一氧化碳具有抑制細胞增殖作用，缺氧對血管張力及細胞增殖有重要作用，以下是小編蒐集整理的一篇探究一氧化碳與器官缺血再灌注損傷的生命畢業論文範文，歡迎閱讀檢視。
研究表明[1],內源性一氧化碳(carbonmonoxide,CO)則具有抗氧化、抗炎症、抗凋亡和抑制細胞增殖等作用，從而減輕缺血再灌注損傷(ischemia/reperfusioninjury,IRI)，發揮器官保護作用。
1、一氧化碳
CO中氧原子的價電子層有6個電子，為滿足其最外層電子軌道中必須具有8個電子的需求，須從碳原子的價電子層借用2個電子，碳原子最外層電子軌道的4個電子借出2個給氧原子，使氧原子與碳原子能以共價鍵形式形成CO分子。CO即以此分子結構為基礎發揮其化學作用。外源性CO與人體內Hb或某些酶類的含鐵血紅素基團的結合能力大於氧氣形成碳氧血紅蛋白(carbonoxygenhemoglobin,Hb-CO)導致機體缺氧中毒。因此，長期以來CO一直被視為有毒氣體[2].直到20世紀90年代內源性CO的生物學特性才得到確認。內源性CO的來源主要有三個方面：一方面是吸入的空氣中含有少量的CO;-方面是一些有機分子氧化產生，尤其是生物膜的脂質過氧化;而體內大部分CO主要是通過血紅素在血紅素氧合酶-1(hemeoxygenase,HO-1)催化下氧化所產生[3].目前在研究CO生理和病理功能時遇到一些阻力，因直接應用外源性CO會導致機體氧氣運輸與傳送障礙，且很難精確控制量效關係。研究顯示[4],外源性給予CO能夠模擬內源性CO在體內產生的病理生理過程，研究發現能夠釋放CO的過渡金屬羰基化合物CORMs(carbonmonox-idereleasingmolecules)，可通過溶解後不經機體代謝而直接作用於靶點組織釋放CO發揮生理作用，而且在一定的生理劑量範圍內並不提高體內HbCO的濃度，這種新型CO供體可使對CO更深入的生物活性研究成為可能。研究表明[5],外源性低濃度的CO在各種應激條件下可以彌補內源性CO的短缺，發揮抗氧化、抗炎和抑制細胞增殖等作用。
2、一氧化碳作用機制
CO分子是氧原子與碳原子以共價鍵形成的分子，由於碳原子的價電子層有4個電子，它與氧原子形成CO時，僅在價電子層中丟失2個電子，還剩2個電子呈遊離狀態，即表示CO尚能對其他化合物提供2個電子，從而使CO分子成為一個名副其實的還原劑。生物體內的諸多變化，從化學的角度分析，不是氧化，就是還原，CO在人體內諸多生理與病理生理作用，均以此為依據。研究發現[6],低劑量外源性CO具有抗氧化作用。氧自由基可直接損傷核酸、蛋白質和脂質，活化凋亡蛋白酶和核酸內切酶，誘發細胞凋亡[7]直接參與氧自由基的清除，阻止過氧化物代謝為氧自由基，降低組織過氧化物的含量，發揮抗氧化作用。Brugger等[8]
在小鼠的全身性炎症模型中給予CO干預，發現CO可以減少組織細胞的脂質過氧化反應，平衡氧化-抗氧化系統，從而減少細胞損傷。活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)是一類氧衍生的分子，參與了機體內各種組織以及細胞的氧化應激、炎症應激及凋亡、壞死，並證實和許多疾病的發生發展有密切的關係[9].
