膽堿能抗炎通路在內(nèi)毒素性急性肺損傷中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制①

于 淼 黃澤清 （中國(guó)醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院，遼寧省腫瘤醫(yī)院麻醉科，沈陽(yáng)110042）

急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是一種常見(jiàn)的多病因疾病，常伴有廣泛的肺泡-毛細(xì)血管屏障損傷，主要以嚴(yán)重的低氧血癥和肺水腫為特征，且可進(jìn)展為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory dis?tress syndrome，ARDS），死亡率較高［1］。盡管人們對(duì)這種復(fù)雜的危重病認(rèn)識(shí)和治療有了很大進(jìn)展，但尚無(wú)有效、具體的藥理學(xué)治療方法。本綜述將整理膽堿能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory path?way，CAP）對(duì)內(nèi)毒素所致的ALI 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，并提供大量證據(jù)表明α7 煙堿型乙酰膽堿受體（alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor，α7nAchR）可能是開(kāi)發(fā)相關(guān)細(xì)胞保護(hù)藥物的關(guān)鍵，為其提供新策略。

1 內(nèi)毒素性ALI

內(nèi)毒素性ALI是備受科研及臨床工作者關(guān)注的肺部疾病之一，目前研究主要集中于抗炎、抗氧化、和遺傳方面［2-4］。內(nèi)毒素從破裂的細(xì)菌中釋放，激活免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生促炎介質(zhì)，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、IL-1β、IL-6 等，CAP 在調(diào)節(jié)該炎癥反應(yīng)中可能發(fā)揮重要作用［5-6］。ALI發(fā)病機(jī)制的另一核心是產(chǎn)生活性氧（ROS）。肺內(nèi)多種細(xì)胞類(lèi)型，包括內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞，是主要的ROS產(chǎn)生者［3，7］。ROS產(chǎn)生影響促炎細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，多種藥物已被證明可減輕ALI嚴(yán)重程度，在多個(gè)動(dòng)物模型中突出了ROS 在ALI 病理生理學(xué)的中心位置［8-9］。

2 CAP

CAP 是ALI 的保護(hù)機(jī)制之一，通過(guò)乙酰膽堿阻止部分細(xì)胞因子生成和釋放發(fā)揮抗炎作用［10］。迷走神經(jīng)傳出纖維終止于脾神經(jīng)起源的腹腔神經(jīng)節(jié)和腸系膜上神經(jīng)節(jié)，脾神經(jīng)釋放去甲腎上腺素，激活表達(dá)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶的CD4+T 細(xì)胞釋放乙酰膽堿，支配肺、肝臟、腎臟等內(nèi)臟器官［11］。組織損傷或病原體入侵時(shí)，部分乙酰膽堿作用于巨噬細(xì)胞細(xì)胞膜上的α7nAChR，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，主要包括抑制NF-κB 和激活JAK2/STAT3。此外，研究認(rèn)為部分乙酰膽堿作用于線粒體細(xì)胞膜上的α7nAchR，抑制線粒體DNA 釋放，進(jìn)而抑制炎癥小體激活，并削弱促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生［11-12］。

2.1 迷走神經(jīng) 肺遠(yuǎn)端氣道由迷走神經(jīng)支配，通過(guò) C 纖維調(diào)節(jié)肺部感染和免疫［13-14］。DALLI 等［13］切斷小鼠右側(cè)迷走神經(jīng)后，觀察到腹膜第3 組固有淋巴細(xì)胞數(shù)減少，腹膜乙酰膽堿水平明顯降低，巨噬細(xì)胞對(duì)細(xì)菌感染的敏感性改變，而左側(cè)迷走神經(jīng)干破壞并未顯著改變對(duì)大腸桿菌感染的免疫反應(yīng)。LIN 等［14］用油酸誘導(dǎo)兔 ALI，激活迷走神經(jīng) C 纖維傷害性感受器，迷走神經(jīng)激活可抑制膿毒癥動(dòng)物模型急性炎癥反應(yīng)，但RANA等［15］提出，迷走神經(jīng)刺激未能降低膿毒癥幸存小鼠再次感染的血清TNF-α 水平，其原因可能為幸存小鼠先天性免疫應(yīng)答減弱。由于迷走神經(jīng)功能可通過(guò)手術(shù)切除或藥理學(xué)調(diào)節(jié)，因此對(duì)膿毒癥幸存患者進(jìn)行這種治療可能代表一種預(yù)防其隨后感染的新方法。

