血管麻痹綜合征的潛在治療靶點：氧自由基

1、血管麻痹綜合征的潛在治療靶點：氧自由基血管麻痹綜合征（vasoplegicsyndromes，VS）的理念由Gomes的研究團隊在心臟手術(shù)中首次報道。VS的特征：嚴重低血壓，正常或正常偏高的心輸出量，低全身血管阻力以及對血容量和升壓藥的需求增加。據(jù)統(tǒng)計，心臟移植術(shù)患者VS發(fā)生率為30.8%，接受體外循環(huán)冠狀動脈搭橋術(shù)（coronaryarterybypassgraft，CABG）的患者中VS的發(fā)生率為6.9%，非體外循環(huán)CABG的患者VS發(fā)生率為2.8%，左心室輔助裝置放置后VS發(fā)生率為29.0%，而在燒傷、創(chuàng)傷和胰腺炎中VS也有病例報道。研究顯示，重癥監(jiān)護病房（ICU）所有形式的休克中，血管

2、麻痹性休克可高達68.0%，而膿毒癥約占血管麻痹性休克的91.0%，同時研究證實，去甲腎上腺素難以糾正的VS，死亡率更高。一組針對1992例體外循環(huán)的心臟患者的數(shù)據(jù)分析顯示，405例VS患者（占總數(shù)20.3%）中，中度和重度VS發(fā)生率分別為5.7%和1.5%。有研究顯示，所有心臟手術(shù)術(shù)后的患者，其中25.0%的患者VS持續(xù)超過3648h。有研究表明，ICU患者的VS也與不良預(yù)后直接相關(guān)。同時，VS中大劑量血管收縮藥物的治療還可能導(dǎo)致上、下肢遠端缺血和腸系膜缺血。上述VS的發(fā)生多伴有嚴重的組織缺氧、全身炎癥反應(yīng)、全身多器官功能衰竭。因此，需要積極管理VS，以降低術(shù)后并發(fā)癥和死亡率。1.VS的定義

3、到目前為止對于VS尚無嚴格的定義，有文獻提議以下標(biāo)準(zhǔn)作為VS的定義：（1）低血壓平均動脈壓（MAP）50mmHg；（2）低外周循環(huán)阻力（systemicvascularresistance，SVR）SVR1600dynseg/（cm5m2）；（3）正?；蚋咝妮敵隽啃闹笖?shù)2.2L/（minm2）；（4）對傳統(tǒng)的兒茶酚胺治療無效去甲腎上腺素輸注0.15g/（kgmin）。2.VS的危險因素VS的危險因素很多，將其大致劃分為術(shù)前危險因素和術(shù)中危險因素：術(shù)前使用藥物因素：肝素、ACEI、受體阻滯劑、鈣通道阻滯劑；患者術(shù)前合并情況：體表面積增大、EuroScore高、BMI增加、血管加壓素前體水平高、甲

4、狀腺激素水平高、術(shù)前EF35%、心臟移植術(shù)前安裝左心室輔助泵；手術(shù)類型：手術(shù)類型、停跳CABG（與非停跳相比）、心肺轉(zhuǎn)流（CPB）時間長短；術(shù)中合并情況：MAP降低、CPB時體溫、CPB手術(shù)時長、大量輸注紅細胞、新鮮冰凍血漿或血小板。3.VS的發(fā)病機制3.1細胞內(nèi)鈣離子水平的降低3.1.1三磷酸腺苷（adenosinetriphosphate，ATP）敏感型鉀離子通道（KATP通道）功能紊亂細胞內(nèi)ATP水平降低、酸中毒等可促進血管平滑肌KATP通道的開放，并誘導(dǎo)了K+從細胞流出，從而導(dǎo)致血管平滑肌細胞膜超極化。這種超極化使電壓門控的Ca2+通道開放，阻止Ca2+進入細胞內(nèi)，最終通過降低細胞中C

