文摘
氧化应激是影响结果的一个关键机制在器官移植的进程。人们普遍认为,氧化还原平衡是在缺血和再灌注(I / R)特异表达,导致后续的氧化损伤,导致活性氧簇(ROS)的形成。此外,为了缓解器官短缺,越来越多的从脂肪移植检索,年长的,甚至non-heart-beating捐助者,特别容易受到活性氧的积累。改善移植的可行性,减少功能障碍具有重要的风险,大量的研究集中在抗氧化治疗维持氧化还原平衡的目的,从而保护移植。本文概述了这些新兴抗氧化治疗,针对供体,移植保存,和收件人。
1。介绍
缺血/再灌注损伤(IRI)是目前在许多医疗情况下,特别是在器官移植。这个事件会导致直接和长期移植物功能障碍,如同种异体移植物排斥反应,移植肾功能延迟恢复(DGF),甚至是原发性无功能(PNF)虽然1]。它直接与内皮和薄壁组织的细胞损伤,血管通透性增加,炎症反应,生成活性氧(ROS)。
氧化应激,称为一个失衡ROS的生成和抗氧化防御系统,是最常见的疾病机制参与IRI。已经证明缺血发起ROS的有害的一代,而再氧化过程再灌注负责大部分的ROS生产、补体系统的激活,和炎症反应2]。证据支持这一事实闭塞的血管供应在内皮细胞移植导致严重缺氧,这变成了一个重要的ROS的源和目标。线粒体功能障碍,中性粒细胞启动、黄嘌呤氧化酶和NADPH氧化酶类在这一过程中发挥关键的作用[3]。随后,过度氧化剂引起组织损伤和细胞死亡的过氧化反应诱导DNA,蛋白质和脂质。
ROS-induced有害影响移植物和受体与各种并发症具有重要的意义。此外,边际移植明显容易受到氧化应激,从而限制贪污池,这加剧器官短缺。为了减轻这种不良结果,大量的临床前和临床研究正在调查对氧化应激,针对连续整个移植过程,包括供体,移植保存,和收件人。尽管有一些新发现的机制与ROS,临床结果仍有争议。因此,我们总结了一些先进的器官移植抗氧化剂治疗的发展和相应的机制。
2。抗氧化治疗捐赠
2.1。局部缺血性预处理
局部缺血预处理(LIPC),一个被广泛接受的抗氧化的方法,是一个短暂的缺血/再灌注导致公差后续缺血/再灌注损伤(IRI)。在动物实验中,LIPC已被证明是一种有效的工具来保护大多数器官(如肝、肾、心脏和小肠),特别是通过抗氧化途径(4]。有关机制,最近的一项研究表明,LIPC可以增强抗氧化基因的一系列表达式通过激活胞质redox-sensitive转录因子,影响调节细胞氧化还原状态,抑制氧化损伤细胞组件,改变Ca的干扰2 +,防止核损伤和DNA碎片(5]。从基础研究到临床应用,随机临床试验(RCT)包括60肝脏捐助者通过流阻塞10分钟和10分钟再灌注改善移植宽容IRI,结果表明LIPC方法极大地提高了肝脏肝细胞功能的生化标记物的死者供体肝移植(LT) [6]。然而,另一个类似的临床研究样本量较小的没有显示任何LIPC与对照组之间的差异(7也没有任何有益的结果LIPC出现在肝切除手术8]。这些有争议的结果可能出现从入侵过程诱导LIPC,直达船只的夹紧可能导致无法控制的程度的移植物损伤,从而导致不同的临床结果。缺血持续时间是另一个关键点。一个随机对照试验研究的安全性和效率5分钟LIPC显示,不同于10分钟阻塞,5分钟流入闭塞不保护肝脏移植后续IRI (9]。进一步调查时间的影响LIPC, LIPC模型执行流阻塞5/8/10/15分钟和10分钟再灌注对大鼠脂肪肝脏,其次是指数缺血。结果表明,5/8分钟流阻塞是脂肪肝的保护的最优方案,以大幅降低浆液丙二醛(MDA)浓度(10]。此外,缺血耐受不同于机关,机关和临床研究专注于其他固体器官也应该探索验证LIPC应用程序,相关的危险因子,如年龄、性别或并发症也应考虑。
2.2。氢预处理
