細(xì)胞源性微粒在急性肺損傷中雙重作用的研究進(jìn)展

黃竹萍，莫中成，王德明*

(南華大學(xué) 1.附屬第二醫(yī)院 麻醉科； 2.醫(yī)學(xué)院 組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室， 湖南 衡陽(yáng) 421001)

短篇綜述

細(xì)胞源性微粒在急性肺損傷中雙重作用的研究進(jìn)展

黃竹萍1，莫中成2，王德明1*

(南華大學(xué) 1.附屬第二醫(yī)院 麻醉科； 2.醫(yī)學(xué)院 組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室， 湖南 衡陽(yáng) 421001)

微粒是細(xì)胞衍生的微小囊泡，攜帶有母細(xì)胞來(lái)源的多種物質(zhì)，能與靶細(xì)胞發(fā)揮相互作用。微粒對(duì)急性肺損傷(ALI)的多種病理生理過(guò)程具有雙重調(diào)節(jié)作用，能夠通過(guò)多種機(jī)制影響炎性反應(yīng)、凝血功能、血管通透性、內(nèi)皮細(xì)胞凋亡等。因此，微粒對(duì)ALI的發(fā)生發(fā)展具有重要意義。

微粒；急性肺損傷；炎性反應(yīng)

急性肺損傷(acute lung injury, ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是臨床常見(jiàn)危重癥，以頑固性低氧血癥、彌漫性肺浸潤(rùn)和肺血管通透性增高導(dǎo)致的肺水腫為主要表現(xiàn)。而微粒(microparticles, MPs)與這些病理改變密切相關(guān)。MPs在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中起著紐帶作用，是各種疾病獨(dú)立的功能感受器。了解MPs的特性及其在ALI/ ARDS中所起的雙重作用，對(duì)以MPs作為藥物治療靶點(diǎn)在ALI/ ARDS的應(yīng)用具有重要意義。

1 微粒的結(jié)構(gòu)特征及生物學(xué)作用

MPs是細(xì)胞激活或凋亡時(shí)衍生的完整微小囊泡，大小介于50 nm至1 μm。MPs由膜和膜內(nèi)容物構(gòu)成，膜主要含脂類和蛋白質(zhì)，具有脂質(zhì)雙分子層，外層是帶負(fù)電荷的磷脂，主要是磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine, PS)。膜內(nèi)容物可以包含母細(xì)胞來(lái)源的基質(zhì)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子、遺傳物質(zhì)、脂質(zhì)和細(xì)胞器[1- 2]。MPs的表面抗原和黏附分子，能與靶細(xì)胞發(fā)生相互作用。微粒含有多種母細(xì)胞來(lái)源的酶類、遺傳物質(zhì)，能夠轉(zhuǎn)運(yùn)受體、細(xì)胞器、蛋白質(zhì)到靶細(xì)胞，還能分泌細(xì)胞因子[3]。MPs可以把信號(hào)從供體細(xì)胞傳送到靶細(xì)胞，在信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中執(zhí)行細(xì)胞輸送的功能，在多種病理生理過(guò)程中起重要作用[4- 5]。

2 微粒與急性肺損傷的關(guān)系

MPs與多種疾病存在相關(guān)性[6]。MPs通過(guò)融合和轉(zhuǎn)移細(xì)胞成分，精確調(diào)節(jié)ALI中關(guān)鍵病理過(guò)程和/或改變相關(guān)細(xì)胞的表型，從而促進(jìn)或阻止(或兩者都有)ALI的進(jìn)展[7]。

2.1 微粒對(duì)急性肺損傷中炎性反應(yīng)的雙重影響

MPs對(duì)炎性反應(yīng)的雙向調(diào)節(jié)作用取決于多種因素。ALI/ARDS時(shí)大量促炎信號(hào)途徑發(fā)生改變，而MPs可以調(diào)節(jié)和/或復(fù)制這些途徑。血小板MPs可以通過(guò)促進(jìn)炎性因子分泌和花生四烯酸轉(zhuǎn)換成血栓素A2(thromboxane A2, TXA2)，TXA2是典型的血小板激活劑，在ALI時(shí)肺血管通透性的改變及炎性反應(yīng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[7]。內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞的MPs能表達(dá)多種黏附分子，促進(jìn)炎性反應(yīng)[8]。淋巴細(xì)胞MPs能誘導(dǎo)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS) 和環(huán)氧合酶-2生產(chǎn)，并激活核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)途徑，產(chǎn)生促炎效應(yīng)。多種細(xì)胞的MPs能刺激細(xì)胞因子釋放，促進(jìn)中性粒細(xì)胞活化、遷移和中性粒細(xì)胞-血小板的相互作用，從而直接或間接促進(jìn)炎性反應(yīng)，加速 ALI。

