体外循环对血管内皮细胞屏障功能影响的进展_百替生物

Page1of6体外循环对血管内皮细胞屏障功能影响的进展贵州省遵义医学院附属医院麻醉科（遵义563003）魏兵华陈淼苟大明摘要血管内皮细胞(VEC)裱衬于整个心血管系统的内表面，参与维持血液的正常流动状态，是形成心血管封闭管道系统的形态基础。自1865年His首先提出内皮这一概念以来，人们对于血管内皮细胞的功能作了大量的研究。现已证明，血管内皮细胞在维持血管内外物质转运、抗凝、抗血栓形成以及免疫学等方面均具有重要的功能。体外循环（CPB）转机时，由于血液与非生理性管道直接广泛接触，导致大量过敏毒素的产生，补体活化，粒细胞激活，炎性细胞因子释放，造成了全身范围的内皮细胞的激活/损伤，导致内皮细胞的正常生理功能发生紊乱。本文就从体外循环对内皮细胞屏障功能的影响进行综述。关键词内皮细胞；屏障功能；体外循环；影响内皮细胞作为血管内皮基本的结构和功能单位，它的一个重要功能就是发挥其屏障功能，调节着血管内外的物质交换，维持内环境的稳定，使得邻近或远端的组织器官免受损害。细胞外基质是内皮细胞的重要支持物质，并与内皮细胞粘附形成完整的内皮屏障。内皮细胞与细胞外基质的粘附过程有许多基质蛋白的参与[1]，包括胞内的粘附蛋白和胞外的骨架蛋白，调节其粘附的整合素、粘着斑激酶以及胞浆内多种信号转导蛋白。因此，细胞外基质在参与血管内皮屏障功能也起到了重要作用。体外循环过程中，血液直接暴露于非生物性材料，导致血液成分及血流动力学发生重大改变，整个过程中不可避免地导致血管内皮受到损害，主要表现为其屏障功能受损，通透性发生改变。其机制大致可分为物理性因素和化学性因素两种,其中物理性因素是由于体外循环机械性损伤，大量血液与非生理性管道直接接触，血流动力学的改变和/或转机时间过长,引起内皮细胞溶解或从基膜上脱落,从而导致血管内皮完整性受损；而化学性因素则是由于体外循环过程诱发补体、白细胞激活，导致大量细胞因子释放和炎性介质产生，如白介素-1、-6、-8、肿瘤坏死因子-α、组胺、血栓素和自由基等，其中大多数具有通过对小静脉内皮Page2of6细胞作用,刺激内皮细胞发生收缩或回缩,细胞间裂隙形成[2-4]，增加了微血管通透性。后一种因素近年来日益受到重视。体外循环过程中，血流动力学发生极大改变，导致产生各种生物机械力包括流体切应力和流体压力等，均可造成血液成分损伤、炎症反应发生和细胞因子释放[5]。内皮细胞恒定地暴露于血流中，切应力变化信号通过直接作用于内皮细胞膜上的液流感受器或机械刺激受体，或间接地调控内皮细胞表面敏感物质的浓度来影响内皮其他表面受体的功能，如NO和前列环素的生成等，同时内皮流体压力受体能将生物机械力转化成核基因信号，通过转录因子促使内皮细胞合成血小板生长因子和血细胞粘附分子等[5-7]。在剪切力和流体压力作用下，内皮细胞的细胞骨架发生改变，细胞间钙粘连素蛋白连接遭致破坏，血管内皮屏障功能丧失。在CPB过程中，内脏血液供应急剧减少，内毒素（LPS）通过缺血的肠壁进入血液循环，使血液中内毒素水平升高，其升高程度与血流动力学变化和阻断时间呈明显相关[8]。LPS可以通过两种途径引起内皮细胞形态与功能发生改变：一方面，直接作用于内皮细胞，通过与内皮细胞跨膜受体结合，激活细胞内信号传导通路，引起细胞内靶蛋白的磷酸化，导致骨架蛋白的解聚和重组，最终使内皮细胞通透性增加[9，10]。另一方面，激活巨噬细胞、中性粒细胞等炎性细胞，释放多种炎性介质和细胞因子，引起白细胞渗透,血管扩张，通透性升高,血浆蛋白渗出，间接地引起内皮细胞屏障功能的改变；此外,内毒素还可引起内皮细胞骨架蛋白的解聚和重组,细胞间及细胞与基底膜间的粘附连接变松,形成细胞间隙,使微血管通透性升高,血浆外渗和血流淤滞,最终引起器官和组织的水肿和功能损害[11]。内皮细胞损伤后,必然影响到本身正常的生物学功能,一方面增加它的通透性而失去屏障功能；另一方面产生较多促栓物质及减少抗凝物质的产生,造成全身及局部微循环障碍。