第三讲消化系统的细胞保护.

消化系统的细胞保护作用Cytoprotection细胞保护概念的由来及其发展18世纪法国哲学家若穆（ReneAntoineFerchaultdeReaumur）指出胃液能消化肉。为什么胃不能消化它自己？①胃液中的氢离子浓度比血液高300~400万倍。②胃液中含有强烈的分解蛋白质的胃蛋白酶。说法：①胃黏膜屏障（由胃黏膜表面的上皮细胞和细胞间的紧密连接以及外面的黏液层所构成），可阻止胃腔内的盐酸逆向地向黏膜内弥散。②胃黏膜上皮细胞处在一个脱落和生长的动态平衡中，正常人的胃黏膜细胞以每分钟50万个的速度脱落，但很快产生新的细胞来补充，胃黏膜表面每3天可以重新改换一次。细胞保护概念的提出：1975年美国密西根州Upjohn药厂研究室的AndreRobert，利用该厂的产品前列腺素观察到，由非固醇类抗炎药（包括阿司匹林、消炎痛等）引起的实验动物的肠损伤，可由分别注射数种前列腺素（prosta-glandin,PG）所阻止，且具有量效关系。引起他注意的是：不影响胃酸分泌的PGF类，也能阻止消炎痛引起的胃糜烂；而且，完全阻止大鼠胃损伤的PGE2的剂量，可以小至0.5μg/kg，仅是其抗分泌剂量的1/100。Robert将这些结果展示给当时正在他实验室访问的美国德克萨斯大学生理学家杰考森（EugeneDJacobson），Jacobson建议把这个现象称作“细胞保护”（cytoprotection）。近年研究发现，胃黏膜上皮细胞不断地合成和释放的大量内源性前列腺素具有强烈的细胞保护作用。脑肠肽（生长抑素、上皮生长因子、胰多肽等）一氧化氮（NO）热休克蛋白一、前列腺素的细胞保护作用（一）前列腺素的理化特性和代谢一、前列腺素的细胞保护作用（一）前列腺素的理化特性和代谢磷脂花生四烯酸磷脂酶A脂氧化酶氢过氧花生四烯酸血小板、肺和白细胞环氧化酶环内过氧化物（PGG2）内过氧化物PGH2PGE2、PGF2和PGD2肺脏PG灭活数分或数秒皮质类固醇抗炎药阿司匹林、消炎痛等非类固醇抗炎药一、前列腺素的细胞保护作用（二）前列腺素对胃肠黏膜的细胞保护PG的防止胃溃疡形成和加速溃疡愈合的作用是由于它的抑制胃酸分泌特性。但进一步研究发现：①产生对黏膜细胞保护的PG剂量，远远小于其抗分泌剂量，通常为抗分泌剂量的1％；②一些不具有抗胃分泌活性的PG，也具有细胞保护作用；③一些其他药物如抗胆碱药和H2受体阻断剂，虽有抗胃分泌作用，但对胃并无细胞保护作用；④在碱性环境的小肠，PG对由消炎痛等非类固醇抗炎药所引起的肠黏膜损伤同样具有细胞保护作用。这些事实说明，PG的细胞保护作用是它的一个特有的独特的活性。一、前列腺素的细胞保护作用（三）前列腺素对胰腺的细胞保护近年来研究发现，给小鼠以不含胆碱的乙硫氨酸（choline-deficientethionine-supplemented）饮食，造成实验性胰腺炎，如在给予此种饮食前1h及其后4h给予PGE2，则可降低病鼠的死亡率。若用消炎痛阻断内源性PG的生物合成，可使其死亡率增加。说明PG对胰腺组织具有细胞保护作用。还有实验发现，皮下注射四氧嘧啶，造成大鼠糖尿病模型。如在制备前15min由腹腔注射PGE2，则可使糖尿病发病率由对照的75％下降到12.5％；血浆葡萄糖浓度在3天后由对照的498mg/dl下降到142mg/dl。PGE2的这种缓解四氧嘧啶的细胞毒性作用具有一定的剂量依存关系。从胰岛机能和结构的观察都表明，这种预防性注射PGE2的确能减轻由四氧嘧啶造成的急性胰岛B细胞的损伤。一、前列腺素的细胞保护作用（三）前列腺素对胰腺的细胞保护为了分析其作用机制，还采用新生大鼠胰岛细胞分离及体外单层细胞培养法，在细胞水平进行了进一步观察。结果表明，PGE2的预防和减轻化学药物对胰岛B细胞损伤的作用，可能与其增加细胞内cAMP含量，维持受损细胞内的cAMP／cGMP比值的稳定，防止受损细胞内Ca2+集聚，以及促进胰岛B细胞DNA的合成等作用机制有关。