缺血再灌注損傷時(shí) “救命血”為何能致命
武漢大學(xué)模式動(dòng)物研究所大動(dòng)物模型手術(shù)室受訪(fǎng)者供圖
血液救援的感人事件深入人心，在一些影視作品的演繹中，“救命血”一旦到位患者就走過(guò)生死劫。但事實(shí)上，并不是所有“救命血”的輸入，都會(huì)被損傷的機(jī)體“接受”，有的甚至?xí)饑?yán)重的組織壞死。
“救命血”在一些缺血性損傷里卻能致命？“這就是我們通常所說(shuō)的缺血再灌注損傷，臨床上會(huì)發(fā)生在肝臟、心臟等重要器官，這些器官缺血一段時(shí)間之后，如果血液恢復(fù)供給，原本缺血的部位反而‘壞死’加重。” 武漢大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院院長(zhǎng)、模式動(dòng)物研究所所長(zhǎng)李紅良教授說(shuō)，這與人們的“想當(dāng)然”恰恰相反。臨床實(shí)踐上的難題，不僅困擾了臨床醫(yī)生，也是基礎(chǔ)研究的重要課題。“我們希望通過(guò)機(jī)理的解析，回答臨床實(shí)踐：什么是恰當(dāng)?shù)闹委煼椒ǎ袥](méi)有新的治療方法可以避免或減輕此類(lèi)創(chuàng)傷。”李紅良表示，基礎(chǔ)研究是為了解決實(shí)際問(wèn)題，因此進(jìn)行分子機(jī)制研究時(shí)不能偏離臨床醫(yī)學(xué)的需求。
在日前召開(kāi)的第五屆武漢肝臟代謝與心血管疾病國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議期間，應(yīng)李紅良教授的邀請(qǐng)，來(lái)自美國(guó)哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)、斯坦福大學(xué)、康奈爾大學(xué)、梅奧醫(yī)學(xué)中心、英國(guó)倫敦國(guó)王學(xué)院、澳大利亞悉尼大學(xué)等國(guó)外知名科研機(jī)構(gòu)的近60位國(guó)外頂尖專(zhuān)家及國(guó)內(nèi)50多名知名專(zhuān)家就學(xué)界在相關(guān)領(lǐng)域研究的最新進(jìn)展進(jìn)行了深入交流，闡述了對(duì)肝臟和心血管疾病研究和防治方面的新技術(shù)與新見(jiàn)解。
從臨床來(lái)到臨床中去 系統(tǒng)生物學(xué)功不可沒(méi)
“在臨床上很早就發(fā)現(xiàn)，一些心梗患者，當(dāng)梗塞去除、血液流通后，卻更危重了，嚴(yán)重抵消了再通治療的效果。”武漢大學(xué)中南醫(yī)院研究助理教授姬燕曉介紹，為了深入而系統(tǒng)地研究這些領(lǐng)域內(nèi)的重要難題，武漢大學(xué)模式動(dòng)物研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)模式動(dòng)物所)建立了系統(tǒng)生物學(xué)平臺(tái)。“它會(huì)針對(duì)某一個(gè)特定問(wèn)題，把臨床樣本和動(dòng)物模型中得到的系統(tǒng)生物學(xué)數(shù)據(jù)，以及相關(guān)已發(fā)表文獻(xiàn)中的系統(tǒng)生物學(xué)數(shù)據(jù)全部融合到一起，進(jìn)行綜合分析。”姬燕曉介紹，在這個(gè)過(guò)程中，無(wú)論是臨床數(shù)據(jù)、動(dòng)物模型數(shù)據(jù)或者已有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，絕大多數(shù)都是基于實(shí)實(shí)在在的活體，而并非把生命活動(dòng)拆分為單個(gè)分子或者細(xì)胞，這將大大提高基礎(chǔ)研究對(duì)臨床實(shí)踐的指導(dǎo)意義及其應(yīng)用率。
從大量的臨床事件和動(dòng)物模型中獲得海量的系統(tǒng)生物學(xué)數(shù)據(jù)，然后將不同來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，通過(guò)目標(biāo)導(dǎo)向，針對(duì)特定問(wèn)題進(jìn)行個(gè)性化的數(shù)據(jù)挖掘，往往要面對(duì)海量的數(shù)據(jù)梳理和分析，這對(duì)于大多數(shù)從事基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的學(xué)者來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
