中性粒細(xì)胞在急性肺損傷中的作用的研究進(jìn)展▲

宋恒雅 黃 杰 謝頌平

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院胸外科，湖北省武漢市 430060，電子郵箱：shyxms_2303@126.com)

【提要】 急性肺損傷(ALI)是臨床常見危重癥，急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)是ALI的嚴(yán)重階段，是導(dǎo)致危重患者死亡的主要原因。ALI/ARDS主要是紊亂的炎癥反應(yīng)的結(jié)果，其中中性粒細(xì)胞在ALI/ARDS的發(fā)生發(fā)展過程中起到了至關(guān)重要的作用。由于涉及的炎癥機(jī)制復(fù)雜、治療困難，目前ALI/ARDS危重患者的病死率仍居高不下。因此，深入研究炎癥機(jī)制是突破ALI治療瓶頸的前提。本文就中性粒細(xì)胞參與ALI炎癥反應(yīng)及肺組織修復(fù)的機(jī)制進(jìn)行綜述。

急性肺損傷(acute lung injury，ALI)是一種以進(jìn)行性低氧血癥、呼吸窘迫和非心源性肺水腫為主要特征的臨床綜合征，嚴(yán)重者可出現(xiàn)急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)，進(jìn)而導(dǎo)致死亡[1]。有研究顯示，中性粒細(xì)胞在ALI的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用，一旦其從血液循環(huán)中被招募至肺組織就會(huì)釋放細(xì)胞毒性分子，導(dǎo)致肺組織損傷[2]。因此，既往多數(shù)研究主張?jiān)贏LI發(fā)生時(shí)阻斷中性粒細(xì)胞的作用以防止肺損傷[3-5]。但近期的研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞既可以在肺損傷早期引起肺組織炎癥，又參與后期的肺組織損傷修復(fù)[1]，這提示深入研究中性粒細(xì)胞在ALI發(fā)生發(fā)展中的作用或可為治療ALI/ARDS提供新的思路。因此，本文就中性粒細(xì)胞參與肺損傷和后期促進(jìn)肺修復(fù)的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 中性粒細(xì)胞的募集、黏附和激活

ALI的主要病理特征是中性粒細(xì)胞在肺組織的過度積累和激活。中性粒細(xì)胞是機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)最先被招募到損傷位置的細(xì)胞，它可通過釋放蛋白酶加重組織損傷，還可通過遷移到肺部進(jìn)行脫顆粒并釋放殺菌蛋白、細(xì)胞因子和活性氧等物質(zhì)來執(zhí)行多種促炎功能[6]。中性粒細(xì)胞的募集通常是由細(xì)胞因子激活的內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞在炎癥部位分泌的趨化因子驅(qū)動(dòng)的，如白細(xì)胞介素8及其同源物白細(xì)胞介素1和白細(xì)胞介素2均是典型的中性粒細(xì)胞趨化因子[7]。中性粒細(xì)胞的募集過程大致如下：血液中的中性粒細(xì)胞在選擇素的介導(dǎo)下在毛細(xì)血管內(nèi)皮上滾動(dòng)，期間可接受趨化因子信號(hào)刺激從而激活整合素，使中性粒細(xì)胞牢固地黏附在炎癥部位的毛細(xì)血管內(nèi)皮上；隨后中性粒細(xì)胞在黏附處發(fā)生扁平化和極化，在內(nèi)皮管腔表面爬行，并從血管滲出，沿著趨化因子的濃度梯度移動(dòng)到炎癥部位。在機(jī)體發(fā)生ARDS時(shí)，毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞均受損，活化的肺泡巨噬細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子α和白細(xì)胞介素1β，從而使得肺泡中其他細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子，激活炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞不斷遷移至肺部[8]。

