2 0 0 5 北京国际华人心血管麻醉论坛资料汇编 - 1 - 基因多态性与CPB并发症 张诗海 姚尚龙 华中科技大学同济医学院附属协和医院麻醉学教研室 CPB(Cardiopulmonary Bypass, CPB) 是一种极端的生理过程可导致多种 并发症常见的有鱼精蛋白超敏反应神经系统损害肺动脉高压肺损害及 全身炎症反应综合征(Systemic inflammatory response syndrome, SIRS)等 传统观 点认为这些并发症是由 CPB 技术引起的随着科学技术的进步虽然 CPB 技术已有了很大的改进 但 CPB 并发症的发生率依然较高1提示引起 CPB 并 发症的因素除了 CPB 技术外可能还有其他机制 不可回避的事实是同样的疾病同样的麻醉和手术在同样的 CPB 条件 下某些患者出现严重的并发症而多数患者则不会出现这种常见现象说明 CPB 并发症与患者的个体差异有关而个体差异是基因多态性的结果基因多 态性是指同一功能基因拥有多种基因型而每个个体只拥有其中的某一种基因 型 基因多态性并不意味着疾病在正常生理情况下虽然个体间基因型不同 但都是健康的人体但是当像 CPB 这样极端的生理状况发生时有些人会由 于基因型的原因而出现较严重的并发症以鱼精蛋白超敏反应为例补体 C4A 基因纯合子的患者较少出现鱼精蛋白超敏反应而补体 C4B 纯合子患者则极易 出现鱼精蛋白超敏反应且肺功能损害严重2但在日常生活中他们都是健 康的人体 虽然患者个体差异与 CPB 并发症之间的关系显而易见但基因多态性在 CPB 并发症发生发展中的作用却长期未能引起足够的重视除我们发现补体 C4B纯合子患者极易出现鱼精蛋白超敏反应 2,3以及血管紧张素II受体A1166C 基因多态性与 CPB 中高外周阻力有关4外能够见诸文献的只有 P1A2基因型可 能与 CPB 后神经系统功能损害有关5及 COX-2 基因可能与 CPB 后肺动脉高压 有关6等有限的几个基因基因多态性在 CPB 并发症研究中相对滞后的现状影 响了我们对于 CPB 并发症的认识阻碍了 CPB 并发症的预防和治疗现就基因 多态性与 CPB 并发症之间的关系综述如下 一补体 4 基因多态性与鱼精蛋白过敏及肺动脉高压 在 CPB 完成后需要运用鱼精蛋白中和体内的肝素从而形成肝素-鱼精蛋 白复合物 但个体间对鱼精蛋白的反应存在明显差异7虽然多数患者反应轻微 但少数患者可出现肺气体交换功能障碍 肺动脉高压和外周动脉压下降等严重的 不良反应甚至需要重新转流8我们2及其他学者9研究表明鱼精蛋白个体 间的这种差异可能与补体4基因多态性有关 补体4基因定位于第六号染色体上 有多种基因型其表达产物称为补体 4补体 4 基因型根据国际上的命名有 AABBA0BB00BBAAB0 和 AA00 等在第六号染色体上补体 4 基因有 两个位点分别称为 C4A 基因和 C4B 基因由于 C4A 和 C4B 是否为等位基因 与血液中相应蛋白的多寡呈比例关系 因此可以通过测定血液中相应蛋白的含量 鉴定出上述 5 种基因型如在基因型 AABB 中C4A 和 C4B 的表达蛋白之比为 1:1在 A0BB 中C4A 和 C4B 表达蛋白之比为 1:2依此类推10CPB 后鱼精 蛋白反应的差异性可能与 C4A 和 C4B 表达产物的多寡有关虽然 C4A 和 C4B2 0 0 5 北京国际华人心血管麻醉论坛资料汇编 - 2 - 基因的表达产物都称为补体 4并具有相似的免疫功能但二者在免疫功能方面 还是存在一定的差异活化的补体 C4B 溶血活性较强而活化的补体 C4A 在清 除免疫复合物方面能力较强11鱼精蛋白-肝素复合物虽然不是由抗原-抗体形成 的免疫复合物但在激活免疫系统和补体方面与免疫复合物完全一样因而被认 为就是一种免疫复合物12两种补体 4 在免疫功能上的差异可能与鱼精蛋白过 敏和肺动脉高压有关 