在體內粒線體偶聯酶、細胞色素P450、黃嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶等都能產生ROS[10].研究證實[11],CO也可能通過抑制細胞色素P450及NADPH氧化酶調整組織及細胞內ROS的產生，發揮一定的抗氧化作用。
研究發現[12],CO不僅具有抗氧化作用，同時也有抗炎症作用。外源性CO可以抑制IRI所致的炎症因子如TNF-α、IL-1β、IL-6和促炎症調節因子iNOS的mRNA表達，也可以減少血液迴圈中的IL-6的濃度。CO通過下調黏附因子的表達和減少促炎症細胞進入受損組織，亦能抑制促炎症級聯反應。CO可以明顯減少單細胞和巨噬細胞的浸潤，而單核細胞和巨噬細胞是IRI中介導損傷的主要細胞[13]ian等[14]
在臨床研究中發現，脂多糖(LPS)可以使血漿中各種促炎症因子(如TNF-α、IL-6、IL-8)等濃度的升高，而CO的吸入可以抑制這一變化，同時可以刺激抗炎因子IL-10的表達。研究顯示[15],CO可以啟用可溶性鳥苷酸環化酶(solubleguanylylcyclase,sGC),而這一啟用作用可以減少白血球的黏附及中性粒細胞的遷移等炎性應激的過程來發揮其抗炎症作用。
研究發現[16],CO具有抑制細胞增殖作用，缺氧對血管張力及細胞增殖有重要作用，在缺氧的條件下生成增加的內源性CO對平滑肌細胞發揮了普遍的抗增殖作用，而這一作用則被sGC特異性抑制劑所掩蓋。CO抑制血管平滑肌細胞的增殖可能與cGMP水平增加，同時下調了細胞衍生因子的表達(如PDGF)有關[17].
在一些疾病或組織損傷模型中，低濃度CO預處理具有抗凋亡效應。在細胞凋亡的過程中，凋亡酶半胱氨酸特異性蛋白酶(Caspase)家族扮演著重要的角色，它們引發的級聯反應是細胞凋亡訊號轉導過程的中心環節，並可通過與眾多蛋白因子的相互作用調控細胞凋亡[18].細胞受到凋亡刺激時，在粒線體內膜的各種促凋亡因子的誘導下，細胞色素C(cytochomeC)從粒線體內釋放到胞漿，由此啟用Caspase-9,進而啟用下游效應蛋白Caspase-3,從而啟動Caspase介導的凋亡級聯反應[19].低濃度CO吸入可降低細胞凋亡率，同時抑制Caspase-3mRNA和蛋白表達[20].細胞凋亡中訊號分子間相互影響[18],caspases、原癌基因、CytochomeC之間相互作用：CytochomeC能啟用caspase,而有活性的caspase也能刺激粒線體釋放CytochomeC,這樣，上游分子和下游分子的凋亡訊號呈級聯放大效應。
3、一氧化碳與器官缺血再灌注損傷
IRI是急性器官損傷、器官移植、一般手術過程中缺血後恢復血液迴圈難以避免的一種損傷。其損傷不僅包括組織缺血一段時間後所造成缺血組織的直接損傷，還包括缺血後再灌注時產生的多種炎症介質、啟用的炎症細胞如中性粒細胞在損傷部位及遠處器官促發的由嚴重的炎症反應導致更嚴重的間接損傷。持續的組織缺血及缺血後再灌注均可導致細胞凋亡，儘管再灌注可減少凋亡細胞數，但卻使不可逆轉的細胞加速凋亡。細胞凋亡在IRI的扮演著重要的角色，細胞調亡率增加會加重IRI,有效抑制細胞調亡具有緩解IRI的作用[21].組織再灌注是挽救缺血組織的必要措施。當再灌注發生時，內環境突然改變、粒線體膜電位變化、鈣離子的運輸等均導致了粒線體通透性轉換孔(mitochondrialpermea-bilitytransitionpore,mPTP)的突然開放，進而導致了ATP耗竭和細胞死亡的發生[22].此外，當呼吸鏈被抑制後再次恢復氧供時，粒線體會迅速產生大量是IRI的'主要啟動子。粒線體內高水平的Ca2+、ROS和過度氧化應激是導致mPTP大量開放的主要因素。mPTP大量開放會導致粒線體外膜破裂，繼而形成粒線體水腫，並可導致來自粒線體膜間隙的促調亡因子的大量釋放(如cytochomeC)[23].外滲的Cy-tochomeC可活化caspase-9,caspase-9可活化凋亡執行蛋白caspase-3,並最終導致細胞調亡[24].有研究表明，CO在器官損傷、移植器官排斥模型等都發現可以顯著減輕損傷。
