病毒感染誘發(fā)肺損傷的作用機(jī)制和研究進(jìn)展

孫宏磊

(山東省煙臺市福山區(qū)畜牧獸醫(yī)站，山東 煙臺 265500)

多種病毒感染可引發(fā)急性肺損傷的發(fā)生，如禽流感病毒和SARS冠狀病毒等[1-2]。病毒感染后可以引起肺組織內(nèi)巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞增多[3]，細(xì)胞分泌的各種炎性介質(zhì)作用于肺內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)一步通過誘發(fā)肺組織強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)、出血和水腫等病理損傷，誘發(fā)急性肺損傷的發(fā)生，從而改變肺組織的正常功能，危害機(jī)體生命安全。

1 發(fā)生機(jī)制

急性肺損傷按損傷發(fā)生的部位不同，可以分為直接肺損傷和間接肺損傷。當(dāng)直接肺損傷因素作用于肺時，損傷始發(fā)于肺泡上皮細(xì)胞，并促使肺泡巨噬細(xì)胞和炎癥反應(yīng)連鎖反應(yīng)鏈的激活，導(dǎo)致肺內(nèi)炎癥反應(yīng)的發(fā)生。肺泡上皮細(xì)胞受損后導(dǎo)致屏障功能下降，肺泡滲出增多。Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的受損會使表面活性物質(zhì)合成減少，增加表面張力，造成肺泡塌陷或極度擴(kuò)張。肺泡上皮細(xì)胞在損傷后期會導(dǎo)致纖維化發(fā)生，加重肺損傷。因此直接肺損傷主要引起肺內(nèi)水腫，纖維蛋白和膠原蛋白滲出，中性粒細(xì)胞聚集，肺內(nèi)出血，導(dǎo)致肺組織實變發(fā)生。而間接肺損傷因素首先作用于全身，引發(fā)全身炎癥反應(yīng)，炎癥介質(zhì)隨血液循環(huán)進(jìn)入肺內(nèi)，肺作為全身炎癥反應(yīng)的靶器官，首先發(fā)生充血，伴有血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，造成血管通透性增加并誘導(dǎo)趨化單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、多核細(xì)胞和血小板等相關(guān)炎性細(xì)胞聚集至肺內(nèi)，進(jìn)而引起炎性損傷和肺間質(zhì)水腫，導(dǎo)致肺泡塌陷，加重肺損傷。

研究發(fā)現(xiàn)，SARS可以感染Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞和肺間質(zhì)內(nèi)增多的巨噬細(xì)胞[4-5]，肺組織病理變化表現(xiàn)為肺泡上皮細(xì)胞壞死脫落、實變、水腫和透明膜形成等[6]，說明SARS很可能以肺泡上皮細(xì)胞為感染的靶細(xì)胞，造成上皮細(xì)胞的損傷，進(jìn)而引發(fā)級聯(lián)反應(yīng)，最終造成急性肺損傷。資料顯示，目前公認(rèn)的PRRSV感染的主要靶細(xì)胞是肺泡巨噬細(xì)胞胞[7]，但由于肺內(nèi)巨噬細(xì)胞表面標(biāo)志和發(fā)育成熟程度不同，并不是所有的巨噬細(xì)胞都易感。肺組織病理學(xué)變化有支氣管及間質(zhì)性肺炎，肺泡腔內(nèi)伴有巨噬細(xì)胞和淋巴樣細(xì)胞浸潤，Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞腫脹變圓，心肌內(nèi)有少量的炎性細(xì)胞浸潤[8]。說明PRRSV感染可能直接作用于肺內(nèi)的巨噬細(xì)胞，復(fù)制后經(jīng)血液循環(huán)到達(dá)其他組織，如淋巴結(jié)和心臟，誘發(fā)炎癥反應(yīng)。

