慢性阻塞性肺疾病肺泡巨噬細(xì)胞吞噬功能低下機(jī)制的研究進(jìn)展

王小虎 劉曉菊 包海榮 曾曉麗 (蘭州大學(xué)第一醫(yī)院老年呼吸科，甘肅 蘭州 730000)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是目前世界范圍內(nèi)老年人中致死性疾病上升速度最快的疾病之一，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)擔(dān)。COPD急性加重(AECOPD)是COPD患者病程中造成病情進(jìn)展、肺功能惡化的非常重要的過程，是造成COPD患者住院率和死亡率增加的最主要原因。眾所周知，多種炎性細(xì)胞和肺部的結(jié)構(gòu)細(xì)胞參與了COPD的發(fā)病，其中肺泡巨噬細(xì)胞(AM)因直接暴露于環(huán)境中的香煙煙霧、大氣可吸入顆粒物(PM)及各種病原微生物等有毒有害物中，在COPD的形成和發(fā)展中起著重要的作用。AM吞噬功能低下可能是導(dǎo)致COPD患者病情反復(fù)惡化、出現(xiàn)AECOPD的重要機(jī)制之一。

1 肺泡巨噬細(xì)胞(AM)的吞噬過程

AM通過吞噬清除吸入的大氣PM和病原微生物，啟動(dòng)固有免疫，參與抗原遞呈和免疫調(diào)節(jié)，是機(jī)體抵御外來微生物侵襲肺臟的第一道防線，在維持肺組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能正常等方面起著不可或缺的作用〔1〕。AM表面分布有模式識(shí)別受體(PRR)，如Toll樣受體(TLR)，甘露糖受體(MR)，清道夫受體(SR)等，通過相關(guān)受體識(shí)別等啟動(dòng)吞噬過程〔2〕。內(nèi)化和吞噬小體的成熟是吞噬作用成為有效的免疫防御的必備條件〔3〕。

2 COPD患者AM的吞噬功能低下

臨床上導(dǎo)致AECOPD的原因很多，包括細(xì)菌和病毒感染、吸入刺激物、不恰當(dāng)停用治療藥物、外界環(huán)境改變、出現(xiàn)并發(fā)癥等，其中感染是造成AECOPD的最常見原因〔4〕。新近Donnelly等〔5〕綜述了巨噬細(xì)胞吞噬功能缺陷與氣道疾病之間的關(guān)系，較多的研究認(rèn)為吞噬缺陷導(dǎo)致感染持續(xù)存在，使氣道疾病惡化。正常情況下，盡管上呼吸道有細(xì)菌定植，但下呼吸道處于相對無菌環(huán)境。Rosell等〔6〕匯總分析了使用防污保護(hù)性毛刷檢查下呼吸道細(xì)菌定植的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明大約29%的穩(wěn)定期COPD患者存在下呼吸道細(xì)菌定植，而AECOPD患者約為54%，這些定植菌包括流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌、銅綠假單胞菌等。近期研究發(fā)現(xiàn)了更多種類的定植細(xì)菌〔7〕。細(xì)菌感染誘發(fā)的AECOPD加重了氣道炎癥，加速了肺功能的減退，使臨床癥狀惡化，但具體機(jī)制尚未完全闡明。Oliver等〔8〕發(fā)現(xiàn)鼻病毒感染可導(dǎo)致人AM對細(xì)菌感染的防御能力缺損，這種AM吞噬功能缺陷可能是細(xì)菌在氣道定植和繁殖的主要原因;Berenson等〔9〕研究發(fā)現(xiàn)COPD患者AM吞噬非典型性流感嗜血桿菌和凋亡細(xì)胞的能力存在缺陷。Taylor等〔10〕比較了COPD患者和正常吸煙者及非吸煙者AM和單核細(xì)胞源性巨噬細(xì)胞(MDM)對肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌的吞噬功能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)COPD患者AM和MDM吞噬肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌桿菌的能力較正常對照者顯著降低。表明COPD患者的AM吞噬能力降低使下呼吸道的細(xì)菌定植，可能是細(xì)菌感染頻次增加致AECOPD發(fā)生的主要原因。

