NAC对器官缺血再灌注损伤保护作用的研究进展

1、NAC对器官缺血/再灌注损伤保护作用的研究进展         10-11-01 09:21:00     编辑：studa20                      作者：周晓燕 张建福，张咏梅【关键词】  N-乙酰-L-半胱氨酸;缺血/再灌注损伤;保护

2、作用器官缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)时，由于机体氧化系统和抗氧化系统失衡，氧自由基(reactive oxygen species, ROS)产生增多，在体内蓄积过多，使器官组织的细胞膜脂质过氧化，细胞线粒体受损，引起组织细胞凋亡和坏死，造成器官组织损伤1。器官I/R导致的损伤实际上是一种氧化应激反应，在缺血或缺氧、氧自由基、肿瘤坏死因子-(tumor necrosis factor-, TNF-)等胞外刺激的作用下激活多种凋亡信号通路的启动，因此关于应用抗氧化剂保护器官I/R的研究成为国内外研究的热点。N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetylcystei

3、ne, NAC)是一种抗氧化剂，可以提高器官I/R时组织细胞中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活性，减少丙二醛(malonaldehyde, MDA)的含量，从而抑制再灌注早期ROS的生成，并促进ROS的清除。保护细胞膜和减轻线粒体损伤，抑制细胞内凋亡相关因子的激活，促进细胞增殖，减少细胞凋亡，发挥对I/R损伤的保护作用2。此外，研究发现，NAC还可以抑制炎症反应和多种凋亡信号通路的激活，减少器官I/R时组织细胞的凋亡坏死，发挥对多种器官I/R损伤的保护作用3。1 机体的氧化防护系统及NAC的生物学活性Haramaki等4认为，无论是脂溶性抗氧化剂,如生育

4、酚，还是水溶性的抗氧化剂，如谷胱甘肽(glutathione, GSH)、维生素C、二氢基硫辛酸等，都能够提高机体对氧化应激的防护功能。GSH作为机体的一个必需物质，以高浓度形式(35 mmol/g)广泛存在于哺乳动物的细胞中，维持细胞的氧化、还原的平衡稳定，并能够及时清除机体内的ROS。当组织器官发生I/R损伤时，使细胞内的GSH大量消耗，造成细胞凋亡坏死，从而引起严重的机体损伤5，外源性补充的抗氧化剂NAC可以很容易被机体吸收利用，并且尚未发现任何毒副作用。NAC一方面可以使机体内GSH合成酶含量增加，增加细胞内GSH的含量和活性，同时，还可以直接进入细胞内水解为半胱氨酸，刺激细胞内GSH

5、的合成从而保护机体。因此，NAC可以看作是I/R损伤时ROS的清道工6。同时NAC还具有显著的抗炎功能，这一特点对于免疫细胞非常有用，可以抑制炎性细胞因子的产生释放，减轻机体的炎性损伤7。2 NAC对心肌I/R损伤的保护作用心肌I/R损伤一直是临床上困扰心脏治疗的一个问题，血栓溶解、血管成型术、冠状动脉旁路移植术等都可以引起心肌的I/R损伤。心肌I/R时导致心肌抑顿、心律不齐，甚至心肌坏死，促发再灌注时ROS生成骤增，使脂质过氧化，蛋白变性，DNA变形，最终引起心肌细胞的坏死。同时，ROS可以引发心肌的炎症反应，诱导产生氧化应激性心肌损伤。心肌I/R时再灌注早期迸发的大量ROS可以使IB发生磷

6、酸化使之与核因子-B(NF-B)发生解离，导致后者发生核转录，NF-B核转录后可以迅速促进一些致炎因子、黏附分子、TNF-等的表达，造成心肌细胞的损伤;NF-B还可以启动其相关凋亡信号通路的表达，促进心肌细胞凋亡坏死8-9。在I/R导致心肌损伤的多种抗氧化防护系统中，谷胱甘肽/谷胱甘肽还原酶系统尤为重要，它能及时清除再灌注早期的ROS、过氧化氢等有害物质，抑制脂质过氧化。心肌I/R时，外源性给予抗氧化剂NAC能够及时补充细胞内消耗的GSH，同时也能及时清除氧自由基。Kin等10研究发现，NAC提高心肌I/R损伤时心肌细胞中GSH的水平从而抑制NF-B的激活，抑制其上下游的凋亡信号因子的表达，发

7、挥对心肌的保护作用。Masahiro等11发现，再灌注早期维持NAC血药浓度可以减轻心肌I/R损伤梗死区面积。Orhan等12研究发现，NAC可以抑制心肌再灌注时TNF-的表达，提高心肌细胞中GSH的含量，减轻由于外科手术(如冠状动脉旁路移植术、血管成型术等)造成的心肌损伤。目前临床上运用NAC减轻心肌I/R损伤大都靠经验或以动物实验为基础，但是临床上NAC减轻心肌梗死区面积的给药方法各报道不同13。Masahiro等11研究发现，于心肌缺血前30 min给予NAC 150 mg·kg-1·h-1持续静脉输注2 h，即持续至再灌注后1 h，可以使心肌I/R损伤时梗死区的面积

8、降低至8%，比分别于再灌注前30 min和复灌前5 min一次性静脉给予NAC 150 mg/kg降低心肌梗死区面积至56%的效果明显要好，这与NAC在半衰期(15 min)后，其血药浓度快速下降，心肌细胞贮备NAC很少有关;但2种给药方法对于心肌缺血区面积影响的差别无统计学意义。3 NAC对肝脏I/R损伤的保护作用临床上门静脉高压闭塞、肝脏移植、创伤性休克和一些外科手术中都可以发生肝脏的I/R14。Suzuki 等15认为，肝脏I/R不仅可以引起局部和全身的反应，而且由于ROS的大量生成，导致远端器官发生严重损伤。Fusai 等16发现肝脏细胞内的GSH是清除ROS的一个有力武器，在I/R损

