膽堿能抗炎通路在膿毒癥中的研究進展

金花 曹同瓦

(1.復旦大學附屬金山醫院急診科，上海 201508；2.復旦大學附屬華山醫院重癥醫學科，上海 200040)

病原體侵入機體后可引起炎性反應，在炎性反應過程中，免疫系統釋放腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等細胞因子，這些細胞因子能促進細菌的清除和組織的修復。通常情況下，機體通過局部調節機制來限制炎性反應。膿毒癥是機體對感染產生的全身炎性反應，其特點是細胞因子生成失控，造成組織損傷。在膿毒癥早期階段，促炎細胞因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)和白細胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)合成失控，觸發由血管活性胺、補體和凝血系統以及活性氧等介導的全身炎性級聯反應，使血管通透性增加，患者發生低血壓和感染性休克。持續的炎性反應最終可使患者因多臟器功能衰竭而病死。在研究敗血癥炎性反應調節機制的過程中，Pavlov等[1]首先發現，大腦中產生的某種信號通過迷走神經傳輸，可減少促炎性細胞因子的產生，改善敗血癥實驗模型的生存率。2000年Borovikova等[2]首先提出“膽堿能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway，CAP)”的概念，即炎性刺激信號通過傳入迷走神經傳入腦，經過中樞神經系統整合后，傳出迷走神經末梢釋放乙酰膽堿(acetylcholine，ACh)，激活炎性細胞上的膽堿能受體，從而有效地減少多種促炎細胞因子的釋放，對局部和全身炎性反應具有明顯的抑制作用，現對CAP及其在膿毒癥的研究進展作一綜述。

1 CAP的概念及其作用特點

致病菌侵入機體時，體內迷走神經及其遞質(ACh)與免疫系統相互作用，參與抗炎，這種過程稱為CAP[2]。目前認為，CAP主要通過以下途徑發揮作用：(1)抑制促炎細胞因子/趨化因子的產生和釋放；(2)阻斷核因子кB(nuclear factor kappa B，NF-кB)的活化；(3)阻止T細胞的分化和成熟；(4)抑制中性粒細胞和單核細胞的殺傷功能。

2 CAP的組成及效應

2.1 迷走神經 迷走神經屬于自主神經系統中的副交感神經，大約80%迷走神經纖維分布于呼吸道、心、肝、胃腸道，具有調節心率、腸道蠕動、支氣管收縮等功能[3]。TNF是導致內毒素血癥低血壓的主要炎性介質，刺激迷走神經可顯著降低內毒素休克動物血清及肝臟中TNF水平[2]。在盲腸結扎穿刺法制備的標準化感染性腹膜炎模型中，刺激迷走神經可下調血清高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)水平，并改善模型動物生存率[4]。有實驗[5-6]提示，在感染性腹膜炎模型中，單純切斷頸部或膈下迷走神經可提高血清中IL-1β、IL-6和TNF的水平，使肝功能退化，促進中性粒細胞和巨噬細胞的浸潤，增加死亡率。在細菌性腹膜炎大鼠模型中，切斷雙側頸迷走神經可使血清TNF增加；而電刺激迷走神經可減少TNF，并預防低血壓[7]。

2.2 α7煙堿型乙酰膽堿受體(nicotinic Ach receptor，nAChR) nAChR是由多個亞單位(α1～10、β1～4、γ；δ、ε)構成的同源或異源五聚體受體，屬于配體門控離子通道家族。根據受體分布的不同，nAChR分為肌肉型和神經元型；而根據與銀環蛇毒素的親和力不同又分為高親和力型和低親和力型，α7nAChR是神經元型 nAChR的一種亞型，其在神經元中與銀環蛇毒素有高親和力。α7nAChR蛋白是由5個α7亞單位構成的同源五聚體，5個亞單位環繞形成一個中心孔道。各亞單位接合處共有 5個配體結合位點，配體與此位點相互作用改變受體的功能狀態。Borovikova等[2]證實，ACh可抑制巨噬細胞釋放TNF、IL-1β、IL-6和IL-18，但并不影響IL-10的釋放，這表明ACh可直接抑制促炎性細胞因子的產生，且這種作用是通過α7nAChR介導的。刺激迷走神經不能降低α7nAChR基因敲除小鼠的血清TNF水平，表明α7nAChR是體內CAP發揮作用所必需的[8]。與野生型小鼠內毒素血癥模型比較，α7nAChR基因敲除小鼠內毒素血癥模型血清、脾臟和肝臟中TNF的水平均較高，表明CAP通過α7nAChR來抑制細胞因子的產生和調節炎性反應[9]。

