肾脏缺血再灌注损伤(IRI)是肾移植受者移植肾功能延迟恢复(DGF)发生的主要原因，临床上女性受者DGF发生率明显低于男性，这可能是由于两者体内雌激素水平差异所致。雌激素是女性的主要性激素，可以与其下游雌激素受体(ER)结合，对减轻肾脏IRI具有积极作用。本文对IRI的发生机制及雌激素可能减轻肾脏IRI的机制进行综述，为临床减轻移植肾IRI、降低DGF发生率提供新的研究方向。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
死亡后器官捐献(CDC)是我国移植器官的主要来源，但CDC器官DGF发生率偏高是我国肾移植发展面临的一大问题[1]。一项46 691例大样本临床回顾性分析显示，女性受者肾移植术后DGF发生率明显低于男性(23.2 %和29.2 %, P<0.001)[2]，有学者认为女性对缺血再灌注损伤(IRI)的耐受也明显优于男性[3]。雌激素是女性主要的性激素，可以通过多种机制减轻IRI，肾脏对IRI耐受的性别二形性的本质可能是雌激素水平差异。本文对IRI的部分发生机制及雌激素可能减轻肾脏IRI的作用机制进行综述。
CDC分为3类，包括心脏死亡器官捐献(DCD)供者、脑死亡器官捐献(DBD)供者以及心-脑双死亡器官捐献(DBCD)供者[4]。供者类型与肾脏IRI的严重程度密切相关，对移植肾的存活及肾功能的恢复也有一定的影响。
DBD供肾因存在脑死亡过程，生理功能发生少量改变，移植效果较亲属活体肾移植差，但DCD供肾热缺血时间普遍更长，DGF发生率更高。肾移植术后DGF不仅延长了受者住院时间、增加住院费用，还面临术后透析的风险。IRI是DGF的高危因素之一，近年来，对IRI的研究取得较大进展，预防或减轻移植肾IRI可以降低DGF的发生率。
肾脏IRI的机制错综复杂，可以通过多种病理生理机制对肾脏造成损伤。其中最主要的是活性氧自由基(ROS)的产生、细胞代谢功能的紊乱、炎症因子的表达及细胞凋亡共同作用，对移植物造成实质损伤。
肾脏缺血时，细胞毒性代谢产物累积，细胞离子梯度丧失。但是当血液再灌注时，损伤非但没有恢复，反而随着肾脏的复温、复氧，产生了ROS，直接损伤细胞骨架和功能性细胞成分。Nosaka等[5]认为，肾脏缺血时，随着腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)的减少，细胞Na＋/K＋-ATP泵逐渐失活，导致电压依赖性Ca2＋通道开放，激活线粒体电子传递系统，诱导产生ROS。当血液再灌注时，ATP和氧气供给恢复，细胞内超氧阴离子生成，在超氧化物歧化酶的作用下，转变为过氧化氢与ROS，并损伤线粒体膜和线粒体电子传递系统。虽然正常的线粒体具有抗氧化能力，可以代谢ROS，减轻ROS造成的损伤。但发生IRI后，线粒体失活与功能障碍反而是ROS产生的主要原因。
除导致细胞器损伤外，ROS还可以介导DNA的水解、烷基化、氧化碱基修饰等，导致DNA损伤[6]。DNA的完整性对细胞至关重要，DNA结构异常会导致细胞出现异常的病理反应[7]。大量文献报道，雌激素减轻IRI是通过增强抗氧化应激能力，调节ROS，保护DNA链，减少细胞凋亡等机制的实现。
免疫反应在肾移植IRI中也起到了重要作用，IRI能够触发先天性和适应性免疫反应的级联反应，杀伤实质细胞，并促进抗体和细胞介导的排斥反应[8]。再灌注的同时，炎症反应激活，趋化因子和补体释放，加重了组织损伤，并启动了有害的细胞级联反应，加重肾脏损伤[9]。肾移植IRI时，大量细胞凋亡，除肾小球外，肾小管上皮细胞占肾实质细胞的75 %以上，对IRI非常敏感，肾小管上皮细胞的存活率对移植肾的长期存活率影响巨大[10]。研究表明，IRI主要由氧化应激反应和细胞凋亡造成。所以减少细胞凋亡尤为重要。
许多研究发现，雌激素可以通过减轻氧化应激损伤、DNA损伤减少细胞凋亡，同时具有抗炎、保护血管等作用。因此，雌激素可能作用于多个靶点，并通过多种机制减轻器官IRI。