但MPs也具有抗炎作用，血小板MPs會(huì)促進(jìn)抗炎白三烯脂氧素A4的產(chǎn)生，其類似物能減輕動(dòng)物模型的ALI。在結(jié)腸炎小鼠模型注射血小板MPs 和白三烯脂氧素A4也會(huì)減輕炎性反應(yīng)[9]。單核細(xì)胞MPs可以表達(dá)具有抗炎性質(zhì)的膜聯(lián)蛋白A1，下調(diào)多形核中性粒細(xì)胞活性，同時(shí)上調(diào)抗炎因子IL-10的表達(dá)[10]。MPs含有的PS能下調(diào)TNF-α 和上調(diào)TGF-β，誘導(dǎo)吞噬細(xì)胞非炎性反應(yīng)[3]。MPs還可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子濃度、抗凋亡活性和維護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞屏障的穩(wěn)定性，起著保護(hù)細(xì)胞的作用[8]。

促炎性反應(yīng)和抗炎性反應(yīng)的失衡是引起ALI的重要機(jī)制[11]，而微粒對(duì)ALI的炎性反應(yīng)具有雙向調(diào)節(jié)作用，對(duì)ALI發(fā)生發(fā)展具有重要意義。

2.2 微粒對(duì)急性肺損傷中凝血反應(yīng)的雙重影響

高凝和低纖溶促進(jìn)了ALI /ARDS的進(jìn)展。組織因子(tissue factor，TF)是外源性凝血途徑的啟動(dòng)因子， 其作用取決于表達(dá)水平和構(gòu)象[12]。循環(huán)中TF多處于非活化狀態(tài)。而MPs是活化的TF源頭[7]。同時(shí)MPs含有的PS是一種強(qiáng)效TF啟動(dòng)劑，可以激活Vlla因子及凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)， PS 還是凝血酶結(jié)合必需的促凝血磷脂，可以提供促凝表面。此外，MPs產(chǎn)生和釋放其他促血栓形成因子[13]。研究表明，紅細(xì)胞MPs能夠糾正和改善凝血功能障礙性疾病[14]。在ALI和促凝活化的炎性條件下血管內(nèi)和肺泡間隙都能產(chǎn)生MPs，MPs的這些特性促進(jìn)了ALI/ARDS高凝和低纖溶狀態(tài)的發(fā)生發(fā)展。

然而，MPs同樣具有抗凝作用，MPs高水平表達(dá)的TF通過(guò)蛋白酶激活受體-1介導(dǎo)的蛋白酶激活受體-2信號(hào)通路反式激活，也可以發(fā)揮抗凝和障礙保護(hù)作用。此外，MPs還可以表達(dá)各種抗凝因子，包括血栓調(diào)節(jié)蛋白，組織因子通道抑制劑，血管內(nèi)皮細(xì)胞蛋白C受體(vascular endothelial cell protein C receptor，EPCR)，蛋白S[8]?；罨鞍證(activating protein C, APC)能滅活凝血因子(包括因子Va和因子VIIIa)，當(dāng)其結(jié)合到微粒的EPCR上，既保留了抗凝血活性又發(fā)揮著抗凋亡和屏障保護(hù)作用[7]。部分血小板MPs可以促進(jìn)APC滅活因子Va，還可以加強(qiáng)肝素的抗凝作用。

凝血反應(yīng)的激活對(duì)于機(jī)體防御反應(yīng)具有重要意義，僅僅抑制過(guò)多的凝血酶產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致器官功能障礙[3]。因此要抑制ALI的發(fā)生發(fā)展就要將凝血反應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)乃健?/p>

2.3 微粒對(duì)急性肺損傷的血管通透性的雙重影響

ALI時(shí)毛細(xì)血管和肺泡屏障的通透性增加，形成肺水腫。血小板MPs可以促進(jìn)花生四烯酸形成TXA2，后者與滲透性水腫的發(fā)生有關(guān)， 其抑制劑能降低ALI的肺血管通透性。血小板活化因子和神經(jīng)酰胺對(duì)ALI的血管通透性有重要的作用，而血小板活化因子可以在單核細(xì)胞MPs表面表達(dá)，神經(jīng)酰胺與MPs的形成有關(guān)[7]。將不同濃度內(nèi)皮細(xì)胞MPs與內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)MPs濃度達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞通透性就會(huì)受損，細(xì)胞間隙增寬，微血管通透性增加。

但MPs也能降低血管通透性， APC能誘導(dǎo)表達(dá)EPCR的MPs釋放，并形成EPCR/ APC復(fù)合物，通過(guò)相關(guān)信號(hào)路徑調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和炎性因子的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞增殖，從而發(fā)揮屏障保護(hù)作用[15]。

