炎癥反應在膿毒癥ARDS發病機制中的作用*

唐 甜 綜述，譚利平 審校

(重慶醫科大學附屬兒童醫院急診科/兒童發育疾病研究教育部重點實驗室，重慶 400014)

炎癥反應在膿毒癥ARDS發病機制中的作用*

唐 甜 綜述，譚利平△審校

(重慶醫科大學附屬兒童醫院急診科/兒童發育疾病研究教育部重點實驗室，重慶 400014)

炎癥細胞；炎癥因子；膿毒癥；急性肺損傷

膿毒癥是感染、嚴重創傷、休克等重癥患者常見并發癥，患者可進一步發展致膿毒癥休克、多器官功能障礙(multiple organ dysfunction syndrome,MODS)[1]。膿毒癥定義和診斷標準也歷經多次更新，反映了膿毒癥的復雜性和臨床診療的重要性。盡管早期診療流程不斷規范，膿毒癥監測手段、評估指標得到進一步拓展，但全球膿毒癥的救治現狀仍不容樂觀，膿毒癥的攻堅之路仍任重道遠。

在膿毒癥諸多易受損器官中，肺臟是膿毒癥是最易被攻擊的靶器官，患者常較早并發急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)，是膿毒癥患者死亡的主要原因之一。膿毒癥ARDS病理特征表現為肺泡上皮細胞和毛細血管內皮細胞受損，炎性細胞浸潤，肺間質充血水腫，臨床以頑固性低氧血癥、呼吸窘迫為主要表現。國內外學者在膿毒癥ARDS發病機制方面進行了大量的基礎及臨床研究，但是迄今為止尚未形成統一共識。目前，關于膿毒癥ARDS發病機制多集中在炎癥激活、細胞凋亡、氧化應激損傷、凝血功能異常等方面，本文就其中炎癥損傷機制在膿毒癥ARDS發病中的研究做一綜述。

1 炎癥因子

大量的實驗及臨床研究表明，膿毒癥病理過程中促炎因子、抗炎因子、趨化因子構成復雜的炎癥網絡系統，在調節、放大和持續肺損傷的病理生理機制中發揮著重要作用。膿毒癥產生的大量促炎細胞因子，以及相繼生成抗炎細胞因子，在早期起到了積極的改善炎癥反應強度的作用，但當促炎與抗炎二者失衡，過度產生的炎癥因子將損害宿主器官、組織、細胞，發生全身炎癥反應。研究顯示全身炎癥反應的開始是膿毒癥ARDS發病的基礎。

1.1 白細胞介素(interleukin，IL)-8 IL-8主要由巨噬細胞產生，是中性粒細胞移行并到達炎癥部位重要的趨化因子，它對肺損傷的發生、發展具有重要意義，也是膿毒癥ARDS主要的炎性標志物之一。研究發現膿毒癥肺損傷兔外源注射IL-8單克隆抗體，肺組織較對照組水腫程度減輕，中性粒細胞浸潤和肺間隔損傷減少，明顯改善兔肺損傷程度[2]。急性肺損傷患者肺泡灌洗液中同時存在IL-8及抗IL-8自身抗體，雖然IL-8濃度不能有效預測患者ARDS發生，但抗IL-8自身抗體濃度則與病死率密切相關。存活患者肺泡灌洗液中抗IL-8自身抗體濃度隨時間逐漸下降，而死亡患者抗IL-8自身抗體濃度下降趨勢不明顯[3]。Krupa等[4]發現急性肺損傷患者肺泡灌洗液中抗IL-8自身抗體也能使肺血管內皮細胞高表達細胞間黏附因子-1，使中性粒細胞在肺組織黏附和募集。Fudala等[5]發現抗IL-8自身抗體通過抑制中性粒細胞促凋亡蛋白和促進抗凋亡蛋白產生，使中性粒細胞凋亡受到抑制，導致中性粒細胞的肺損傷作用更持久?，F階段已有抗IL-8自身抗體及免疫球蛋白G(IgG)受體相關信號通路的實驗研究陸續開展，希望通過明確中性粒細胞、IL-8、抗IL-8自身抗體及相關信號通路的關系，從分子治療角度降低ARDS發生和病死率。

