慢性阻塞性肺疾病肺泡巨噬細胞吞噬功能低下機制的研究進展

王小虎 劉曉菊 包海榮 曾曉麗 (蘭州大學第一醫院老年呼吸科，甘肅 蘭州 730000)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是目前世界范圍內老年人中致死性疾病上升速度最快的疾病之一，造成了嚴重的經濟和社會負擔。COPD急性加重(AECOPD)是COPD患者病程中造成病情進展、肺功能惡化的非常重要的過程，是造成COPD患者住院率和死亡率增加的最主要原因。眾所周知，多種炎性細胞和肺部的結構細胞參與了COPD的發病，其中肺泡巨噬細胞(AM)因直接暴露于環境中的香煙煙霧、大氣可吸入顆粒物(PM)及各種病原微生物等有毒有害物中，在COPD的形成和發展中起著重要的作用。AM吞噬功能低下可能是導致COPD患者病情反復惡化、出現AECOPD的重要機制之一。

1 肺泡巨噬細胞(AM)的吞噬過程

AM通過吞噬清除吸入的大氣PM和病原微生物，啟動固有免疫，參與抗原遞呈和免疫調節，是機體抵御外來微生物侵襲肺臟的第一道防線，在維持肺組織結構穩定、功能正常等方面起著不可或缺的作用〔1〕。AM表面分布有模式識別受體(PRR)，如Toll樣受體(TLR)，甘露糖受體(MR)，清道夫受體(SR)等，通過相關受體識別等啟動吞噬過程〔2〕。內化和吞噬小體的成熟是吞噬作用成為有效的免疫防御的必備條件〔3〕。

2 COPD患者AM的吞噬功能低下

臨床上導致AECOPD的原因很多，包括細菌和病毒感染、吸入刺激物、不恰當停用治療藥物、外界環境改變、出現并發癥等，其中感染是造成AECOPD的最常見原因〔4〕。新近Donnelly等〔5〕綜述了巨噬細胞吞噬功能缺陷與氣道疾病之間的關系，較多的研究認為吞噬缺陷導致感染持續存在，使氣道疾病惡化。正常情況下，盡管上呼吸道有細菌定植，但下呼吸道處于相對無菌環境。Rosell等〔6〕匯總分析了使用防污保護性毛刷檢查下呼吸道細菌定植的數據，結果表明大約29%的穩定期COPD患者存在下呼吸道細菌定植，而AECOPD患者約為54%，這些定植菌包括流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌、銅綠假單胞菌等。近期研究發現了更多種類的定植細菌〔7〕。細菌感染誘發的AECOPD加重了氣道炎癥，加速了肺功能的減退，使臨床癥狀惡化，但具體機制尚未完全闡明。Oliver等〔8〕發現鼻病毒感染可導致人AM對細菌感染的防御能力缺損，這種AM吞噬功能缺陷可能是細菌在氣道定植和繁殖的主要原因;Berenson等〔9〕研究發現COPD患者AM吞噬非典型性流感嗜血桿菌和凋亡細胞的能力存在缺陷。Taylor等〔10〕比較了COPD患者和正常吸煙者及非吸煙者AM和單核細胞源性巨噬細胞(MDM)對肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌的吞噬功能，結果發現COPD患者AM和MDM吞噬肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌桿菌的能力較正常對照者顯著降低。表明COPD患者的AM吞噬能力降低使下呼吸道的細菌定植，可能是細菌感染頻次增加致AECOPD發生的主要原因。

3 COPD患者AM吞噬功能低下的可能機制

3.1識別受體表達下調、信號通路缺陷致AM吞噬功能降低

3.1.1TLR TLR以胞內區高度進化保守的TIR(Toll/IL－1R homologous region)結構域為特征。目前人體中發現了10種TLR，其中與細菌識別關系密切的是TLR2和TLR4。TLR2主要識別革蘭陽性菌的肽聚糖、分枝桿菌、衣原體及部分真菌的胞壁脂蛋白等，TLR4主要識別革蘭陰性菌外膜的脂多糖(LPS)。Droemann等〔11〕研究證實和非吸煙者相比，吸煙者和COPD患者AM的TLR2表達降低，且AM在受到LPS刺激后TLR2的表達不上調，說明COPD患者的AM的TLR2對LPS刺激不敏感可能是其吞噬能力下降的原因之一。Lee等〔12〕研究顯示，吸煙的肺氣腫患者TLR4表達下調，且TLR4下降的程度與肺氣腫的嚴重程度具有相關性。Raoust等〔13〕研究發現，野生型小鼠AM表面的TLR2/TLR4可識別銅綠假單胞菌的LPS，并進一步激活細胞內的級聯反應，使TNF-α和IL-6的釋放增多，而TLR2、4-/-的小鼠的AM在受到銅綠假單胞菌刺激時不能產生這種級聯反應。另有研究證實，TLR4信號轉導通路中的下游因子髓樣分化因子88(MyD88)或IL-1受體相關激酶(IRAK4)缺陷的小鼠，細菌感染的概率增加〔14〕。LPS通過刺激TLR4使巨噬細胞活化，調節細胞因子產生、增強巨噬細胞的趨化和吞噬能力，而當TLR4和/或其信號通路存在缺陷時其吞噬能力降低〔15〕。COPD患者下呼吸道的細菌定植增加，使AM反復受LPS的刺激，導致TLR信號通路發生負性調節和LPS耐受，當出現新的菌株感染時，對感染菌株的識別力下降，無法將其徹底清除，誘發 AECOPD〔16〕。最近 West等〔17〕研究表明，TLR4可使巨噬細胞吞噬小體招募線粒體數增加，并使線粒體內活性氧(ROS)的生成增多，而線粒體ROS水平的降低可以導致巨噬細胞殺菌能力缺陷。說明TLR4還可通過巨噬細胞線粒體ROS的生成影響其對細菌的殺滅作用。

