氧化應激在腹膜纖維化中的機制進展

孔維峰，汪裕偉

(皖南醫學院弋磯山醫院，安徽 蕪湖)

0 引言

全球范圍已有超過272000 名PD 患者，長期PD 患者腹膜長期暴露在組織相容性差的PD 液和其降解產物中以及急慢性炎癥等因素影響下促進OS，PM 結構及功能紊亂，引起腹膜纖維化，PM 超濾衰竭，是ESRD 患者退出PD 的重要原因。其中氧化應激在PD 相關性腹膜纖維化起關鍵作用[1-4]。OS的定義是促氧化劑和抗氧化劑之間的失衡，并以前者為主，以蛋白質、脂類、碳水化合物和核酸為靶點，進而導致器官損傷和功能障礙[5]。在促氧化劑分子中，活性氧(reaction oxide species， ROS)是最常見的，而抗氧化劑是具有中和游離促氧化劑能力的分子，可以內源性生成或外源性補充。OS 開始于慢性腎臟疾病(CKD)的早期，并與腎功能的惡化平行發展。Dounousi[6]的一項研究表明，與對照組相比，CKD 患者的OS狀態過剩，其中以CKD5 期患者OS 狀態最高。Liakopoulos[7]指出血液透析(HD)患者的ROS 產生及抗氧化劑消耗明顯增加，這主要是由于血液暴露于生物不相容的透析器和透析液所致。其他原因包括肝素的使用，鐵劑治療，中心靜脈導管的使用，以及抗氧化維生素和微量元素的丟失。然而，有證據表明PD 患者的OS 比透析前的ESRD 患者增加更多。PD 患者血液沒有與人工材料接觸，在透析過程中未使用肝素、無維生素丟失、未使用鐵劑(HD 的關鍵氧化應激增強劑)，但仍會出現這種現象。因此可以提示，與HD 相比，PD 患者OS 可能是由不同的病理生理機制觸發的。PD 中OS 的主要來源被認為是傳統PD 溶液的非生理成分，包括高葡萄糖濃度、滲透壓增高和酸性pH[8]。

1 高糖、糖代謝產物、糖基化終產物

高血糖是腹膜纖維化的重要決定因素。據推測，高血糖導致腹膜損傷病理生理機制，類似糖尿病腎病。在PD 溶液的熱滅菌過程中，葡萄糖降解產物(GDPs)在透析液中蓄積。當腹膜細胞(PMC)暴露于以高葡萄糖和GDPs 濃度為特征的生物不相容的溶液中時，GDPs 發生進一步的非酶化學反應產生糖基化終產物(AGEs)。當PD 液進入腹腔時，AGEs 上調其特異性多配體跨膜受體(RAGE)的表達，并在PM 周圍蓄積。細胞內AGEs 的形成通過三種機制引起腹膜細胞損傷，即AGEs 引起細胞內蛋白的形態學改變，改變細胞外基質成分和表達在腹膜細胞表面的受體的結構。AGEs 和AGE 修飾蛋白與巨噬細胞和內皮細胞上的RAGE 緊密結合，這種結合觸發ROS 的形成，ROS 反過來激活促炎分子，細胞因子，轉錄和生長因子，如激活的B 細胞(NF-kB)的核因子、kappa-輕鏈增強子和血管內皮生長因子(VEGF)，導致DNA 的異常轉錄和凋亡。此外，由AGE-RAGE 相互作用產生的自由基進一步上調了AGE 的產生，形成了一個惡性循環。腹膜腔的OS 狀態是ROS 過度產生和抗氧化機制受損的共同作用的結果[9,10]。GDPs 和AGEs 觸發ROS 形成的主要途徑是葡萄糖氧化代謝的增加。過多葡萄糖流入腹膜細胞導致葡萄糖分解代謝增加，通過三羧酸循環產生大量電子，隨之產生ROS。體外研究[11]表明，人PMC 暴露于常規PD 溶液1h 后，ROS 顯著形成，線粒體膜破壞，PMC 死亡。同時提出了高血糖誘導腹膜細胞產生ROS 的其他幾種機制，包括花生四烯酸的代謝增強，多元醇途徑的表達增加，二酰甘油的產生增加和PMC蛋白激酶C 的激活。線粒體代謝過程中形成的自由基會導致蛋白質、羰基、脂類和DNA 的氧化損傷[12-14]。所有類型細細(包括PMC、內皮細胞和白細胞)，長期暴露于高糖、GDPs、AGEs、ROS 和炎癥介質的毒性環境后，都會發生逐漸的、不可逆的形態和功能變化。然而，PMC 慢性暴露于有毒PD 液下，可能會與PM 分離，或發生向間充質表型的形態學轉變，包括其極化的細胞骨架結構消失和向肌成纖維細胞表型轉化[15]。PMC 的凋亡死亡主要來源于DNA 氧化和蛋白質損傷。一項研究[16]表明，從7 例接受高糖高滲PD 溶液PD 的穩定患者的隔夜灌洗中獲得人PMC，發現PMC 死亡僅由細胞內OS 的形成觸發。同樣，引發腹腔白細胞和內皮細胞死亡的主要因素是氧化基因組損傷的增強。與其他類型的細胞相比，內皮細胞對OS 更敏感，凋亡率更高。在傳統4.25%葡萄糖PD 溶液中體外孵育人PMC 時，在孵育的第一分鐘內PMC 的收縮。由于GDPs 和OS 的有害作用，超過60% 的細胞在2h 內凋亡[17,18]。越來越多的動物和人類研究表明，由于所有類型的腹膜細胞長期暴露于高糖PD 溶液中而形成的自由基，進一步刺激生長和轉錄因子的激活，如NF-kB、VEGF、單核細胞趨化肽-1(MCP-1)和腫瘤生長因子-p(TGF-p)。反過來，這些因素的激活導致細胞外基質的加速積累，導致PM 纖維化，隨后導致PM 降解和超濾損失[19-26]。以上的多項研究表明，高血糖誘導的腹膜腔OS 增強是促氧化劑上調和抗氧化劑下調的結果，是PM 降解的主要決定因素。

