內(nèi)毒素急性肺損傷相關(guān)標(biāo)志物變化的研究

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內(nèi)毒素急性肺損傷相關(guān)標(biāo)志物變化的研究

作者單位:646000 四川 瀘州，瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)院(劉洪恩)；成都軍區(qū)總醫(yī)院全軍普外中心(汪濤)

劉洪恩(綜述)，汪濤(審校)

[關(guān)鍵詞]急性肺損傷；內(nèi)毒素；標(biāo)志物；綜述

急性肺損傷(ALI)是直接或間接致傷因素導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞及毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，造成彌漫性肺間質(zhì)和/或肺泡水腫，導(dǎo)致的急性低氧性呼吸功能不全。以肺容積減小、順應(yīng)性減少、通氣-灌注比例失調(diào)(死腔增加)為病理生理特征，臨床上表現(xiàn)為進(jìn)行性低氧血癥和呼吸窘迫。X線表現(xiàn)為兩肺滲出性病變，氧合指數(shù)(動脈氧分壓PaO2/吸入氧分?jǐn)?shù)FiO2)<300[1]。其發(fā)展至嚴(yán)重階段(氧合指數(shù)<200)被稱為急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。ALI/ARDS的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前認(rèn)為是核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclearfactor of kappa B，NF-κB)對重要的細(xì)胞因子表達(dá)調(diào)控，激活大量的炎性因子和抗炎因子，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的聚集及細(xì)胞的凋亡。同時，C反應(yīng)蛋白(CPR)、肺泡表面活性物質(zhì)(SP)、凝血和纖溶系統(tǒng)也發(fā)生相應(yīng)的變化，最終導(dǎo)致肺損傷。而內(nèi)毒素作為致ALI/ARDS的重要致病因子[2]，與全身炎癥反應(yīng)(SIRS)的惡化和患者預(yù)后關(guān)系密切。因此，本文就內(nèi)毒素肺損傷相關(guān)標(biāo)志物變化做一綜述。

1內(nèi)毒素結(jié)構(gòu)與肺損傷的關(guān)系

1.1內(nèi)毒素基本結(jié)構(gòu)內(nèi)毒素(ET)是革蘭陰性桿菌外膜成分之一。而脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)作為ET的重要成分，它由O抗原、核心多糖及脂質(zhì)A三種成分組成，現(xiàn)已將ET和LPS視為同一物質(zhì)[3]。

1.2內(nèi)毒素與肺損傷的關(guān)系LPS的識別是通過宿主幾個細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑啟動的。最近的研究已經(jīng)證明，宿主細(xì)胞識別LPS主要由一個膜結(jié)合的CD14或可溶形式介導(dǎo)的，LPS需要血清因子、LPS結(jié)合蛋白(LBP)的共同參與來結(jié)合CD14。LPS-LBP復(fù)合物結(jié)合至CD14觸發(fā)多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活[2]。當(dāng)受到多種刺激激活，NF-κB便轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中，在此它與DNA結(jié)合促進(jìn)產(chǎn)生許多炎性因子。通過正負(fù)反饋等多種調(diào)節(jié)方式，還能和其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用，這些機(jī)制保證了炎癥反應(yīng)的擴(kuò)大和持續(xù)，使機(jī)體發(fā)生ALI。

2 NF-κB在ALI/ARDS中活化及調(diào)節(jié)

NF-κB是一種具有基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)，能夠與許多基因上啟動子區(qū)域的固定核苷酸序列結(jié)合，發(fā)揮啟動基因轉(zhuǎn)錄的作用，是細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)調(diào)控的關(guān)鍵因素。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，肺部或全身失控的炎癥反應(yīng)是ALI/ARDS的主要發(fā)病機(jī)制[4]。

典型NF-κB組成為p50/p65異源二聚體，而p65具有反式激活區(qū)，可通過與靶基因轉(zhuǎn)錄元件相互作用而促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄，在啟動基因轉(zhuǎn)錄中起主要作用。NF-κB攜帶有核定位信號，一般通過IκB抑制蛋白隔離在細(xì)胞質(zhì)中，擋住核定位信號，從而防止NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核。

當(dāng)內(nèi)毒素刺激，LPS結(jié)合的細(xì)胞信號活化暴露，TNF-α或IL-1β結(jié)合到細(xì)胞表面受體，IκB的抑制作用被解除，NF-κB被激活，進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，開啟和調(diào)動多種重要的細(xì)胞因子，包括趨化因子和黏附分子的表達(dá)[5]。而NF-κB核易位增加，啟動TNF-α的表達(dá)，TNF-α與LPS反過來又共同調(diào)節(jié)效應(yīng)細(xì)胞NF-κB的活化。LPS還可通過激活NF-κB，增加誘導(dǎo)TNF-α、IL-1、IL-13等細(xì)胞因子的釋放，從而引起瀑布效應(yīng)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)過度表達(dá)[6]。