3.1.2MR MR為C型凝集素家族成員，主要表達在巨噬細胞和樹突細胞上。MR通過識別多種病原體上的特定糖基末端，可以和白色念珠菌、卡氏肺囊蟲、結核分枝桿菌、利氏曼原蟲、肺炎鏈球菌、克雷伯桿菌等一系列病原微生物或其產物相互作用，使巨噬細胞活化并誘導產生細胞因子，通過清除衰老細胞、識別病原微生物和抗原遞呈等作用，維持機體的穩態〔18〕。目前認為巨噬細胞通過MR對病原體的識別增強其對病原體的吞噬作用。Hodge等〔19〕研究發現，和正常非吸煙者相比，COPD患者AM表面MR表達明顯降低，低劑量的阿奇霉素可以明顯增加AM表面MR的表達，而阻斷MR受體可使AM的吞噬能力下降60%。

除了MR，其他的C類凝集素還有表面活性蛋白A(SPA)，表面活性蛋白D(SP-D)，甘露糖結合凝集素(MBL)等，SPA、SP-D可以增加AM表面MR的表達、促進AM吞噬病原體，是參與肺部固有免疫防御的重要成分。Sano等〔20〕研究表明，肺部凝集素作用于AM，誘導細胞表面SR-A和MR的表達，增強AM對肺炎鏈球菌、分枝桿菌的吞噬作用，其可能的機制是SP－A和TLR2結合，抑制TLR2與其配體如肽聚糖的反應，繼而抑制肽聚糖誘導的NF-κB的激活和TNF-α的釋放。Hodge等〔19〕發現和正常人相比 COPD患者支氣管肺泡灌洗液(BALF)中的SP-D水平明顯降低。More等〔21〕研究也表明，吸煙及肺功能下降伴隨著BALF中SP-D水平的降低。COPD患者SP-D水平的下降可能會引起AM表面與吞噬細菌有關的PRR表達的下調，使AM的吞噬能力下降。這也使SP-A，SP－D有望成為監測COPD病情變化的生物標記物。除SP-A，SP-D外，MBL與COPD的感染惡化也有關。MBL是補體活化信號通路中的關鍵分子，新近研究發現，MBL2的基因多態性所致的MBL缺陷也伴隨著AECOPD的風險增加〔22〕。

3.1.3SR SR是肺部固有免疫的重要組成部分，可以輔助巨噬細胞識別、結合并攝取細菌。膠原樣結構巨噬細胞受體(MARCO)是巨噬細胞識別非調理吞噬的主要SR。吸煙可能導致COPD患者SR MARCO表達降低，而蘿卜硫素通過激活轉錄因子Nrf2而恢復COPD患者AM對細菌的識別和吞噬。分析基因表達和啟動子發現，Nrf2增強巨噬細胞的吞噬能力是通過上調下游因子MARCO而實現的〔5〕。研究還發現增加巨噬細胞SR MARCO的表達，可改善巨噬細胞吞噬流感嗜血桿菌的能力〔23〕。Sulahian等〔24〕研究發現，無論人的 MDM 還是小鼠的AM，SR介導的吞噬作用都需要微管、蛋白激酶C、酪氨酸激酶、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)等的參與。而COPD患者體內的氧化應激可導致MAPK、PI3K等信號通路改變，這些改變進一步使AM表面SR介導的吞噬作用的降低。其他SR，如LOX-1，SR-PSOX和SRCL等，也能和細菌結合，并可能有助于AM對吸入性顆粒物的識別，但這些受體在COPD患者AM中的表達及在AECOPD中的作用均有待更深入地研究。

