血管緊張素Ⅱ信號通路與急性肺損傷

宋先斌(綜述)，肖 軍 (審校)

(桂林醫學院附屬醫院重癥醫學科，廣西桂林541001)

急性肺損傷(acute lung injury，ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是一種由肺內、外致病因子導致的以進行性呼吸窘迫、難治性低氧血癥和彌漫性肺部浸潤為主要特征的急性呼吸衰竭綜合征。ALI是ARDS的早期病變階段。由于高病死率，幾十年來ALI一直成為國內外醫學界研究熱點，隨著醫療設備改進及搶救技術的提高，ALI的病死率仍高達40%［1］。隨著研究的深入，近年來發現血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)與 ALI存在密切聯系［2，3］，在此就 AngⅡ及其受體信號通路在 ALI中的作用予以概述。

1 AngⅡ概況

自從1898年Tigerstedt和Bergmann發現腎素以來，腎素-血管緊張素系統(renin-angiotensin system，RAS)已受到廣泛研究。AngⅡ是RAS中最主要的活性蛋白，除了調節機體血壓，還有上調致炎性因子表達、促進組織纖維增生、細胞凋亡和氧化應激反應等作用［4-7］。

1．1 AngⅡ的生物合成及水解 腎小球球旁細胞分泌的腎素，經血管緊張素原水解，形成血管緊張素Ⅰ(angiotensinⅠ，AngⅠ)，在血管緊張素轉化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)的作用下，AngⅠ轉化成AngⅡ。近年來研究發現，除了ACE能將AngⅠ轉變成AngⅡ外，糜蛋白酶、組織蛋白酶G、胰凝乳蛋白酶抑制劑敏感性血管緊張素Ⅱ生成酶等也參與AngⅡ的生物合成［4］。AngⅡ生成后被ACE同源酶ACE2水解成Ang(1-7)，或被氨基肽酶水解成AngⅢ和AngⅣ。

1．2 AngⅡ主要受體 AngⅡ受體(angiotensin receptor，AT-R)有四種亞型，即 AT1-R、AT2-R、AT3-R和AT4-R，目前研究較多的是AT1-R和AT2-R。鼠類AT1-R還可再分為 AT1-a、AT1-b兩個子亞型。AT1-R和AT2-R同屬于七次跨膜的G蛋白耦聯受體超家族。AT1-R廣泛分布于全身多個組織、器官，AT2-R在胚胎組織中高度表達，出生后表達下降，但在諸如心肌梗死、心力衰竭、脈管損傷等病理條件下，AT2-R表達上調。AngⅡ結合受體后發揮生物學效應，AT1-R被認為是AngⅡ發揮生物學終末效應的調控點［8］，AT2-R介導的生物學效應可能與拮抗AT1-R有關。

1．3 AngⅡ信號通路 研究發現體內存在多種AngⅡ信號通路，AngⅡ激活這些信號通路后引發多種病理或生理效應。①G蛋白耦聯信號通路:AngⅡ與AT1-R結合后耦聯到Gα/G復合物上，激活磷脂酶C，產生三磷酸肌醇，再促發胞質內鈣離子內流、活化肌球蛋白輕鏈激酶，最終導致血管收縮。②輔酶Ⅱ及活性氧信號通路:AngⅡ激活AT1受體，可顯著提高輔酶Ⅱ的活性，生成更多的活性氧(reactive oxygen species，ROS)。目前認為ROS是個第二信使［8］，除了直接殺傷細胞之外，還可激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)等多種信號系統，上調炎性細胞因子的表達，促進炎癥發生。③促分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信號通路:MAPK 包括細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)、JNK、p38 MAPK 三個亞家族，AngⅡ激活MAPK后引發炎性反應、細胞凋亡、纖維增生等多種效應。④AT1R、AT2R/NF-κB 通路:NF-κB 是個非常重要的轉錄因子，參與多種致炎因子基因的表達和調控。AngⅡ結合AT1R、AT2R后使抑制蛋白IκB發生磷酸化并迅即降解，NF-κB被激活后進行核轉移、啟動一系列基因的轉錄。激活后的NF-κB還可刺激編碼血管緊張素原基因的表達，因而放大AngⅡ致炎效應［9］，在 AT1R、AT2R/NF-κB 通路中 AngⅡ的致炎作用主要是通過激活AT1R來實現。

2 AngⅡ信號通路在ALI中的作用

ALI主要病理特征是肺泡上皮和肺毛細血管內皮細胞通透性增高、廣泛性肺泡、肺間質水腫、肺不張及透明膜形成;主要病理生理特點為肺順應性降低、肺分流增加、通氣/血流比值失衡。ALI易發展為ARDS，常并發多器官功能障礙綜合征或多器官功能衰竭。早期ALI即有炎性細胞入侵，引發急性炎性反應及肺細胞損傷性改變，隨后出現膠原沉積、肺纖維化，加重肺組織結構的破壞。

