一氧化氮在胸膜疾病中的研究進(jìn)展

王肖宇 肖敏 申永春 文富強(qiáng)

一氧化氮(Nitric oxide, NO)是一種氣體分子，是一種不穩(wěn)定的生物自由基，常溫下為氣體，微溶于水，具有脂溶性。NO 作為自由擴(kuò)散的信號(hào)分子，參與多種病理生理過(guò)程，介導(dǎo)多種生物學(xué)作用，主要包括：作為氣道神經(jīng)遞質(zhì)，舒張氣道平滑肌，擴(kuò)張氣管；催化環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷生成，使血管平滑肌舒張，降低血管壓力；抑制血小板聚集，發(fā)揮抗凝作用；在宿主防御方面，當(dāng)巨噬細(xì)胞被激活時(shí)可產(chǎn)生大量NO及其他炎癥介質(zhì)，殺傷細(xì)菌及腫瘤細(xì)胞；在炎癥調(diào)控方面，一方面NO可以抑制中性粒細(xì)胞聚集，減少黏附分子表達(dá)，發(fā)揮其抗炎作用，同時(shí)還可調(diào)控炎癥細(xì)胞凋亡，上調(diào)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，放大炎癥反應(yīng)[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)NO參與了諸多臨床疾病的發(fā)病與進(jìn)展，在心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、炎癥性疾病、免疫性疾病、腫瘤性疾病等臨床疾病中發(fā)揮著重要的作用，其基礎(chǔ)研究與臨床運(yùn)用日益得到重視[1-3]。

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)NO與呼吸系統(tǒng)疾病關(guān)系密切，NO可顯著調(diào)節(jié)支氣管平滑肌張力、肺血流量和其他生理過(guò)程，如局部宿主防御、氧化應(yīng)激、氣道黏液生成、表面活性物質(zhì)功能和肺發(fā)育，參與一系列呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病與臨床評(píng)估[4-5]。呼出氣中的NO水平與氣道炎癥及氣道高反應(yīng)性密切相關(guān)，在支氣管哮喘、慢性咳嗽、上氣道疾病、慢性阻塞性肺疾病甚至少見(jiàn)氣道疾病的診斷和治療中發(fā)揮了重要作用[6]。最近發(fā)現(xiàn)NO與博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，特發(fā)性肺纖維化患者肺泡NO顯著升高，并與該病的嚴(yán)重程度相關(guān)[7-8]。吸入NO可用于部分急性肺損傷或急性呼吸窘迫綜合征患者，可短暫改善氧合，用于這類患者的治療[9]。此外，NO在肺動(dòng)脈高壓的發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用，吸入NO 有助于新生兒持續(xù)肺動(dòng)脈高壓、心臟術(shù)后肺動(dòng)脈高壓患者的治療[10-11]。

目前，關(guān)于NO在胸膜疾病中的研究仍然較少，少數(shù)的研究探索了NO與胸膜疾病如結(jié)核性胸膜炎、肺炎旁胸腔積液、惡性胸腔積液、惡性胸膜間皮瘤之間的關(guān)系[12-13]，本綜述旨在總結(jié)關(guān)于 NO 在胸膜疾病中的病理生理作用的研究現(xiàn)狀，為其進(jìn)一步的基礎(chǔ)研究與臨床運(yùn)用提供最新的研究證據(jù)。

一、NO與結(jié)核性胸膜炎

結(jié)核性胸膜炎是結(jié)核病的重要肺外表現(xiàn)，巨噬細(xì)胞通過(guò)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase,iNOS)產(chǎn)生的NO在抵御及殺滅包括結(jié)核分枝桿菌在內(nèi)的病原微生物中起重要的作用[14-15]，研究發(fā)現(xiàn)NO對(duì)于結(jié)核感染導(dǎo)致的巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組改變具有較大的影響，NO一方面通過(guò)正向調(diào)控HIF-1α促進(jìn)結(jié)核感染導(dǎo)致的基因改變，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，另一方面NO抑制NF-κB信號(hào)通路的激活，限制過(guò)度的炎癥反應(yīng)，在結(jié)核感染導(dǎo)致的嚴(yán)重免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用[16]。那么NO與結(jié)核性胸膜炎的關(guān)系如何呢？

在不同類別的結(jié)核病患者中觀察到 NO的水平具有異質(zhì)性，外周血分離的單核細(xì)胞中NO的產(chǎn)生在結(jié)核性胸膜炎患者中最高，在粟粒性結(jié)核病中最低，這可能是由于后者病理學(xué)的保護(hù)性先天免疫反應(yīng)的缺陷逐漸增加[17]。NO是否對(duì)結(jié)核性胸膜炎具有一定的診斷價(jià)值目前尚未有標(biāo)準(zhǔn)的答案，國(guó)內(nèi)外的研究均發(fā)現(xiàn)對(duì)于胸腔積液的患者，滲出液(結(jié)核性胸膜炎/惡性胸腔積液)中NO水平均高于漏出液，但是結(jié)核性胸膜炎與惡性胸腔積液組之間的胸水NO水平未見(jiàn)明顯差異,對(duì)于結(jié)核性胸膜炎的診斷價(jià)值有限[18-19]。需要注意的是，這些研究發(fā)表時(shí)間較早，還需要更多的研究證實(shí)與探索NO對(duì)結(jié)核性胸膜炎的標(biāo)記物功能。

