巨噬細(xì)胞與Wnt信號(hào)通路在海水吸入型肺損傷機(jī)制中的研究進(jìn)展

趙家義 韓一平

1海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院全科醫(yī)學(xué)科,上海200433;2海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,上海200433

海水吸入型肺損傷 (seawater drowning induced acute lung injury,SWD-ALI)是指當(dāng)海水進(jìn)入肺內(nèi)破壞了肺泡膜上皮屏障,肺泡腔被蛋白滲出充滿引起肺水腫,導(dǎo)致氣體交換障礙,表現(xiàn)為呼吸困難、低氧血癥和ARDS,甚至死亡[1]。炎癥反應(yīng)是SWD-ALI發(fā)生發(fā)展中最為重要的因素之一,其中巨噬細(xì)胞等炎性細(xì)胞浸潤是重要的病理表現(xiàn)。肺泡巨噬細(xì)胞 (alveolar macrophages,AM)作為肺免疫系統(tǒng)的主要作用細(xì)胞和肺炎癥微環(huán)境的重要組成,不僅是急性肺損傷的主要屏障,也是肺組織修復(fù)的重要機(jī)制環(huán)節(jié)。Wnt/β-catenin經(jīng)典途徑是Wnt通路參與組織重塑、細(xì)胞遷移及創(chuàng)傷修復(fù)的最主要途徑之一。該通路的激活能夠通過調(diào)節(jié)免疫,調(diào)節(jié)肺泡上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化及增殖而促進(jìn)肺損傷修復(fù)。新近研究表明,AM 作為Wnt信號(hào)的重要來源,可能通過釋放某些信號(hào)來調(diào)節(jié)Wnt通路,進(jìn)而參與SWD-ALI后的損傷修復(fù)過程,現(xiàn)綜述如下。

1 SWD-ALI與炎癥損傷

由于海水獨(dú)特的理化性質(zhì),SWD-ALI有其獨(dú)特的特點(diǎn),具體表現(xiàn)為: (1)海水具有高Na+、高K+和高C1-濃度的化學(xué)特性,對肺組織產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的刺激,故對肺損傷更為嚴(yán)重[2]；(2)海水具有高滲、堿性的特點(diǎn),造成的肺損傷更易出現(xiàn)低氧血癥與酸中毒,從而導(dǎo)致ARDS發(fā)生[1]；(3)高滲性海水進(jìn)入人體內(nèi),會(huì)引起機(jī)體高滲性脫水,導(dǎo)致患者內(nèi)環(huán)境紊亂及血流動(dòng)力學(xué)改變并危及生命[3]。

炎癥反應(yīng)是SWD-ALI發(fā)病機(jī)制重要環(huán)節(jié),其具體機(jī)制不明,但與其他類型肺損傷具有許多共性,即多種炎癥細(xì)胞浸潤 (中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)和炎癥介質(zhì)釋放 [如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-1β、IL-18、γ-干擾素等],引起血管通透性增強(qiáng)、肺水腫。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,SWD-ALI后炎癥細(xì)胞大量滲入到肺泡腔及肺間質(zhì),產(chǎn)生大量的炎癥因子,并激活各種信號(hào)通路如MAPK、NF-κB和p38等途徑,引起炎癥損傷的級(jí)聯(lián)放大效應(yīng),進(jìn)一步加重肺損傷[4]。目前許多研究都認(rèn)為SWDALI后肺泡毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、AM 等多種效應(yīng)細(xì)胞激活,引起肺內(nèi)和全身性炎癥損傷,同時(shí)釋放大量炎 癥 因 子 如TNF-α、IL-1β、IL-18 及 血 漿 血 栓 烷B2等[5]。許多國內(nèi)外學(xué)者在海水吸入后大鼠肺組織中發(fā)現(xiàn)胞漿內(nèi)模式識(shí)別受體多蛋白復(fù)合物和NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3等多種炎癥小體可能參與了SWD-ALI,并且可能是引起瀑布式炎癥反應(yīng)加重急性肺損傷的因素[6]。

2 AM 與SWD-ALI炎癥反應(yīng)

AM 主要分布在肺泡腔內(nèi),占細(xì)胞總數(shù)的80%以上,是機(jī)體的第一道宿主防線,其可分泌大量細(xì)胞因子,是肺部炎癥微環(huán)境和炎癥反應(yīng)最重要的調(diào)節(jié)細(xì)胞[7]。