9、伤防护中发挥重要的作用，因此维持肝细胞内高浓度的GSH水平显得尤为重要。NAC作为GSH的外源性前体物质，可以补充肝脏组织细胞中的GSH，提高GSH水平，减少肝脏I/R时ROS的生成，减轻肝脏和其远端器官的损伤。Jin等17使用阻断肝脏正中叶和左叶的血供、保留右叶和尾叶的血供制成的小鼠肝脏部分I/R模型，以防止造成肠系膜缺血产生内毒素而对实验结果产生影响，研究发现，在实验动物模型肝脏中TNF-、IL-1等细胞因子表达增高，并且排除炎症反应的结果;于再灌注前30 min腹腔注射NAC(150 mg/kg)，可以减少肝脏I/R时ROS的产生，抑制有害的细胞因子的表达，进而抑制NF-B相关的促凋亡信

10、号通路的激活，对肝脏I/R发挥保护作用;同时NAC还可以保护由于肝脏I/R造成的肺组织的损伤。Zhang 等18研究发现，机体I/R过程中产生的大量ROS可以激活c-Jun 氨基端激酶(c-Jun-NH2-terminal kinase,JNK)/应激活化蛋白酶(stress active protein kinase, SAPK)，启动其下游NF-B 信号通路，造成组织细胞凋亡、坏死增多，造成机体的损伤。León Fernández等19研究证明，NAC通过抑制ROS的生成，抑制由ROS激活相关的凋亡信号通路(如JNK、NF-B等)的激活，提高肝脏对抗I/R损伤的能力。P

11、ortella等20研究证明，NAC可以通过增加细胞中GSH的含量，改善微循环，减少炎性因子的产生，减轻大鼠治疗出血性休克补充血容量时导致的肝脏再灌注损伤。鉴于NAC的这些优点，NAC不但可以作为保护肝脏I/R损伤的动物实验的研究用药，还可以考虑应用于临床上治疗低血压、血流一过性减少、失血性休克等症状补充血容量时造成的肝脏I/R损伤。4 NAC对肺I/R损伤的保护作用肺I/R损伤是临床导致肺移植患者死亡的常见原因，I/R损伤可使肺循环阻力增加、肺氧和功能下降、肺顺应性降低、毛细血管渗透性增加，从而发生肺组织水肿，含氧量低的肺细胞分泌黏附因子等炎性因子导致肺组织内皮细胞损伤。并且，中性粒细胞活化

12、后可以生成大量的活性氧族和蛋白水解酶，最终导致肺功能障碍。已有研究表明，一些因子如前列腺素、氧自由基清除剂过氧化物、GSH、过氧化氢酶、抑肽酶、血小板因子、血管紧张素等均可以保护肺组织而对抗I/R损伤21。以往的研究已经证明，NAC可以减轻临床上由于扑热息痛过量造成的慢性支气管炎症，NAC能够有效地对抗活性氧族对肺组织造成的损伤，并且能够减轻由于心脏热休克后补充血容量治疗时造成的肺组织损伤，但早期的这些研究并未能阐明NAC对肺发挥保护作用的机制。Inci等22于单侧肺移植前15 min给予供体和受体大鼠腹腔注射NAC(150 mg/kg),并且于恢复血流前再次给予同等剂量的NAC。实验结果显示

13、，NAC能增加肺组织的氧合作用，抑制脂质过氧化、中性粒细胞渗透，提高肺组织细胞中的GSH水平，有效减轻肺移植造成的肺I/R损伤。最近研究发现，NAC能促进肺组织细胞水解刺激GSH的生成，提高肺组织细胞中的GSH含量，清除氧自由基，抑制NF-B核转录、JNK和P38 等信号通路的激活而发挥肺I/R保护作用23。同时，NAC还能抑制肺组织TNF-的mRNA表达，减轻巨噬细胞活性，抑制临床上肺移植术后的排斥反应，提高患者生存率24。5 NAC对肾I/R损伤的保护作用肾功能衰竭是机体发生I/R损伤死亡的主要原因，虽然临床上对肾I/R损伤的治疗尚未能够达成共识，但大量的研究表明，抗氧化剂NAC能够明显减

14、轻临床上由于I/R造成的肾损伤25。并且由于NAC有大量的临床实验为基础和它几乎没有副作用，用它来治疗肾I/R损伤受到临床关注26。Yamamoto 等27研究证实，肾I/R损伤主要是由于肾活性氧族生成增加造成的，ROS生成增多使肾血管收缩，肾血流量减少，使再灌注早期的肾髓质充血，肾血供骤减而产生所谓的肾“无复流”现象。NAC能够增加肾组织细胞中的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，减轻肾组织损伤28。同时，NAC还能够扩张肾血管，增加大鼠肾I/R损伤时肾血流量，改善肾小球滤过率，减轻肾I/R 24 h后的损伤29。NAC的抗炎抗氧化功能可以减轻肾I/R损伤时白细胞的激活和聚集，减轻肾组织损伤。同时，NAC还能够抑制NF-B的转录，并且下调肾组织中细胞黏附分子1在I/R损伤时的表达。而且，NAC还能改善肾血流量，并且能扩张肾血管，减轻肾I/R损伤。但Nitescu 等30于大鼠发生肾I/R之前24 h和12 h分别腹腔注射NAC 2