進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，NO 是由 L-精氨酸作為前體合成的，精氨酸-NO 通路可能與結(jié)核性胸膜炎的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)結(jié)核性胸膜炎患者胸腔積液中精氨酸活動(dòng)性下降，NO升高，精氨酸酶活性降低可能導(dǎo)致精氨酸累積，導(dǎo)致免疫細(xì)胞和間皮細(xì)胞合成 NO 增強(qiáng)，這反映了結(jié)核性胸膜炎的宿主防御機(jī)制[20]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，TLR-2參與了BCG和H37Rv介導(dǎo)的胸膜間皮細(xì)胞的NF-κB與MAPKs信號(hào)通路激活，TLR-2敲除后通過(guò)調(diào)節(jié)iNOS下調(diào)胸膜間皮細(xì)胞NO的產(chǎn)生，TLR-2介導(dǎo)的NO信號(hào)通路可能在結(jié)核性胸膜炎的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要的作用[21]。結(jié)核性胸膜炎患者的胸膜損傷修復(fù)機(jī)制復(fù)雜，研究發(fā)現(xiàn)TGF-β可以抑制大鼠胸膜間皮細(xì)胞iNOS的表達(dá)進(jìn)而抑制NO的合成，NO在結(jié)核性胸膜炎的胸膜組織損傷與修復(fù)中可能發(fā)揮著一定作用[22]。國(guó)內(nèi)的研究提示，NO 在胸膜局部大量合成，參與胸膜組織的損傷及胸水滲出過(guò)程，加重炎癥反應(yīng)和成纖維細(xì)胞增殖，促進(jìn)局部纖維化形成。因此胸膜腔內(nèi)NO 的大量生成可能是誘發(fā)結(jié)核性胸膜炎胸膜纖維化形成的因素，糖皮質(zhì)激素可能通過(guò)調(diào)控NO產(chǎn)生抑制結(jié)核性胸膜炎胸膜纖維化[23]。整體而言，NO與結(jié)核性胸膜炎的研究仍相對(duì)較少，還需要更多的研究來(lái)進(jìn)行探索NO在結(jié)核性胸膜炎中的標(biāo)志物潛能以及在胸膜損傷修復(fù)中的潛在機(jī)制與干預(yù)靶點(diǎn)。

二、NO與惡性胸腔積液

惡性胸腔積液(Malignant pleural effusion, MPE)指原發(fā)于胸膜的惡性腫瘤或者其他位置來(lái)源的惡性腫瘤轉(zhuǎn)移至胸膜導(dǎo)致的胸腔積液，臨床上以后者較為常見(jiàn)，如肺癌、乳腺癌、胃腸道腫瘤的轉(zhuǎn)移均可導(dǎo)致MPE的產(chǎn)生[24]。既往的研究均發(fā)現(xiàn)，NO在MPE患者胸腔積液中的濃度最高[18-19]，提示NO與MPE密切相關(guān)，但是與結(jié)核性胸膜炎相比并未觀察到顯著差異，后續(xù)發(fā)表的研究亦提示NO可能不適合用于以淋巴細(xì)胞為主的胸腔積液的鑒別診斷[25]，其診斷標(biāo)志物功能還需要進(jìn)一步研究。在MPE的產(chǎn)生過(guò)程中，VEGF介導(dǎo)的新生血管形成是MPE產(chǎn)生的重要的原因，多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)NO可以促進(jìn)VEGF的表達(dá)[26]，NO介導(dǎo)的VEGF信號(hào)通路可能是MPE產(chǎn)生的重要原因。此外NO作為膜通透性介質(zhì)的功能可能與胸膜的淋巴吸收相關(guān)，在癌癥轉(zhuǎn)移的過(guò)程中發(fā)揮作用，因此調(diào)控NO可能有助于MPE的控制。在利用黑色素瘤細(xì)胞構(gòu)建的小鼠腫瘤轉(zhuǎn)移模型中，與野生型小鼠相比，iNOS敲除小鼠的肺部轉(zhuǎn)移瘤較少，形成的胸腔積液量也較少，同時(shí)也伴隨著VEGF表達(dá)的下降[27]。但是新近的研究發(fā)現(xiàn)，在iNOS敲除小鼠構(gòu)建的MPE模型中，在胸腔積液與血清中均未檢測(cè)到NO表達(dá)下降，但是與WT小鼠相比, iNOS敲除小鼠的胸膜血管通透性增強(qiáng), 胸水量增加, 生存期縮短, 證實(shí)了NO通過(guò)影響MPE小鼠胸膜血管通透性而抑制MPE的形成。同時(shí)NO可促進(jìn)Th1細(xì)胞的分化并抑制Th17細(xì)胞的分化, 從而調(diào)節(jié)MPE中Th1/Th17細(xì)胞免疫反應(yīng)[28]。這些研究提示NO在MPE中的作用機(jī)制是復(fù)雜的，可能與不同的腫瘤類型誘導(dǎo)MPE相關(guān)，未來(lái)還需要進(jìn)一步的研究進(jìn)行探索。