2 中性粒細(xì)胞損傷肺組織的作用機(jī)制

關(guān)于中性粒細(xì)胞導(dǎo)致肺損傷目前存在兩種假說。一種假說認(rèn)為免疫系統(tǒng)的激活可增加循環(huán)中的促炎介質(zhì)水平，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞啟動(dòng)、黏附或在肺毛細(xì)血管內(nèi)滯留，并通過釋放蛋白酶、活性氧和中性粒細(xì)胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps,NETs)等損傷物質(zhì),對(duì)周圍組織造成顯著的附加損害[9]。NETs損傷肺組織可能是通過激活p38MAP激酶通路和Raf-MEK-ERK激酶通路后，直接誘導(dǎo)上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致肺損傷[10]。同時(shí)，活化的血小板與參與NETs形成的多形核白細(xì)胞及單核細(xì)胞-血小板形成聚集體，并通過受損的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入肺泡腔，與紅細(xì)胞和中性粒細(xì)胞共同促進(jìn)血管閉塞，破壞關(guān)鍵的氧交換肺泡毛細(xì)血管單位，并沿著趨化因子濃度梯度向肺實(shí)質(zhì)遷移，從而導(dǎo)致繼發(fā)性肺損傷[11]。此外，病原相關(guān)分子模式的微生物因子和損傷相關(guān)分子模式的宿主衍生因子可通過Toll樣受體通路和核苷酸結(jié)合寡聚域樣受體通路激活肺巨噬細(xì)胞，激活后的巨噬細(xì)胞釋放促炎癥介質(zhì)，觸發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞向氣道趨化并激活。過度積累的中性粒細(xì)胞和持續(xù)激活的巨噬細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致肺血管內(nèi)血小板聚集和微血栓形成，且巨噬細(xì)胞通過釋放干擾素β依賴的腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體來激活死亡受體，從而導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞凋亡，肺泡毛細(xì)血管屏障受損，肺泡腔內(nèi)液體積聚引起低氧血癥，CO2排泄能力下降形成高碳酸血癥；而低氧血癥和高碳酸血癥又可損害肺泡上皮鈉通道以及鈉離子/鉀離子-三磷酸腺苷酶，從而阻礙肺泡水腫液的清除并加重肺損傷[9,12],最終導(dǎo)致ARDS。

另一種假說認(rèn)為促炎激動(dòng)劑與中性粒細(xì)胞上的黏附表面作用后共同激活中性粒細(xì)胞，引起肺損傷：一旦中性粒細(xì)胞與肺泡內(nèi)皮、上皮或者與間質(zhì)中的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白接觸，細(xì)胞內(nèi)的毒性物質(zhì)就會(huì)被釋放出來，從而對(duì)肺組織產(chǎn)生直接損傷[13]。其機(jī)制如下：(1)整合素在中性粒細(xì)胞的激活中起著至關(guān)重要的作用。磷酸化的細(xì)胞骨架連接蛋白可與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架形成跨膜整合素，在額外促炎刺激存在的情況下，中性粒細(xì)胞黏附到整合素配體表面會(huì)觸發(fā)中性粒細(xì)胞的強(qiáng)力激活，其特征是細(xì)胞骨架改變、細(xì)胞擴(kuò)散、超氧陰離子釋放和顆粒內(nèi)容物的胞吐。中性粒細(xì)胞受到炎癥因子刺激后主動(dòng)釋放高遷移率族蛋白B1，后者與跨膜蛋白晚期糖基化終產(chǎn)物受體結(jié)合，可激活下游絲裂原活化蛋白激酶和轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(nuclear factor kappaB，NF-κB)[14]，從而促使中性粒細(xì)胞釋放白細(xì)胞介素1和腫瘤壞死因子α；腫瘤壞死因子α可通過誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞表面β-2整合素、內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子和血管黏附分子1的表達(dá)，促進(jìn)中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附；高濃度的腫瘤壞死因子α可通過外源性Caspase-8依賴的凋亡途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，對(duì)肺內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞有直接的損傷作用[15]。當(dāng)中性粒細(xì)胞暴露在刺激因素下，磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路可使IκB激酶磷酸化并激活，從而增加NF-κB的核轉(zhuǎn)位，依賴于NF-κB的促炎細(xì)胞因子表達(dá)水平升高，從而促進(jìn)肺損傷的發(fā)生[16]。

此外，還有其他信號(hào)途徑可以通過調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞功能來誘導(dǎo)肺損傷，如缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor 1,HIF-1)途徑。在哺乳動(dòng)物中，通過組成性表達(dá)HIF-1α異構(gòu)體來激活HIF途徑，可以延長中性粒細(xì)胞的功能壽命并增強(qiáng)炎癥反應(yīng)[17]，從而抑制中性粒細(xì)胞凋亡和逆向遷移來延緩炎癥的消退。