1.2 腫瘤壞死因子α(TNF-α) TNF-α是由單核細胞/巨噬細胞在內毒素、IL-1等作用下以自分泌方式形成的一種多肽，是引起ALI/ARDS最重要的炎癥細胞因子之一，是啟動炎癥反應的關鍵因素，也是體內細胞因子調節網絡的啟動元件和樞紐因子。Jesmin等[6]發現膿毒癥小鼠肺組織TNF-α水平顯著增高，同時大鼠肺組織內皮素1(endothelin-1，ET-1)及促使血管收縮內皮素A型受體(ET-A)水平呈時間依賴性顯著增高，而促使血管舒張內皮素B型受體(ET-B)則減少。阻斷TNFα后肺組織ET-1水平降低，TNFα可通過增加肺微血管壓力和肺水腫導致肺損傷的發生。此外，TNFα還能動員、趨化、黏附、聚集、激活中性粒細胞，使肺內中性粒細胞急劇增多且吞噬能力增強，促進中性粒細胞脫顆粒和釋放溶酶體酶，增加中性粒細胞的呼吸爆發，產生較多的氧自由基。TNF-α通過激活核因子kappaB(NF-kB)信號通路介導其他細胞因子的合成與釋放，啟動炎癥級聯反應，持續加重肺組織炎癥因子和炎癥細胞的浸潤。此外，TNF-α還能抑制肺表面活性物質的形成，導致肺泡塌陷、肺順應性降低，增加呼吸做功。

目前，多項研究試圖通過抗TNF-α策略如抗體、小鼠受體敲除等方法以減輕急性肺損傷，但大多數研究證實其對肺損傷緩解效果一般或表現為不完全的保護作用，某種程度上可能與TNF-α的兩種受體相關。流式細胞技術證實肺血管內皮細胞存在p55和p75兩種受體，其中p55受體占主導地位。研究發現TNF-α能誘導肺血管內皮細胞各種黏附因子上調，但p55阻斷小鼠能顯著降低中性粒細胞的募集及各種趨化因子和黏附因子的表達，防止呼吸肌衰竭和血氧飽和度下降[7]。相反，在p75缺乏小鼠，膿毒癥小鼠血清及腹腔TNFα水平顯著增高，證實p75同TNFα介導的炎癥反應密切相關[8]。因而抗TNFα策略關注特異性阻斷TNFα的 p55受體或能減輕TNFα介ARDS。

1.3 血管緊張素(Angiotensin，Ang) 激活的腎素血管緊張素系統，即血管緊張素轉化酶(angiotensin converting enzyme，ACE)/Ang Ⅱ和ACE2/Ang (1-7)與炎癥反應和ARDS的病理生理密切相關。研究證實ACE2和血管緊張素Ⅱ型2受體(AT2)能減輕小鼠膿毒癥肺組織損傷。然而，腎素血管緊張素其他成分如ACEⅠ、AngⅡ和AngⅡ型1a受體(AT1a)則能促進肺水腫和損傷肺功能[9]。AngⅡ是致炎因子，可直接活化單核細胞，調節固有細胞黏附分子和趨化因子的表達，趨化炎癥細胞進入組織。當炎癥細胞進入局部的腎素血管緊張素系統時，將使局部AngⅡ增加，進一步加重組織損傷。因此AngⅡ的產生對膿毒癥ARDS發生有重要意義。ACE2廣泛存在于血管內皮、腎臟、心血管組織及肺臟各種類型的細胞(血管內皮細胞和平滑肌細胞、肺泡上皮細胞Ⅰ和Ⅱ型、支氣管上皮細胞)。不同于ACE使AngⅠ轉化為AngⅡ，ACE2則將AngⅡ轉化成Ang1-7，減輕由AngⅡ導致的血管收縮、增殖、炎癥反應。因此，ACE2在腎素血管緊張素-ACE2- Ang(1-7)軸上具有抗炎作用。有研究通過用LPS刺激離體大鼠的肺微血管內皮細胞，導致較高濃度AngⅡ、Ang-(1-7)、細胞因子的分泌和細胞凋亡率增加及較低ACE2/ACE比值。通過提高ACE2量，致Ang(1-7)增多，減輕了LPS導致的細胞凋亡和炎癥反應[10]。信號通路C-Jun氨基末端激酶(JNK)/核因子Kappa B(NF-kB)及其下游炎癥因子、趨化因子參與了ACE2減輕肺微血管內皮細胞的壞死和炎癥發生的調控過程。有研究通過骨髓間充質干細胞轉染ACE2基因移植到膿毒癥小鼠體內，證實其能顯著減輕LPS誘導的小鼠損傷肺血管的通透性，改善肺血管內皮屏障的完整性，上調肺內皮型一氧化氮合酶的表達[11]。