3ALI/ARDS炎性介質(zhì)、中性粒細(xì)胞、C-反應(yīng)蛋白及肺泡表面活性蛋白的變化

3.1促炎因子一個在ALI早期階段最具生物活性的細(xì)胞因子是IL -1β，通過其血漿水平的升高可估測患者臨床預(yù)后。作為肺纖維化強(qiáng)誘導(dǎo)劑，它還可引起各種炎性細(xì)胞、趨化因子的釋放，如巨噬細(xì)胞炎性蛋白(MIP-1a)、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)、IL-6和IL-8[7]，隨后招募炎癥細(xì)胞進(jìn)入肺泡腔。此外,IL-1β可以改變內(nèi)皮細(xì)胞-上皮細(xì)胞屏障的通透性和液體轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致水腫(通過avb5/b6整合素通路部分介導(dǎo))[8]。

另一個早期促炎因子是腫瘤壞死因子(TNF-α)，高的血漿TNF-α已經(jīng)在高危的敗血癥患者報道[9]。ARDS患者中血漿TNF-α升高，據(jù)推測，可能是肺泡巨噬細(xì)胞通過識別病原體來刺激產(chǎn)生大部分早期的細(xì)胞因子(如IL-1β和TNF-α),這又刺激鄰近細(xì)胞產(chǎn)生許多趨化因子，介導(dǎo)招募中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞進(jìn)入肺泡腔。TNF-α也被證明是通過產(chǎn)生活性氧來促進(jìn)肺水腫，進(jìn)而減少ENaC和Na+-K+-ATP酶的表達(dá)[10]。

IL-6是參與ALI的另一個細(xì)胞因子，在ARDS患者的血漿和支氣管肺泡灌洗液(BALF)是升高的，可能其與預(yù)后不良有關(guān)。IL-6是B細(xì)胞分化和成熟的關(guān)鍵,參與免疫球蛋白分泌、細(xì)胞毒性T細(xì)胞分化、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞的功能和產(chǎn)生急性期的蛋白質(zhì)。

IL-8被證實也是一種促炎因子，可預(yù)測ALI患者不良后果。IL- 8具有嗜中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞趨化和抑制中性粒細(xì)胞凋亡的作用，其水平的高低與中性粒細(xì)胞數(shù)和BALF中總蛋白數(shù)相關(guān)(一個肺泡屏障通透性的替代指標(biāo))[11]。

3.2抗炎因子其他抗炎因子，如IL-10 、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、IL-13和IL-4、IL-10，在內(nèi)毒素急性肺損傷過程中，是通過其抗炎行動發(fā)揮預(yù)防作用，包括下調(diào)炎性因子、抑制TH1分化、抑制中性粒細(xì)胞和趨化因子的活化[12]。

IL-13是另一種多效性細(xì)胞因子，具有強(qiáng)效的抗炎性能。它主要由Th2型T輔助淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞和B細(xì)胞產(chǎn)生，其調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞功能和減少炎癥因子產(chǎn)生的作用與IL-4 相似[13]。

3.3中性粒細(xì)胞、C-反應(yīng)蛋白(CRP)及肺泡表面活性蛋白的變化中性粒細(xì)胞(PMNs)的聚集是ALI時局部炎性反應(yīng)的特征性標(biāo)志，通過招募、黏附、遷移、活化、釋放介質(zhì)的損壞，以及細(xì)胞凋亡引起肺損傷。

在ALI的早期，PMNs被招募吸附到肺毛細(xì)血管，之后遷移到肺泡腔，在那里它們被激活釋放細(xì)胞毒性物質(zhì)，致毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞的廣泛損傷。招募肺微血管PMNs是ALI患者最早的事件之一[14]，PMNs通過變形和伸長從毛細(xì)血管遷移出來。然后由于PMNs表面上相應(yīng)受體受到炎癥介質(zhì)刺激和細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)分子離子(Ca2+)的激活后，PMNs的細(xì)胞骨架重新分布，導(dǎo)致PMNs硬化、減小和變形，進(jìn)而大量PMNs聚集在毛細(xì)血管，外周血PMNs減少；釋放中介物質(zhì)，細(xì)胞的凋亡導(dǎo)致肺損傷[15]。