氢是一种减少气体显示抗氧化性能和反贪污IRI展品保护作用和障碍。虽然应用机械通气(MV)在重症监护室支持捐赠者的生命,它也可以引起氧化应激和炎症反应,导致ventilator-induced肺损伤(VILI)和减少移植物生存能力11]。为了防止VILI发生,吸入氢,活性氧清除剂,在最近的一项研究中进行了应用,有效减少VILI-associated炎症反应,在本地和系统性水平(12]。在肺移植,预载氢在肺组织再灌注期间减少有毒活性氧(13]。此外,氢吸入2%浓度1 h肝脏之前采购还可以保护肝脏免受IRI的激活NF -κB信号通路(14]。因此,氢预处理可能是一个可行的方法治疗移植捐赠者,特别是对于那些受到MV支持之前贪污采购。没有共识最优的吸入氢的浓度应该是什么。据报道,吸入氢浓度应该监控和少于4.6%时,与空气混合,当与氧气混合(不到4.1%15),尽管吸入氢的安全仍需要临床证实。此外,富氢水(HRW)最近开发和应用各种临床用途。调查人权观察对患者的影响2型有糖尿病或糖耐量受损,一个随机对照试验已经完成,表明氢减少氧化低密度脂蛋白的浓度和游离脂肪酸,同时增加等离子体extracellular-superoxide歧化酶(SOD)水平在糖尿病患者16]。另一个人的研究显示,HRW明显变弱氧化压力,改善肝功能,降低慢性乙型肝炎患者HBV DNA (17]。如今,一些团体致力于开发实用技术稳定研究贪污储存期间运输的解决方案。
2.3。抗氧化剂运营商疗法
高水平的ROS transplant-associated IRI发挥关键作用,尤其是在尸体的捐助者。抗氧化酶(群魔),如过氧化氢酶和SOD,解毒H2O2和过氧化物,是高度有效的和特定的代理ROS-induced伤害而不是消耗与活性氧反应。然而,由于无法跨越细胞膜障碍,快速消除,显著障碍临床翻译在于这些酶的不足交付目标网站,特别是血管内皮遭受氧化损伤(18]。也认为,大量的非酶的抗氧化剂(例如,防治(NAC)和姜黄素)只能缓解微妙的慢性氧化应激,而他们在急性炎症条件包括IRI和保护作用非常有限(19]。提高生物利用度和疗效的群魔和非酶的抗氧化剂,各种抗氧化剂运营商开发保护抗氧化剂从失活和提高细胞内交付货物。
血管内皮抗原表位免疫目标群魔具体的应用已被证明是一个有效的供体肺移植模型中预处理方法。纳米尺度的配合,组成的群魔和特定的抗体,可以针对内皮行列式堆积在血管内皮静脉管理和最终交付到内皮细胞,从而减轻氧化应激。血小板内皮细胞粘附/ molecule-1 (PECAM-1)是这样一种内皮细胞表位和特定的纳米尺度的粒子(anti-PECAM /过氧化氢酶配合)一直在研究一个猪肺移植模型,免疫靶向治疗的允许立即调整肺气体交换和微循环,改善移植和接受者的结果(20.]。此外,anti-PECAM / SOD配合也符合具体降级肺动脉内皮细胞ROS通量(21]。同样,血管紧张素转换酶(ACE)是另一个理想内皮型表位免疫靶向治疗。轭合物的王牌单克隆抗体9 b9和过氧化氢酶(9 b9-catalase)已被证明,以增加抗氧化防御鼠肺的肺内皮IRI模型(22]。尽管强大的抗氧化效果,但副作用引起的免疫定位轭合物,包括vasoreactivity扰动和肺小动脉的收缩,在临床翻译过程不容忽视。还应该认为免疫靶向治疗以及其他新方法,如没有补充,针对抗血栓药的应用,和捐助预处理,可能是一个不错的选择。