1.4 白三烯及血小板激活因子 白三烯是花生四烯酸通過5-脂氧合酶代謝途徑產生的代謝產物。在小鼠盲腸結扎穿孔膿毒癥模型中肺組織病理損傷嚴重，中性粒細胞浸潤明顯，白三烯B4、前列腺素E2、IL-6、IL-10、IL-17和單核細胞趨化蛋白1水平顯著增高。而5-脂氧合酶基因敲除及5-脂氧合酶抑制劑對膿毒癥小鼠肺損傷有較好的保護作用[12]。血小板活性因子是一種強效的內源性磷脂促炎因子，在脂質介質誘導下起效迅速。血小板活性因子可直接作用于血管內皮細胞或間接激活白細胞尤其是中性粒細胞增加肺組織血管通透性，引起血管活性介質如血栓素/前列腺素/神經酰胺等釋放，致支氣管和血管收縮，血管通透性增加形成肺水腫[13]。

1.5 高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1，HMGB1) HMGB1是胞內廣泛存在高度保守的DNA結合蛋白，具有穩定核酸結構、調節轉錄和基因表達等多種功能。胞外釋放的HMGB1是一種新型的膿毒癥晚期炎癥介質，在協助評價膿毒癥ARDS患者病情及預后有重要意義。研究發現，ras同源基因家族中ras相關C3肉毒素底物(ras-related c3 botulinum toxin substrate1，Rac1)通過激活絲裂原蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase MAPK)通路中ERK和p38 MAPK使HMGB1、TNF-α等濃度升高，導致肺微血管內皮細胞屏障功能破壞。并發現HMGB1可時間及劑量依賴性導致肺損傷發生[14]。Wolfson等[15]證實，晚期糖基化終末產物受體(the receptor of advanced glycation end products RAGE)是HMGB1導致肺損傷的首要信號受體，且MAPK通路同HMGB1/RAGE導致肺損傷相關。HMGB1可刺激肺血管內皮細胞表達ERK和p38 MAPK。使用RAGE抗體尤其是p38和ERK MAPK抑制劑能顯著減輕肺微血管滲透性和肌動蛋白骨架重排。藥物實驗發現，氯胺酮抑制膿毒癥急性肺損傷大鼠HMGB1-RAGE激活和NF-κB和MAPK表達，降低膿毒癥急性肺損傷大鼠肺泡灌洗液炎癥細胞及炎癥介質產生[16]。同時，異丙酚對大鼠及人肺泡上皮細胞有保護作用，并能抑制LPS誘導ALI大鼠肺組織及人肺泡上皮細胞Toll樣受體2/4蛋白及HMGB1表達，降低肺組織炎癥損傷及病理改變[17]。近來，HMGB1在ARDS發生相關信號通路及藥物發展贏得大量關注，可能成為膿毒癥ARDS治療的新靶點。