5、a2+水平誘發(fā)去甲腎上腺素難治性的血管擴張。3.1.2血管加壓素V1A受體下調(diào)生理條件下，血管加壓素作用于V1A受體通過阻斷ATP敏感性鉀通道加速Ca2+進入細胞，改善由血管擴張導(dǎo)致的低血壓癥狀。膿毒血癥休克時，血管加壓素受體缺乏或血管加壓素受體的基因表達下調(diào)是血管加壓素對VS治療效果不佳的原因。3.1.3核因子-B（nuclearfactor-B，NF-B）活性增加臨床出現(xiàn)的膿毒癥休克和實驗誘發(fā)的膿毒癥休克中，均觀察到了NF-B活性的顯著增加。有研究通過注射NF-BsiRNA使特定的NF-B（p105）基因沉默，結(jié)果顯示48h后NF-B（p105）mRNA較前降低（608）%，而抑制NF-B

6、活性可以顯著降低細胞因子的誘導(dǎo)，并促進Ca2+內(nèi)流。3.1.4腺苷釋放腺苷是一種由上皮細胞和肌細胞釋放的強大的內(nèi)源性血管擴張劑，其致血管擴張機制與減少鈣離子內(nèi)流密切相關(guān)。在主動脈瓣置換術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后，都顯示血漿腺苷水平明顯升高，而且腺苷水平的變化與臨床血流動力學(xué)波動顯著相關(guān)。該研究中確診的VS患者顯著升高的腺苷水平，均提示腺苷的釋放可能與心臟手術(shù)期間發(fā)生的全身性炎癥反應(yīng)的VS有關(guān)。3.2間接降低細胞內(nèi)鈣離子濃度3.2.1內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelialnitricoxidesynthase，eNOS）激活eNOS激活引起的血管中NO含量增加是目前被研究最多，也最被認可的引起VS的機

7、制之一。eNOS是一種在血管內(nèi)皮細胞中表達的鈣依賴性酶。當(dāng)血管內(nèi)皮受到剪切應(yīng)力如發(fā)生全身炎癥反應(yīng)綜合征（SIR）時，內(nèi)毒素血癥以及白介素-1（IL-1）、IL-6和腫瘤壞死因子-（TNF-）等均可導(dǎo)致內(nèi)皮細胞中的鈣動員，從而以鈣調(diào)蛋白依賴性方式激活eNOS。而eNOS是血管NO產(chǎn)生的關(guān)鍵酶，在各種輔助因子例如（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，nicotinamideadeninedinucleotidephosphate，NADPH）和四氫生物蝶呤存在下，eNOS將其生理底物L(fēng)-精氨酸轉(zhuǎn)化為NO和L-瓜氨酸。NO通過使細胞內(nèi)鈣離子降低，肌球蛋白去磷酸化導(dǎo)致VS。同時，NO又與其目標(biāo)酶可溶性鳥苷酸環(huán)化

8、酶的血紅素基團結(jié)合并反過來激活eNOS。eNOS的生物學(xué)作用也包括血管舒張和新生血管生成。此外，炎性細胞因子和病原體相關(guān)分子模式（如脂多糖等）可激活鈣依賴性誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（induciblenitricoxidesynthase，iNOS）的合成，導(dǎo)致NO較基線水平增加23倍，這也是休克尤其是膿毒血癥型休克時出現(xiàn)血管功能障礙的主要驅(qū)動因素。3.2.2活性氧自由基產(chǎn)物（radicaloxygenspecies，ROS）近年來ROS在VS中的作用逐漸被研究者重視及揭示。ROS是一類由多種細胞（包括血管平滑肌細胞、血管內(nèi)皮細胞等）產(chǎn)生的含氧高效氧化劑，包括氧自由基如超氧陰離子自由基（O2）、羥基