2.1 AM 的吞噬作用 王炯等[8]認(rèn)為巨噬細(xì)胞可以有效地吞噬凋亡的中性粒細(xì)胞,從而有助于消散急性肺損傷炎癥[8]。同時(shí)其因吞噬了中性粒細(xì)胞后表型發(fā)生改變,促炎因子的釋放減少,而抗炎因子的釋放增加并誘導(dǎo)生長因子的表達(dá),緩解炎癥并促進(jìn)組織修復(fù)[9]。國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)脂氧素、消散素D1、消散素E1和保護(hù)素D1可通過激活巨噬細(xì)胞吞噬作用來消解炎癥并激活抗炎信號(hào)通路,改善急性肺損傷的預(yù)后[10-11]。

2.2 AM 的趨化和分泌作用 巨噬細(xì)胞可介導(dǎo)CC 趨化因子配體2、7參與調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞遷移的重要炎性趨化因子CXCR2,使中性粒細(xì)胞數(shù)明顯降低并減輕肺損傷的程度[12]。Herold等[13]研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞分泌的IL-1ra可下調(diào)肺泡釋放中性粒細(xì)胞趨化因子巨噬細(xì)胞炎性蛋白2和上皮黏附分子1,減弱中性粒細(xì)胞的趨化作用,促進(jìn)其凋亡。

2.3 AM 的極化作用 巨噬細(xì)胞的極化作用即在不同的信號(hào)作用下巨噬細(xì)胞可極化為不同的表型,從而發(fā)揮不同的作用,其一般分為M1 型和M2 型巨噬細(xì)胞,前者具有促炎作用,而后者具有抗炎及修復(fù)作用[14]。M1型可由脂多糖和γ-干擾素單獨(dú)或聯(lián)合誘導(dǎo)極化,能產(chǎn)生如TNF-α、IL-1β等促炎因子,促進(jìn)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞毒作用,導(dǎo)致組織的炎癥損傷；M2型可由糖皮質(zhì)激素、IL-4、IL-13等誘導(dǎo),產(chǎn)生抑炎因子IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子β,發(fā)揮抗炎作用,并促進(jìn)損傷修復(fù)和組織再生[15]。M2型巨噬細(xì)胞根據(jù)激活條件可分為促進(jìn)組織修復(fù)的M2a、M2c型和具有抗炎和促炎雙重功能的M2b型。M1型與M2型巨噬細(xì)胞在某種條件下可相互轉(zhuǎn)化,故提高M(jìn)2 型巨噬細(xì)胞比例可顯著改善SWD-ALI炎癥程度并修復(fù)組織[16]。

上述研究表明吸入海水后,AM 在高滲海水刺激的條件下被激活浸潤肺組織并參與肺損傷的炎癥反應(yīng),其中M1型巨噬細(xì)胞可能會(huì)導(dǎo)致正常肺組織的炎癥損傷,而M2型巨噬細(xì)胞可以通過某些機(jī)制來減輕炎癥反應(yīng)并參與修復(fù)。因此,探究AM 在SWD-ALI修復(fù)過程中的作用機(jī)制是整個(gè)肺損傷修復(fù)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)。

3 Wnt信號(hào)通路與SWD-ALI后組織修復(fù)

Wnt信號(hào)通路是由Wnt信號(hào)分子蛋白及其跨膜受體蛋白、胞質(zhì)信號(hào)傳導(dǎo)蛋白、調(diào)節(jié)因子、核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子等共同組成的復(fù)雜信號(hào)傳導(dǎo)通路,其與組織重塑、細(xì)胞遷移及創(chuàng)傷修復(fù)密切相關(guān),還參與了肺部炎癥、修復(fù)及肺纖維化疾病的過程[17]。Wnt基因編碼的Wnt蛋白至今已發(fā)現(xiàn)19種,分為Wnt1和Wnt5a兩類。Wnt蛋白主要受體有括卷曲蛋白、脂蛋白受體相關(guān)蛋白LRP5/6以及Ror和Ryk家族等。Wnt信號(hào)通路有3 條途徑:經(jīng)典Wnt信號(hào)途徑 (Wnt/β-catenin信號(hào)途徑)和2 條非經(jīng)典途徑 (平面細(xì)胞極性途徑、Wnt/Ca途徑)[18]。