1.6 IL-10 IL-10是體內重要的抗炎細胞因子之一，具有較強的免疫抑制和抗炎作用，對巨噬細胞、內皮細胞、組織成纖維細胞等細胞有直接的抗炎和免疫抑制特性。IL-10主要由激活的單核細胞/巨噬細胞和T細胞亞型分泌，可通過對T細胞和B細胞的生物調節，避免和限制過度的特異性和非特異性免疫反應導致組織損傷[18]。研究發現，大鼠靜脈注射LPS后48 h病死率達100%，給予IL-10后其病死率下降至30%。IL-10通過減少血漿和支氣管灌洗液中TNF-α濃度，降低中性粒細胞數目減少肺損傷，且發現大鼠支氣管灌洗液蛋白及丙二醛水平降低，動脈氧分壓顯著增高[19]。近年來陸續有關于干細胞治療膿毒癥ARDS的研究報道，發現激活干細胞通過促進IL-10表達，減少支氣管肺泡液中炎癥細胞和炎癥因子產生，從而增加肺組織保護作用[20]。

2 炎癥細胞

膿毒癥ARDS的本質是肺部多種炎癥細胞介導的肺部炎癥反應及失控的炎癥反應所致的肺泡-毛細血管膜損傷。吞噬細胞，尤其是中性粒細胞和巨噬細胞是肺炎癥和免疫反應的主要組成部分，而肺血管內皮細胞的免疫激活和損傷則是ARDS發生、發展的病理基礎。

2.1 中性粒細胞 中性粒細胞是循環組織主要的免疫細胞，在膿毒癥ARDS發生的病理生理上具有至關重要的作用。其普遍存在于ARDS患者的支氣管肺泡灌洗液中且與患者的臨床預后密切相關。膿毒癥時，中性粒細胞主要通過在肺微血管的募集、黏附、轉運，自身激活，組織損傷導致ARDS的發生。膿毒癥時大量炎癥因子釋放導致中性粒細胞細胞骨架肌動蛋白重新排列從而變形能力下降，由于眾多肺毛細血管直徑小于中性粒細胞直徑，導致大量中性粒細胞扣押在肺毛細血管中，同時膿毒癥時中性粒細胞CD11/CD18黏附分子表達上調并與肺血管內皮細胞黏附分子結合促進中性粒細胞在肺組織募集和轉運。膿毒癥時中性粒細胞激活呼吸爆發可產生大量的活性氧、一氧化氮合酶、炎癥因子和脫顆粒釋放蛋白酶等物質。其中活性氧不僅影響線粒體膜的通透性和呼吸鏈復合體的結構和功能，也可直接使線粒體DNA發生斷裂致肺組織細胞凋亡，還能損傷細胞間質，消耗自由基、清除劑，破壞體內氧化和抗氧化的平衡[21]。且由于細胞因子和細胞內游離鈣的增多等原因可導致中性粒細胞在組織滯留和凋亡時間的延長,使其有充裕時間發揮以上生物學效應[22]。近來隨著研究深入，人們發現早期膿毒癥ARDS患者存在中性粒細胞相關基因高表達[23]，提示有望通過進一步研究基因表達差異來闡明中性粒細胞介導膿毒癥ARDS發生機制 。

2.2 肺泡巨噬細胞(alveolar macrophage，AM) AM是肺中最豐富的非實質細胞，也是肺部炎癥和免疫的主要成分。膿毒癥早期AM通過其表面豐富的配體基及分泌大量產物，能清除氣道和肺泡腔大多數的病原微生物和微粒。除了防御吞噬功能外，AM能分泌多種炎癥介質激活肺組織內AM、中性粒細胞、內皮細胞、上皮細胞等釋放大量炎癥介質，促進中性粒細胞在肺組織趨化和聚集，損傷肺組織毛細血管膜，造成肺水腫。同時，AM還能釋放多種抗炎介質參與肺部的抗炎作用。近來，大量通過對AM相關信號通路研究以探索治療膿毒癥ARDS的新思路。如骨髓間充質干細胞通過調控AMNF-κB蛋白入核，減少AM巨噬細胞炎性蛋白-2合成，進而減少中性粒細胞肺組織浸潤，還可抑制Wnt/β聯蛋白通路防止AM凋亡，改善膿毒相關肺組織損傷Ⅰ[24]。