2.3 脾臟和脾神經 對CAP的解剖學研究[10]表明，脾是迷走神經控制炎性反應過程所必需的。脾是受神經系統高度支配的次級淋巴器官，是內毒素血癥中血清TNF的主要來源。脾切除大鼠注射內毒素(又稱脂多糖，lipopolysaccharide，LPS)后，血清TNF減少70%，進一步刺激迷走神經未能減少TNF。研究[11]表明，脾神經對于電刺激迷走神經以衰減血清TNF是必需的。脾神經起源于腹腔腸系膜上神經。迷走神經通過兩級串連的神經元來調控細胞因子的產生，節前神經元位于迷走神經運動背核(dorsal motor nucleus of the vagus，DMN)；節后神經元來自腹腔腸系膜上神經叢[3]，在脾神經中穿行。脾神經纖維主要由兒茶酚胺纖維組成[12]。用利血平耗竭兒茶酚胺能消除迷走神經對TNF的抑制作用[9]。煙堿可降低膿毒癥動物模型血液循環中HMGB1水平，脾切除后該效應喪失，由此可見，脾臟對CAP的保護作用至關重要[7]。

2.4 中樞毒蕈堿受體 研究[13]表明，內毒素血癥大鼠靜脈內注射外周毒蕈堿受體拮抗劑阿托品甲基硝酸鹽，不能消除刺激迷走神經對TNF的抑制作用，靜脈注射毒蕈堿也不能抑制血清TNF；但是，側腦室給予毒蕈堿或M1毒蕈堿受體激動劑(MCN-A-343)可降低血清TNF的水平；此外，通過側腦室給予美索曲明(Methoctramine，M2 ACh受體拮抗劑)，可促進ACh在大腦中的釋放，減少全身TNF水平，增強迷走神經活性。以上表明，膽堿能信號通過激活CAP，作用于大腦的毒蕈堿受體，從而調控外周細胞因子的產生。

3 基于CAP的膿毒癥治療策略

3.1 電刺激迷走神經 電刺激迷走神經在臨床上已用于治療耐藥的癲癇癥和抑郁癥，其不良反應較小[14]。與應用膽堿能激動劑相比，電刺激迷走神經的治療作用可能更精確。動物實驗[2]顯示，切斷雙側頸迷走神經的大鼠對隨后注射LPS的反應比假手術組更敏感，更快地發展為內毒素休克，全身性炎性反應更嚴重；而電刺激迷走神經則可減少內毒素血癥和膿毒癥時 TNF及HMGB1的產生，并防止膿毒性休克，顯著改善動物預后[14]。電刺激迷走神經時，用以激活CAP的電壓和頻率參數均低于激活心迷走神經的閾值，故較為安全。

3.2 α7 nAChR激動劑 膽堿是ACh水解的副產物，是一種內源性選擇性α7nAChR激動劑[15]。研究[16]表明，給予大鼠富含膽堿的飲食或者給狗靜脈注射膽堿，均能對機體產生保護作用，防止LPS引起的內毒素休克。在內毒素血癥小鼠中給予膽堿可以減少其腹腔及血清TNF水平；但對α7nAChR基因敲除小鼠內毒素血癥模型給予膽堿卻不能降低TNF的水平[17]。特異性α7nAChR激動劑GTS-21可用于治療阿爾茨海默病；在小鼠急性胰腺炎模型中，GTS-21能夠顯著改善其癥狀，降低血漿IL-6水平[18]；而在小鼠LPS所致腹膜炎模型中，GTS-21不但能夠降低血TNF-α水平，還能夠阻止中性粒細胞的募集[17]。

3.3 膽堿酯酶抑制劑 膽堿酯酶抑制劑可與膽堿酯酶結合，阻斷其水解膽堿能神經未梢釋放的ACh。CAP的發現使人們認識到迷走神經及其遞質ACh參與對機體炎性反應的調控。加蘭他敏具有抑制膽堿酯酶活性和調節nAChR活性的雙重作用。在大鼠內毒素血癥模型中，外周注射加蘭他敏可以通過激活迷走神經而顯著降低血清和脾臟TNF水平，并降低血清IL-6水平，而血清皮質酮卻未明顯改變大鼠的生存率[19]。膽堿酯酶抑制劑的調控范圍廣泛，并非針對某一炎性介質，從而保持了機體的神經內分泌及免疫系統的整體性。膿毒癥患者并發胃腸道動力障礙，而膽堿酯酶抑制劑也具有增加胃腸道蠕動、促進胃排空及直腸排便的作用[20]。膽堿酯酶抑制劑的抗炎作用為膿毒癥治療開辟了一條新途徑。

4 問題和展望

膿毒癥是重癥監護病房(intensive care unit，ICU)常見的危重疾病，其病死率居高不下，對于膿毒癥的治療是目前危重病學的研究重點之一，CAP的發現為膿毒癥治療提供了新方向。中樞神經系統通過體液和神經通路調節免疫功能，神經通路對外周刺激產生實時和局限的反應。在免疫系統和神經系統之間復雜的動態交互作用中，對α7nAChR的識別為一項基本炎性反應調制器，這為新的膿毒癥治療提供了的方向。CAP通過傳出迷走神經調節炎性反應，它的發現改變了人們對炎性反應的認識。

[1]Pavlov VA,Tracey KJ.Controlling inflammation:the cholinergic anti-inflammatory pathway[J].Biochem Soc Trans,2006,34(Pt 6):1037-1040.