脂质体是人工一个或多个磷脂层组成的囊泡,有水核心封闭;脂溶性抗氧化剂可以被纳入脂质双分子层,而水溶性抗氧化剂(例如,南汽和姜黄素)可以封装在水空间。南京是一个著名的抗氧化剂可以函数作为活性氧清除剂和减少谷胱甘肽的前体,从而调节氧化还原状态。提高生物利用度,NAC封装在脂质体的水空间,获得保护效力高于免费药物。脂质体NAC一直在啮齿动物保护肺(单独管理23)和肝脏(24)损伤,通过抗氧化途径提供了一个保护作用。同样,脂质体可以合并NF -的有效抑制剂κ姜黄素B通路,目标交付肾小管上皮细胞和抗原递呈细胞”。在肾IR模型中,脂质体姜黄素提供cytoprotection效应通过多种抗氧化机制后肾红外损伤(25]。
最终,免疫靶向治疗和脂质体配方是有前途的方法来促进群魔的交付和非酶的抗氧化剂缺血过程之前。尽管没有相关动物移植研究,我们认为,运营商可以帮助快速捐赠者的抗氧化剂管理绑定到内皮,随后防止贪污IRI。然而,这些运营商必须仔细测试毒性而言,激活防御系统,炎症或血栓形成,聚合微脉管系统的循环和栓塞。
3所示。抗氧化治疗移植
体外移植保存分配和运输所需的移植接受者。已经被广泛接受,主要发生ROS-induced伤害来自细胞在缺血过程中改变,尤其是在冷藏期间。几种方法包括机器灌注保存和修改解决方案开发,减少伤害。
3.1。机器灌注
机器灌注(MP)越来越多地用作另一种方法来克服目前短缺的捐助者通过扩大移植池和延长贮藏时间。它是一个动态的技术使用一个连续流动的解决方案灌注和维护残留代谢的贪污26]。近年来,兴趣MP保存已经恢复,特别是在低温机器灌注(HMP)。HMP能够维持有效non-heart-beating捐助者(NHBD)移植的可行性,虽然HMP-induced冷伤害,如ROS损伤,不应该被忽视。议员温度是影响抗氧化潜力的关键因素。活性氧的生产在肝脏脂肪变性提交给国会议员在20°C,称为subnormothermic机器灌注(SNMP),显著低于HMP 8°C或4°C (27]。同样,各种临床研究关注性常温机器灌注(NMP)也一直在进行。检查高风险供体肺移植的可行性,经历了NMP前瞻性临床试验受试者肺的高风险捐助者NMP 4小时,说明NMP组显示了相似的生理稳定性与对照组(28]。此外,红色细胞灌注液和短时间内氧气供应在议员旨在减少炎症和氧化损伤的可能性。然而,很少有研究探讨了氧化应激机制在NMP和务实的抗氧化潜力NMP需要检查。为了进一步提高灌注移植的可行性,灌注介质与代理各种抗氧化剂补充也可以有效缓解ROS-induced损伤(29日]。
3.2。聚合物解决方案
聚乙二醇(PEG),合成衬里或支化聚合物在不同大小、交替作用的羟乙基淀粉(HES)包含在威斯康辛大学由于其低粘度的解决方案。“immunocamouflage”代理,盯住共价结合各种生物表面和形式与细胞膜脂质复合物,膜蛋白质,或碳水化合物,防止渗透肿胀以及脂质过氧化(法律流程外包)贪污冷藏。挂钩也是一种有效的自由基清除剂,可以调节氧化应激在保存。由于这些保护作用,几个PEG-based保护解决方案,包括Polysol IGL-1解决方案,和苏格兰人器官保存的发达。
Polysol解决方案是一个colloid-based低粘度的器官保存液含有维生素,氨基酸,和各种活性氧拾荒者(包括别嘌呤醇、谷胱甘肽、α-生育酚和抗坏血酸),具有很强的抗氧化能力。Polysol解决方案应用于脂肪变性大鼠肝脏灌注模型和明显变弱法律外包近四分之一的HTK控制(30.]。在大鼠部分肝移植,Polysol解决方案也带来了保护作用部分肝移植的总体质量,改善微循环,提高移植的依从性,减少肝细胞损伤,减少细胞凋亡,改善再生(31日]。然而,评估临床应用的Polysol的安全解决方案,一个人研究涉及九个捐助者与接受者的夫妇在成人活体肾移植和使用Polysol或UW冲刷和冷藏的肾脏移植的解决方案,分别。结果表明高的急性排斥反应发生率和抗体介入拒绝集Polysol接受者的解决方案集团(32]。很明显,Polysol解决方案的复杂成分不允许精确的说明机制方面的保护和不利影响。
