內(nèi)毒素急性肺損傷與中性粒細(xì)胞凋亡研究現(xiàn)狀

朱珊珊（綜述） 劉功儉（審校）

徐州醫(yī)學(xué)院麻醉學(xué)院，江蘇徐州 221000

細(xì)胞凋亡（apoptosis）又稱為程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death，PCD），是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡。它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控，不傷及鄰近細(xì)胞，保持組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并將炎癥反應(yīng)限制在最小范圍的高級(jí)調(diào)節(jié)過(guò)程。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，一些細(xì)胞因子、蛋白酶類及黏附分子等能通過(guò)抑制炎癥細(xì)胞凋亡，延長(zhǎng)炎癥反應(yīng)時(shí)間，而參與急性肺損傷（acute lung injury，ALI）的炎癥反應(yīng)過(guò)程[1-2]。筆者復(fù)習(xí)近幾年國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，從PMN凋亡的角度對(duì)LPS急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制作一綜述。

1 中性粒細(xì)胞（PMN）凋亡與內(nèi)毒素性ALI

PMN半衰期短，在外周血循環(huán)中存活8～20 h，而進(jìn)入感染或發(fā)炎的組織內(nèi)其存活時(shí)間可增加數(shù)倍。肺是PMN最容易聚集的器官，而肺組織中的PMN聚集發(fā)生于肺毛細(xì)血管床，此處PMN的含量是其他血管床的50 倍[3]。若無(wú)細(xì)胞因子炎癥因子參與，老化的PMN會(huì)自發(fā)凋亡。與壞死不同，凋亡的PMN無(wú)細(xì)胞毒素釋放到組織細(xì)胞周圍。急性炎癥時(shí)，PMN由于局部炎癥介質(zhì)的作用而發(fā)生凋亡延遲，凋亡延遲的PMN在炎癥部位通過(guò)呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量自由基、蛋白水解酶及炎癥介質(zhì)等有害物質(zhì)造成組織損傷，增加肺組織的炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致ALI，降低存活率[4]。

2 PMN凋亡信號(hào)傳導(dǎo)途徑

2.1 核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）途徑

NF-κB可通過(guò)介導(dǎo)多種炎癥介質(zhì)轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控與凋亡相關(guān)的重要基因的表達(dá)來(lái)參與PMN凋亡的調(diào)控。內(nèi)毒素刺激細(xì)胞后，核因子的抑制劑 IκB（inhibitor κB，IκB）發(fā)生磷酸化降解，NF-κB與IκB發(fā)生解離，NF-κB迅速?gòu)募?xì)胞質(zhì)移位到細(xì)胞核，在核內(nèi)與目的基因，如編碼誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶（induced-nitric oxide synthase iNOS）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α） 的 κB 位點(diǎn)特異性結(jié)合，來(lái)促進(jìn)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)控TNF-α細(xì)胞因子、黏附分子和炎癥相關(guān)的酶及蛋白質(zhì)的表達(dá)。反過(guò)來(lái)，NF-κB調(diào)節(jié)產(chǎn)物，如TNF-α、細(xì)胞介素 1β（interleukin 1β，IL-1β）又能激活 NF-κB，形成一個(gè)能放大且延續(xù)炎癥反應(yīng)的復(fù)雜調(diào)節(jié)環(huán)路，導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)綜合征（SIRS），誘發(fā)肺、腎及肝等多個(gè)臟器的損傷[5]。

NF-κB活化抑制PMN凋亡的機(jī)制可能為：①NF-κB活化促進(jìn)促炎癥細(xì)胞因子（IL-6、IL-8）和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）表達(dá)，而抑制PMN凋亡；②NF-κB活化后可誘導(dǎo)細(xì)胞表達(dá)死亡受體-1（TNFR1）、結(jié)合因子（TFAF1、TFAF2）和凋亡抑制蛋白（IAP1、IAP2），抑制 Caspase 級(jí)聯(lián)反應(yīng)，阻斷死亡受體TNFR1 和Fas介導(dǎo)的凋亡信號(hào)傳導(dǎo)，抑制細(xì)胞凋亡；③NF-κB活化亦可能通過(guò)調(diào)控A1 等Bcl-2 家族抗凋亡蛋白的表達(dá)來(lái)抑制PMN凋亡[6]。通過(guò)以上敘述不難看出NF-κB的轉(zhuǎn)移及活化是SIRS或ALI的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。抑制NF-κB信號(hào)通路，可有效地抑制ALI中TNF-ɑ炎性因子的產(chǎn)生。若在ALI早期抑制NF-κB活化，可為防治ALI/ARDS提供新的靶點(diǎn)。