2．1 AngⅡ信號通路誘導肺細胞凋亡 細胞凋亡(apoptosis)是細胞在基因控制下的一種自主、有序的死亡，是機體維持內環境穩定的一種自我調節機制。在肺臟發育或肺損傷炎癥消散時通過凋亡消除一些廢棄的細胞被視為是正常的生理反應，但不適當的刺激造成肺細胞凋亡程度過低或過度會導致肺部疾病的產生。肺細胞異常凋亡導致肺上皮屏障功能損傷，近年來被認為是ALI、肺水腫產生的重要機制［2］。在肺細胞凋亡途徑中FasL/Fas信號通路起主導作用，且ALI患者肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中FasL、Fas濃度水平與病死率成正相關［10］。研究發現，AngⅡ可誘導肺細胞凋亡，且與激活FasL/Fas系統有關［11］，血管緊張素轉換酶抑制劑(angiotensin converting enzyme inhibitors，ACEI)和AngⅡ受體阻斷劑(angiotensin receptor blockers，ARB)則能顯著減輕肺細胞凋亡［11，12］。Lee 等［12］發現，AngⅡ可誘導牛肺動脈內皮細胞凋亡，且凋亡程度與AngⅡ劑量有關。Zhuang等［2］給大鼠氣管內滴注AngⅡ6 h后發現，大鼠肺泡上皮細胞內標定的DNA片段顯著增加，但同時灌注 caspase抑制劑ZVAD-fmk或AngⅡ受體1阻斷劑losartan能抑制DNA片段的增加;他們在滴注AngⅡ前15 min靜脈注射熒光標定的白蛋白，6 h后發現大鼠BALF中出現較多標定的白蛋白;因紅細胞在ALI時可進入肺泡腔，他們通過測量BALF中血紅蛋白來估算紅細胞的數量，結果發現滴注AngⅡ后BALF中血紅蛋白的量明顯增加。以上研究結果表明，AngⅡ通過AT1受體能顯著誘導肺上皮細胞凋亡，導致肺泡上皮屏障功能破壞、通透性增高。

2．2 AngⅡ信號通路參與ALI炎性反應 RAS是個調節機體血壓及水鈉平衡的內分泌系統，近年來發現，其中主要成員 AngⅡ是個多效分子［13，14］，除了影響血流動力學外，還能調節炎性介質的表達，介導炎性反應，而肺內炎性介質、抗炎介質之間的失衡是ALI發病的關鍵環節。Liu等［3］在脂多糖誘導的大鼠ALI動物模型中發現，損傷組肺組織中有廣泛炎性細胞浸潤，AngⅡ、AT1R 水平升高，NF-κB結合DNA活性、腫瘤壞死因子α RNA表達水平明顯增高，預先給予氯沙坦干預則明顯抑制 AngⅡ效應。Jerng等［15］在機械通氣所致肺損傷實驗中證實，大潮氣量通氣后肺組織損傷明顯，AngⅡ、AT1R mRNA水平升高，單核細胞炎性蛋白2、腫瘤壞死因子α mRNA顯著增高，NF-κB活性增強，給予ACE抑制劑Captopril或氯沙坦預處理能明顯改善肺部炎癥、降低炎性因子水平及NF-κB活性。Zhu等［16］直接給予大鼠皮下注射AngⅡ后行肺組織病理學檢查，發現肺組織有明顯的水腫、炎性細胞浸潤、肺不張、肺泡出血等ALI表現，若給予氯沙坦則能明顯減輕肺損傷程度。上述實驗表明，AngⅡ有致炎效應且與ALI發病關系密切。

AngⅡ致炎機制:①活化 NF-κB，調控多種致炎因子的表達;②激活MAPK信號通路，包括 ERK、JNK、p38通路，其中JNK、p38和炎癥關系密切;③介導氧化應激，生成的ROS除直接殺傷組織細胞外，還可上調炎性介質表達。而AngⅡ與炎性介質之間還可通過交互對話的方式相互調節。Sekiguchi等［17］發現，灌注AngⅡ后，心肌細胞通過激活NF-κB增加腫瘤壞死因子α的合成，后者又會刺激ACE生成，導致AngⅡ合成增多，如此往復形成正反饋回路，放大損傷效應。

AngⅡ通過上述途徑誘導大量的炎性因子(白細胞介素6、8，腫瘤壞死因子α)、黏附分子(細胞間黏附分子1、血管細胞黏附分子1)、趨化因子(單核細胞趨化蛋白1、細胞因子誘導中性粒細胞化學趨化因子)的表達，誘導炎性細胞(中性粒細胞、巨噬細胞等)遷移至損傷部位并釋放炎性介質及細胞因子加重肺損傷。在AngⅡ誘導的促炎因子中，白細胞介素8和細胞因子誘導中性粒細胞化學趨化因子與中性粒細胞的激活、遷移關系最密切［1］，而中性粒細胞激活、遷移是ALI發病的一個標志性事件，且BALF中中性粒細胞的濃度與ALI病重程度及預后有關［1］。