“在我們研究所，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)和系統(tǒng)生物學(xué)平臺(tái)反復(fù)溝通，明確科學(xué)問(wèn)題及研究方案。”姬燕曉介紹，系統(tǒng)生物學(xué)平臺(tái)會(huì)利用計(jì)算機(jī)編程、大數(shù)據(jù)挖掘、人工智能算法等手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生命科學(xué)本質(zhì)規(guī)律的探索。
據(jù)悉，利用生物信息學(xué)進(jìn)行基于臨床事件的數(shù)據(jù)分析，國(guó)際上也在不斷發(fā)展。近幾年，系統(tǒng)生物學(xué)方法和高通量篩選平臺(tái)在疾病根本機(jī)制研究和藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大潛能。例如，參加本次大會(huì)的倫敦大學(xué)教授曼努埃爾·邁爾致力于多組學(xué)聯(lián)合，將生物信息整合到心血管疾病特異性網(wǎng)絡(luò)中，利用血漿數(shù)據(jù)與人類(lèi)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的蛋白質(zhì)組學(xué)聯(lián)合分析，探索了血液生物標(biāo)志物與心血管疾病中的脂質(zhì)保留和血管炎癥的關(guān)系，從而提出了通過(guò)血液分析來(lái)確定動(dòng)脈粥樣硬化斑塊分子特征的解決方案。
驗(yàn)證分子機(jī)理 模式動(dòng)物提供“鐵證”
系統(tǒng)生物學(xué)平臺(tái)給出的“潛在目標(biāo)”只是最大限度地鎖定了可能的疾病分子機(jī)制。“我們會(huì)從中確定關(guān)鍵的基因或者分子通路進(jìn)行‘聚焦式’驗(yàn)證。”姬燕曉說(shuō)，“一般情況我們會(huì)先對(duì)選定靶標(biāo)進(jìn)行細(xì)胞層面的篩選驗(yàn)證，因?yàn)榧?xì)胞培養(yǎng)又快又便宜。當(dāng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)給出確定的結(jié)果之后，我們接著會(huì)進(jìn)行動(dòng)物層面的實(shí)驗(yàn)，從小鼠、大鼠，到大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，比如豬和猴子。”
《自然·醫(yī)學(xué)》雜志此前刊發(fā)了一篇李紅良教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于肝臟缺血再灌注損傷的機(jī)制研究，他們通過(guò)系統(tǒng)的多組學(xué)聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)花生四烯酸代謝通路中ALOX12很可能是調(diào)控肝臟缺血再灌注損傷的早期關(guān)鍵靶點(diǎn)；進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，ALOX12基因表達(dá)在肝臟缺血后確實(shí)迅速上調(diào)，而如果將這一基因抑制，缺血后再灌注的損傷就大大降低。
“我們的研究成果一方面說(shuō)明，肝臟缺血再灌注損傷可以通過(guò)靶向關(guān)鍵基因來(lái)顯著減輕；另一方面表明，損傷與否的‘決定性階段’并不是再灌注，而是在更早期的缺血損傷期間機(jī)體的應(yīng)激變化。”文章通訊作者李紅良表示。如果把肝臟缺血再灌注損傷比作一個(gè)“炸藥包”，之前傳統(tǒng)的研究致力于控制“炸藥包”爆炸后的氧化應(yīng)激、細(xì)胞壞死、炎癥反應(yīng)等后續(xù)事件；而他們團(tuán)隊(duì)則發(fā)現(xiàn)了引爆“炸藥包”的“導(dǎo)火索”，那就是肝臟缺血階段的脂質(zhì)代謝紊亂。
為了進(jìn)一步探索目標(biāo)基因在疾病中能否起到關(guān)鍵“螺絲釘”作用，模式動(dòng)物所團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出特定基因靶向敲除的克隆豬，證明目標(biāo)基因在心血管代謝性疾病中的作用和它們作為關(guān)鍵靶點(diǎn)在臨床應(yīng)用中的轉(zhuǎn)化潛能。“豬的心、肝、脾、肺、腎的體位、大小和人類(lèi)的非常相似，而小鼠卻相差較大，因此前者的功能驗(yàn)證將更能代表臨床。”姬燕曉說(shuō)。
這也是在對(duì)疾病的分子機(jī)制探索中，模式動(dòng)物的第二次出現(xiàn)。“第一次我們要讓它模擬‘病患’，采用的是手術(shù)干預(yù)的方法，例如通過(guò)手術(shù)造成肝臟缺血，想從中了解‘究竟發(fā)生了什么’。”李紅良解釋?zhuān)暗诙文Ｊ絼?dòng)物是給出‘可信’的驗(yàn)證，我們要知道一個(gè)基因是否是關(guān)鍵的‘螺絲釘’，要看干預(yù)它之后會(huì)發(fā)生什么。”