CRP作為一個常規(guī)的生物標(biāo)志物，有助于判斷機(jī)體目前的炎癥反應(yīng)狀態(tài)。由于一系列疾病它都會升高，故特異性較低。Bajwa和他的同事在一項CPR的水平對于ARDS患者死亡率的影響研究中，發(fā)現(xiàn)高CRP水平與好的結(jié)局相關(guān)[15]。不幸的是，沒有明確的答案解釋這些發(fā)現(xiàn)，但推測高水平的CRP能引起中性粒細(xì)胞趨化和降低炎癥反應(yīng)[16]。

研究證明，肺泡表面活性蛋白A(SP-A)與ALI/ARDS發(fā)展有關(guān)。在ALI早期，血中SP-A濃度明顯升高，因此，血液中SP-A濃度可以作為ALI早期診斷和預(yù)后的指標(biāo)[17]。但有學(xué)者認(rèn)為，ARDS患者循環(huán)中的SP-D和SP-A水平都是升高的，而肺部主要分泌SP-D，因此，其可以作為內(nèi)毒素肺損傷程度相對特異性的生物標(biāo)志物[18]。

4細(xì)胞凋亡與ALI/ARDS

細(xì)胞凋亡(apoptosis)作為一種重要的生理過程，也維持組織的穩(wěn)態(tài)，保證細(xì)胞增殖之間的平衡發(fā)展，幾乎所有的組織類型都存在。

細(xì)胞凋亡有兩條信號傳導(dǎo)途徑：一是胞外途徑，也稱細(xì)胞表面受體死亡途徑，像Fas和TNF-α等死亡配體與相應(yīng)FasL、TNFR等死亡受體相結(jié)合；二是胞內(nèi)途徑，即線粒體被各種細(xì)胞毒性物質(zhì)刺激釋放細(xì)胞色素C[19]。

在LPS誘導(dǎo)小鼠急性肺損傷的肺上皮細(xì)胞中，可以發(fā)現(xiàn)Caspase-3的表達(dá)和活化[20]。Caspase-3是一個凋亡效應(yīng)子，位于級聯(lián)反應(yīng)下游,是執(zhí)行凋亡的中心蛋白酶[21]。一旦被上游的始動子激活，被激活后的Caspase作用于特異性底物隨即發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)，致細(xì)胞DNA斷裂和核碎裂，那么凋亡就不可避免，所以Caspase-3又稱為“死亡蛋白酶”。

5肺內(nèi)凝血和纖溶系統(tǒng)的失衡

近年來研究[22]發(fā)現(xiàn)，LPS可直接激活內(nèi)源性凝血因子Ⅻ，導(dǎo)致高凝狀態(tài)和微血栓的形成。而急性肺損傷的患者單核細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在前炎性因子(如TNF-α、IL-1和IL-6)作用下，大量表達(dá)Ⅲ因子激活外源性凝血途徑，形成大量凝血酶和纖維蛋白凝塊。此外，凝血酶與TNF-α等細(xì)胞因子通過刺激血小板和內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生大量纖溶酶原激活劑抑制劑1(PAI-1)，并激活凝血酶活化纖溶抑制物，抑制纖溶系統(tǒng)，還可使內(nèi)皮細(xì)胞活化蛋白C和AT-Ⅲ生成抑制，降低抗凝作用?？梢姡蝺?nèi)凝血和纖溶系統(tǒng)的失衡也可能是內(nèi)毒素肺損傷的重要發(fā)病機(jī)制之一[23]。

6展望

ALI/ARDS的病死率高，在急性肺損傷危險因素中，革蘭陰性桿菌感染位居首位，而LPS是其主要致病物質(zhì)。現(xiàn)有研究認(rèn)為，ALI/ARDS包括核NF-κB的激活，炎癥反應(yīng)的失衡、中性粒細(xì)胞的聚集及細(xì)胞的凋亡。同時，CRP、SP、凝血和纖溶系統(tǒng)也發(fā)生相應(yīng)的變化，最終導(dǎo)致肺損傷。盡管ALI 疾病的病因多種多樣，但內(nèi)毒素在其中的作用最引人注目。隨著ALI/ARDS作用機(jī)制的深入，對內(nèi)毒素所致急性肺損傷作用機(jī)制的研究不僅具有臨床意義，同時也為其他病因致急性肺損傷的研究提供了重要的理論參考。

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(收稿日期:2014-06-26)

文章編號1004-0188(2015)01-0102-03

doi:10.3969/j.issn.1004-0188.2015.01.044

中圖分類號R 563.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

通訊作者:汪濤，E-mail：watopo@163.com

基金項目:成都軍區(qū)總醫(yī)院院管課題(424121HE)