一、前列腺素的细胞保护作用（四）前列腺素对肝脏的细胞保护作用前列腺素对肝细胞的保护作用具有普遍性。首先，这种保护作用没有种系差异，在人、狗、猫、大鼠及小鼠上均能观察到前列腺素的肝细胞保护作用。其次，前列腺素的肝细胞保护效果与损伤的理化性质无关，对四氯化碳、半乳糖胺、缺血—再灌注、缺氧、高温及免疫反应引起的损伤都有细胞保护作用。Stachura等比较详细地研究了前列腺素的肝细胞保护作用。事先给大鼠皮下注射PGE2（5μg/kg）能明显地减轻由四氯化碳引起的肝细胞损伤，SGPT只升高对照组的1/6左右。Araki等在离体的猫肝的体外灌流的实验中发现，在造成肝细胞缺氧150分钟后，在灌流液中乳酸脱氢酶和组蛋白D2的含量明显增加，肝脏巨噬细胞的吞噬能力显著下降。但是向灌流液中加入PGE2后乳酸脱氢酶和蛋白酶D2的释放量明显减少，肝细胞的吞噬能力迅速回升。一、前列腺素的细胞保护作用（四）前列腺素对肝脏的细胞保护作用PGE的类似物米索前列醇（misoprostol）对缺血-再灌注引起的肝细胞损伤也有保护作用。当造成大鼠肝脏缺血90分钟后再灌注时，血清中谷丙转氨酶及鸟氨酸氨基甲酰转移酶的活性明显升高，肝细胞明显坏死。但是在造成肝脏缺血和再灌注前各1分钟用米索前列醇（25ng/kg）处理肝脏，则谷丙转氨酶和鸟氨酸氨基甲酰转移酶分别只升高对照组的1/2和1/4，肝细胞的坏死范围也明显减小。Noshima曾报道，把大鼠肝脏放入Ross液和Sacks液中冷藏时，如果向保护液中加入PGI2的类似物OP-4183，使肝细胞的坏死速度明显延缓,延长了肝脏在体外的保存。Dolugosz等报道，米索前列醇还能保护乙醇引起的肝细胞损伤。他们观察到，给大鼠连续5周喂乙醇（其热量占同期大鼠摄取的总热量的36%），便发生肝的脂肪变性和线粒体功能的下降。但是，若事先用米索前列醇（80mg/kg）处理，则线粒体的呼吸功能得到明显的改善，肝脏的脂肪变性明显减轻。Kurebayashi和Houda发现前列腺素对补体介导的肝细胞坏死也有保护作用。一、前列腺素的细胞保护作用（五）前列腺素细胞保护作用的机制1.强固胃黏液-碳酸氢盐屏障向胃局部或由胃肠道外给予外源性PGE2，可刺激大鼠、狗和人胃黏液和HCO3—分泌。PG的甲基衍生物如16,16-二甲基PGE、15-甲基PGE2等也有类似作用。说明PG是加强胃黏液HCO3—屏障的有效刺激物。酒精、胆盐和非类固醇抗炎药（如阿司匹林）均可抑制胃黏液和HCO3—的分泌，使胃壁结合黏液层的厚度及胃液中糖蛋白的含量降低、标记的单糖或氨基酸掺入黏液的糖蛋白的过程减慢。N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine）和乙酰唑胺（acetazolamide）是胃黏液和HCO3—分泌的抑制剂，如预先给予可部分地阻断PGE2的细胞保护作用。曾有人报道，20％酒精和5mmol/L牛磺胆酸作为弱刺激提前灌胃，仅引起胃黏膜结合黏液分泌。用胃蛋白酶150U溶于生理浓度盐酸中作为弱刺激，可引起胃壁结合黏液分泌明显增加，并呈现明显的量效关系。2.防止胃黏膜屏障的破坏胃黏膜上皮细胞和上皮细胞之间形成的紧密连接以及其外面的黏液层构成所谓的“胃黏膜屏障”，它具有防止H+由胃腔反流入黏膜本身以及防止Na+从黏膜内迅速向胃腔弥散的特性。PG胃黏膜屏障阿司匹林、无水乙醇和牛磺胆酸黏膜渗透性增强，H+反流增加，黏膜动作电位降低，黏膜和胃腔间的电化学梯度遭到破坏黏膜细胞水肿和坏死3.促进胃黏膜细胞更新胃黏膜上皮细胞的迅速更新是维持胃黏膜上皮完整性和产生黏液及HCO3—所必需。在生理状态下，黏膜上皮细胞的损耗和更新处于动态平衡，任何增加黏膜上皮细胞损耗和降低其更新的因素，均可导致胃黏膜损伤，而具有抑制上皮细胞损耗和刺激黏膜细胞更新的因素，则对胃黏膜具有保护作用。无水乙醇、盐酸和阿司匹林可引起胃黏膜上皮细胞大量损耗，更新率减慢；如预先给予PGE2，则可防止上述损伤性物质对胃黏膜细胞更新率的抑制作用。