9、自由基（OH）以及過氧亞硝基陰離子（ONOO）等以及非氧自由基如過氧化氫（H2O2）、NO等。線粒體、NADPH酶、環(huán)氧合酶、細胞色素P450、環(huán)嘌呤氧化酶、以及L-精氨酸和四氫蝶呤（后二者為膿毒血癥產(chǎn)生eNOS的主要輔助因子）等均為ROS的主要來源。研究顯示，ROS在調(diào)節(jié)血管張力中發(fā)揮重要的作用。動物實驗及臨床試驗均證實ROS的增加導(dǎo)致冠狀動脈和內(nèi)臟小動脈的內(nèi)皮依賴性血管舒張。4.氧自由基在VS中的作用機制健康的內(nèi)皮是血管維持張力和完整性的基礎(chǔ)，健康的內(nèi)皮功能喪失被稱為“血管內(nèi)皮功能障礙”，在內(nèi)皮功能障礙中，血管收縮和舒張物質(zhì)之間的平衡被破壞，是導(dǎo)致內(nèi)皮收縮/舒張功能顯著降低的主要原因。而以

10、氧、氮、碳為主體的自由基為強氧化劑，可無差別破壞包括DNA、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)在內(nèi)的許多大分子。氧自由基不僅直接損傷內(nèi)皮細胞，破壞收縮和舒張功能并且增加了血管炎性反應(yīng)，促進血栓形成，其機制可能與PI3K-AKT通路激活有關(guān)。綜上所述，氧自由基引起的細胞損傷和血管通透性增加是血管病理性擴張的基礎(chǔ)。4.1O2氧自由基中的O2主要由活化的中性粒細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，并與膿毒癥休克中組織損傷伴隨的炎癥反應(yīng)息息相關(guān)。在生理情況下，機體也會產(chǎn)生O2，但是可被機體的酶降解包括線粒體中錳超氧化物歧化酶2（superoxidedismutase2，SOD2）、細胞溶質(zhì)SOD1和細胞外表面SOD3在內(nèi)的銅鋅酶SOD維持在

11、正常水平。而在病理情況下，內(nèi)源性SOD防御系統(tǒng)的能力不足以降解機體源源不斷產(chǎn)生的O2，后者不斷增加引發(fā)O2在體內(nèi)的蓄積，可導(dǎo)致包括內(nèi)皮細胞損傷、微血管通透性增加、趨化因子的形成，炎癥位點中性粒細胞募集，脂質(zhì)過氧化和氧化，DNA單鏈損傷、釋放，上述機制共同造成VS的血管擴張。該研究同時發(fā)現(xiàn)與敲除SOD1相比，SOD2敲除對小鼠具有致死性，這一發(fā)現(xiàn)彰顯了SOD2的重要性。臨床上表現(xiàn)為對血管活性藥物無反應(yīng)的血管收縮功能障礙、器官灌注不足、靜脈回流降低、心輸出量降低和嚴重的動脈低血壓。同時研究已證實O2能將兒茶酚胺（包括多巴胺、去甲腎上腺素和腎上腺素）氧化為各自的多巴色素和腎上腺色素。而兒茶酚胺被O2

12、氧化后失活，這種兒茶酚胺的失活在上述血管異常擴張基礎(chǔ)上合理解釋了VS中血管對高劑量活性藥物（如去甲腎上腺素、多巴胺和腎上腺素等）無明顯反應(yīng)的原因。4.2ONOO研究指出，VS患者NO含量較正常增加23倍。在循環(huán)性休克中，NO和O2可反應(yīng)形成ONOO，后者通過脂質(zhì)過氧化、酶與其他蛋白質(zhì)的氧化和硝化作用以及應(yīng)激信號和基質(zhì)金屬蛋白酶的激活引起細胞損傷。其中線粒體酶特別容易受到ONOO的攻擊，導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔打開，并最終抑制ATP的產(chǎn)生和線粒體通透性增加。而線粒體通透性的明顯增加也被認為是VS的發(fā)病機制。其他機制包括ONOO激活多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶引起血管平滑肌能量生成減少、血管平滑肌中F-