通過激活Wnt信號(hào)通路下游信號(hào)分子從而參與了急性肺損傷的修復(fù)保護(hù)過程。Cowan等[19]在脂多糖致肺炎癥損傷和肺水腫中發(fā)現(xiàn)激活Wnt信號(hào)通路可誘導(dǎo)Kruppel樣因子4活化,繼而調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮鈣黏蛋白表達(dá),影響內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能。Zhu 等[20]研究證實(shí)Wnt/β-catenin 高表達(dá)則能促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1 轉(zhuǎn)錄,有利于支氣管上皮細(xì)胞層創(chuàng)面修復(fù)。此外,Volckaert 等[21]還發(fā)現(xiàn)激活 Wnt/β-catenin后能促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長因子釋放,后者在受損上皮的增殖和修復(fù)過程中起了重要作用。但亦有報(bào)道表明Wnt通路激活導(dǎo)致的成纖維細(xì)胞生長因子家族表達(dá)上調(diào)與肺纖維化有關(guān),故探究Wnt通路在SWD-ALI后修復(fù)過程的作用機(jī)制就顯得尤為重要。

4 AM 與Wnt信號(hào)通路關(guān)系的研究進(jìn)展

4.1 巨噬細(xì)胞是Wnt信號(hào)通路的來源 Wnt信號(hào)通路的受體和配體結(jié)合是激活Wnt/β-catenin的前提。Varol等[22]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞在組織發(fā)育和損傷修復(fù)過程中起著關(guān)鍵的旁分泌功能,該功能可能是巨噬細(xì)胞激活Wnt信號(hào)通路的來源。巨噬細(xì)胞分泌介質(zhì)激活Wnt信號(hào)通路可參與正常發(fā)育和疾病的發(fā)生發(fā)展過程。Jiang等[23]在檢測巨噬細(xì)胞相關(guān)核心基因組后發(fā)現(xiàn)了有關(guān)Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)的基因,并發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞因子Bach1 基因表達(dá)可以下調(diào) Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)。Saha等[24]在敲除小鼠巨噬細(xì)胞中分泌合成Wnt蛋白的特異性Porcupine基因后發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)通路表達(dá)降低,導(dǎo)致小鼠腸道上皮的放射損傷程度明顯增高。此外,Chakrabarti等[25]證實(shí)Notch配體Dll 1在乳腺干細(xì)胞中表達(dá)激活了巨噬細(xì)胞中的Notch信號(hào)通路,從而刺激了Wnt3、Wnt10a和Wnt16等Wnt信號(hào)通路分子的分泌。

4.2 Wnt信號(hào)通路參與調(diào)控巨噬細(xì)胞分化、遷移和功能 研究發(fā)現(xiàn),Wnt5a、Wnt6和Wnt7a均會(huì)形成巨噬細(xì)胞的免疫應(yīng)答。Wnt5a可產(chǎn)生具有抗炎作用的巨噬細(xì)胞表型[26]。Sheng等[27]發(fā)現(xiàn)激活Wnt/β-catenin通路可通過抑制靶基因PU1的表達(dá)而阻斷前體細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化的過程。研究發(fā)現(xiàn),Wnt/β-catenin 通 路 可 通 過 促 進(jìn)CXCL12 的 表 達(dá)、LRP5受體等方式調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞浸潤和遷移[28]。Wnt5a和Wnt7a 可分別通過非經(jīng)典途徑以及降低CD14、CD11b、CD163和CD206等巨噬細(xì)胞表面分子表達(dá)來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的吞噬作用[29]。

4.3 AM 與Wnt信號(hào)通路之間的關(guān)系 最近有研究表明,表達(dá)CD11c 的AM 通過TFF2 依賴機(jī)制上調(diào)Wnt4 和Wnt16表達(dá),從而促進(jìn)損傷后的肺泡上皮細(xì)胞增殖和修復(fù)[30]。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn),因肺部損傷產(chǎn)生的巨噬細(xì)胞通過R-spondin蛋白家族RSPO3也可以激活Wnt信號(hào)通路[31]。但肺損傷后激活巨噬細(xì)胞上調(diào)Wnt信號(hào)通路的具體機(jī)制仍不明確,有待進(jìn)一步研究。

5 展望

海水的特殊理化性質(zhì)是SWD-ALI的特有因素；SWDALI后大量炎癥細(xì)胞浸潤肺組織并釋放炎癥因子激活相關(guān)信號(hào)通路,引起肺組織炎癥損傷及免疫反應(yīng)。通過文獻(xiàn)閱讀和前期研究可以發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞和Wnt信號(hào)通路在SWDALI的修復(fù)過程中有著重要的作用,而兩者之間也存在一定的聯(lián)系和機(jī)制。因此,明確AM 在SWD-ALI后如何啟動(dòng)募集與極化并激活Wnt信號(hào)通路參與修復(fù)機(jī)制需要進(jìn)一步研究,這也為制定更為確切、精準(zhǔn)化的SWD-ALI救治方案提供了思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突