3 中性粒細(xì)胞修復(fù)肺組織的作用機(jī)制

(1)中性粒細(xì)胞是受損肺組織中基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的主要來源之一。過去認(rèn)為MMP僅具有介導(dǎo)肺損傷的作用[18]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)MMP還能夠驅(qū)動(dòng)中性粒細(xì)胞對(duì)肺損傷的修復(fù)，該作用與其活性和隨后釋放的促血管生成因子有關(guān)[19]。例如，MMP-9是一種可以降解基底膜上變性膠原蛋白和Ⅳ型膠原蛋白的蛋白水解酶，其還可降解部分細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)成分；同時(shí)可激活血管內(nèi)皮生長因子，促進(jìn)受損部位血運(yùn)重建，從而促進(jìn)肺組織損傷修復(fù)[20]。因此，中性粒細(xì)胞在損傷區(qū)域釋放MMP是促進(jìn)肺修復(fù)所必需的環(huán)節(jié)。(2)Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑。Wnt信號(hào)通路有三個(gè)分支：① 激活細(xì)胞核內(nèi)靶基因的β-連環(huán)蛋白通路(典型Wnt通路)；② 平面細(xì)胞極性通路，涉及Jun N-末端激酶；③ Wnt/Ca2+通路。后兩種途徑為非經(jīng)典Wnt途徑,它們均不依賴β-連環(huán)蛋白，可直接調(diào)節(jié)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)[21]。Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞為正常肺泡上皮提供了95%以上的表面積，并促進(jìn)氣體交換，因此新生成的Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞對(duì)受損上皮的修復(fù)至關(guān)重要。Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞，在肺泡上皮嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，原本默認(rèn)的祖細(xì)胞Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞會(huì)被動(dòng)員的角蛋白5代替，此時(shí)中性粒細(xì)胞能夠激活經(jīng)典Wnt分子信號(hào)途徑[22]，而激活的Wnt/β-連環(huán)蛋白通路會(huì)抑制角蛋白5細(xì)胞，促進(jìn)Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的快速分化和遷移，提高肺泡修復(fù)的質(zhì)量[23]；同時(shí)，該途徑被激活后還可釋放富含半胱氨酸的血管生成誘導(dǎo)劑61，促進(jìn)Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞生成[24]。Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的再生會(huì)促進(jìn)巨噬細(xì)胞清除死亡細(xì)胞和碎片，Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮的鈉-鉀泵和鈉離子通道重新吸收肺泡水腫液。此外，β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路還能通過MMP的刺激誘導(dǎo)組織重塑、細(xì)胞遷移和傷口愈合[21]。(3)NETs在發(fā)生ALI時(shí)能夠直接導(dǎo)致肺泡損傷和肺泡上皮細(xì)胞死亡；而在輸血相關(guān)急性肺損傷小鼠模型中，可通過耗盡中性粒細(xì)胞或DNA酶預(yù)防這種損傷，從而改善肺損傷的結(jié)局[12]。Schauer等[25]發(fā)現(xiàn)NETs可通過以下途徑參與肺組織損傷修復(fù)：NETs能迅速激活局部損傷區(qū)域的中性粒細(xì)胞，激活后的中性粒細(xì)胞能產(chǎn)生并釋放致密染色質(zhì)和抗菌分子，以捕獲和殺死病原體；NETs還能通過降解可促進(jìn)中性粒細(xì)胞募集和激活的細(xì)胞因子和趨化因子來緩解炎癥，從而促進(jìn)肺組織損傷修復(fù)。(4)研究表明，由中性粒細(xì)胞釋放的活性氧可觸發(fā)巨噬細(xì)胞向修復(fù)表型M2巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化；而M2巨噬細(xì)胞成熟后可吞噬凋亡的中性粒細(xì)胞，并可提高白細(xì)胞介素10和白細(xì)胞介素β1的表達(dá)水平，這可能有助于減輕炎癥，并促進(jìn)肺組織損傷修復(fù)[21]。M2巨噬細(xì)胞還能抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)，并促進(jìn)精氨酸酶的表達(dá)，從而阻止反應(yīng)性一氧化氮的產(chǎn)生，減輕肺組織損傷[26]。另有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，肺泡巨噬細(xì)胞的耗盡能夠顯著減輕大鼠的肺水腫和呼吸機(jī)誘導(dǎo)的肺損傷，原因可能是中性粒細(xì)胞在肺部的募集減少[27]；在脂多糖誘導(dǎo)的小鼠肺損傷模型中，耗盡肺泡巨噬細(xì)胞可以減輕中性粒細(xì)胞肺泡炎和減少促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，從而顯著減輕小鼠肺損傷[28]。(5)中性粒細(xì)胞還可通過合成和釋放促分解脂質(zhì)介質(zhì)如脂氧素A4、溶血素和保護(hù)素等來干擾趨化信號(hào)，在ALI后期阻斷中性粒細(xì)胞的募集，從而使炎癥消退[29]。

4 小結(jié)與展望

在ALI的發(fā)生發(fā)展中，炎癥反應(yīng)占據(jù)核心地位，且涉及多種復(fù)雜調(diào)節(jié)機(jī)制。近年來的研究發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞在肺組織的損傷和修復(fù)中具有重要作用，但其具體機(jī)制尚未完全闡明，有待進(jìn)一步探究。目前ALI/ARDS的治療還停留在最基本的支持治療階段，因此，若在今后的研究中能夠闡明中性粒細(xì)胞參與肺損傷與修復(fù)的關(guān)鍵機(jī)制將會(huì)給ALI/ARDS患者的治療帶來新的希望。