2.2 Fas-Fasl途徑

Fas屬于細(xì)胞表面受體家族，是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量為45 000，在白細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞及肺組織等多種細(xì)胞組織均有表達(dá)。Fasl為Fas的配體，是一種相對(duì)分子質(zhì)量為40 000 的Ⅱ型膜蛋白，主要在活化的淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞中表達(dá)。Fas-Fasl結(jié)合后引起Fas抗原三聚體化，F(xiàn)as胞內(nèi)區(qū)的死亡結(jié)構(gòu)域（DD）與胞質(zhì)中已有的Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域 （fas associated death domian，F(xiàn)ADD）C端的 DD結(jié)合，F(xiàn)ADD再以N端的 DED（death effector domian）與Procaspase-8（或Procaspase-10）N端前區(qū)域內(nèi)的DED結(jié)合形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體 （death inducing signal complex，DISC），Procaspase-8 發(fā)生裂解后活化，并使Caspases家族的一系列凋亡蛋白酶的激活，從而引發(fā)Fas蛋白所在的細(xì)胞凋亡。Caspase-8 激活下游的Caspases誘導(dǎo)的凋亡主要有兩種信號(hào)通路[7-8]，第一條信號(hào)途徑是在當(dāng)DISC中Caspase-8 充足時(shí)，通過(guò)激活 Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7，引起細(xì)胞裂解而凋亡。而當(dāng)caspase-8 不足時(shí)，通過(guò)第二條信號(hào)途徑，即Caspase-8 催化斷裂Bcl-2 家族的促凋亡成員bid形成的裂解片段p15 移入線粒體，破壞線粒體膜的完整性，使細(xì)胞色素C釋放，細(xì)胞色素C再與胞質(zhì)中凋亡蛋白酶活化因子-1 結(jié)合，來(lái)激活Procaspase-9。Caspase-9 被活化，隨之激活Caspase-3等酶系導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Nwakoby等[9-10]觀察到PMN對(duì)Fas誘導(dǎo)的凋亡較敏感，在表達(dá)高水平Fas的同時(shí)也顯著表達(dá)Fasl，在感染血清中Fasl的濃度與PMN凋亡率呈正相關(guān)，抗Fasl抗體能對(duì)抗感染血清誘導(dǎo)的PMN凋亡，活化型Fas抗體IgM可以顯著加速PMN的自發(fā)性凋亡進(jìn)程，而拮抗型Fas抗體IgG1則有凋亡抑制功能。激活的Caspase-3 通過(guò)蛋白水解來(lái)激活DNA酶，介導(dǎo)細(xì)胞染色體DNA碎裂和磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）移向膜外，啟動(dòng)細(xì)胞凋亡，因此，細(xì)胞中激活的Caspase-3 減少就意味者細(xì)胞凋亡的延遲。SIRS過(guò)程中過(guò)量釋放的炎癥因子如 TNF-α、γ-干擾素 （IFN-γ）、白細(xì)胞介素-8（IL-8）、脂多糖（LPS）等被證明可通過(guò)調(diào)控Fas等凋亡基因的表達(dá)抑制PMN的凋亡[11]。Fasl和TNFR1 的表達(dá)下調(diào)，Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7、Caspase-8 的表達(dá)下調(diào)，游離出肺上皮內(nèi)皮屏障的PMN中的Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的活化受到抑制[12]，這些都導(dǎo)致PMN的壽命延長(zhǎng)，造成肺組織中PMN超負(fù)荷而釋放大量的炎性代謝產(chǎn)物，加重肺損傷。

3 PMN凋亡的調(diào)節(jié)

3.1 細(xì)胞因子

一般情況下，PMN在病原體消除后很快就會(huì)被機(jī)體清除， 但是某些炎性因子如 LPS、TNF-α、IL-8、IL-6、IL-1β、GM-CSF可抑制PMN的凋亡[13]。趙志勇等[14]對(duì)30例體外循環(huán)（CPB）心臟直視手術(shù)病例在不同的時(shí)間點(diǎn)抽取靜脈血，測(cè)定PMN數(shù)量、PMN凋亡率、血漿白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）濃度，發(fā)現(xiàn)PMN凋亡率在CPB期間明顯降低，與CPB時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。PMN數(shù)量、IL-6、IL-8 血漿濃度在CPB期間明顯升高，與其凋亡率呈負(fù)相關(guān)，與CPB時(shí)間呈正相關(guān)，認(rèn)為CPB期間細(xì)胞因子IL-6、IL-8 釋放增多導(dǎo)致PMN的凋亡延遲、PMN數(shù)量增加、生存周期延長(zhǎng)，從而加劇炎癥反應(yīng)擴(kuò)散和組織損傷。TNF-α被認(rèn)為是引起ALI/ARDS的最重要的細(xì)胞因子之一，LPS刺激單核巨噬細(xì)胞后可釋放大量的TNF-α，能直接損傷肺血管內(nèi)皮細(xì)胞，并能動(dòng)員、趨化、黏附、聚集、激活PMN，使肺內(nèi)的PMN急劇增多，而且可增強(qiáng) PMN的吞噬能力，促進(jìn)PMN脫顆粒和釋放溶酶體酶，增強(qiáng)PMN呼吸爆發(fā)，產(chǎn)生過(guò)多的氧自由基，它還可激活NF-κB介導(dǎo)其他細(xì)胞因子（如IL-1、IL-6、IL-8）的合成與釋放，啟動(dòng)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[15]。

