第三章 缺血再灌注损伤对移植器官的危害

第一节 缺血再灌注损伤对移植肝脏的影响

一、肝脏缺血再灌注损伤的病理生理变化

不同的肝脏手术方案应用于肝内病变或肝移植需要一段时间的缺血期，而肝门血流阻断法（Pringle法）及全肝血流阻断法是造成肝脏IRI的常见原因，直接影响患者的治疗效果、预后及并发症的发生。在缺血后恢复血液供应时，肝脏容易受到进一步的损伤，从而加重IRI，IRI是肝脏手术后肝功能障碍或肝衰竭的主要原因。肝脏IRI包括热IRI和冷IRI，它们具有相似的病理生理过程。热IRI由肝细胞损伤造成，发生在肝移植、休克和创伤期间，其中血液流向肝脏时可能有短暂的减轻。冷IRI是肝移植所独有的，由肝窦间隙内皮细胞和微循环破坏造成。它发生在移植前器官的冷藏期间。两种类型的IRI都与局部固有免疫反应有关。肝脏IRI在移植后开始诱发炎症反应。炎症的短期影响导致移植肝功能障碍或功能失调和急性排斥发生率较高。炎症的长期影响导致慢性排斥、移植肝再生障碍、癌症复发和纤维化发展。

IRI是三个时间的顺序事件：缺血阶段、再灌注阶段、晚期或潜伏性损伤阶段。在经典原位肝移植中，损伤在缺血阶段累积，静态冷保存依靠低温来减缓细胞代谢并减少同种异体移植物的需氧量。低温保存使细胞代谢活性降低90%，然而，细胞代谢在静态冷保存期间并没有完全停止，而是以低速率继续进行无氧代谢，随后ATP储存量耗尽并产生分解代谢的ATP产物。同时，呼吸链、氧化还原活性酶和包括还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）和泛醌（辅酶Q，coenzyme Q，CoQ）在内的电子载体池减少。有研究表明，缺血会增加细胞内环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平，进而刺激糖酵解，导致6-磷酸己糖和乳酸堆积，造成乳酸酸中毒，从而导致线粒体能量解偶联。由于Na+/K+-ATP酶的失效、钙积累和酸性环境，大量细胞ATP消耗导致离子失调。细胞内外离子水平失调导致细胞形态发生变化，血管内皮细胞和库普弗（Kupffer）细胞肿胀、血管收缩、白细胞浸润和血窦内血小板聚集是IRI的特征。缺血时ATP的耗尽导致细胞两侧离子浓度差无法维持，Ca2+的内流以及磷脂酶的激活，是细胞肿胀和溶解的主要原因。损伤的程度在很大程度上取决于器官捐赠的类型，脑死亡供者（donor of brain death，DBD）与心脏死亡供者（donor of cardiac death，DCD）。即使使用最有效的保存液，冷藏也会在移植时加重移植物损伤，最终结果是微循环衰竭。

接下来是器官再灌注阶段，当器官在常温条件下（移植后或重新常温机械灌注时）重新恢复氧气供应，当氧气被引入缺氧和能量耗尽的组织时，库普弗细胞和中性粒细胞的激活导致炎症因子和自由基释放，ROS从线粒体呼吸链中释放出来，从而进一步加重肝损伤。这一关键事件引发了进一步的“下游”炎症，并将IRI的急性期与损伤的第三个组成部分联系起来：常驻和募集的免疫细胞的激活，其中肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）和白介素（interleukin，IL）是肝脏IRI中最常见的强有力的细胞因子（图3-1-1）。

图3-1-1　缺血再灌注损伤涉及的细胞和免疫因子

IL-1.白介素-1；IL-6.白介素-6；TNF.肿瘤坏死因子；TLR. Toll样受体；HMGB.高速泳动族蛋白B；PD-L1.程序性死亡受体配体1。

在IRI的恢复阶段，新移植的实体器官因与免疫抑制药物、感染和潜在手术并发症的相互作用而受到进一步挑战。对从线粒体呼吸链释放ROS的研究已将复合物I描述为ROS形成的主要来源。线粒体损伤导致进一步的能量消耗、线粒体钙缓冲能力受损，并通过线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）释放的ROS触发细胞死亡，随后从细胞核释放危险相关分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP）。DAMP反过来通过与Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）的反应激活库普弗细胞和其他非实质细胞。这会引发由固有免疫细胞，特别是库普弗细胞主导的持续炎症，导致额外的中性粒细胞和单核细胞的募集和激活。肝脏的基本微结构包括内皮细胞外膜，极易受到氧化应激的影响，并在缺血环境中迅速恶化，导致白细胞和血小板进一步黏附、聚集和活化。此外，血管收缩介质的积累与NO水平抑制之间的差异会损害肝脏的微循环和灌注，并进一步加重同种异体移植物的损伤。