研究所乔治Lopez-1 (IGL-1)解决方案的特点是低粘度(1.250毫米2/ s),高钠、低钾与威斯康辛大学的解决方案。IGL-1解决方案的应用程序已经报道的SCS胰腺(33)、肾(34],肠[35),和肝脏(36]。IGL-1解决方案可以抑制内皮功能障碍和保护移植物免受氧化应激激活AMPK和AKT通路以挪士。肝脏保存在IGL-1比Celsior IRI的解决方案更好的保护解决方案,减少肝损伤,改善功能,减少氧化应激(37]。人类最近的一项研究随机分配死者供体肝移植IGL-1或华盛顿解决方案保存和随后的植入。直到术后30天,肝动脉栓塞的发生率,PNF,虽然和胆道nonanastomotic狭窄两组相似,而肝脏保护解决方案的成本采购IGL-1解决方案是992.0欧元和1609.0欧元UW解决方案(36]。显然,IGL-1解决方案展示类似的疗效和安全性保护的参考解决方案,成本较低。
解决de保护des器官et des组织(苏格兰)展示了其保护胰岛移植模型的潜力,减少IRI和改善的长期结果收件人的免疫反应(38]。检查安全的苏格兰人,临床试验执行29肾移植(25尸体的捐赠者和4生活相关的捐助者),适用于原位冲刷与SCS的苏格兰人。前3个月手术后肾功能的苏格兰人组是与华盛顿大学控制解决方案的集团,初步验证安全性和有效性的苏格兰人(39]。然而,受者的长期结果应该进一步监控。此外,为了便于临床应用,钉在苏格兰人的浓度和链长度检查胰岛移植模型。包含挂钩的苏格兰人20 kDa 15 g / L显著延长同种异体移植物生存和诱发没有PNF和DGF虽然,因此它可能是最优的浓度和链的长度挂钩胰岛移植物保护(38]。
3.3。气态的补充剂
研究保护解决方案已被证明具有很高的抗氧化潜力和测试在肝、肾、胰腺、骨髓、肺、肠道冷藏(40]。的抗氧化特性研究保护解决方案可能来自抑制高机动组框1 (HMGB1)释放和ROS清除效果41]。小说研究华盛顿解决方案(HRUW)已经测试了冷藏和随后的大鼠肾移植,表明HRUW解决方案可以改善肾功能,延长大鼠存活率的保护管状上皮细胞炎症和细胞凋亡42]。在大鼠小肠移植,HRUW可以减少移植物损伤和保护接收者通过减轻移植物移植系统性影响的氧化应激,最终促进接受者生存(43]。此外,氢的结合吸入捐赠和移植的研究保护解决方案是一个潜在的方法来延长移植保存时间和接受者的生存,这就需要进一步的基础和临床研究。
自由基是一种双原子气体,气体信号分子。没有相关的保护潜在的减少过氧化物anion-induced组织毒性和炎性反应。此外,没有可以调节线粒体能源发电,从而减少ROS I / R时期形成。Kageyama et al。44]调查静脉系统的影响氧气persufflation(金牌)补充没有气体在冷藏的肝移植和证明,没有结合VSOP能修理温暖ischemia-damaged移植,可能通过减少ET-1 upregulation和氧化损伤。同样,通风NHBD肺移植没有热缺血期间,体外灌注,posttransplantation还可以减少IRI和改善肺损伤(45]。虽然没有被用来作为临床治疗小儿急性呼吸窘迫综合征目前没有在临床器官保护中的应用仍在调查中,可能由于缺乏安全性研究。
一氧化碳(CO)也是一个气体信号分子和具有高亲和力的血红素辅基。公司补充保护解决方案已被证明改善移植物功能实验研究[46,47]。临床前研究执行体外交付公司的大鼠肾移植,表明公司显著减少氧化损伤和提高受者的生存与对照组相比。公司和细胞色素P450 (cyp)可能解释潜在的机制,通过阻断cyp退化和减少ROS生产有害的血红素/铁释放[48]。