我们的研究表明在 00BB 和 A0BB 基因型中鱼精蛋白过敏和肺动脉压升 高的比例最大2原因可能在于 在这些基因型的患者的血液中缺乏 C4A 或 C4A 较少鱼精蛋白-肝素复合物不能及时和有效地被清除而较长时间滞留于循环系 统中使补体系统被大量激活导致血液中 C3a 和 C4a 水平异常升高从而表 现为鱼精蛋白过敏和肺动脉高压 鱼精蛋白-肝素复合物不能被及时有效地清除与鱼精蛋白过敏之间存在着密 切关系13鱼精蛋白尤其是通过静脉注射时与肝素形成的鱼精蛋白-肝素复 合物在肺毛细血管床中沉积形成白色血栓增加肺循环阻力导致肺动脉压升 高及外周动脉压下降同时沉积于肺毛细血管床的鱼精蛋白-肝素复合物刺激肥 大细胞释放出大量的组胺引起肺间质水肿导致肺气体交换障碍出现低氧血 症和高碳酸血症肺水肿可导致肺顺应性降低 值得注意的是我们的研究发现2国人 00BB 基因性的比例较白种人高14, 说明国人较白种人更易出现鱼精蛋白过敏和肺动脉高压应引起我们重视 二补体 4 基因多态性与毛细血管渗漏综合征 毛细血管渗漏综合征(Capillary leak syndrome, CLS)是 CPB 后严重威胁患者 生命的一种并发症15, 16CLS 的主要特征是血管外水分积聚表现为严重的水 肿和器官衰竭CLS 的发病机制是一种全身炎性反应综合征17虽然 CPB 引起 的是一种典型的全身炎性反应综合征18, 19但在以前的研究中有关 CLS 的发病 率却相互矛盾20-22有些研究者20,21发现 CLS 在 CPB 的小儿患者中发病率较高 而其他人则未能发现 CPB 导致 CLS22我们认为CLS 与鱼精蛋白过敏和肺动 脉高压一样与补体 4 基因多态性有关我们研究表明 CLS 只出现在缺乏 C4A 基因型即 00BB 基因型的患者中23由于 CLS 与补体 4 基因型密切相关因此 只有包含有 00BB 基因型研究对象的研究才能发现 CLS这也是有些研究发现 CPB 导致 CLS而有些研究未发现的原因 我们的研究同时还揭示补充富含 C4A 基因型的血浆有可能预防和治疗 CLS从而提高 CPB 下心脏手术的安全性 三CPB 转流期间高外周血管阻力与血管紧张素受体 A1166C 基因多态性的 关系 C P B 转流中外周血管阻力异常升高一方面可引起组织灌注不足导致缺氧 酸中毒中性粒细胞激活细胞因子生成增加引起与 C P B 相关的全身炎症反应 综合征甚至导致多器官功能衰竭的发生另一方面外周血压升高必然会使灌注 压升高以维持必需的灌流量 过高的灌注压加重血液中有形成分的破坏和气栓形 成的危险 而且高外周阻力也使麻醉药物的用量增加 导致 C P B 后低心排的发生 虽然 C P B 中高外周阻力的情况经常出现但有关其机制尚不清除因而不能进行 有效的预防和治疗 我们的研究发现血管紧张素的受体(AT R)多态性可能在 CPB 转流期 间高外周阻力密切相关4 血管紧张素是肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAS)中最重要的活性介质2 0 0 5 北京国际华人心血管麻醉论坛资料汇编 - 3 - 在维持有效循环血容量和血管张力 调节血压方面有着十分重要的作用 在成人 血管紧张素的所有生理作用几乎全部由血管紧张素的型受体介导AT R 广泛分布于成人心肌血管平滑肌等靶器官的细胞膜上血管紧张素与 AT R 结合后引起血管收缩平滑肌细胞增殖和纤维化等 在过去的数十年中大量研究报道发现 AT R 的 A1166C 基因突变是原发性 高血压的遗传因素之一24-271994 年Bonnardeaux 等24研究发现高血压患者 AT R 的 A1166C 等位基因的频率显著增高随后又有多项研究证实 A1166C 基 因多态性对血压和血管张力具有显著影响25-30基于上述研究结果我们推测 AT R 的 