配体R选择素糖蛋白配体△(PsG⒈1)在与R选择素结合时其糖链也需要硫酸化修饰。(3)硫酸化多糖(如硫酸酯)和被磷酸化的单糖及多糖,多为L和R选择素的共同配体。

三、选择素的分类

⒈P-选择素:P-选择素(简称CD奶分子质量140ku)又称活化血小板依赖颗粒外膜分子,根据部位不同可分为血浆可溶性R选择素和组织选择素。R选择素正常情况下贮存于内皮细胞Weibel屮dade小体和血小板α颗粒中,细胞表面无表达或低表达,在氧自由基、血小板活化因子等因素刺激作用下,Weibel屮alade小体和α颗粒与细胞膜融合,在活化的内皮细胞和血小板表面迅速并持续高表达P-选择素,因此,R选择素可以作为内皮细胞和血小板活化的标志。R选择素与相应配体结合后活化并改变靶细胞的功能,介导各种损伤.目前,关于P-选择素在肺缺血-再灌注损伤中的相关研究较多。等对肺移植患者术前、关胸缝皮和术后6h的R选择素水平进行检测,结果表明与术前相比,手术组患者R选择素水平在关胸缝皮、术后6h时增高,明显高于对照组(仅开胸术)患者,再灌注后循环中血小板-单核细胞复合物也持续高表达,可见细胞活化后大量表达的R选择素参与了肺移植再灌注过程,与炎性细胞共同介导了肺缺血-再灌注损伤的发生。

随后Kawut等囵对肺移植术后9zh发生原发性移植肺功能障碍(PGD)Ⅲ级和无移植后功能障碍的患者移植前、再灌注6h和⒛h的血液样本进行检测,发现再灌注⒛h时PGD患者的可溶性冫选择素水平比无障碍患者显著增高,进而推测术后可溶性R选择素的高表达与移植后PGD的发生高度相关。移植肺免疫组织化学结果显示组织P-选择素在PGD患者的小静脉丛中大量表达,与移植后3d的机械通气时间、肺水肿程度呈正相关,与氧合指数呈负相关⑺。研究者对先天性心脏病患儿施行心肺分流术,发现血清可溶性R选择素在肺动脉再灌注即刻显著增加,高于未灌注前水平,并伴有患者氧合指数的降低和肺泡动脉氧分压差的增加,可见,R选择素的增加抑制了再灌注后的肺功胄邕。在肺缺血细胞产生的大量氧自由基和炎性因子作用下,血小板和内皮细胞大量表达弘选择素并介导白细胞在血管壁上的滚动,在其他黏附分子的参与下白细胞稳固黏附到内皮细胞,释放趋化因子和细胞溶解酶,透过内皮细胞间隙到达基质,引发炎性反应。研究表明抑制⒉选择素可以有效地减轻移植肺损伤。Na等证实无论是对受体大鼠的PMN进行抑制,还是于再灌注前10min给予受体大鼠P-选择素抗体均能有效地减轻移植肺PMN的浸润,减少肺血管阻力,增加动脉血氧分压(Pao2),延长生存时间;同样地,与野生型小鼠相比,敲除R选择素基因的小鼠亦有效地减轻了肺缺血-再灌注损伤,保护肺功能。再灌注前,给予受体大鼠静脉注射R选择素配体sLewis X的类似物可以竞争性与P-选择素结合,抑制P-选择素介导的粒细胞与内皮细胞间的黏附,胸部X线检查显示给药组移植肺通气功能改善,组织病理学观察到肺泡结构正常,炎性细胞浸润较少,肺损伤减轻[刈。再灌注液中加人P-选择素单克隆抗体RMP-1也能明显降低缺血-再灌注损伤引起的肺毛细血管床的高渗透性巳η。抑肽酶作为丝氨酸蛋白酶抑制剂,具有抗炎作用,器官保存液中加人抑肽酶能够抑制移植肺再灌注2h组织R选择素mRNA表达的上调,减少PMN与内皮细胞的黏附、游出,有利于减轻肺缺血-再灌注损伤ll9l。