3.2氧化應激損傷AM吞噬功能 ROS自由基可通過外源和多種內源性途徑產生，如吸煙、化學毒物、藥物代謝、細胞呼吸、輻射、光照和金屬離子等。少量的自由基是體內重要生化反應不可缺少的，正常情況下自由基的產生與體內抗氧化系統基本處于平衡狀態，產生過量會造成體內抗氧化物大量消耗，氧化/抗氧化失衡，造成機體的氧化應激，造成生物大分子DNA、脂類和蛋白質氧化損傷，引起與許多病理過程有關的細胞結構的廣泛損傷，影響組織細胞功能。

近年來，氧化應激在COPD發病中的作用已經成為研究熱點，且其作用越來越多地被呼吸醫師認識〔25〕。與COPD發病關系密切的ROS多為煙草吸入、大氣中PM的吸入、藥物代謝、感染誘發的細胞內呼吸爆發等。目前研究已經發現氧化應激直接或間接影響到巨噬細胞的多種功能，特別是巨噬細胞的吞噬功能。ROS造成的細胞外基質蛋白質的羰基化，影響巨噬細胞表面的識別受體，損害巨噬細胞吞噬凋亡細胞及入侵的病原微生物的能力，而抗氧化物可以逆轉或改善巨噬細胞的吞噬功能。新近研究發現抗氧化物蘿卜硫素，是核因子Nrf2的活化劑，通過增加內源性抗氧化物水平、上調巨噬細胞表面的MARCO，逆轉COPD患者對流感嗜血桿菌吞噬能力低下狀況〔23〕。Hodge等〔26〕的研究發現香煙所致的COPD巨噬細胞吞噬功能低下，使用抗氧化物半胱氨酸前體處理可以得到改善。另外，Brown等〔27〕也發現使用抗氧化物半胱氨酸前體和N-乙酰半胱氨酸可以使AM對金黃色葡萄球菌的吞噬功能恢復。這些研究結果均支持氧化應激造成巨噬細胞的吞噬功能低下，而抗氧化物的使用可以使吞噬功能得到改善。

3.2.1吸煙影響AM吞噬功能 吸煙是COPD發生發展的常見危險因素之一。香煙煙霧中含有大量 ROS和高濃度的LPS〔28〕。因此，香煙煙霧暴露會導致呼吸道黏膜纖毛功能紊亂，黏液高分泌及黏膜的完整性受損;香煙煙霧中的ROS等通過氧化應激導致AM等炎性細胞的激活而觸發持續的肺部慢性炎癥，破壞巨噬細胞內多種參與固有防御的信號通路，致AM的吞噬功能降低，最終造成COPD患者的下呼吸道細菌定植增加，從而導致AECOPD。Doyle等〔29〕通過微陣列分析的方法發現，吸煙改變了巨噬細胞參與機體防御的重要機制，如香煙煙霧提取物(CSE)可以明顯下調巨噬細胞的IFN-γ信號通路。此外，Marti-Lliteras等〔30〕研究表明，CSE可以破壞小鼠 AM吞噬流感嗜血桿菌的能力，這可能與CSE抑制了細菌觸發的PI3K信號通路的活化有關;和非吸煙者相比，吸煙者和COPD患者的AM吞噬流感嗜血桿菌數量較低，伴隨著PI3K下游分子絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的磷酸化水平降低。

3.2.2大氣顆粒物(PM)損害AM吞噬功能 近年來，隨著城市工業化的發展、汽車尾氣的增加以及沙塵暴天氣等的影響，城市大氣中的可吸入顆粒物 PM10(空氣動力學直徑≤10 μm)、PM2.5(空氣動力學直徑≤2.5 μm)、超細顆粒物(空氣動力學直徑≤0.1 μm)等含量越來越高。AM在清除和處理吸入的PM中起到至關重要的作用。AM被PM激活后，釋放大量ROS自由基、蛋白酶、促炎介質等，這些物質在COPD的發生發展中起著重要作用〔31〕。Miyata等〔32〕總結了AM接觸到大氣中的PM后機體發生的反應時顯示不同大小的PM對巨噬細胞產生的作用不同，PM10通過 TLR4引起固有免疫反應，而PM2.5和超細顆粒物主要是通過過渡金屬和多環芳烴誘導產生ROS，使機體處于氧化應激狀態，損害AM的吞噬能力。AM通過固有的調理依賴的吞噬作用，經巨噬細胞表面的SR識別并內吞PM，繼而促發獲得性免疫反應。巨噬細胞如果不能有效清除PM，使PM持續滯留在肺組織，導致一種慢性的、低能級的炎癥反應，是發生AECOPD的原因之一〔31〕。Zhou等〔33〕研究發現，PM2.5抑制小鼠AM攝取細菌的內化階段，使AM吞噬細菌的數量下降，導致肺部感染的概率增加，其可能原因是PM2.5介導了細胞的氧化應激。使用抗氧化劑二甲基硫脲可以部分逆轉AM吞噬能力的下降就是佐證之一。最近研究表明，在單核細胞向AM分化的過程中，柴油機尾氣PM的慢性暴露可能破壞COPD患者AM的數量及功能〔34〕。

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