2.2 α7nAchR 由脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘發(fā)的肺部炎癥反應(yīng)中，α7nAchR 激活可能減少小鼠肺泡巨噬細(xì)胞MH-S 浸潤(rùn)，減輕彌漫性肺損傷、肺泡塌陷、肺間質(zhì)水腫等［2，10］。最近 ZHAO 等［10］用α7nAchR 激動(dòng)劑 PNU-282987 促進(jìn) LPS 誘導(dǎo)的 ALI體內(nèi)和體外保護(hù)性自噬，降低Beclin-1、LC3-Ⅱ/Ⅰ、p-mTOR/mTOR 等水平，促進(jìn) p62、ATG5、Bcl-2 表達(dá)。另外，鮮有研究證明中樞α7nAchR 對(duì)膿毒癥反應(yīng)的進(jìn)程和預(yù)后具有潛在影響，REN 等［6］研究發(fā)現(xiàn)，脾臟CD4+T 細(xì)胞功能在LPS 攻擊下被破壞，隨著輔助性T 細(xì)胞2 極化，表現(xiàn)出免疫抑制現(xiàn)象，但在大鼠側(cè)腦室注射PNU-282987后，可能激活中樞α7nAchR，緩解T淋巴細(xì)胞免疫抑制狀態(tài)，下調(diào)W/D和MPO水平，減輕內(nèi)毒素性ALI癥狀，并顯著緩解膿毒癥大鼠多器官功能障礙，改善其結(jié)局，而用α7nAchR 選擇性拮抗劑治療則可加重病情。報(bào)道顯示，尼古丁激活α7nAchR 可增加肺炎鏈球菌所致肺炎小鼠模型的肺部炎癥［16］。通過(guò)芐基喹諾酮羧酸（BQCA）選擇性刺激M1 毒蕈堿型乙酰膽堿受體（muscarinic ace?tylcholine receptor，mAChR）可一定程度降低膿毒癥死亡率，并在M1mAChR 基因敲除小鼠中消除以上影響［17］。

2.3 脾臟 脾神經(jīng)是兒茶酚胺能神經(jīng)，可能是CAP 中迷走神經(jīng)抑制炎癥反應(yīng)所必需的［11］。脾切除術(shù)降低 IL-6、NF-κBp65 和 STAT3 表達(dá)，表明脾切除術(shù)抑制α7nAchR 途徑激活，消除迷走神經(jīng)刺激和α7nAchR 激動(dòng)劑抗炎作用，表明就迷走神經(jīng)介導(dǎo)的抑制促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生而言，脾臟可能是CAP 的關(guān)鍵靶器官［18］。與此同時(shí)，心臟可能作為免疫和神經(jīng)系統(tǒng)的接口，在炎癥過(guò)程中影響心臟神經(jīng)支配的“非神經(jīng)性心臟膽堿能系統(tǒng)”存在已被假設(shè)，PLASCHKE 等［19］證明右心迷走神經(jīng)可調(diào)節(jié)心臟乙酰膽堿含量，但在內(nèi)毒素血癥時(shí)既不能改善也不能加重全身炎癥反應(yīng)。

3 α7nAchR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與內(nèi)毒素性ALI

3.1 NF-κB NF-κB 因 Toll 樣受體 4 刺激發(fā)生快速核轉(zhuǎn)位，是復(fù)雜炎癥網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)［20］。NF-κB通常被IκB（NF-κB 抑制蛋白）隔離于胞漿，但有研究表明，LPS 可誘導(dǎo)免疫炎癥細(xì)胞中IKK（IκB激酶）磷酸化IκB，導(dǎo)致IκB 降解并將細(xì)胞質(zhì)NF-κB釋放至細(xì)胞核［20］。α7nAChR 激動(dòng)劑在一定程度抑制 IKK 磷酸化 IκB 及 IκB 降解，阻斷巨噬細(xì)胞和 ALI動(dòng)物模型中NF-κBp65 核易位可削弱HMGB1 釋放［2，20］。最近 MALDIFASSI 等［21］提出，被人類(lèi) CHR?NA7 基因編碼的與α7nAchR 亞基部分復(fù)制的人特異性dupα7 亞基可能減少人類(lèi)迷走神經(jīng)抗炎反應(yīng)，對(duì)敗血癥患者單核細(xì)胞進(jìn)行初步研究發(fā)現(xiàn)，dupα7亞基可明顯抑制尼古丁對(duì)炎癥的控制作用，引發(fā)由LPS 誘導(dǎo)的 NF-κB 活化和 TNF-α 產(chǎn)生，干擾膽堿能抗炎途徑。