2.E-选择素:孓选择素(简称CD衄,分子质量115ku)又称内皮细胞白细胞黏附分子△,仅在活化的内皮细胞表面表达,正常内皮细胞无表达,细胞质中也无储各。当内皮细胞受到细菌脂多糖、炎性因子刺激后可通过细胞内一系列信息传递使⒈选择素基因激活,1~2h后在内皮细胞表面表达,3~6h达到高峰,妍h内从细胞膜脱落进入血液,成为可溶性E-选择素。肺缺血-再灌注损伤时,内皮细胞表面表达的E-选择素锚定白细胞并使其活化,使白细胞稳定地黏附于内皮细胞,进而迁移至血管外组织。肺组织富含血管,近妁%的肺实质由内皮细胞构成,在剌激因素作用下,肛选择素更倾向于在肺组织内表达。小鼠缺血性休克⒛min后,肺组织⒈选择素表达增多同时伴有白细胞浸润增加,而其他器官如心、脑血管内皮细胞L选择素在缺血性休克的早期增加较少,也无白细胞浸润n剑。肺栓塞后的溶栓治疗常导致肺缺血-再灌注损伤,原位杂交技术显示E-选择素mRNA在再灌注4h大量表达,而P-选择素mRNA在再灌注2h即表达增加ll.l。与⒉选择素相比,虽然孓选择素在再灌注期表达较晚,与介导白细胞在内皮细胞上的初始滚动关系不密切,但是E-选择素可以介导白细胞向缺血区集中引发无复流现象,使再灌注后肺组织血供减少,造成缺氧和断流,导致肺缺血-再灌注损伤。使用孓选择素抑制剂可以有效抑制白细胞与内皮细胞间的相互作用,减轻肺缺血-再灌注损伤。研究表明,在原位缺血=再灌注模型中,再灌注前10min给实验动物静脉注射⒈选择素抗体E⒈⒛6,可使再灌注6h后hO2、动脉血二氧化碳分压(Paco2)和肺毛细血管阻力均接近于假手术(仅开胸术)组B习。Demeltzis等llq证实在肺冷缺血和再灌注10min时分别静脉给予实验动物E⒈zzI6可以明显降低肺泡气-动脉血氧分压差及肺血管阻力,减少PMN的活化,减轻肺水肿,改善肺功能。

3.L选择素:⒈选择素(简称CD⒇分子质量90ku)又称淋巴细胞黏附分子,广泛表达于PMN、单核细胞tT淋巴细胞、B淋巴细胞和部分自然杀伤细胞。L选择素主要存在于静止的PMN,应激时活化的PMN通过L选择素能更早地与内皮细胞黏附。在白细胞浸润至组织之前,细胞表面⒈选择素活化脱落形成可溶性L-选择素,引起白细胞表面⒈选择素下调,解除白细胞与内皮细胞的黏附,有利于白细胞外渗。目前对于肺缺血-再灌注损伤中L-选择素的研究较少。在羊肾动脉夹闭导致的肺缺血-再灌注损伤中,再灌注前静脉注射L-选择素抗体可以减少肺的漏出,抑制PMN聚集,改善肺功能,更重要的是,该研究还证明使用L-选择素抗体后并不会抑制PMN的功能,减弱机体防御屏障叼。然而,Moore等Ⅱ寄在离体肺缺血再灌注模型中分别用整合素CD1:抗体、ICAM△抗体、R选择素抗体及⒈选择素抗体预处理离体肺后,发现前三者都能明显抑制再灌注损伤导致的肺微血管通透性增加,减少PMN、单核细胞和嗜酸性粒细胞浸润,但是应用⒈选择素抗体却不能改善毛细血管通透性及PMN的浸润,由此得出结论在肺缺血-再灌注损伤中,白细胞与内皮细胞的黏附是由整合素CD1:、℃AM△和R选择素所介导,L选择素并不参与该病理过程。在关于其他器官缺血-再灌注损伤的研究中,L-选择素更倾向于参与白细胞在内皮细胞上的滚动,而且会增强R选择素、⒈选择素介导的黏附作用肛叨。选择素家族介导血小板、内皮细胞和白细胞的相互作用,启动和促进炎性反应的发生和级联放大,在肺缺血-再灌注损伤中发挥重要作用。通过应用选择素相应抗体或配体类似物及基因敲除技术来减轻选择素的作用,已经或为治疗沛缺血-再灌注损伤的新策略,但仍有一些问题尚待解决,如影响选择素表达的因素、选择素抗体应用剂量和时间等。随着人们对选择素结构功能和表达作用的更深人研究,其在肺缺血潲注损伤中的重要作用将进一步被揭示,对预防和治疗肺缺血性疾病将产生更为深远的影响。

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