雌激素是女性的主要性激素，可以促进女性生殖和第二性征的发育，男性雌激素水平普遍较低。这种性别差异可以体现在脑组织、脂肪组织、肾脏组织等，人体的血流动力学和人体的免疫反应也具有明显的性别二形性[11]。雌激素对机体的生理健康具有重要作用，例如女性绝经后，由于雌激素缺乏，内脏脂肪沉积、胰岛素抵抗、胰岛B细胞功能障碍，导致2型糖尿病风险增加[12]。
雌激素主要通过雌激素受体(ER)发挥作用，ER主要有三种：α-ER、β-ER以及G蛋白偶联雌激素受体(GPER)，其中最主要的是由ESR1基因编码激活的α-ER，是雌激素在血管、代谢以及病理生理学中作用的主要位点[13]。未结合的α-ER主要是位于细胞质中的单体，与雌激素结合后会易位至细胞核中，所以其本质是一种核蛋白，可以产生核效应。核效应是雌激素作用的经典途径，通过ER实现，即雌激素与细胞质中的特定ER结合，导致雌激素-ER二聚化同时核易位。在早期的研究中，该二聚体与靶基因中的特定DNA序列相互作用，为激素激活的"两步机制"提供最初基础[14]。
尽管α-ER最初被定位于细胞质中，但位于细胞膜上的ER也被逐渐发现[15]。此外，在线粒体、内质网和高尔基体上均观察到了ER。除核效应外，ER还有非核效应，例如在细胞膜上有大量的α-ER聚集，介导快速信号效应，被称为膜启动类固醇信号(MISS)，主要在代谢和葡萄糖稳态调节中起作用。同时雌激素具有良好的组织选择性作用，是因为雌激素的非核效应较核效应优先激活，称为雌激素优先通路(PaPEs)[16]。
如前文所述，肾移植预后具有明显的性别二形性。美国食品药品监督管理局(FDA)公开会议认为，受者为男性是移植肾功能延迟恢复(DGF)发生的危险因素之一[17]。在许多生理和病理的研究中，都发现了明显的性别二形性，例如女性对心血管疾病具有性别特异性保护作用[18]。
雌激素除在生殖系统发挥作用外，还可参与一系列的病理生理过程。在多项器官移植研究中，雌激素均被证明对IRI具有保护作用。研究证实，雌激素对大鼠大脑组织、脑神经IRI具有保护作用[19]。大量证据表明，雌激素可有效保护心肌免受IRI[20]。因为肾脏IRI的机制过于复杂，可以通过多种途径损伤组织，而雌激素也作用于多个靶点，以多种方式减轻肾脏IRI。
雌二醇(E2)是雌激素中最主要的一种。有学者认为，E2对几乎所有有益的血管活动都是必须的。当肾脏缺血时，微血管容易发生痉挛，并伴有微血栓形成。雌激素对血管的保护作用，可能是E2与α-ER结合，并通过MISS的激活刺激血管内皮产生一氧化氮(NO)[21]，而NO是公认的保护血管的介质之一。E2可以通过α-ER加速血管内皮产生NO，在血管损伤后保护血管内皮细胞，并加速血管内皮再生。有研究表明，E2对改善组织灌注有重要作用，主要通过改善动脉阻力实现[22]。这可能是因为雌激素可以直接增强内皮细胞增殖，提高内皮细胞存活率，从而促进血管修复。
当血管损伤时，E2能通过α-ER-PaPEs通路，迅速的刺激内皮型一氧化氮合酶(eNOS)产生活性[16]。雌激素导致eNOS被迅速激活，可能是血管迅速扩张，改善血供的原因。在肾移植中，雌激素可能通过α-ER-PaPEs通路，改善肾脏复灌的血液供应，并改善移植肾的代谢。
α-ER与雌激素可以调节线粒体和细胞基质氧化，ER可以通过经典的核效应或非核效应调节线粒体功能，可能存在于线粒体中，并对雌激素作出响应，直接引起线粒体的效应[23]。E2可以调节线粒体，包括ATP、膜电位的产生、线粒体生物合成以及调节细胞内钙离子浓度、维护细胞内环境稳态。此外，E2还可介导线粒体呼吸链蛋白和抗氧化蛋白，提供抗氧化应激能力[24]。
E2通过调节线粒体ROS的产生影响线粒体功能。对生理状态下的线粒体而言，抗氧化酶可以抵消ROS对细胞的影响，但在IRI时，线粒体损伤，快速产生大量ROS，抗氧化酶活性受到抑制，导致细胞凋亡和组织损伤[25]。研究表明，心肌IRI时，雌激素可以引起线粒体乙醛脱氢酶2(ALDH2)的活化和增加，ALDH2是一种代谢酶，可以代谢毒性ROS生成物，减轻IRI损伤[26]。
