肺缺血再灌注损伤时一氧化碳的变化及葛根素对其影响
【摘要】 目的:观察兔肺缺血再灌注损伤时一氧化碳的变化及葛根素对其的影响。方法:30只健康日本大耳白兔随机分成假手术对照组（C组）、肺缺血再灌注组（IR组）和葛根素组（Pur组）。复制兔单侧肺缺血再灌注损伤模型，各组在缺血前、缺血1 h、再灌注1 h、3 h和5 h分别抽血，检测一氧化碳血红蛋白(COHb)浓度、环磷酸鸟苷(cGMP)含量。实验结束时取肺组织检测cGMP含量，电镜观察肺组织超微结构的改变。结果:血浆COHb浓度、cGMP 含量和肺组织cGMP 含量IR组、Pur组明显高于C组，以Pur组为著（P<0.01）。电镜显示IR组有明显的肺超微结构损伤，而Pur组损伤较轻。结论:葛根素可通过提高内源性CO水平，对缺血再灌注损伤肺组织发挥保护作用。
【关键词】 肺 缺血再灌注损伤 一氧化碳 环磷酸鸟苷 葛根素
Abstract: Objective:To study variations of carbon monoxide in lung ischemia-reperfusion injury and effects of puerarin. Methods:The unilateral lung ischemia-reperfusion model was replicated in vivo. Rabbits were randomly divided into three groups (n=10 in each), control (C) group, ischemia-reperfusion (IR) group and puerarin (Pur) group. The blood specimens gathered before ischemia, ischemia 1 h, reperfusion 1 h, 3 h and 5 h were tested for the content of carboxyhemoglobin (COHb), cyclic guanosine monophosphate(cGMP). The lung tissues sampled at 5 hours after reperfusion were assayed for the content of cGMP, the ultrastructural changes were observed under electron microscope. Results:The plasma content of COHb, the content of cGMP of plasma and lung tissue in IR and Pur group were much higher than that in C group, and the index in Pur group increased more significantly（P < 0.01）. Severe ultrastructural morphological damage in IR group was observed under eletron microscope, but lightly injury was found in Pur group. Conclusion:Puerarin provides significant protective effects on lung during ischemia-reperfusion injury through increasing the plasma content of COHb.
Key words: lung; reperfusion injury; carbon monoxide; cyclic guanosine monophosphate; puerarin
肺缺血再灌注损伤（Lung ischemia reperfusion injury，LIRI）是肺溶栓及肺移植影响预后的一个重要因素，因为LIRI约20%的肺移植患者会出现致死性的移植物功能不全，也是术后一年15%的死亡率的主要原因之一，故对LIRI进行干预、减轻损伤是当前国内外的研究热点。一氧化碳（CO）是具有舒张血管、抗血小板聚集、抑制血管平滑肌细胞增生和血管内皮细胞凋亡等作用的细胞信使分子[1]。本实验通过观察LIRI时CO水平的变化及葛根素对它的影响，以探讨CO在LIRI中的作用及葛根素防治LIRI的机制。
1 材料和方法
1.1 材料 健康日本大耳白兔30只，雌雄不拘，体重1.7～2.7 kg，由温州医学院实验动物中心提供。葛根素注射液（2 ml/100 mg，批号：228901），为浙江康恩贝制药有限公司生产；125I-cGMP放免药盒由上海中医药大学同位素室提供；其余均为市售分析纯试剂。
1.2 模型复制及分组 参照Sekido[2]法复制在体兔LIRI模型，即20%氨基甲酸乙酯（5 ml/kg）静脉注射麻醉，颈静脉插管滴注生理盐水（0.5～1.5 ml/min），颈总动脉插管以备抽血；气管切开接动物呼吸机，吸纯氧，呼吸频率为20～30次/min，潮气量为10 ml/kg；沿左胸骨切断第3、第4、第5肋骨，游离左肺门后留置阻断带，在肺呼气后于左肺门处用阻断带结扎肺动脉、肺静脉及左主支气管，此之为左肺缺血，开放恢复供血及通气为左肺再灌注。30只家兔随机分为三组，每组10只：①假手术对照（control，C）组,仅左肺门过阻断带，不阻断肺门，其余操作同缺血再灌注组。②缺血再灌注（ischemia-reperfusion，IR）组，左肺门过阻断带后（缺血前，T0）抽血，然后阻断左肺门1 h（缺血1h，T1）抽血，随即松开阻断带再灌注5 h，分别于再灌注1 h（T2）、3 h（T3）、5 h（T4）抽血，再灌注末取左肺组织标本。③缺血再灌注＋葛根素（IR+puerarin，Pur）组，缺血前5 min静脉给予葛根素（30 mg/kg），其余操作同IR组。