A1166C 基因多态性可能与 CPB 转流中高外周血管阻力有关 我们对 82 例成人心脏直视手术患者的 A1166C 基因多态性进行了测定同 时测定了转流平稳期外周血管阻力和酚妥拉明的用量结果发现突变组(AC 基 因型)的外周血管阻力和酚妥拉明用量显著高于正常组(AA 基因型)4本研究表 明A1166C 基因多态性在 CPB 高外周阻力方面起着重要作用突变型是导致这 种不良反应的直接原因本研究结果为临床控制这种不良反应提供了理论依据 四其它基因多态性与 CPB 并发症 (一)载脂蛋白和肿瘤坏死因子基因多态性与炎性细胞因子 Grunenfelder 等31研究了载脂蛋白(apolipoprotein, APOE)基因多态性及肿瘤坏 死因子(TNF)基因多态性与 CPB 后炎性细胞因子之间的关系他们发现APOE 的E4基因型联合TNF的A329基因型的患者在CPB后体内的炎性细胞因子(IL-8 和 TNF-)的含量显著高于非 E4 基因型联合 TNF 野生基因型的患者 这些 APOE 的E4基因型联合TNF的A329基因型患者的带管时间和输血量均显著大于非E4 基因型联合 TNF 野生基因型 提示术前进行 APOE 和 TNF 基因型的检测对于控 制围术期炎症反应非常重要 (二)载脂蛋白 E 基因型与 CPB 后神经系统损害 Gaynor 等32研究发现 载脂蛋白 E 基因多态性与小儿 CPB 后神经系统损害 有关他们发现载脂蛋白 E 的 2 基因纯合子的患儿 CPB 后出现神经系统损害 的严重程度最大 4 基因纯合子与患儿 CPB 后神经系统的损害没有直接的关系 (三)白介素基多态性与 CPB 后炎症反应 肿瘤坏死因子 B2 基因纯合子患者 CPB 后 TNF- 和 IL-6 的含量显著高于 B2 基因杂合子和 B1 基因纯合子患者33,34白介 6 的-174G/C 基因多态性与 CPB 后 IL-6纤维蛋白原和 C 反应蛋白的释放有关GG 基因型是这些炎性介质释放的 唯一基因型35白介 10 是一种抗炎细胞因子研究发现白介 10 基因中 1082 碱 基对中的 G 型纯合子患者 CPB 后 IL-10 的含量显著低于 A 型纯合子患者36 (四)血小板 P1A2 基因多态性与 CPB 并发症 带有至少一个血小板 P1A2 基因型的患者 CPB 后血液中肌钙蛋白的含量显 著高于其它基因型37此外血小板 P1A2 基因型与 CPB 后神经系统损害密切 相关5 五体外循环中的基因表达谱 CPB 是一种极端的生理过程必然会导致大量的基因表达但 CPB 中基因 表达谱却尚不清楚 我们利用人 Affymetrix 公司的 U133 基因芯片组对 CPB 中基 因的表达情况进行了分析38人 U133 基因芯片组包含有到目前为止所有已知功 能的人类基因是研究人类基因表达情况的有力工具我们发现CPB 可导致 大量的基因表达表达的基因表达数目达 787 个约占总基因数的 10%表明 CPB 对机体正常功能有着广泛而严重的影响表达改变最为明显的基因的功能2 0 0 5 北京国际华人心血管麻醉论坛资料汇编 - 4 - 主要涉及基因的表达和调控炎症反应免疫反应宿主防疫反应以及造血和细 胞凋亡方面基因表达谱揭示CPB 导致的内环境改变是一种多系统多环节 多通路调节的复杂生理过程 总之基因多态性在 C P B并发症的发生和发展中起着重要作用很多 C P B 并发症以前被以为是由 C P B 技术引起的但现在我们知道这些并发症与患者的 基因多态性有着密切关系因此研究基因多态性对于预防和治疗 C P B 并发症十 分重要应引起我们的重视基因芯片技术是筛选目的基因的有力工具对于发 现和鉴别与 C P B 并发症有关的基因多态性十分重要 参考文献 1. Bottio T, et al. Full-sternotomy off-pump versu