Konturek等观察到，在口服酸性阿司匹林所致的大鼠胃黏膜损伤，黏膜组织DNA合成也明显受到抑制，若预先由皮下或其他途径给予PGE2或PGI2，可防止黏膜DNA合成的抑制和溃疡的形成。提示PG的促进胃黏膜组织大分子化合物的合成在其细胞保护作用的机制中起着一定的作用。研究还发现，上皮生长因子对应激和酸性阿司匹林所致胃黏膜损伤具有保护作用，其机制是由于上皮生长因子促进胃黏膜上皮细胞的更新。4.改善黏膜血流量当胃黏膜与各种致坏死物质（无水乙醇、阿司匹林、牛磺胆酸等）接触时，可伴有胃黏膜血流的代偿性增加；若减少胃黏膜血流量，则使黏膜损伤明显加重，说明黏膜血流量在胃黏膜细胞保护中起着重要作用。4.改善黏膜血流量胃黏膜血流量增加可通过下列两条途径起到保护黏膜的作用：①维持组织细胞适当的氧供给，保证细胞内有氧代谢（尤其是能量代谢）的顺利进行。②帮助清除和缓冲进入黏膜内的H+。有研究表明，PGE和PGI具有强烈的扩张全身血管（特别是内脏血管）和增加微循环血流量的作用。给予外源性PGE2和PGI2可显著增加胃黏膜血流量；而用消炎痛阻断PG的生物合成，则可引起胃黏膜血流量明显减少。5.刺激细胞的主动转运过程和激活腺苷酸环化酶正常时，H+从胃黏膜分泌至胃腔，是一种逆离子浓度差和电位差的主动转运过程，依赖于细胞内的能量和钠泵的作用；Shanbour等观察到，损伤性物质首先抑制胃黏膜的主动转运过程，而黏膜渗透性增高发生在后；无水乙醇、牛磺胆酸和阿司匹林均可抑制胃黏膜对H+、Na+的主动转运过程，但对离子的被动转运则无影响。有这样的报道，在离体培养的青蛙胃黏膜，当在孵育液里加入消炎痛时，可见到黏膜的主动转运过程明显受到抑制。PG除可刺激这一主动转运过程外，还可阻断消炎痛的抑制作用。5.刺激细胞的主动转运过程和激活腺苷酸环化酶5.刺激细胞的主动转运过程和激活腺苷酸环化酶Simon等观察到，把人胃黏膜匀浆与各种非类固醇抗炎药（如消炎痛、阿司匹林等）一起孵育，可明显抑制腺苷酸环化酶的活性，但如同时加入PGE2、PGI2、15,15-二甲基PGE2或16,16-二甲基PGE2，则可激活cAMP酶系，使培养液中cAMP含量升高。提示PG能激活靶细胞的腺苷酸环化酶，使组织内cAMP上升，再由后者刺激钠泵的功能，从而起到对胃黏膜的细胞保护作用。6.稳定溶酶体膜及维持黏膜巯基化合物含量溶酶体内含有多种蛋白水解酶，若释放入胞浆内可引起细胞自身溶解，在胃黏膜损伤的发生机制中起一定的作用。研究表明，由5-HT诱发的大鼠胃黏膜损伤，其发生机制之一是由于组织溶酶体的破坏和蛋白水解酶的释放所致。预先给予PGE2可通过稳定溶酶体膜，防止蛋白水解酶释放，对5-HT所致胃黏膜损伤产生细胞保护作用。6.稳定溶酶体膜及维持黏膜巯基化合物含量在无水乙醇所致胃黏膜损伤，黏膜组织非蛋白巯基化合物含量明显减少。预先给予PGF2β或含巯基化合物（如半胱胺）对该损伤具有保护作用。阻断内源性含巯基化合物的生成可使损伤加重。进一步研究发现，阻断内源性巯基化合物生成还可抑制PGF2β的细胞保护作用，提示PG的细胞保护作用可能是由内源性巯基化合物所介导的。Miller等报道，用8％酒精作为弱刺激或用PGE2在狗的小胃灌流，均可引起胃黏膜组织非蛋白巯基化合物含量明显升高；而用40％酒精灌流则可降低组织中的非蛋白巯基化合物含量。7.刺激胃黏膜表面活性磷脂的分泌在胃液和胃黏膜表面之间含有一定量的表面活性磷脂，它们在胃黏膜上皮细胞（尤其在泌酸区）构成一疏水层，可防止致坏死物质直接与胃黏膜上皮细胞接触，是胃黏膜的抗损伤因素之一。研究表明，提前30min给大鼠灌入表面活性磷脂（与在肺的浓度相类似）1ml，能明显减轻由0.6N盐酸所致胃黏膜坏死和出血。这种保护作用与胃内pH值和胃内内容物容量的变化无关。还发现，给予消炎痛并不能阻断表面活性磷脂的保护作用，提示其与内源性PG无关。Lichtenberger等则发现，口服给予外源性16,16-二甲基PGE2，可明显增加胃黏膜表面活性磷脂的含量，为对照组的2-6倍。表明PG细胞保护作用的