2．3 AngⅡ信號通路與肺纖維化 在ALI早期急性炎性反應階段即有肺組織纖維化發生［18］，給予機械通氣的ARDS患者肺纖維化更明顯［19］。肺纖維化病理表現主要為成纖維細胞大量增殖及膠原沉積，最終導致瘢痕形成和肺組織結構破壞，從而影響肺功能。據Rocco等［19］報道，53%機械通氣的 ARDS患者行肺活檢可發現肺纖維化，ARDS患者尸檢出現肺纖維概率達55%，ARDS患者肺纖維化后病死率達57%，可見肺纖維化與ALI/ARDS預后關系密切。目前認為轉化生長因子β(transforming growth factor，TGF-β)在肺纖維化進程中有著至關重要的作用:它可刺激成纖維細胞增殖及聚集;增加膠原基因的轉錄率、能抑制膠原蛋白水解酶生成、減少膠原蛋白的降解，最終導致組織內膠原蛋白合成增加;誘導肺成纖維細胞合成和分泌細胞外基質。研究證實AngⅡ可以促進肺纖維化，且這一作用與上調TGF-β的表達關系密切。Marshall等［20］發現，AngⅡ能刺激胎兒或成人肺內成纖維細胞合成前膠原，給予氯沙坦或者TGF-β抗體能抑制這一效應，同一實驗中發現，AngⅡ能明顯上調TGF-β的表達;為進一步探索肺纖維化與AngⅡ、TGF-β之間的關系，他們給小鼠氣管內滴注博來霉素復制肺纖維化模型并在滴注后第3、7、14、21天各個時間點給予檢測。他們發現在滴注后第3天小鼠肺組織內AngⅡ即有明顯升高，第14天達到高峰，而肺內膠原蛋白在博來霉素滴注后第14天(AngⅡ峰值日)后合成才明顯增加，用免疫組化檢測發現，在滴注后第14天肺組織TGF-β表達明顯增強，給予氯沙坦或ACE抑制劑雷米普利干預后肺纖維化及TGF-β表達明顯受到抑制。該研究表明，AngⅡ在ALI肺組織纖維化反應中有著非常重要的作用，而這一作用至少是通過上調TGF-β表達來實現。

隨著深入研究，近年來發現 AngⅡ可以刺激TGF-β表達，RAS與TGF-β之間有著更為密切的關系。Abdul-Hafez等［21］發現，TGF-β 可以上調血管緊張素原mRNA的表達，因此AngⅡ合成也會增加。Martin等［22］發現，TGF-β 可以劑量和時間依賴的方式通過激活Smad或激酶信號途徑(p38 MAPK、JNK)來刺激AT1R的表達從而增強AngⅡ的信號轉導效應，由于TGF-β和AngⅡ之間這種相互增強關系，最終會導致AngⅡ介導肺纖維化效應的無限放大。

2．4 AngⅡ促進肺水腫發生 肺泡、肺間質性水腫是ALI主要病理特征之一，肺泡-毛細血管屏障受損、通透性增高是肺水腫發生的主要原因。Zhuang等［2］給大鼠氣管內滴注AngⅡ誘導肺泡上皮屏障功能損傷后，肺泡內出現富含蛋白的水腫液，而在大鼠皮下注射AngⅡ也能誘導肺泡毛細血管通透性增高、肺水腫形成［16］，上述兩個實驗在給予氯沙坦后能顯著減輕肺水腫產生，可見AngⅡ與肺水腫存在關聯且與下列機制有關:誘導肺泡上皮細胞凋亡，使肺上皮屏障結構斷裂;誘發肺組織炎性反應，最終導致肺泡毛細血管屏障功能受損、微血管通透性增加、肺水腫形成。此外，肺組織某些蛋白表達異常也可引發肺水腫。水通道蛋白(aquaporin，AQP)是一種與水通透性有關的膜內在蛋白質家族成員，參與維持細胞內水的轉運平衡，目前已鑒定出多種AQP，其中AQP-1、AQP-5 表達下調與ALI肺水腫關系密切［23，24］。Jensen等［25］在大鼠雙側輸尿管梗阻模型中發現，AngⅡ可以下調腎臟AQP的表達，而AT1受體阻斷劑坎地沙坦可以阻斷AngⅡ的效應、上調AQP的表達，改善尿路梗阻后受損的腎功能，可見，AngⅡ與AQP的表達存在關聯。Cao等［26］在大鼠二次打擊ALI模型中發現，肺組織濕重/干重比值(W/D比值)、AngⅡ都明顯升高，肺組織AQP-1 mRNA表達明顯減少，且AQP-1 mRNA表達水平與AngⅡ、肺組織W/D比值均呈負相關，在給予AngⅡ受體阻斷劑干預后，AQP-l表達增加、肺水腫減輕，該研究表明，AngⅡ通過下調肺組織AQP-1mRNA表達，誘導肺水腫形成。

3 結語

AngⅡ與ALI發生、發展以及預后有密切關聯，其在ALI炎性反應、肺細胞凋亡、肺纖維化及肺水腫等方面的作用越來越受到人們的關注，但AngⅡ對于ALI確切的致病機制以及 ACEI、ARB類藥物防治ALI的臨床應用前景有待于進一步深入研究，或許阻斷AngⅡ信號通路的致病機制能為將來治療ALI提供新的靶標及方法。

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