2.3 肺血管內皮細胞 肺血管內皮細胞是膿毒癥ARDS受損的主要靶細胞。TNF-α、IL-1等前炎癥因子激活血管內皮細胞上調E-選擇素、P-選擇素及細胞間黏附分子表達[25]，促進中性粒細胞的趨化、黏附、募集，激活釋放大量的氧自由基、蛋白水解酶、溶酶體酶等，直接造成血管內皮的損傷和破壞內皮細胞的中間連接。同時，膿毒癥時紅細胞脆性增加，血漿中因溶血增多的游離血紅蛋白可導致肺血管內皮細胞及線粒體內活性氧增多，導致線粒體氧消耗及氧化損傷增加，損害肺血管內皮屏障功能。

此外，膿毒癥時肺血管內皮細胞更是活躍的炎癥和效應細胞。受損的肺血管內皮細胞通過產生血小板活性因子，直接導致肺血管內皮細胞連接松散、血管通透性增加。肺血管內皮細胞、巨噬細胞等產生誘導型一氧化氮合酶(iNOS)大量合成NO，使血管過度擴張增加血管通透性。同時，膿毒癥時肺組織ET-1時間依賴性表達增多，且與TNF-α增多相關。增加的ET-1導致肺血管強烈收縮產生肺動脈高壓，使HMGB1、IL-8等炎癥因子表達增多，提高毛細血管通透性進而加重肺損傷[26]。

膿毒癥時各炎癥細胞和炎癥因子共同構成一個復雜的炎癥網絡系統，作用多效、相互協同或彼此拮抗，一旦細胞因子免疫平衡被打破，則發生炎癥介質失控性釋放，導致肺組織及全身靶器官組織的損傷。既往關于膿毒癥ARDS在動物實驗方面進行了大量的基礎研究，已有部分指標如TNF-α、IL-6、IL-10等應用于臨床，作為膿毒癥ARDS早期預警生物標志物之一指導其早期診斷和治療。但在ARDS患者，尤其是在輕、中、重度ARDS病情分層方面的研究仍非常有限。期待膿毒癥ARDS新的，具有高敏感性和特異性的炎性標志物被報道并用于臨床，希望通過采取針對靶點的炎癥反應干預，結合小潮氣量機械通氣、限制性液體療法、血液濾過等臨床救治措施為膿毒癥ARDS患者帶來新的治療前景。

[1]Singer M,Deutschman CS,Seymour CW,et al.The third international cons-ensus definitions for sepsis and septic shock (sepsis-3)[J].JAMA,2016,315(8):801-810.

[2]Bao Z,Ye Q,Gong W,et al.Humanized monoclonal antibody against the che-mokine CXCL-8 (IL-8) effectively prevents acute lung injury[J].Int Immuno-pharmacol,2010,10(2):259-263.

[3]Fudala R,Krupa A,Stankowska D,et al.Anti-interleukin-8 autoantibody:int-erleukin-8 immune complexes in acute lung injury/acute respiratory distre-ss syndrome[J].Clin Sci (Lond),2008,114(6):403-412.

[4]Krupa A，Fudala R，Stankowska D,et al.Anti-chemokine autoantibody:che-mokine immune comcs activate endothelial cells via IgG receptors[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2009,41(2):155-169.

[5]Fudala R,Krupa A,Matthay MA,et al.Anti-IL-8 autoantibody:IL-8 immune complexes suppress spontaneous apoptosis of neutrophils[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2007,293(2):L364-374.

[6]Jesmin S,Yamaguchi N,Zaedi S,et al.Time-dependent expression of endoth-elin-1 in lungs and the effects of TNF-α blocking peptide on acute lung injury in an endotoxemic rat model[J].Biomed Res,2011,32(1):9-17.

[7]Bertok S，Wilson MR,Morley PJ,et al.Selective inhibition of intra-alveolar p-55 TNF receptor attenuates ventilator-induced lung injury[J].Thorax,2012,67(3):244-251.

[8]Ebach DR,Riehl TE,Stenson WF.Opposing effects of tumor necrosis factor r-eceptor 1 and 2 in sepsis due to cecal ligation and puncture[J].Shock,2005，23(4):311-318.

[9]Imai Y,Kuba K,Rao S,et al.Angiotensin-converting enzyme 2 protects from severe acute lung failure[J].Nature,2005,436(7047):112-116.

