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研究背景:肝缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury,IRI）是失血性休克、肝切除术和肝移植术后并发症及死亡的主要危险因素。肝IRI不仅可能造成肝功能障碍和肝衰竭,还可影响其他多种远端器官,引起肾脏、肺脏、肠道、胰腺、肾上腺、心肌等多种器官损伤,严重情况下,可造成多器官功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome,MODS）、系统性炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome,SIRS）,严重影响患者的生存率及生活质量。肝IRI可分为缺血期和再灌注期两个不同阶段,现已明确的是,这两个阶段均会产生活性氧自由基（reactive oxygen species,ROS）,后者是肝IRI最主要的危险因素及致病机制。减少ROS产生能有效缓解多种IRI动物模型的氧化应激损伤。既往研究表明,抑制Ras相关C3肉毒毒素底物1（Ras-related C3botulinum toxin substrate1,Rac1）可减少多种动物模型中的ROS产生、减轻氧化应激损伤。有趣的是,既往研究提示,Rac1与低氧诱导因子（hypoxia inducible factor,HIF）1α之间存在相互激活的正反馈环路,虽然HIF-1α在缺血早期上调可介导对抗低氧的保护效应,但是,Rac1与HIF-1α之间的正反馈激活环路可加剧ROS产生,从而促进IRI。研究目的:从动物实验和细胞实验两个层面检验抑制Rac1活性对肝IRI的作用,探索肝IRI期间Rac1与HIF-1α之间的相互作用关系。研究方法:C57BL/6小鼠随机分为腹腔注射Rac1抑制剂NSC 23766（2.5mg/kg）、N-乙酰-L-半胱氨酸（N-Acetyl-L-cysteine,NAC,50mg/kg,阳性对照药）或同体积PBS缓冲液（阴性对照）组,各组均为隔日注射,共2周。2周后进一步随机分为假手术组（sham组）或肝缺血再灌注损伤手术组（IRI组）。眼球取血获取血清标本,颈椎脱臼处死小鼠获取肝脏标本,行血清及肝组织内谷丙转氨酶（alanine transaminase,ALT）/谷草转氨酶（aspartate transaminase,AST）检测、苏木精--伊红染色（hematoxylin-eosin staining,H＆E）、脱氧核苷酸末端转移酶（Terminal deoxynucleotidyl transferase,Td T）介导的d UTP缺口末端标记（Td T-mediated d UTP nick-end labeling,TUNEL）细胞凋亡染色、巨噬细胞标志物（F4/80）及中性粒细胞标志物（Ly6G）免疫组化（immunohistochemistry,IHC）分析及ROS含量检测。为模拟肝IRI条件,将小鼠肝细胞系（alpha mouse liver cell line,AML-12）置于95%N2、5%CO2乏氧培养箱,采用含1%胎牛血清（fetal calf serum,FBS）的低营养DMEM/F12培养基,37℃培养24小时后,重新更换正常培养基（含10%FBS）后置于21%O2、5%CO2常规培养箱进行复氧处理。在设计时间点收集细胞,行CCK8药物毒性检测、线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential,MMP）检测、乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LDH）细胞毒性检测、流式细胞仪凋亡检测、凋亡相关蛋白及DNA损伤相关蛋白免疫印迹（Western Blot,WB）分析。细胞模型使用的NSC 23766剂量为50μM。使用慢病毒载体构建Rac1敲除（Rac1-SH）及阴性对照（Rac1-NC）AML-12细胞系,重复相关实验进一步验证结论。此外,通过实时荧光定量多聚核苷酸链式反应（Real-time quantitativepolymerase chain reaction,q PCR）检验Rac1敲除对AML-12细胞IRI后相关炎性因子转录水平的影响。并通过WB分析抑制/敲除Rac1在肝IRI期间对HIF-1α信号通路的影响。研究结果:与腹腔注射PBS相比,腹腔注射NSC 23766的肝缺血再灌注模型小鼠肝细胞空泡化评分更低、细胞凋亡更少、ROS产生更少、血清及肝脏内ALT/AST含量更低、炎性细胞激活更少,即肝损伤程度更轻,说明抑制Rac1可有效减轻模型小鼠的肝缺血再灌注损伤。50μM NSC 23766或Rac1敲除处理后,AML-12 IRI模型的细胞凋亡更少、MMP干扰减轻、IRI引起的凋亡相关蛋白及DNA损伤相关蛋白表达上调减少,说明细胞实验结论与动物实验一致,抑制Rac1能够有效减轻小鼠肝细胞AML-12的缺血再灌注损伤。此外,抑制/敲除Rac1可通过减少p21蛋白激活激酶1（p21-activated kinase1,PAK-1）磷酸化,抑制缺血再灌注诱导的HIF-1α的表达上调。研究结论:本研究支持抑制Rac1对肝IRI的保护效应。除ROS产生减少、氧化应激减轻这一经典机制外,本研究表明,肝IRI期间存在Rac1信号通路与HIF-1α信号通路之间的相互作用,提示抑制Rac1所介导的对肝IRI的保护效应存在其他更复杂的作用机制。