3.2 蛋白酶類

PMN中含有多種蛋白酶，其中彈性蛋白酶（neutrophil elastase，NE）與肺組織損傷關(guān)系最為密切，有實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，在LPS誘導(dǎo)大鼠急性肺損傷動(dòng)物模型肺內(nèi)，NE的表達(dá)量與活性明顯增加[16]。炎癥狀態(tài)下，激活的PMN可釋放NE，NE可消化肺組織結(jié)構(gòu)中的彈性蛋白，分解細(xì)胞間的纖維連接蛋白，造成彈性纖維和膠原纖維斷裂、分離，損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞和基底膜組織細(xì)胞，使富含蛋白質(zhì)的液體進(jìn)入到肺泡腔、肺間質(zhì)導(dǎo)致肺水腫、肺不張；NE能損傷肺泡上皮細(xì)胞，破壞肺泡表面活性物質(zhì)，使肺泡擴(kuò)張[17]，還可裂解巨噬細(xì)胞表面的磷脂酰絲氨酸受體和CD14，特異性阻斷巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的識(shí)別，使氣道內(nèi)凋亡細(xì)胞清除不足，導(dǎo)致ALI的持續(xù)進(jìn)展。另外金屬蛋白酶（MMPS）也參與細(xì)胞外基質(zhì)裂解，活化的PMN可釋放大量的MMP-8 及MMP-9，其中MMP-9 的主要底物Ⅳ型膠原就是血管基底膜的主要成分。實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，抑制PMN彈性蛋白酶或基質(zhì)金屬蛋白酶的活性可以降低膿毒癥所致動(dòng)物ALI的發(fā)生率并改善呼吸功能[18-19]。曾在2003年作為非典治療藥物用于臨床的特異性NE抑制劑——西維來(lái)司他 （Sivelestat），近年來(lái)通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究發(fā)現(xiàn)，該藥可提高膿毒血癥大鼠的生存率，減輕膿毒血癥鼠的全身炎癥反應(yīng)，可改善ALI患者的肺功能，能縮短患者ALI持續(xù)時(shí)間、ICU停留時(shí)間及住院時(shí)間，有望成為治療ALI的亮點(diǎn)藥物[20-22]。

3.3 黏附分子

細(xì)胞黏附分子（cell adhesion molecule，CAM）是一類介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間相互結(jié)合的重要活性物質(zhì)，它在維護(hù)正常組織的穩(wěn)定、介導(dǎo)炎癥細(xì)胞的遷移、血栓的形成以及腫瘤轉(zhuǎn)移等過(guò)程中起重要的作用。國(guó)內(nèi)曾漣等[23]采用盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)復(fù)制膿毒癥動(dòng)物模型，以探討膿毒癥大鼠肺組織細(xì)胞間黏附分子-1（ICAM-1）的表達(dá)變化及其與急性肺損傷的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膿毒癥4 h后大鼠肺組織中ICAM-1 的表達(dá)水平升高，并持續(xù)升高至24 h，同時(shí)伴有支氣管肺泡灌洗液白細(xì)胞計(jì)數(shù)、肺濕/干重比的增加和肺組織病理?yè)p害的加重。免疫印跡法測(cè)定ICAM-1 的表達(dá)與支氣管肺泡灌洗液白細(xì)胞計(jì)數(shù)、肺濕/干重比呈正相關(guān)，認(rèn)為膿毒癥大鼠肺組織中ICAM-1 呈過(guò)度表達(dá)，并參與了膿毒癥肺損傷過(guò)程[24-25]。組織炎癥時(shí)，在黏附分子與細(xì)胞膜受體的相互介導(dǎo)下，PMN被激活導(dǎo)致β2整合素表達(dá)上調(diào)而L-選擇素下降，不僅使穿過(guò)內(nèi)皮向炎癥區(qū)遷移的PMN活力增強(qiáng)，而且使細(xì)胞死亡的程序表達(dá)延遲，可能是整合素與配體結(jié)合，啟動(dòng)酪氨酸激酶及絲氨酸-蘇氨酸依賴性激酶，使細(xì)胞內(nèi)鈣離子釋放所致。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，PMN作為機(jī)體內(nèi)最活躍的炎癥細(xì)胞，可被LPS誘導(dǎo)激活并向損傷部位聚集，而產(chǎn)生炎癥因子的瀑布式反應(yīng)，導(dǎo)致ALI等炎性疾病惡化，而PMN的凋亡延遲會(huì)進(jìn)一步加重肺損傷，適度清除PMN，抑制PMN的凋亡延遲是控制炎癥發(fā)展的重要舉措。深入研究PMN與ALI的關(guān)系，可為進(jìn)一步揭示ALI的發(fā)病機(jī)制提供理論基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)研發(fā)具有針對(duì)靶器官治療的藥物帶來(lái)新的突破。

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