2 酸性pH 和乳酸緩沖液對腹膜OS 的影響

雖然GDPs 和AGEs 起著關鍵作用，但并不是OS 增強和腹膜腔炎癥的唯一來源。體外研究表明，酸性PD 溶液降低了PMC 和腹腔白細胞的生存能力。在一項對PD 患者的研究中，低pH 的PD 溶液能立即(在第一分鐘內)促進轉鐵蛋白的釋放鐵。在酸性溶液中，游離鐵引起紅細胞膜氧化反應增強，通過硫代巴比妥酸反應物質(tbar)(脂質過氧化狀態的標志)和蛋白質羰基化的突然增加來評估。在纖維化的腹膜鐵明顯潴留。相反，在中性pH PD 溶液中，并未檢查到鐵的釋放。作者的結論是，中性PD 溶液可能有助于避免轉鐵蛋白釋放鐵引起的強化OS 損傷[27,28]。一項研究表明，將PD 溶液pH從5.2 調整為7.3 時，逆轉了酸性環境對人類PMC 造成的不利影響。然而，用中性或酸性PD 溶液處理的大鼠的PM 纖維化變化沒有顯著差異。作者得出結論，酸性pH 引起OS，獨立于葡萄糖副產物，但PM 纖維化較少[29]。乳酸緩沖液被認為是PD 溶液中的另一個生物不相容因子。與乳酸緩沖液相比，用碳酸氫鹽培養的人PMC 的代謝明顯改善。在7.4 的標準pH 值下，含碳酸氫鹽的培養基比含乳酸的培養基更好地保持線粒體活性、PM 完整性和PMC 活力，并防止這些細胞表達纖維因子。這是因為與碳酸氫鹽相比，乳酸緩沖液對腹膜具有更強的生物相容性，能顯著促進AGEs、ROS 的生成和炎癥介質的上調[30]。此外，研究還表明，人腹膜間皮水通道蛋白-1的體外表達和功能受到PD 液中緩沖劑和pH 值的調節。用碳酸氫鹽緩沖PD 液孵育的人PMC 上調水通道蛋白-1 的表達，進而增強PMC 遷移能力，而用乳酸PD 液孵育則下調水通道蛋白-1 的表達[31,32]。在PD 溶液治療8-12 周的動物模型中，與乳酸緩沖相比，碳酸氫鹽/乳酸緩沖PD 溶液明顯降低內皮下纖維化程度，血管生成減少，OS 狀態降低，PM 的性能優越[33]。

3 結論

在長期PD 患者中保持PM 的完整性是維持患者生存和透析技術的關鍵。與包括透析前患者在內的其他ESRD 患者相比，PD 患者表現出加速的OS，這是由于與HD 患者不同的因素所致。在PD 中，PD 流體(包括高葡萄糖、高滲透壓和酸性pH)的生物相容性組成是促進OS 的主要因素。常規PD溶液中含有的GDPs 和AGEs 通過幾種分子途徑觸發ROS 的形成。反過來，ROS 促進PM 中促炎標志物、生長和纖維化因子的積累。在這種劇毒環境中暴露PM 會對PS 的結構和功能產生有害影響，并導致嚴重的局部和全身并發癥。為了抑制高血糖誘導的OS 和保持PM 的完整性，需要一種多目標策略。在這個方向上，需要開發新的、更生物相容性、等摩爾、中性pH、低GDP、碳酸氫鹽緩沖PD 溶液。但以上實驗仍缺少大樣本數據，腹膜透析相關性的腹膜纖維化的研究應更加深入。國內研究人員的實驗及臨床研究表明，中醫藥在保護間皮細胞、抑制腹膜炎癥反應及腹膜內高氧化應激狀態有確切的療效[34,35]。