2.4微粒對(duì)急性肺損傷時(shí)血管內(nèi)皮功能的雙重影響

MPs可以通過(guò)促進(jìn)炎性因子釋放、影響內(nèi)皮舒張功能、阻礙內(nèi)皮細(xì)胞修復(fù)直接影響血管內(nèi)皮功能，調(diào)節(jié)血管屏障的性質(zhì)。血小板和淋巴細(xì)胞MPs參與多種促炎內(nèi)皮細(xì)胞因子和單核細(xì)胞因子的釋放。淋巴細(xì)胞MPs可以誘導(dǎo)小鼠內(nèi)皮功能障礙和主動(dòng)脈血管舒張功能受損。內(nèi)皮細(xì)胞MPs能夠影響血管舒張，刺激超氧化物的產(chǎn)生，并降低 NO產(chǎn)生，同時(shí)紅細(xì)胞MPs能有效降低NO的生物利用度，而肺部?jī)?nèi)皮NO具有屏障保護(hù)、抗炎、抗凝效應(yīng)，這些都與ALI相關(guān)[7，16]。克羅恩病患者來(lái)源的MPs能夠?qū)е聝?nèi)皮細(xì)胞和血管功能障礙也進(jìn)一步證明了MPs對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用[17]。隨著內(nèi)皮細(xì)胞MPs作用時(shí)間延長(zhǎng)以及濃度提高，內(nèi)皮細(xì)胞增殖率減少而凋亡率增加，修復(fù)功能下降[3]。

但MPs也具有內(nèi)皮屏障保護(hù)作用，內(nèi)皮細(xì)胞MPs可以激活吞噬細(xì)胞和鄰近細(xì)胞的信號(hào)通路，去除有害信號(hào)分子來(lái)逆轉(zhuǎn)凋亡，從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞。同時(shí)T淋巴細(xì)胞微粒還攜帶了Shh因子(Sonic hedgehog，Shh)，一種形成素，可以直接修復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞損傷，降低活性氧產(chǎn)生。 NO合酶和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子是Shh信號(hào)通路下游的靶點(diǎn)，Shh影響血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的調(diào)節(jié)，促進(jìn)新生血管形成，Shh還能通過(guò)磷脂酰肌醇-3-激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶(PI3K/Akt)路徑調(diào)節(jié)內(nèi)皮一氧化氮合酶活性，從而促進(jìn)NO釋放[18]。PI3K/Akt 是保護(hù)機(jī)體應(yīng)對(duì)各種應(yīng)激的重要生存通路，對(duì)肺損傷具有保護(hù)作用[19]。 NO是ALI/ARDS一種有效的治療措施，對(duì)ALI/ARDS的臨床預(yù)后有積極的影響。

3 展望

ALI狀態(tài)下MPs作用機(jī)制復(fù)雜，既能產(chǎn)生有益的也能產(chǎn)生有害的影響，這取決于多種因素(包括微粒的細(xì)胞來(lái)源、濃度和體內(nèi)環(huán)境)。目前ALI/ARDS沒(méi)有特效地治療和干預(yù)措施。MPs的發(fā)現(xiàn)為ALI的治療提供了新的理念，抑制有害MPs的形成或?qū)Ps的類型進(jìn)行干預(yù)，為將來(lái)干預(yù)、治療ALI提供了新的方法。研究如何運(yùn)用基因工程技術(shù)使 MPs作為載體在細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)基因、蛋白或者特定的細(xì)胞功能，也具有廣闊的前景。

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Advancement of the dual roles of cell devived microparticles in acute lung injury

HUANG Zhu-ping1, MO Zhong-cheng2, WANG De-ming1*

(1.Dept. of Anesthesiology, the Second Affiliated Hospital of University of South China; 2.Dept. of Histology andEmbryology, Medicine College of University of South China, Hengyang 421001, China)

Microparticles, a kinds of small vesicles derived from the mother cells with a variety of contents, have been reported to involve in a variety of pathophysiological processes. The variety of contents in microparticles also can affect the coagulation function and inflammation. And microparticles can also influence the apoptosis of endothelial cells and the function of vascular barrier through various mechanisms. Therefore, microparticles have great significance on the occurrence and progress of acute lung injury.

microparticles; acute lung injury; inflammation

2013- 11- 18

2013- 12- 23

國(guó)家自然科學(xué)基金(81301625)；湖南省科技計(jì)劃(2013SK3114)；南華大學(xué)博士啟動(dòng)基金(2012XQD27)

*通信作者(correspondingauthor)： wdm1998@163.com

1001-6325(2014)08-1138-04

R 563

A