2 炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)是急性肺損傷發(fā)生時的典型病理學(xué)變化。不論直接或間接損傷因素導(dǎo)致急性肺損傷發(fā)生時，都表現(xiàn)有肺內(nèi)炎性細(xì)胞大量增多，包括中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等。發(fā)生病毒感染時，病毒首先會作用于肺內(nèi)的靶細(xì)胞，如單核巨噬細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，靶細(xì)胞被激活后會合成釋放很多的炎性因子，如大量促炎細(xì)胞因子和趨化細(xì)胞因子。這些細(xì)胞因子能進(jìn)一步激活單核巨噬細(xì)胞、多型核白細(xì)胞和肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，刺激內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)E-選擇素和P-選擇素，誘導(dǎo)白細(xì)胞表達(dá)β-2整合素，趨化白細(xì)胞遷移至肺內(nèi)并聚集，從而誘發(fā)一系列損傷級聯(lián)反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，肺作為禽流感病毒感染的主要靶器官，H5N1病毒感染后可引發(fā)急性肺損傷和呼吸窘迫綜合征，表現(xiàn)為彌散性肺泡損傷，間質(zhì)內(nèi)浸潤有大量的炎性細(xì)胞，并有細(xì)支氣管炎和肺充血等[9]。流感病毒感染后肺內(nèi)炎性細(xì)胞密度增加明顯，包括巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等，參與急性肺損傷的細(xì)胞主要以巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞為主[10]。PRRSV感染后肺組織病理學(xué)變化程度不一，但都表現(xiàn)有間質(zhì)性肺炎，伴有單核巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤，肺泡腔充盈大量壞死細(xì)胞碎片。而且免疫組化檢測病毒抗原發(fā)現(xiàn)，陽性物質(zhì)主要位于肺內(nèi)巨噬細(xì)胞，肺泡上皮細(xì)胞也有少量陽性物質(zhì)表達(dá)[11]。說明PRRSV感染巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞后會誘導(dǎo)趨化免疫細(xì)胞，遷移至損傷部位參與炎癥反應(yīng)。

增多的炎性細(xì)胞主要通過釋放各種細(xì)胞因子、氧化代謝產(chǎn)物等各種介質(zhì)導(dǎo)致急性肺損傷的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，肺巨噬細(xì)胞在ALI發(fā)生的始動環(huán)節(jié)具有重要作用，感染早期巨噬細(xì)胞被激活，激活的巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生炎性因子，如IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α，這些因子誘導(dǎo)趨化血液中的單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞并使其激活[12]。中性粒細(xì)胞在肺內(nèi)大量激活，通過釋放多種介質(zhì)加重肺損傷。首先可產(chǎn)生和釋放多種自由基，直接氧化細(xì)胞膜脂質(zhì)損傷細(xì)胞，還可損傷毛細(xì)血管基底膜等，增加通透性，造成肺水腫，還可作用線粒體酶等抑制酶活性，引起蛋白硝化，造成DNA鏈斷裂，引起肺組織的廣泛損傷，另外還可作用血管內(nèi)皮細(xì)胞，使細(xì)胞間緊密連接斷裂，減弱屏障功能[13]。其次，釋放彈性蛋白酶等多種蛋白酶，分解彈力纖維，并降解膠原、纖維蛋白原、纖維連接蛋白和蛋白多糖等多種結(jié)締組織成分，造成肺纖維網(wǎng)狀支架塌陷，肺毛細(xì)血管膜通透性增加，引起肺不張[14]。

3 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡在急性肺損傷的發(fā)展過程中也發(fā)揮重要作用。正常的巨噬細(xì)胞具有吞噬病原、清除體內(nèi)感染細(xì)胞產(chǎn)生的凋亡小體等作用，如果病毒感染后通過直接或間接作用促使巨噬細(xì)胞凋亡增加，將會嚴(yán)重影響巨噬細(xì)胞的正常清除和免疫功能，加重肺部壞死凋亡細(xì)胞，進(jìn)一步加劇組織損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，H5N1感染的病人肺泡上皮細(xì)胞中能夠觀察到凋亡現(xiàn)象，提示凋亡可能通過破壞肺泡上皮細(xì)胞從而導(dǎo)致肺損傷的發(fā)生[15]。細(xì)胞因子也能誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡，如TNF-α作為一種重要的炎癥細(xì)胞因子，在發(fā)生禽流感病毒感染時肺內(nèi)表達(dá)增加，參與炎癥反應(yīng)，而TNF-α又是細(xì)胞凋亡的重要介質(zhì)。有實驗顯示TNF-α誘導(dǎo)內(nèi)毒素所致肝損傷大鼠早期肝細(xì)胞發(fā)生凋亡[16]。TNF-α可促進(jìn)肺損傷早期巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞凋亡，細(xì)胞凋亡反過來又促進(jìn)急性肺損傷時的炎癥反應(yīng)[17]。研究證實PRRSV感染后能夠誘發(fā)肺組織內(nèi)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，而且發(fā)生凋亡的細(xì)胞并不全是PRRSV感染陽性細(xì)胞[18]，說明PRRSV感染可以直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生，同時也存在其他通路誘導(dǎo)肺內(nèi)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

