麻醉與免疫調(diào)節(jié)的研究進展

李會 方向明

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院城站院區(qū)麻醉科

免疫反應(yīng)能快速清除入侵機體的病原體，維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，七氟醚可以調(diào)節(jié)炎癥、器官損傷等免疫反應(yīng)，并且可以調(diào)節(jié)caspase-1的活化及caspase-1依賴的pyroptosis，而caspase-1、pyroptosis又通過多種方式參與免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)，借此次2011年麻醉學(xué)年度進展交流機會，我就吸入麻醉劑七氟醚介導(dǎo)的caspase-1及pyroptosis相關(guān)的免疫調(diào)節(jié)做一研究現(xiàn)狀報告。

我們課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，6%七氟醚與ATP共同作用于鼠的巨噬細(xì)胞系J774細(xì)胞0.5小時可以明顯活化caspase-1（P＜0.05），并觸發(fā) pyroptosis，而該作用會被caspase-1特異性抑制劑阻斷 （P＜0.05），同時我們還發(fā)現(xiàn)七氟醚的這種處理與細(xì)胞內(nèi)活性氧簇的產(chǎn)生增加密切相關(guān)。

半胱天冬酶-1（cysteinyl aspartate-specific protease-1，caspase-1）是一種蛋白水解酶，以無活性酶原形式p45存在于免疫細(xì)胞內(nèi)。當(dāng)LPS、PGN等病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）或尿酸鹽晶體等危險相關(guān)分子模式（danger-associated molecular patterns，DAMPs）入侵免疫細(xì)胞時，caspase-1與胞內(nèi)受體核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體（nucleotide-binding oligomerization domain like receptors，NLRs）及凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD， ASC）組裝成胞內(nèi)的一種大分子量、多蛋白復(fù)合體-炎性體（inflammasome），進而產(chǎn)生活化的caspase-1[1-2]?；罨腸aspase-1是由p20和p10亞單位組成的，它具有激活proIL-1β、proIL-18等炎癥細(xì)胞因子的生物學(xué)活性，參與炎性細(xì)胞死亡的過程。

Pyroptosis是caspase-1依賴的細(xì)胞死亡過程，可以被細(xì)菌、病毒等多種物質(zhì)在體內(nèi)外觸發(fā)[3,4]。Pyroptosis區(qū)別于其他形式的細(xì)胞死亡，是因為它具有獨特的可導(dǎo)致細(xì)胞膜形成直徑為1.1-2.4 nm的孔徑，進而因離子濃度梯度導(dǎo)致細(xì)胞滲透性腫脹，同時DNA斷裂、彌散在細(xì)胞核內(nèi)，最終細(xì)胞破裂死亡[5]。 Pyroptosis與傳統(tǒng)的凋亡的差別在于： pyroptosis是caspase-1參與的細(xì)胞膜完整性受損的細(xì)胞死亡過程，同時 pyroptosis發(fā)生時DNA斷裂、彌散在細(xì)胞核內(nèi)，細(xì)胞腫脹、破裂、細(xì)胞內(nèi)容物被釋放；而凋亡則是caspase-3、6、7或者是8參與的細(xì)胞膜完整性良好的細(xì)胞死亡過程，并且DNA斷裂、核染色質(zhì)固縮、細(xì)胞皺縮、分割成數(shù)個凋亡小體[5]。

既往的研究報道，caspase-1及caspase-1依賴的pyroptosis對固有免疫及獲得性免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)起著至關(guān)重要的作用。多篇文章研究發(fā)現(xiàn)caspase-1缺失的小鼠對 Francisella tularensis、 Salmonella typhimurium等多種胞內(nèi)菌的易感性增加[6-7]，并且Miao EA報道稱[8]，caspase-1及caspase-1依賴的pyroptosis有利于胞內(nèi)菌的清除，其機制為pyroptosis導(dǎo)致細(xì)胞裂解，清除胞內(nèi)菌賴以生存和繁殖的微環(huán)境，同時釋放出胞內(nèi)寄生菌，有利于機體對其清除，Brodsky IE補充道，caspase-1激活的IL-1β、IL-18可以趨化并活化免疫效應(yīng)細(xì)胞，也有助于機體對病原體的清除[9]。此外，caspase-1還可以通過誘導(dǎo)干擾素-γ、前列腺素E2的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)炎癥、疼痛及病原菌清除等免疫反應(yīng)[10-11]。 活化的caspase-1可以激活proIL-1β、proIL-18等炎癥細(xì)胞因子，而IL-1β是初級細(xì)胞因子，活化后趨化、活化免疫效應(yīng)細(xì)胞，產(chǎn)生更多的次級細(xì)胞因子，參與炎癥的級聯(lián)放大反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)IL-1β產(chǎn)生失調(diào)參與關(guān)節(jié)炎、炎性腸病等疾病的發(fā)生、發(fā)展過程[12-13]。那么為什么七氟醚活化了caspase-1，我們卻認(rèn)為這是一種保護作用呢？IL-1β的基因表達(dá)產(chǎn)生的proIL-1β需要caspase-1活化后才具有生物學(xué)活性。實驗證明，七氟醚麻醉可以減少肺及海馬組織中IL-1β的基因表達(dá)[14-15]，而我們的研究發(fā)現(xiàn)七氟醚可以活化caspase-1，所以七氟醚在基因和蛋白活化水平從兩個不同的方向調(diào)節(jié)IL-1β，所以會出現(xiàn)七氟醚對活化的IL-1β無影響的結(jié)果[14]。故caspase-1及caspase-1依賴的pyroptosis對免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)不依賴于IL-1β等炎癥因子。

活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）在機體內(nèi)有非常重要的生理作用，參與血管的發(fā)生，調(diào)控細(xì)胞的生長、增殖及遷移[16]。Hanouz JL 、Bouwman RA的工作也證實了[17-18]，七氟醚通過增加ROS的產(chǎn)生激活PKC通路產(chǎn)生心臟等重要器官的保護作用。同時ROS在NLR-caspase-1復(fù)合體的活化中起著極為重要的作用[19-20]，本課題組研究發(fā)現(xiàn)七氟醚可以增加ROS的產(chǎn)生，一方面可以增加caspase-1的活化，有助于病原微生物的清除，另一方面，它可以參與重要器官的保護作用。

綜上，本研究及既往的研究結(jié)果提示在細(xì)胞病理性受損釋放ATP的情況下，如膿毒癥，如果選擇七氟醚作為吸入麻醉藥物誘導(dǎo)、維持麻醉，那么七氟醚可以通過上調(diào)caspase-1的活化，促發(fā)pyroptosis而發(fā)揮對炎癥、病原菌清除等免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)，同時可能通過ROS的產(chǎn)生而有利于重要器官的保護作用。

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