3 COPD患者AM吞噬功能低下的可能機(jī)制

3.1識(shí)別受體表達(dá)下調(diào)、信號(hào)通路缺陷致AM吞噬功能降低

3.1.1TLR TLR以胞內(nèi)區(qū)高度進(jìn)化保守的TIR(Toll/IL－1R homologous region)結(jié)構(gòu)域?yàn)樘卣?。目前人體中發(fā)現(xiàn)了10種TLR，其中與細(xì)菌識(shí)別關(guān)系密切的是TLR2和TLR4。TLR2主要識(shí)別革蘭陽性菌的肽聚糖、分枝桿菌、衣原體及部分真菌的胞壁脂蛋白等，TLR4主要識(shí)別革蘭陰性菌外膜的脂多糖(LPS)。Droemann等〔11〕研究證實(shí)和非吸煙者相比，吸煙者和COPD患者AM的TLR2表達(dá)降低，且AM在受到LPS刺激后TLR2的表達(dá)不上調(diào)，說明COPD患者的AM的TLR2對LPS刺激不敏感可能是其吞噬能力下降的原因之一。Lee等〔12〕研究顯示，吸煙的肺氣腫患者TLR4表達(dá)下調(diào)，且TLR4下降的程度與肺氣腫的嚴(yán)重程度具有相關(guān)性。Raoust等〔13〕研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠AM表面的TLR2/TLR4可識(shí)別銅綠假單胞菌的LPS，并進(jìn)一步激活細(xì)胞內(nèi)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，使TNF-α和IL-6的釋放增多，而TLR2、4-/-的小鼠的AM在受到銅綠假單胞菌刺激時(shí)不能產(chǎn)生這種級(jí)聯(lián)反應(yīng)。另有研究證實(shí)，TLR4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的下游因子髓樣分化因子88(MyD88)或IL-1受體相關(guān)激酶(IRAK4)缺陷的小鼠，細(xì)菌感染的概率增加〔14〕。LPS通過刺激TLR4使巨噬細(xì)胞活化，調(diào)節(jié)細(xì)胞因子產(chǎn)生、增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的趨化和吞噬能力，而當(dāng)TLR4和/或其信號(hào)通路存在缺陷時(shí)其吞噬能力降低〔15〕。COPD患者下呼吸道的細(xì)菌定植增加，使AM反復(fù)受LPS的刺激，導(dǎo)致TLR信號(hào)通路發(fā)生負(fù)性調(diào)節(jié)和LPS耐受，當(dāng)出現(xiàn)新的菌株感染時(shí)，對感染菌株的識(shí)別力下降，無法將其徹底清除，誘發(fā) AECOPD〔16〕。最近 West等〔17〕研究表明，TLR4可使巨噬細(xì)胞吞噬小體招募線粒體數(shù)增加，并使線粒體內(nèi)活性氧(ROS)的生成增多，而線粒體ROS水平的降低可以導(dǎo)致巨噬細(xì)胞殺菌能力缺陷。說明TLR4還可通過巨噬細(xì)胞線粒體ROS的生成影響其對細(xì)菌的殺滅作用。

3.1.2MR MR為C型凝集素家族成員，主要表達(dá)在巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞上。MR通過識(shí)別多種病原體上的特定糖基末端，可以和白色念珠菌、卡氏肺囊蟲、結(jié)核分枝桿菌、利氏曼原蟲、肺炎鏈球菌、克雷伯桿菌等一系列病原微生物或其產(chǎn)物相互作用，使巨噬細(xì)胞活化并誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞因子，通過清除衰老細(xì)胞、識(shí)別病原微生物和抗原遞呈等作用，維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)〔18〕。目前認(rèn)為巨噬細(xì)胞通過MR對病原體的識(shí)別增強(qiáng)其對病原體的吞噬作用。Hodge等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)，和正常非吸煙者相比，COPD患者AM表面MR表達(dá)明顯降低，低劑量的阿奇霉素可以明顯增加AM表面MR的表達(dá)，而阻斷MR受體可使AM的吞噬能力下降60%。