三、NO與惡性胸膜間皮瘤

惡性胸膜間皮瘤是原發(fā)于胸膜、侵襲性高的惡性腫瘤，臨床表現(xiàn)與侵襲行為有關(guān)，如果治療不及時(shí)，中位生存期較短，臨床預(yù)后欠佳[29]。免疫組化研究發(fā)現(xiàn)iNOS在惡性胸膜間皮瘤中的表達(dá)明顯上調(diào)[30]，提示了NO在惡性胸膜間皮瘤中的潛在作用。那么NO在惡性胸膜間皮瘤中是如何調(diào)控的呢？石棉暴露是惡性胸膜間皮瘤最重要的危險(xiǎn)因素之一，研究發(fā)現(xiàn)石棉通過(guò)NF-κB途徑激活 iNOS，另一方面通過(guò)直接磷酸化下調(diào)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)，從而上調(diào)NO的產(chǎn)生[31]。石棉還可以通過(guò)抑制Rho信號(hào)通路上調(diào)間皮瘤細(xì)胞中NO的產(chǎn)生[32]。這些研究提示NO與惡性胸膜間皮瘤的產(chǎn)生與臨床進(jìn)展密切相關(guān)。在機(jī)制研究中，基礎(chǔ)研發(fā)發(fā)現(xiàn)，NO參與了低溫等離子體激活的林格氏乳酸鹽介導(dǎo)的惡性間皮瘤細(xì)胞的鐵壞死，低溫等離子體激活的林格氏乳酸鹽暴露通過(guò)瓜氨酸-NO循環(huán)誘導(dǎo)NO的產(chǎn)生，進(jìn)而參與惡性間皮瘤細(xì)胞的鐵壞死，參與惡性間皮瘤的病理生理學(xué)進(jìn)程[33]。臨床研究方面，胸腔內(nèi)注射IL-2是治療惡性胸膜間皮瘤的一種臨床方法[34]。一項(xiàng)臨床探索了NO在IL-2治療惡性胸膜間皮瘤中的潛在作用與機(jī)制，該研究納入12例惡性胸膜間皮瘤患者，檢測(cè)了IL-2治療前、治療24小時(shí)、48小時(shí)后胸腔積液NO水平，研究發(fā)現(xiàn)胸腔內(nèi)注射IL-2治療后，胸腔積液中的NO水平隨著時(shí)間的推移逐漸降低，提示NO可能參與了IL-2介導(dǎo)的抗惡性胸膜間皮瘤效應(yīng)[35]。靶向NO有可能為惡性胸膜間皮瘤的治療尋找到潛在的新型干預(yù)方式與藥物。

四、NO在胸膜疾病診治中的臨床展望

整體而言，目前關(guān)于NO在胸膜疾病中的研究仍然相對(duì)較少，相應(yīng)的機(jī)制與臨床研究仍不夠深入，在未來(lái)的研究中，在如下方面需要注意加強(qiáng)研究。第一，繼續(xù)充分探索NO的標(biāo)志物功能，NO在結(jié)核性胸膜炎、MPE患者的胸腔積液中濃度升高，是否對(duì)相應(yīng)的疾病具備臨床鑒別診斷價(jià)值，或者對(duì)不同病因?qū)е碌腗PE亞組是否具有診斷價(jià)值，對(duì)臨床治療反應(yīng)是否具有預(yù)測(cè)價(jià)值，對(duì)臨床預(yù)后是否具有評(píng)估價(jià)值，目前尚沒(méi)有足夠多的研究證據(jù)來(lái)回復(fù)這些問(wèn)題，還需要更多高質(zhì)量的研究證據(jù)來(lái)探索；第二，圍繞著NO及其相關(guān)信號(hào)通路，探索靶向NO的胸膜疾病治療新方法，既往研究證實(shí)了NO在結(jié)核性胸膜炎、MPE、惡性胸膜間皮瘤中的潛在作用，NO可能是治療上述胸膜疾病的重要載體，靶向NO及其相關(guān)信號(hào)通路可能是治療胸膜疾病的重要手段。但是需要注意的是，NO的生理學(xué)功能具備雙面性，同時(shí)具備抗炎與促炎的作用，如何精準(zhǔn)調(diào)控NO的表達(dá)與釋放治療胸膜相關(guān)疾病還需要深入的探索。

綜上，NO通過(guò)調(diào)節(jié)各種生理和病理生理功能在胸膜疾病中發(fā)揮著重要作用，既往在該領(lǐng)域開(kāi)展的研究工作很少，需要進(jìn)一步的研究，探索關(guān)于檢測(cè)NO或靶向 NO途徑用于胸膜疾病診斷和治療管理的可行性。