13、肌動蛋白被硝化導(dǎo)致肌動蛋白解聚并失去平滑肌肌張力、直接激活血管平滑肌上的鉀通道、過亞硝酸鹽介導(dǎo)的肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+泵功能失活等。VS診斷的重要條件是血管對外源性血管活性藥的反應(yīng)性降低。隨著研究成功使用ONOO模擬出多種與休克相關(guān)的血管變化（內(nèi)皮功能障礙，血管反應(yīng)性低下），其在循環(huán)性休克相關(guān)的血管變化中的機制也逐漸被揭示。而ONOO導(dǎo)致血管活性藥物“失效”的機制，是通過抑制線粒體功能和/或ONOO直接氧化血管活性藥物如多巴胺等使后者失活并降低收縮反應(yīng)。而另一種血管活性藥物去甲腎上腺素在VS中“失效”則與ONOO直接使去甲腎上腺素受體失活有關(guān)，在不同的實驗中都觀察到ONOO介導(dǎo)的-腎上腺素受體功能的抑

14、制。5.針對氧自由基的治療當(dāng)前沒有一個確切的藥物可有效治療VS。VS血液動力學(xué)治療的主要目標(biāo)是恢復(fù)平均動脈壓（MAP）、心輸出量和改善微循環(huán)。僅用血管活性藥物維持微循環(huán)的穩(wěn)定相對單純維持血液更為困難。如前所述，VS期間的血管內(nèi)皮收縮功能損傷和對血管活性藥物的低反應(yīng)是多因素共同造成的。近年來，隨著氧自由基在VS的作用機制被揭示，一些已在臨床使用的藥物在減少氧自由基方面的作用逐漸被揭示。而另一些相應(yīng)的藥物也進入了研究階段。總之，包括VS一線用藥的亞甲藍（methyleneblue，MB）、維生素B12、維生素C等明確具有還原效果的藥物可通過氧化還原反應(yīng)修復(fù)受損的內(nèi)皮細胞，改善血管的收縮功能。而包括

15、SOD模擬物，亞硝酸鹽中和/分解物等不同類型的藥物則通過減少過氧化陰離子、亞硝酸鹽等致力于預(yù)防氧自由基對血管內(nèi)皮的直接攻擊，從而彌補一些一線用藥效果不確切的缺點。5.1MBMB是VS的一線藥物，MB作為公認還原劑，可以通過多種途徑在VS中發(fā)揮其重要的抗氧化作用，包括產(chǎn)生阻斷作用的氧化劑和增強抗氧化劑的防御能力。MB在水和有機溶劑中具有廣泛溶解性以及較低的氧化還原電位，這些性質(zhì)使MB可以輕松穿透雙層膜并到達不同的細胞區(qū)（如線粒體）并在其氧化形式MB和還原形式MBH2之間快速交換。當(dāng)進入線粒體時，MB防止了線粒體中有毒副產(chǎn)物氧化劑的電子泄漏。總之，這些數(shù)據(jù)支持MB促進線粒體功能，并減少氧自由基的產(chǎn)

16、生。Mehaffey等指出早期使用MB對心臟術(shù)后VS的治療非常有效，并且沒有明顯副作用。而在膿毒癥休克和外周血管阻力低的患者中，有研究也推薦使用MB。目前臨床最常用的MB劑量為大劑量靜脈注射2mg/kg的MB，此后以0.5mg/（kgh）的劑量連續(xù)輸注12h以維持穩(wěn)定的血漿藥物濃度。5.2維生素C維生素C目前也被用于臨床治療VS，其機制是其作為抗氧化劑通過防止ROS引起的四氫生物葉酸的氧化和隨后的NO升高對已經(jīng)損傷的血管內(nèi)皮起到了保護和修復(fù)作用。同時，防止超氧化物與兒茶酚胺的相互作用以及形成稱為腎上腺素的化合物，而有助于恢復(fù)eNOS，而鉻對血壓沒有影響。研究發(fā)現(xiàn)，高劑量維生素C可抵消內(nèi)皮功能障