1.3 血液指标检测 ①血浆COHb含量，采用乐宏元等[3]报告的方法测定。②血浆cGMP含量，采用放射免疫法测定。
1.4 肺组织cGMP含量检测 实验毕，取左肺组织50 mg左右，制成匀浆，以3500 r/min离心15 min，取上清液于60 ℃水浴中吹干，残渣放于4 ℃保存待检。采用放射免疫法测定cGMP含量。
1.5 肺组织超微结构观察 取左肺门旁1 mm×1 mm×1 mm大小的组织2～3块，以2.5%戊二醛前固定，以1%锇酸后固定，常规脱水，包埋，超薄切片，常规染色，H-600型透射电镜观察。
1.6 统计学处理方法 采用单因素方差分析（one-way ANOVA），方差齐性者两两比较采用LSD法，方差不齐者进行Dunnet's T3检验。
2 结果
2.1 血浆COHb水平的变化 C组COHb含量各时点变化无统计学意义；IR组COHb含量随着缺血和再灌注时间的延长而逐渐升高，与C组相比差异非常明显(P<0.01)；Pur组这种升高趋势更加明显，缺血和再灌注各时点值均明显高于C组和IR组(P<0.01)（见表1）。
2.2 血浆cGMP含量的变化 C组各时点cGMP含量无明显变化；IR组cGMP含量随时间延长逐渐升高，与C组相比差异有显著性(P<0.01)；Pur组缺血和再灌注各时点cGMP含量明显高于C组和IR组 (P<0.01)（见表2）。
2.3 肺组织cGMP含量 与C组相比，IR组、Pur组肺组织cGMP含量明显升高(P<0.01)，而且 Pur组cGMP含量明显高于IR组(P<0.01)（见图1）。
2.4 肺组织超微结构改变 C组毛细血管内皮细胞结构正常，连接紧密，基底膜完整（见图2）；Ⅰ型肺泡上皮细胞正常；Ⅱ型肺泡上皮细胞结构完整，线粒体嵴清楚，板层小体未见改变，微绒毛无减少。IR组毛细血管内皮细胞肿胀，基底膜有断裂、不完整，线粒体肿胀，核染色质边集、核膜皱缩，基底部与弹力板分离形成拱桥样改变（见图3）；Ⅰ型肺泡上皮细胞吞饮小泡较少；Ⅱ型肺泡上皮细胞微绒毛脱落明显，核固缩，胞浆浓缩，胞浆内板层小体数量减少、排空增多；肺泡隔水肿，肺泡隔及毛细血管内炎症细胞附壁增多，以中性粒细胞为主。Pur组毛细血管内皮细胞轻度肿胀，线粒体轻度空泡化，核固缩现象不明显，染色质分布较均匀（见图4）；Ⅰ型肺泡上皮细胞吞饮小泡较多；Ⅱ型肺泡上皮细胞表面微绒毛轻度减少，个别板层小体稍有胀大；肺泡隔轻度水肿。
3 讨论
CO作为一种重要的气体信使分子，参与体内许多病理、生理过程。血红素在血红素加氧酶（HO）催化下分解生成内源性CO，一部分以原型经肺排出体外，另一部分则以COHb的形式存在[4]，因此，可以通过测定呼出气中CO浓度或血中COHb浓度来反映机体内CO水平，本研究采用乐宏元[3]的方法检测COHb浓度是以此为依据的。内源性CO以自分泌或旁分泌方式与自身或临近细胞胞浆中sGC血红素基因中的Fe2+结合，使其构象发生改变而激活，从而催化GTP生成cGMP，cGMP激活cGMP依赖的蛋白激酶或磷酸二酯酶，或通过调节离子通道发挥生物学效应[5]。本实验结果显示，IR组血浆COHb含量随着缺血和再灌注时间的延长而逐渐升高，与C组相同时点比较差异有统计学意义(P<0.01)，血浆及肺组织血浆cGMP含量也明显升高，提示LIRI可引起内源性CO增多，通过激活sGC引起cGMP升高，与报道一致。
葛根素是我国传统中药葛根中提取的异黄酮类化合物，大量的实验及临床研究表明，其对缺血再灌注后的心、脑、肝、肾等脏器具有保护作用[6，7]。本实验结果发现，与IR组相比，相应时间点Pur组血浆COHb含量、cGMP含量明显增加(P<0.01)，肺组织cGMP含量亦明显升高(P<0.01或P<0.05)，说明葛根素可提高内源性CO水平，增加cGMP含量。与此同时，Pur组电镜观察显示肺血管内皮细胞、肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤较IR组明显减轻，说明葛根素具有抗LIRI作用，其保护机制可能与提高内源性CO水平有一定关系。以往研究也表明，通过诱导HO表达增加内源性CO水平或给予外源性CO，可明显减轻脏器缺血再灌注损伤[8，9]。
目前，关于CO对缺血再灌注组织保护作用的机制尚未完全阐明，可能与以下几个环节有关：①抗氧化作用。有学者证实，低浓度CO有助于细胞拮抗氧化应激，使动物接受低剂量CO可大大提高动物对高氧性肺损伤的耐受性[10]。②改善微循环。内源性CO具有舒张血管、抑制血小板聚集，降低血液黏滞度，减少微循环血栓形成等作用[1,5]。③抗细胞凋亡。Zhang等[11]发现CO抑制Fas/Fas L的表达，进而抑制Caspase3、8、9的激活及线粒体细胞色素C的释放，增加抗凋亡基因Bcl-XL、Bcl-2的表达。④抗炎症作用。Otterbein等[12]报道，低浓度CO能在体内、外选择性地下调致炎细胞因子TNF-α、IL-1β、MIP-1的表达，同时上调抗炎细胞因子IL-10的表达。
【文献】
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