[2]Borovikova LV,Ivanova S,Zhang M,et al.Vagus nerve stimulation attenuates the systemic inflammatory response to endotoxin[J].Nature,2000,405(6785):458-462.

[3]Agostoni E,Chinnock JE,De Daly MB,et al.Functional and histological studies of the vagus nerve and its branches to the heart,lungs and abdominal viscera in the cat[J].J Physiol,1957,135(1):182-205.

[4]Van Der Zanden EP,Boeckxstaens GE,de Jonge WJ.The vagus nerve as a modulator of intestinal inflammation[J].Neurogastroenterol Motil,2009,21(1):6-17.

[5]van Westerloo DJ,Giebelen IA,Florquin S,et al.The cholinergic anti-inflammatory pathway regulates the host response during septic peritonitis[J].J Infect Dis, 2005,191(12):2138-2148.

[6]Johnston GR,Webster NR.Cytokines and the immunomodulatory function of the vagus nerve[J].Br J Anaesth,2009,102(4):453-462.

[7]Song XM,Li JG,Wang YL,et al.The protective effect of the cholinergic anti-inflammatory pathway against septic shock in rats[J].Shock,2008,30(4):468-472.

[8]王娜,蘇躍.全身炎癥反應綜合征治療新策略——膽堿能抗炎通路[J].醫學與哲學(臨床決策論壇版),2010,31(11):42-43,77.

[9]Nezhinskaia GI,Vladykin AL,Sapronov NS.Anti-inflammatory role of cholinergic and serotonergic systems in shock[J].Patol Fiziol Eksp Ter,2010,(2):7-10.

[10]Huston JM,Wang H,Ochani M,et al.Splenectomy protects against sepsis lethality and reduces serum HMGB1 levels[J].J Immunol,2008,181(5):3535-3539.

[11]Rosas-Ballina M,Ochani M,Parrish WR,et al.Splenic nerve is required for cholinergic antiinflammatory pathway control of TNF in endotoxemia[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2008,105(31):11008-11013.

[12]Klein RL,Wilson SP,Dzielak DJ,et al.Opioid peptides and noradrenaline co-exist in large dense-cored vesicles from sympathetic nerve[J].Neuroscience,1982,7(9):2255-2261.

[13]Pavlov VA,Ochani M,Gallowitsch-Puerta M,et al.Central muscarinic cholinergic regulation of the systemic inflammatory response during endotoxemia[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2006,103(13):5219-5223.

[14]Tecoma ES,Iragui VJ.Vagus nerve stimulation use and effect in epilepsy:what have we learned? [J].Epilepsy Behav,2006,8(1):127-136.

[15]Sapronov NS,Nezhinskaya GI,Vladykin AL.Effects of cholinergic agonists and antagonists under conditions of spleen denervation in rats with endotoxic shock[J].Bull Exp Biol Med,2010,149(5):598-600.

[16]Rivera CA,Wheeler MD,Enomoto N,et al.A choline-rich diet improves survival in a rat model of endotoxin shock[J].Am J Physiol,1998,275(4 Pt 1):G862-G867.

[17]Bencherif M,Lippiello PM,Lucas R,et al.Alpha7 nicotinic receptors as novel therapeutic targets for inflammation-based diseases[J].Cell Mol Life Sci,2011,68(6): 931-949.

[18]van Westerloo DJ,Giebelen IA,Meijers JC,et al.Vagus nerve stimulation inhibits activation of coagulation and fibrinolysis during endotoxemia in rats[J].J Thromb Haemost,2006,4(9):1997-2002.

[19]Pavlov VA,Parrish WR,Rosas-Ballina M,et al.Brain acetylcholinesterase activity controls systemic cytokine levels through the cholinergic anti-inflammatory pathway[J].Brain Behav Immun,2009,23(1):41-45.

[20]Campbell-Dittmeyer K,Hicks GA,Earnest DL,et al.Increased colonic transit in rats produced by a combination of a cholinesterase inhibitor with a 5-HT4 receptor agonist[J].Neurogastroenterol Motil,2009,21(11):1197-e108.