除了MR，其他的C類凝集素還有表面活性蛋白A(SPA)，表面活性蛋白D(SP-D)，甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)等，SPA、SP-D可以增加AM表面MR的表達(dá)、促進(jìn)AM吞噬病原體，是參與肺部固有免疫防御的重要成分。Sano等〔20〕研究表明，肺部凝集素作用于AM，誘導(dǎo)細(xì)胞表面SR-A和MR的表達(dá)，增強(qiáng)AM對肺炎鏈球菌、分枝桿菌的吞噬作用，其可能的機(jī)制是SP－A和TLR2結(jié)合，抑制TLR2與其配體如肽聚糖的反應(yīng)，繼而抑制肽聚糖誘導(dǎo)的NF-κB的激活和TNF-α的釋放。Hodge等〔19〕發(fā)現(xiàn)和正常人相比 COPD患者支氣管肺泡灌洗液(BALF)中的SP-D水平明顯降低。More等〔21〕研究也表明，吸煙及肺功能下降伴隨著BALF中SP-D水平的降低。COPD患者SP-D水平的下降可能會(huì)引起AM表面與吞噬細(xì)菌有關(guān)的PRR表達(dá)的下調(diào)，使AM的吞噬能力下降。這也使SP-A，SP－D有望成為監(jiān)測COPD病情變化的生物標(biāo)記物。除SP-A，SP-D外，MBL與COPD的感染惡化也有關(guān)。MBL是補(bǔ)體活化信號(hào)通路中的關(guān)鍵分子，新近研究發(fā)現(xiàn)，MBL2的基因多態(tài)性所致的MBL缺陷也伴隨著AECOPD的風(fēng)險(xiǎn)增加〔22〕。

3.1.3SR SR是肺部固有免疫的重要組成部分，可以輔助巨噬細(xì)胞識(shí)別、結(jié)合并攝取細(xì)菌。膠原樣結(jié)構(gòu)巨噬細(xì)胞受體(MARCO)是巨噬細(xì)胞識(shí)別非調(diào)理吞噬的主要SR。吸煙可能導(dǎo)致COPD患者SR MARCO表達(dá)降低，而蘿卜硫素通過激活轉(zhuǎn)錄因子Nrf2而恢復(fù)COPD患者AM對細(xì)菌的識(shí)別和吞噬。分析基因表達(dá)和啟動(dòng)子發(fā)現(xiàn)，Nrf2增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力是通過上調(diào)下游因子MARCO而實(shí)現(xiàn)的〔5〕。研究還發(fā)現(xiàn)增加巨噬細(xì)胞SR MARCO的表達(dá)，可改善巨噬細(xì)胞吞噬流感嗜血桿菌的能力〔23〕。Sulahian等〔24〕研究發(fā)現(xiàn)，無論人的 MDM 還是小鼠的AM，SR介導(dǎo)的吞噬作用都需要微管、蛋白激酶C、酪氨酸激酶、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)等的參與。而COPD患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激可導(dǎo)致MAPK、PI3K等信號(hào)通路改變，這些改變進(jìn)一步使AM表面SR介導(dǎo)的吞噬作用的降低。其他SR，如LOX-1，SR-PSOX和SRCL等，也能和細(xì)菌結(jié)合，并可能有助于AM對吸入性顆粒物的識(shí)別，但這些受體在COPD患者AM中的表達(dá)及在AECOPD中的作用均有待更深入地研究。

3.2氧化應(yīng)激損傷AM吞噬功能 ROS自由基可通過外源和多種內(nèi)源性途徑產(chǎn)生，如吸煙、化學(xué)毒物、藥物代謝、細(xì)胞呼吸、輻射、光照和金屬離子等。少量的自由基是體內(nèi)重要生化反應(yīng)不可缺少的，正常情況下自由基的產(chǎn)生與體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)基本處于平衡狀態(tài)，產(chǎn)生過量會(huì)造成體內(nèi)抗氧化物大量消耗，氧化/抗氧化失衡，造成機(jī)體的氧化應(yīng)激，造成生物大分子DNA、脂類和蛋白質(zhì)氧化損傷，引起與許多病理過程有關(guān)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的廣泛損傷，影響組織細(xì)胞功能。

近年來，氧化應(yīng)激在COPD發(fā)病中的作用已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，且其作用越來越多地被呼吸醫(yī)師認(rèn)識(shí)〔25〕。與COPD發(fā)病關(guān)系密切的ROS多為煙草吸入、大氣中PM的吸入、藥物代謝、感染誘發(fā)的細(xì)胞內(nèi)呼吸爆發(fā)等。目前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激直接或間接影響到巨噬細(xì)胞的多種功能，特別是巨噬細(xì)胞的吞噬功能。ROS造成的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)的羰基化，影響巨噬細(xì)胞表面的識(shí)別受體，損害巨噬細(xì)胞吞噬凋亡細(xì)胞及入侵的病原微生物的能力，而抗氧化物可以逆轉(zhuǎn)或改善巨噬細(xì)胞的吞噬功能。新近研究發(fā)現(xiàn)抗氧化物蘿卜硫素，是核因子Nrf2的活化劑，通過增加內(nèi)源性抗氧化物水平、上調(diào)巨噬細(xì)胞表面的MARCO，逆轉(zhuǎn)COPD患者對流感嗜血桿菌吞噬能力低下狀況〔23〕。Hodge等〔26〕的研究發(fā)現(xiàn)香煙所致的COPD巨噬細(xì)胞吞噬功能低下，使用抗氧化物半胱氨酸前體處理可以得到改善。另外，Brown等〔27〕也發(fā)現(xiàn)使用抗氧化物半胱氨酸前體和N-乙酰半胱氨酸可以使AM對金黃色葡萄球菌的吞噬功能恢復(fù)。這些研究結(jié)果均支持氧化應(yīng)激造成巨噬細(xì)胞的吞噬功能低下，而抗氧化物的使用可以使吞噬功能得到改善。