有資料顯示，CNS(《細(xì)胞》《自然》《科學(xué)》簡(jiǎn)稱(chēng))上刊發(fā)的藥物靶點(diǎn)，最終開(kāi)發(fā)出新藥的比例不足千分之一。模式動(dòng)物是將基因與疾病聯(lián)系起來(lái)繞不開(kāi)的“樞紐”一環(huán)，基于模式動(dòng)物的基礎(chǔ)理論研究和新藥研發(fā)工作，或許會(huì)更加貼合臨床實(shí)踐，進(jìn)而提高新藥的開(kāi)發(fā)率，降低新藥開(kāi)發(fā)成本。模式動(dòng)物所動(dòng)物模型團(tuán)隊(duì)可以熟練利用小鼠、大鼠等小動(dòng)物及猴子、豬等大動(dòng)物模型模擬超過(guò)40種以上以代謝及心血管疾病、腫瘤為主的人類(lèi)疾病，為基礎(chǔ)研究和藥物開(kāi)發(fā)提供了重要的支撐。該所長(zhǎng)期和源自于武漢大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的湖北天勤生物科技有限公司有著緊密的協(xié)作，結(jié)合非人靈長(zhǎng)類(lèi)疾病模型實(shí)驗(yàn)技術(shù)與獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)猴資源優(yōu)勢(shì)，與包括美國(guó)德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心、美國(guó)康奈爾大學(xué)及哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院等10多個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的科研合作關(guān)系。
“頂班”的來(lái)“應(yīng)急” 或許是種自我保護(hù)機(jī)制
“缺血再灌注損傷機(jī)制或許原本是生物進(jìn)化過(guò)程中的自我保護(hù)機(jī)制。”姬燕曉表示，就好像一個(gè)機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)一個(gè)零件壞了，其他本來(lái)不運(yùn)轉(zhuǎn)的零件開(kāi)始嘗試把這個(gè)功能“頂上”。這本來(lái)是件好事，但是當(dāng)“救命血”突如其來(lái)，“頂班”的零件仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，可能造成損傷。
也或許是，“頂班”的零件可能只是進(jìn)化用來(lái)“應(yīng)急”的，當(dāng)“應(yīng)急”的任務(wù)擔(dān)負(fù)的太長(zhǎng)，而沒(méi)有緩解，比如缺血超過(guò)一定時(shí)間，“應(yīng)急通道”沒(méi)有停止，就可能引發(fā)機(jī)體的連鎖反應(yīng)，帶動(dòng)了不應(yīng)該轉(zhuǎn)的地方運(yùn)轉(zhuǎn)，這種“亂套”就會(huì)造成相關(guān)疾病的發(fā)生。缺血的刺激，會(huì)帶來(lái)新的細(xì)胞通路的活化，或者會(huì)導(dǎo)致原來(lái)的細(xì)胞通路承擔(dān)不同的任務(wù)，這更體現(xiàn)了生命機(jī)理的“動(dòng)態(tài)”。“人們很早就知道了這條通路，但我們的團(tuán)隊(duì)首次證明了這條已知通路與缺血再灌注損傷有關(guān)。這也將幫助我們開(kāi)發(fā)出相關(guān)疾病的手術(shù)輔助用藥。”李紅良告訴記者。
人體疾病的發(fā)生、發(fā)展是個(gè)復(fù)雜的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，這給基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究者提出了更嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著生活方式的改變，醫(yī)學(xué)亟待解決的問(wèn)題也更加嚴(yán)峻，高脂血癥、高血壓、肥胖、糖尿病、高半胱氨酸血癥以及一些遺傳因素等均可誘導(dǎo)心臟、肝臟、腎臟等主要臟器的疾病發(fā)生。
在這次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議中，與會(huì)專(zhuān)家從氧化應(yīng)激、血管干細(xì)胞增殖遷移、線(xiàn)粒DNA損傷等不同角度，分享了各自最新的研究進(jìn)展，展示了肝臟和心血管疾病防治的潛在新靶點(diǎn)，為尋找更加優(yōu)化的治療策略提供了更多可能。