除了凋亡外，最近又發(fā)現(xiàn)了新的死亡形式，包括自噬。有報道指出，H5N1病毒感染可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬參與肺損傷，如果通過抑制細(xì)胞自噬可以明顯的增加動物存活率，并且明顯改善病毒感染誘發(fā)的急性肺損傷。研究發(fā)現(xiàn)，PRRSV感染同樣會誘導(dǎo)宿主細(xì)胞發(fā)生自噬，并且通過誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬能夠增加培養(yǎng)細(xì)胞中的病毒滴度，相反如果抑制細(xì)胞自噬的發(fā)生，會降低培養(yǎng)細(xì)胞中的病毒滴度[19]。病毒在體內(nèi)感染時很可能也通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬來利于自我復(fù)制，同時通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的發(fā)生減少抗病毒因子IFN的產(chǎn)生來逃避宿主免疫效應(yīng)。

4 肺纖維化

急性肺損傷發(fā)生后在臨床上可表現(xiàn)為ARDS，致死率可達(dá)40%～60%。而通過組織病理學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)ARDS恢復(fù)期時伴有肺纖維化的出現(xiàn)，增生的膠原纖維可以破壞肺的正常組織結(jié)構(gòu)，隨時間延長而增加死亡的風(fēng)險[20]。很多病毒感染都可誘發(fā)ARDS并伴有纖維化的出現(xiàn)，這些病理變化可能與機(jī)體的死亡相關(guān)，如SARS病毒和禽流感病毒等[21]。目前尚未見PPRSV感染后誘發(fā)肺纖維化的報道，但是高致病性PRRSV感染后可以誘發(fā)肺臟發(fā)生水腫、出血和炎癥反應(yīng)，并且造成豬的高死亡率，對于發(fā)生病毒感染而未死亡的豬肺臟是否存在纖維化還不是很清楚，如果存在纖維化病變，很可能會因其他病原感染而加重豬的死亡。

5 肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞與肺損傷

血管內(nèi)皮細(xì)胞呈單層連續(xù)性襯在血管腔內(nèi)面，其在炎癥反應(yīng)、損傷及免疫應(yīng)答時能夠募集血液中循環(huán)的中性粒細(xì)胞向組織和器官中發(fā)生遷移。研究發(fā)現(xiàn)在炎癥反應(yīng)過程中，內(nèi)皮細(xì)胞可由病毒或細(xì)菌內(nèi)毒素激活，通過調(diào)節(jié)自身黏附因子的表達(dá)和相關(guān)細(xì)胞因子的生成，而調(diào)節(jié)循環(huán)中性粒細(xì)胞的黏附和遷移。最近研究顯示，各種組織中的內(nèi)皮細(xì)胞并不是單一的，因其所在的各種血管床和器官的不同而呈現(xiàn)出不同的細(xì)胞學(xué)和生化特性以適應(yīng)局部環(huán)境的需要[22]。肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞是保證肺組織行使正常氣體交換功能的關(guān)鍵組成結(jié)構(gòu)，它和肺泡上皮細(xì)胞的損傷是誘發(fā)ALI的發(fā)病基礎(chǔ)和重要的病理生理特征。

有研究發(fā)現(xiàn)，微血管內(nèi)皮細(xì)胞是SARS病毒感染的主要靶細(xì)胞之一，并且與SARS作用的受體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶在肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞均有較高水平的表達(dá)[23]，并且免疫組化的結(jié)果顯示另一受體CD209L在Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上也有表達(dá)[24]。說明SARS病毒可以直接作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，誘導(dǎo)肺損傷。

大量文獻(xiàn)資料表明，發(fā)生肺損傷時伴有多種的炎性細(xì)胞因子表達(dá)上調(diào)，如TNF、IL-1、IL-6和IL-8等[25]。研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β能激活肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞黏附因子，介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞與中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞黏附、浸潤。同時誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生多種趨化因子如單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)、IL-8等，趨化單核巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞到達(dá)炎癥局部，在局部釋放溶酶體酶和產(chǎn)生多種細(xì)胞因子。還可以激活中性粒細(xì)胞，使其細(xì)胞表面表達(dá)蛋白分化抗原CD11/CD12水平增高[26]。通過其上述作用，使白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞間相互作用，從而促進(jìn)中性粒細(xì)胞的聚集、黏附，釋放炎性介質(zhì)破壞結(jié)締組織，成纖維細(xì)胞等釋放膠原酶分解膠原蛋白，加重微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，使微血管壁完整性破壞，造成水和大分子蛋白成分等滲出，誘發(fā)肺水腫。

6 小結(jié)

多種原因可以誘發(fā)肺損傷，往往單一病毒感染后繼發(fā)細(xì)菌感染，加重肺損傷的發(fā)生，而且病毒誘發(fā)肺損傷的發(fā)生機(jī)制極其復(fù)雜，所以應(yīng)從誘發(fā)病原和分子致病機(jī)理方面加深對肺損傷的研究，才能更有利于病毒誘發(fā)肺損傷的防治。