[10]Li Y,Cao Y,Zeng Z,et al.Angiotensin-converting enzyme 2/angiotensin-(1-7)/Mas axis prevents lipopolysaccharide-induced apoptosis of pulmonary microvascular endothelial cells by inhibiting JNK/NF-κB pathways[J].Sci Rep,2015(5):8209.

[11] He H,Liu L,Chen Q,et al.Mesenchymal stem cells overexpressing angiotensin-converting enzyme 2 rescue lipopolysaccharide-induced lung Injury[J].Cell Transplant,2015,24(9):1699-1715.

[12]Monteiro AP,Soledade E,Pinheiro CS,et al.Pivotal role ofthe 5-lipoxygenase pathway in lung injury after experimental sepsis[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2014,50 (1):87-95.

[13]Uhlig S,G?ggel R,Engel S.Mechanisms of platelet-activating factor(PAF)-mediated responses in the lung[J].Pharmacol Rep,2005,57 Suppl:206-221.

[14]Shao M,Tang ST,Liu B,et al.Rac1 mediates HMGB1 induced hyperpermeab-ility in pulmonary microvascular endothelial cells via MAPK signal transduction[J].Mol Med Rep,2016,13(1):529-535.

[15]Wolfson RK,Chiang ET,Garcia JG.HMGB1 induces human lung endothelial cell cytoskeletal rearrangement and barrier disruption[J].Microvasc Res,2011,81(2):189-197.

[16]Wang X,Liu C,Wang G.Propofol Protects rats and human alveolar epithelial cells against lipopolysaccharide-induced acute lung injury via inhibiting HMGB1 expression[J].Inflammation，2016,39(3):1004-1016.

[17]Li K,Yang J,Han X.Ketamine attenuates sepsis-induced acute lung injury via regulation of HMGB1-RAGE pathways[J].Int Immunopharmacol，2016(34):114-128.

[18]Sabat R,Grütz G,Warszawska K,et al.Biology of interleukin-10[J].Cytokine Growth Factor Rev,2010,21(5):331-344.

[19]李洪霞,張進川,趙亞力,等.白細胞介素-10對急性肺損傷炎癥/抗炎介質表達的影響[J].中國危重病急救醫學,2005,17(6):338-341.

[20]Bustos ML,Huleihel L,Meyer EM,et al.Activation of human mesenchymal stem cells impacts their therapeutic abilities in lung injury by increasing interleukin (IL)-10 and IL-1RN levels[J].Stem Cells Transl Med,2013,2 (11):884-895.

[21]Fariss MW,Chan CB,Patel M,et al.Role of mitochondria in toxic oxidative stress[J].Mol Interv,2005,5(2):94-111.

[22]夏長江,孟革,趙建,等.中性粒細胞在急性肺損傷中的作用機制研究進展[J].國際藥學研究雜志,2009,36(6):418-422.

[23]Kangelaris KN,Prakash A,Liu KD,et al.Increaddsed expression of neutrophil-related genes in patients with earlysepsis-induced ARDS[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2015,308(11):L1102-1113.

[24]Li B,Zhang H,Zeng M,et al.Bone marrow mesenchymal stem cells protect a-lveolar macrophages from lipopolysaccharide-induced apoptosis partially by inhibiting the Wnt/β-catenin pathway[J].Cell Biol Int,2015,39(2):192-200.

[25]繆慧潔,張育才,崔云.兒童危重癥患者血液P-選擇素與E-選擇素的變化[J].中國急診醫學雜志,2014,23(6):615-619.

[26]Li J,Guan J,Long X,et al.Endothelin-1 upregulates the expression of high mobility group box 1 in human bronchial rpithelial cells[J].Pharmacology,2015,96(3/4):144-150.

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.15.044

重慶市科委前沿與應用基礎計劃項目(cstc2014jcyjA10032)。 作者簡介：唐甜(1990-)，在讀碩士，主要從事急性肺損傷及血液凈化技術方面研究?！?/p>

,E-mail:tanlp0825@163.com。

R363.2

A

1671-8348(2017)15-2146-04

2016-11-21

2017-01-26)