体外循环可通过直接激活中性粒细胞，也可通过创面和活化的补体旁路途径激活粒细胞，诱发白介素-1（IL-1）、IL-2、IL-8，肿瘤坏死因子-alpha（TNF-α）等细胞因子的释放，其升高程度与CPB时间长短、主动脉阻断时间有一定关系[12]。它们大部分可以直接作用于血管内皮细胞，引起内皮的屏障功能发生障碍，如TNF-α和PAF就有明显和典型的增加血管通透性的作用。Partridge等[13]研究发现TNF-α可以导致内皮细胞外基质的层粘连蛋白、纤维连接蛋白及胶原Page3of6等成分分解，从而导致内皮细胞通透性增加。但有研究认为TNF-α引起内皮通透性增高与F2肌动蛋白发生解聚有关[14]。F2肌动蛋白发生解聚的结果可能是使微血管内皮细胞（PMVEC）发生回缩，细胞间裂隙形成。氧自由基（OFR）是一种具有很强破坏力的炎症介质。在CPB开放升主动脉和复温心肺再灌注时,中性粒细胞在肺毛细血管聚集、激活后发生呼吸爆发，产生大量OFRs，释放毒性氧成分[15]；近年来大量研究发现损伤的内皮细胞脱离血管内皮后，去黏附可产生OFRs[16]；心肌缺血后再灌注时,细胞膜脂质过氧化过程也可产生OFRs。另外体外循环中创伤的红细胞有可能发生脂质过氧化反应，也是产生OFRs的潜在来源[17]。OFR几乎对所有体内大分子物质都可造成氧化损害，它可以通过脂质过氧化反应损害细胞膜脂或膜蛋白，通过多糖氧化的降解破坏间隙基质，或通过激活磷脂酶A2使炎症介质释放，共同导致内皮细胞的损伤和内皮间隙的变化，引起屏障功能受损，血管通透性升高。体外循环可通过激活中性粒细胞，诱发大量细胞因子的产生，进一步趋化中性粒细胞聚集并使其激活、粘附于毛细血管内皮，使之发生脱颗粒反应，释放花生四烯酸、髓过氧化物酶、弹性蛋白酶、产生氧自由基和炎性介质[1]等，损伤内皮细胞膜及基质的重要成分，如胶原、弹性蛋白、纤维蛋白等，直接或间接引起血管内皮细胞形态结构的变化，导致通透性的升高。同时损伤的内皮细胞又可以产生血小板激活因子（PAF）[18]，而PAF还可刺激中性粒细胞产生更多的PAF，PAF作用于内皮细胞膜上受体，通过磷酸肌醇使细胞内钙水平升高，使内皮细胞收缩；或使内皮细胞骨架蛋白分子构型发生改变，弹性纤维紊乱或消失，其结果导致细胞间隙增大，通透性升高；另一方面PAF又是白细胞等的趋化因子，使白细胞聚集活化，释放PAF及蛋白酶类，损伤内皮细胞使其通透性升高。体外循环时各种炎症刺激通过相应的信号转导系统，并将刺激信号传入内皮细胞，才能对内皮屏障功能产生一定影响。G蛋白、磷脂酶C（PLC）、蛋白激酶C（PKC）、酪氨酸激酶（TK）及肌球蛋白轻链（MLC）均参与了内皮屏障功能调节的信号转导。内皮细胞的收缩性取决于肌球蛋白微丝的功能，并依赖于MLC的磷酸化[18]。体外循环中大量炎症介质如纤维蛋白原、血栓素、组胺、5-羟色胺、缓激肽及白三烯等均可通过与内皮细胞膜上相应受体结合，使Ca2+升高，直接使PKC激活，并促使肌球蛋白轻链激酶（MLCK）的激活引起MLC的磷酸Page4of6化，活化重链头部的ATP酶，使细胞骨架肌动蛋白微丝移动，细胞收缩[19，20]。PKC激活还可通过与膜上的受体结合，激活偶联G蛋白，进一步激活PLC；PKC激活和[Ca2+]i升高也与TK介导的蛋白磷酸化有关[19]。TK的主要作用是使细胞骨架蛋白如纽带蛋白、talin、β-catenin磷酸化，从而使细胞之间、细胞与基膜之间的连接发生改变，破坏内皮细胞骨架蛋白的结构与功能，使内皮细胞收缩、变圆，增大细胞裂隙，从而增加通透性,导致液体和蛋白外渗。液体外渗导致血流淤滞,降低剪切力有利于白细胞粘附到内皮细胞表面，进一步损伤内皮细胞使通透性升高。参考文献：1刘国祥.内皮细胞和细胞外基质的粘附对内皮细胞功能的影响[J].国外医学.临床生物化学与检验学分册,2003;03:123-124.2黄巧冰,赵克森.微血管通透性调节的内皮细胞机制[J].中国微循环,1999,2(2):55256.3.