3.2.1吸煙影響AM吞噬功能 吸煙是COPD發(fā)生發(fā)展的常見危險(xiǎn)因素之一。香煙煙霧中含有大量 ROS和高濃度的LPS〔28〕。因此，香煙煙霧暴露會(huì)導(dǎo)致呼吸道黏膜纖毛功能紊亂，黏液高分泌及黏膜的完整性受損;香煙煙霧中的ROS等通過氧化應(yīng)激導(dǎo)致AM等炎性細(xì)胞的激活而觸發(fā)持續(xù)的肺部慢性炎癥，破壞巨噬細(xì)胞內(nèi)多種參與固有防御的信號(hào)通路，致AM的吞噬功能降低，最終造成COPD患者的下呼吸道細(xì)菌定植增加，從而導(dǎo)致AECOPD。Doyle等〔29〕通過微陣列分析的方法發(fā)現(xiàn)，吸煙改變了巨噬細(xì)胞參與機(jī)體防御的重要機(jī)制，如香煙煙霧提取物(CSE)可以明顯下調(diào)巨噬細(xì)胞的IFN-γ信號(hào)通路。此外，Marti-Lliteras等〔30〕研究表明，CSE可以破壞小鼠 AM吞噬流感嗜血桿菌的能力，這可能與CSE抑制了細(xì)菌觸發(fā)的PI3K信號(hào)通路的活化有關(guān);和非吸煙者相比，吸煙者和COPD患者的AM吞噬流感嗜血桿菌數(shù)量較低，伴隨著PI3K下游分子絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的磷酸化水平降低。

3.2.2大氣顆粒物(PM)損害AM吞噬功能 近年來，隨著城市工業(yè)化的發(fā)展、汽車尾氣的增加以及沙塵暴天氣等的影響，城市大氣中的可吸入顆粒物 PM10(空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤10 μm)、PM2.5(空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5 μm)、超細(xì)顆粒物(空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤0.1 μm)等含量越來越高。AM在清除和處理吸入的PM中起到至關(guān)重要的作用。AM被PM激活后，釋放大量ROS自由基、蛋白酶、促炎介質(zhì)等，這些物質(zhì)在COPD的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用〔31〕。Miyata等〔32〕總結(jié)了AM接觸到大氣中的PM后機(jī)體發(fā)生的反應(yīng)時(shí)顯示不同大小的PM對巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的作用不同，PM10通過 TLR4引起固有免疫反應(yīng)，而PM2.5和超細(xì)顆粒物主要是通過過渡金屬和多環(huán)芳烴誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS，使機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，損害AM的吞噬能力。AM通過固有的調(diào)理依賴的吞噬作用，經(jīng)巨噬細(xì)胞表面的SR識(shí)別并內(nèi)吞PM，繼而促發(fā)獲得性免疫反應(yīng)。巨噬細(xì)胞如果不能有效清除PM，使PM持續(xù)滯留在肺組織，導(dǎo)致一種慢性的、低能級(jí)的炎癥反應(yīng)，是發(fā)生AECOPD的原因之一〔31〕。Zhou等〔33〕研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5抑制小鼠AM攝取細(xì)菌的內(nèi)化階段，使AM吞噬細(xì)菌的數(shù)量下降，導(dǎo)致肺部感染的概率增加，其可能原因是PM2.5介導(dǎo)了細(xì)胞的氧化應(yīng)激。使用抗氧化劑二甲基硫脲可以部分逆轉(zhuǎn)AM吞噬能力的下降就是佐證之一。最近研究表明，在單核細(xì)胞向AM分化的過程中，柴油機(jī)尾氣PM的慢性暴露可能破壞COPD患者AM的數(shù)量及功能〔34〕。

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