3.2 JAK/STAT JAK/STAT 是膿毒癥發(fā)病機(jī)制中多種關(guān)鍵細(xì)胞因子的重要途徑［22］。STAT3在上游的JAK2 裂解及磷酸化后發(fā)生磷酸化，并與DNA 反應(yīng)元件結(jié)合，可能對(duì)膿毒癥發(fā)揮負(fù)性調(diào)控作用［23］。DE JONGE 等［23］用尼古丁處理腹膜巨噬細(xì)胞，將STAT3 磷酸化，該過(guò)程可被JAK2 抑制劑AG490 破壞，進(jìn)而減少 TNF、MIP-2 和 IL-6 釋放，但不降低IL-10 水平。PE?A 等［24］也證明 JAK2 抑制劑可阻止LPS 誘導(dǎo)的 STAT3 磷酸化，此外，AG490 可阻止 NF-κB 活化，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞活化，調(diào)節(jié)肺和脾臟中TNF水平，并以濃度依賴(lài)方式保護(hù)小鼠免于致死性?xún)?nèi)毒素血癥。

3.3 Nrf2/HO-1 核因子-紅細(xì)胞相關(guān)因子2（nu?clear factor erythroid2-related factor，Nrf2）可與 sMAF蛋白異源二聚，并將抗氧化反應(yīng)元件AREs 結(jié)合于靶基因調(diào)控區(qū)域，可能參與調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、異源代謝和排泄、炎癥、細(xì)胞凋亡、自噬和細(xì)胞生物能量等生物學(xué)功能［25-26］。與野生型小鼠相比，非致死劑量的LPS 誘導(dǎo)Nrf2 基因缺陷小鼠肺部炎癥，表明Nrf2對(duì)內(nèi)毒素性ALI 具有保護(hù)作用［8］。血紅素氧合酶-1（heme oxygenase 1，HO-1）減少LPS誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體、HMGB1 及各種炎癥細(xì)胞因子釋放，可能是Nrf2下游抗氧化細(xì)胞保護(hù)蛋白之一［27-28］。

目前關(guān)于Nrf2/HO-1 在膿毒癥中應(yīng)用研究較多，但與CAP 作用機(jī)制的關(guān)系還有待探索。TSOYI等［9］提出尼古丁刺激α7nAchR可減輕巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)，并通過(guò)HO-1 改善膿毒癥動(dòng)物模型存活率。尼古丁以劑量和時(shí)間依賴(lài)性方式顯著上調(diào)HO-1 表達(dá)，可能為其削弱LPS 誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。尼古丁通過(guò)Ca2+依賴(lài)性機(jī)制激活巨噬細(xì)胞中的PKC，并導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中ROS 增加。ROS 產(chǎn)生可激活多種信號(hào)分子，包括MAPK、NF-κB 和PI3K，PI3K抑制劑可消除尼古丁對(duì)巨噬細(xì)胞HO-1 的誘導(dǎo)作用，因此提出尼古丁介導(dǎo)的HO-1 表達(dá)依賴(lài)于PI3K/Akt/Nrf-2信號(hào)傳導(dǎo)。WEDN 等［29］發(fā)現(xiàn)，α7nAChR 抑制劑MLA 或HO-1 抑制劑ZnPP 可破壞尼古丁對(duì)內(nèi)毒素性急性腎損傷的保護(hù)作用，預(yù)先使用膽紅素可降低內(nèi)毒素血癥相關(guān)死亡率，證明尼古丁通過(guò)α7nAchR/HO-1 途徑改善內(nèi)毒素性大鼠生存能力。α7nAchR/PI3K/Akt/Nrf-2/HO-1 在內(nèi)毒素性 ALI 中的作用有待進(jìn)一步研究。

4 總結(jié)

盡管對(duì)ALI 的認(rèn)識(shí)有所提高，但多個(gè)領(lǐng)域仍有待發(fā)展，內(nèi)毒素性ALI 仍然是ICU 高死亡率和巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的主要原因。目前，內(nèi)毒素性ALI 引發(fā)的難治性多器官功能障礙和持續(xù)的免疫抑制缺乏有效的以減輕多器官損傷和調(diào)節(jié)免疫功能為目的的治療方法，隨著研究深入，臨床醫(yī)生才能推進(jìn)對(duì)這些危重患者的干預(yù)與治療。因此，進(jìn)一步確定內(nèi)毒素性ALI中CAP的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制可能為其治療提供更精確的理論基礎(chǔ)，也為個(gè)性化治療提供更有效的方案。