17、礙，而維生素C作為兒茶酚胺內(nèi)源性生物合成必不可少的輔助因子改善了去甲腎上腺素的血管反應(yīng)。1期臨床研究證實以目前常用的維生素C靜脈注射負荷劑量1000mg，此后以200mg/（kgd）的劑量維持可改善膿毒癥VS患者的預(yù)后。5.3維生素B12人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的維生素B12有4種形式，其中羥鈷胺素被廣泛應(yīng)用于臨床，靜脈注射羥鈷胺素已被證實可使健康成人MAP即刻升高并且持續(xù)4h。其機制是羥鈷胺素選擇性抑制iNOS，從而減少ONOO的產(chǎn)生并最終抑制炎癥反應(yīng)。有研究總結(jié)了膿毒血癥所致VS小鼠模型和豬模型中，使用羥鈷胺素可明顯改善VS的生存率。Shapeton等總結(jié)了7個臨床中心的報道發(fā)現(xiàn)在1015min內(nèi)靜脈輸

18、注5g（1例患者15min靜脈輸注10g）羥鈷胺素均可有效改善血流動力學(xué)，降低血管活性藥物使用量并最終改善VS。5.4NO抑制物NO可通過與O2反應(yīng)在iNOS的誘導(dǎo)下形成有毒產(chǎn)物ONOO。iNOS在正常條件下不具有活性，但在膿毒癥時，當(dāng)細胞被特定的促炎因子（如內(nèi)毒素，TNF-等）激活時，iNOS活性顯著增加。而在L-精氨酸（用于NO的生物合成的底物）的誘導(dǎo)下，iNOS會產(chǎn)生大量NO。在此基礎(chǔ)上，有研究認為抑制體內(nèi)iNOS（如精氨酸類似物）可有效改善內(nèi)皮功能，收縮血管從而改善頑固的低血壓癥狀。Vincent等總結(jié)了3個臨床中心的研究結(jié)果，在針對不同例數(shù)的嚴重膿毒癥患者的研究中，均發(fā)現(xiàn)iNOS抑制

19、劑NG-單甲基-L-精氨酸可導(dǎo)致血壓升高和全身血管阻力增加，心輸出量下降。5.5SOD模擬物如前所述，在病理情況下，內(nèi)源性SOD尤其是SOD2與不斷產(chǎn)生的O2的不平衡導(dǎo)致了內(nèi)皮細胞損傷、微血管通透性、血管擴張增加等一系列反應(yīng)。因此，有研究提出假設(shè)在許多疾病狀態(tài)下，使用天然的SOD抗衡不斷增加的O2可能是治療氧自由基顯著增加疾病的新思路。然而使用天然酶作為治療藥物存在一些缺點或問題（如溶液不穩(wěn)定性、對蛋白水解的高度敏感性，難以穿透細胞或穿過血腦屏障等）。因此，有藥學(xué)研究展開了對SOD模擬物如SC-52608、SC-55858、M-40403和M-40401等的探尋，其中，M-40403被認為一種穩(wěn)定的、低分子量的、含錳的非肽類分子，該分子具有天然SOD酶的功能和催化速率，而且分子量比早先發(fā)現(xiàn)的模擬酶（SC-52608、SC-55858、M-40401）和天然酶相比小的多。M-40403的重要性質(zhì)是僅以高速率催化去除O2而不與如NO、過氧亞硝酸鹽、H2O2等相互作用，效果單一而明確。而研究通過使用M-40403有效的治療膿毒血癥性VS以及相應(yīng)的血管擴張則為后續(xù)的SOD模擬物在VS中的使用奠定了基礎(chǔ)。5.6過氧亞硝酸鹽還