顾大勇,曾祥元,马布仁.NF2KB与微循环障碍[J].中国微循环,2001,5(1):77279.4NauyenLS,VilllabAC,RetldgeJC.SubstancePincreasesmicrovascularpermeabilityvianitricoxidemediatedconvextivepathways[J].AmJPhysiology,1995,268(4pt1):106021068.5GotliebAI,LangilleBL.Theroleofrheologyinatheroscleroticcoronaryarterydisease.In:FusterV,RossR,TopolEJ,eds.Atherosclerosisandcoronaryarterydisease,vol2[M].Philadelphia:Lippincitt-RavenPublishers,1996,595–6066ShahzadG.Raja.The‘darkside’ofcardiopulmonarybypass.EuropeanJournalofCardio-thoracicSurgery90625(2004)905–907.7WehlinL,VedinJ,VaageJ,LundahlJ.Activationofcomplementandleukocytereceptorsduringon-andoffpumpcoronaryarterybypasssurgery.EurJCardiothoracSurg2004;25:35–42.8AndersonLW,LandowL,BaekL,etal.AssociationbetweengastricintramucosalPhsplanchnicendotoxinantibodytoendotoxin,andtumornecrosisfactor-αconcentrationinpatientsundergoingcardiopulmonarybypass[J].CritCarePage5of6Med,1993,21:210-217.9YangZ,BochslerPN,CarrollRCetal.Signaltransductionpathwaysofbacteriallipopolysaccharide2stimulatedbovinevascularendothelialcells.Inflammation,1994,18(2):22110DarveauRP,ArbabiS,GarciaI.Porphyromonasgingivalislipopolysaccharideisbothagonistandantagonistforp38mitogen2activatedproteinkinaseactivation.InfectImmun,2002,70(4):186711王宏镛,翁福海,李会强.承气合剂及白头翁素对小鼠腹腔巨噬细胞释放IL26和TNF的影响[J].中国中西医结合外科杂志,1997,3(6):3962398.12HenneinHA,EbbaH,RodrignezJLetal.Relationshipofproinflammatorycytokinestomyocardialischemiaanddysfunctionafteruncomplicatedcoronaryrevascularization.JThoracCardiovascsurg,1994,108:626-35.13PartidgeCA,JeffreyJJ,MalikAB.A96-kDagelatinaseinducedbyTNF-alphacontributestoincreasedmictovascularendothelialpermeability.AmJPhysiol.1993Nov;265(5Pt1):L438-47.14肖贞良,孙耕耘,夏前