硫化氢(H2S)被认为是与属性第三气体信号分子,帮助放松血管平滑肌,抑制细胞凋亡,调节炎症反应,减轻氧化应激(49]。硫氢化钠(H2S)已被证明具有更好的抗氧化潜力体外相比,精氨酸(内源性NO)的来源。两个化合物的有效剂量人体被认为是56μM为H2和1.2 g / mL为精氨酸,分别为随后的人类研究提供基本信息(50]。
3.4。药理学的方法
活性氧的主要来源之一是特别容易受到氧化损伤的线粒体。线粒体损伤可能损害电子流动,促进超氧化物的形成。线粒体通透性转换(MPT)中扮演着重要的角色在细胞死亡IRI, ROS和相对地加重氧化应激(51]。保护缺血过程中线粒体的完整性,各种抗氧化制剂开发并应用于临床前研究。褪黑素,一个重要的活性氧清除剂,是一种诱导一氧化氮合酶(间接宾语)抑制剂和著名的抗氧化物质从松果体分泌,从而减少线粒体肿胀I / R之前发生。褪黑激素补充治疗IGL-1解决方案,肝脏移植有/没有脂肪变性IRI的保护,可能由于增加没有代(通过本构e-NOS激活),减少氧化应激(52]。
抗坏血酸(AA)是一种有效的生理细胞外ROS的清道夫。AA补充到HTK和Polysol解决防止活性氧。值得注意的是,高AA报道加剧肝IRI由于其减少多余的铁(53]。α-生育酚(维生素E),外源性抗氧化剂,防止法律流程外包的过程在细胞膜和血浆脂蛋白。Trolox是一种水溶性的维生素E和模拟提供了类似的抗氧化性质,服用维生素E的猪心脏移植模型,对IRI trolox-UW灌注显示显著的抗氧化作用[54]。基质金属蛋白酶(MMPs)与氧化应激相关的心血管疾病。强力霉素(阿霉素),抗生素四环素的家庭,已经发现抑制MMP-2 IRI的表达式,从而保护心脏功能(55]。心麻痹的解决方案包含阿霉素显示保护作用在心脏保护,尽管它的作用在调节细胞氧化还原状态SCS [29日]。
4所示。抗氧化治疗接受者
4.1。缺血后处理
远程缺血后处理(RIPoC)是由几个周期的I / R在一个偏远的组织(手臂或腿)产生系统性保护IRI遥远的器官,没有直接访问感兴趣的器官的血管。RIPoC可以增加抗氧化能力的肝脏和肾脏暂时减少NF -κBp65和MDA表达式,以及改善氧自由基的破坏性的能力。从基础研究到临床应用,由三个周期的简短5分钟重复缺血和再灌注通过夹紧暴露髂外动脉,吴et al。56]表明RIPoC可以提高早期肾功能恢复肾移植后受者。然而,金姆et al。57,58)分别进行两个相关的包括生活和肾移植。结果显示,RIPoC没有改善术后移植肾功能,可能是因为不同的RIPoC协议与动脉止血带袖口放置在病人的大腿或直接macrovessel闭塞,而RIPoC似乎是可行的和安全的59]。虽然RIPoC在移植的潜在作用仍有待确定,这种方法提供了一个简单的干预以保护所有的移植与IRI,特别是通过抗氧化途径。值得注意的是,这种方法需要可预测的器官捐献的时机,不得申请以便捐助者。此外,荟萃分析指出,RIPoC刺激应交付指数缺血前24小时(60]。然而,没有共识多少缺血性刺激应该执行和瞬态I / R期的持续时间,从而导致不同的结果在基础和临床研究。制定一个广为接受的协议为特定器官,以及明确的潜在机制,需要在翻译的过程。
LIPC相似,局部缺血后处理(LIPoC)被定义为血液流动迅速和间歇性中断的早期阶段长时间的缺血后再灌注。在犬自体移植模型,经过冲洗和静态保护肾脏的24小时内,执行LIPoC六10到30秒的周期或前三周期1分钟的I / R最后再灌注。结果表明增强SOD和MDA水平下降的表达水平,这意味着LIPoC可能通过抗氧化剂保护移植途径(61年),而另一个临床研究显示,LIPoC是可行的和安全的出现在人类肾移植DCD计划,尽管没有任何更好的肾功能观察,这需要进一步研究[62年]。