心肌IRI在臨床較為常見，如冠脈搭橋、溶栓治療、主動脈阻斷、冠脈血管成形等都可引起心肌IRI.研究表明[25],CO可增強細胞色素C氧化酶(COX)活性和Bcl-2的表達以及它們的相互作用，提高粒線體氧化磷酸化從而防止氧化應激誘導的細胞凋亡。心臟IRI時，CORM-2處理後顯著降低心肌細胞觸發的細胞凋亡，降低caspase-3的表達和細胞色素C的進一步釋放，CO減少促凋亡蛋白Bak、Bax的表達以及粒線體、胞漿內Bax水平，減輕心肌I/R誘導的細胞凋亡，發揮心肌保護作用。
IRI對肺的損傷機制涉及中性粒細胞的聚集、啟用，細胞因子釋放和氧自由基產生增加，細胞內鈣代謝紊亂等多種因素。炎性細胞黏附於血管內皮可產生蛋白酶、氧化劑等損傷內皮細胞，破壞毛細血管內皮的完整性，引起毛細血管通透性增加，進一步加重肺損傷。MPO主要存在於中性粒細胞內，肺組織中的MPO活性在一定程度上反映中性粒細胞在肺內的聚集程度。肺W/D可反映肺損傷程度，表明肺水腫程度，結合缺血後肺泡損傷數更能清楚說明肺組織的損傷情況。研究表明[26],給予外源性低濃度CO後大鼠肺MPO活性顯著下降，提示外源性低濃度CO可抑制中性白血球在肺內的聚集;W/D明顯下降，缺血後肺泡損傷數明顯減少，提示外源性低濃度CO對肺IRI損傷具有保護作用。
CO可以減輕腎臟缺血再灌注損傷[27].腎小管上皮細胞是IRI的主要靶細胞，其對缺血高度敏感，因此急性腎小管壞死常用來述腎在調節腎IRI時，具有抗炎、抗凋亡、血管舒張功能[28]可以抑制IRI所致的炎症因子(如TNF-α，IL-1β，IL-6)和促炎症調節因子iNOS的mRNA表達;還可以通過下調黏附因子的表達和減少促炎症細胞進入受損組織，抑制促炎症級聯反應，從而減輕IRI誘導的腎小管上皮細胞凋亡[29].足細胞也是IRI的重要靶細胞之一，足細胞為調節腎小球濾過率的重要成分。IRI可以導致足細胞的嚴重受損，從而導致腎小球濾過率的改變。研究發現[27],給予CO後可以維持足細胞的完整，從而阻止足細胞的受損和凋亡，改善腎IRI後的腎皮質血流，保護腎小球的血管結構，抑制細胞凋亡，提高腎小管上皮細胞、內皮細胞和足細胞的活力。研究顯示[28],CO還可以通過促進鳥苷酸環化酶(solubleguanylatecyclase,sGC)途徑和抑制血小板聚集，鬆弛血管平滑肌因而對腎IRI有重要的細胞保護作用。
小腸IRI是臨床常見的病理生理過程，其不僅可以引起腸道屏障功能不全，嚴重時還能通過多形核中性粒細胞(polymorphonuclearneutrophil,PMN)在組織中的聚集及多種細胞因子在小腸區域性及全身的大量釋放激發全身性炎症反應(systemicinnammationresponsesyndrome,SIRS)的同時損傷遠隔器官(如肺、肝等)，導致多器官功能障礙綜合徵(muti-pleorgandysfIlnctionsyndrome,MODS)[30].研究表明[29],腸IRI可致腸上皮大量微絨毛脫落，細胞之間連線鬆弛，胞質內大部分粒線體嵴溶解，導致小腸屏障功能嚴重受損。SIRS過程中大量釋放的炎症介質TNF-α、IL-6等，誘導內皮細胞活化、白血球遷移、粒細胞脫顆粒及抑制纖溶反應、增加微血管通透性、促進血栓形成等廣泛的生物學效應，促使血管內皮細胞與器官組織細胞發生細胞凋亡，從而促進MODS的發生和發展。CO能通過抑制TNF-α產生和促進IL-10釋放來調節腸IRI過程中細胞因子間的平衡，從而抑制多形核中性粒細胞(polymorphonuclearneutrophil,PMN)在組織中的聚集，抑制SIRS發生;CO還可調控抑制Fas、caspases表達，抑制細胞色素C釋放並增強Bcl-2表達，從而抑制腸IRI中組織細胞凋亡的發生，防止小腸在結構和功能上進一步的損害並達到防治腸IRI所致多器官損傷的作用。最近的研究報道[29],CO可減輕腸IRI引起的腎損害。
4、展望
綜上所述，CO可通過抗氧化、抗炎症、抗凋亡等的作用，減少IRI過程中的炎症細胞浸潤及炎症介質表達，從而減少細胞凋亡壞死，減輕IRI,發揮器官保護作用。因而具有良好的臨床應用前景。但其對IRI確切的保護機制仍進一步研究，以利於把這些研究成果應用於臨床。
參考文獻
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