除了α-ER外，β-ER的激活在心脏IRI中也起到了一定的保护作用，β-ER可以抑制细胞凋亡，并保护线粒体的完整性[27]。GPER 1的激活也可以维护线粒体功能障碍，减少线粒体自噬，减轻IRI[28]。
ROS损伤细胞也会使DNA损伤，雌激素可以介导DNA的修复，也可以保护DNA损伤，但雌激素保护DNA的作用需要通过α-ER实现，E2可以通过改善线粒体呼吸链，减少IRI过程中DNA链的断裂。
大量研究表明，E2对IRI的保护作用可能是通过抗炎、抗凋亡作用实现。E2除激活eNOS外，α-ER可以激活PI3K-Akt-mTOR信号通路[29]。通过激活PI3K、MAPK等保护性通路，减少炎性细胞因子的产生，从而减少细胞凋亡。当细胞膜上的α-ER和β-ER与雌激素结合时，激活MISS，引起信号通路的级联反应，包括PI3K、AKT、ERK 1/2和P38，这些信号通路可以保护细胞损伤，减少细胞凋亡[30]。这些保护性通路的激活可能与骨形态发生蛋白-4(BMP4)有关。雌激素可以抑制BMP4的表达，BMP4可以诱导JNK表达[31]。JNK是一种促进细胞凋亡的信号通路，雌激素可以直接抑制多脏器的JNK通路[32]。
在心肌IRI中，雌激素可激活GPER，抑制心肌细胞凋亡，保护心肌免受IRI[33]。研究发现，使用E2预处理或紧急使用E2，可以促进心肌IRI后的恢复[34]。有学者进行雌激素抗凋亡机制的研究，E2可抑制P53磷酸化并减少ROS产生，进而减少细胞凋亡[35]。但雌激素与P53、PI3K等保护通路的具体作用机制尚不清晰，有待学者的进一步研究。
综上所述，雌激素有预防或减轻肾IRI的作用。IRI的机制是多因素共同导致的，利用雌激素减轻移植肾IRI也有多种途径，可以从供者或受者或移植前、中、后入手。目前我国普遍采用死亡后器官捐献，对于DCD供者而言，在供者侧对IRI进行预防难以进行且有违伦理。但对治疗方法知情同意后的受者，可以使用不同的药物以期减轻IRI的损害，研究表明，经雌激素治疗的老年女性移植肾功能和移植肾存活率均有所改善[36]。但雌激素治疗也增加老年女性深静脉血栓、心脏病等的发病风险[37]。因此建议在临床应用雌激素改善肾脏IRI时，需证明雌激素治疗的安全性与明确安全剂量。
肾移植过程中，由于供肾分配、运输等原因，冷缺血时间通常难以减少。冷缺血期间，肾脏的代谢活动明显降低，使供肾能在移植前长时间保存。但有研究表明，冷缺血时间越长DGF发生率越高[38]。因此，可以在冷缺血期间对供肾进行维护。
目前常规采用器官保存液对肾脏进行静态冷储存(SCS)。肾脏降温至4°C时，酶活性降低，氧需求量与细胞代谢均降低。在此期间，器官保存液可以保持细胞完整性，增加器官对缺血的耐受性[39]。当器官在体外保存时，可以在移植的早期使用药物预防IRI。如果雌激素在4°C条件下还有活性，可以将雌激素加入到保存液中，共同保存移植肾。但尚未对雌激素在不同温度下的活性进行研究。
对IRI的治疗通常集中在清除ROS、减少炎性反应、刺激细胞存活及再生[40]。但也可通过在供肾保存中使用机器进行低温机械灌注(HMP)或在灌注液中加入保护剂实现IRI的保护作用。目前，有许多在灌注中添加营养成分或活性药物以实现对IRI的保护作用的研究，而雌激素并不在其中。
雌激素具有保护血管、改善微循环、改善氧化应激损伤、减少细胞凋亡等作用，在供肾冷缺血期可能产生保护移植肾的作用。作者认为，在获取器官时，采用加入雌激素的器官保存液，可能是减轻移植肾IRI，降低DGF发生率的一种新方法，但有待进一步研究正式。
近年来，随着对IRI的深入研究，出现众多减轻IRI的药物及方法，DGF发生率有所下降，移植物一年存活率明显提高。但肾移植DGF发生率仍居高不下。研究发现雌激素具有保护血管、拮抗氧化应激损伤、减轻免疫损伤与减少细胞凋亡等作用，有可能是女性受者DGF发生率低于男性的主要原因。作者认为，为减轻移植肾IRI而对供者进行雌激素预处理有违伦理，对受者使用雌激素治疗又存在一定风险，所以在供肾获取或保存过程中使用加入雌激素的器官保存液，可能是减轻移植肾IRI、减少DGF发生率的新方法，但有待进一步研究。
所有作者均声明不存在利益冲突