5。结论
氧化应激是一种常见的PNF,虽然DGF,和同种异体移植物排斥反应,特别是在边际捐助者。本文总结了创新的抗氧化治疗供体,移植保存,或收件人旨在提高移植物的生存能力和长期结果(表1(一),1(b)1(c))。然而,缺乏密集研究有关氧化应激机制阻碍了这些方法的发展。缺血条件(LIPC RIPoC和LIPoC)被认为是一系列前瞻性方法无论其有争议的好处和复杂的过程。考虑到安全性和有效性,协议的达成共识的基础上应实验和临床试验。
虽然SCS几十年来一直有效的最优器官保存,保存协议不适应增加边际移植就是能延长移植物池。因此,这部小说抗氧化保护解决方案,以及各种补品,需要更多的机制研究和务实个随机对照试验。综合利用抗氧化剂的方法可能比试图加强更有前途的抗氧化能力器官由一个代理功能作为活性氧清除剂。尽管NMP的抗氧化潜力尚不清楚,这种方法深入研究更有价值。为此,尽管抗氧化剂治疗的结合似乎提供了最好的结果,临床前研究精确模型和统一的协议需要临床试验治疗前可以转化为临床实践。此外,当地的潜在不利影响和系统性抗氧化剂干预捐助者、移植,和接受者,宿主防御风险和prooxidant等影响,不应该被忽视。抗氧化剂政府也应控制在一个渐进的,控制速度,从而避免破裂释放和组成的影响。
缩写
| AA: | 抗坏血酸 |
| 王牌: | 血管紧张素转换酶 |
| 效果范围: | 抗氧化酶 |
| 介入治疗: | 冠状动脉旁路移植 |
| 有限公司: | 一氧化碳 |
| cyp: | 细胞色素P450 |
| DGF: | 移植肾功能延迟恢复 |
| 阿霉素: | 强力霉素 |
| 他: | 羟乙基淀粉 |
| 高分子聚合物: | 低温机器灌注 |
| HO-1: | Hemeoxygenase-1 |
| HRUW: | 富含氢UW解决方案 |
| 人权观察: | 富氢水 |
| H2史: | 硫化氢 |
| IGL-1: | 乔治研究所Lopez-1 |
| 伊诺: | 诱导一氧化氮合酶 |
| 我/ R: | 缺血和再灌注 |
| IRI: | 缺血/再灌注损伤 |
| LIPC: | 局部缺血性预处理 |
| LIPoC: | 局部缺血后处理 |
| 法律流程外包: | 脂质过氧化作用 |
| LT: | 肝移植 |
| MDA: | 丙二醛 |
| 基质金属蛋白酶: | 基质金属蛋白酶 |
| 议员: | 机器灌注 |
| MPT: | 线粒体通透性转换 |
| MV: | 机械通风 |
| NHBD: | Non-heart-beating捐助者 |
| NMP: | 性常温机器灌注 |
| 没有: | 一氧化氮 |
| 挂钩: | 聚乙二醇 |
| PNF:虽然 | 原发性无功能 |
| PECAM-1: | 血小板内皮细胞粘附molecule-1 |
| 个随机对照试验: | 随机临床试验 |
| RIPoC: | 远程缺血后处理 |
| 苏格兰人: | 解决方案保护des器官et des组织 |
| SCS: | 静态冷藏 |
| SNMP: | Subnormothermic机器灌注 |
| SOD: | 超氧化物歧化酶 |
| VILI: | Ventilator-induced肺损伤 |
| 金牌: | persufflation静脉系统氧气。 |
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金(批准号81470847)。