中性粒細胞凋亡的研究進展

郝 建(綜述)，何先弟(審校)

(蚌埠醫學院第一附屬醫院ICU，安徽 蚌埠 233000)

中性粒細胞是血細胞中壽命最短的終末分化細胞，也是運動活潑、吞噬積極、胞質內富含毒性顆粒的炎性細胞，在機體的非特異性免疫防御中起重要作用。臨床上最常見的炎癥性疾病，究其發生與發展的細胞、分子機制都與中性粒細胞密切相關[1]。中性粒細胞凋亡后被完整地吞噬而不釋放細胞內容物，從而可以減少中性粒細胞介導的機體炎癥損害，中性粒細胞的凋亡過程影響著炎癥的發展和轉歸。中性粒細胞凋亡有其特定的分子及代謝基礎，受機體多種因子的調節，與多種信號途徑有關，是炎癥消散的關鍵，也是機體自我限制炎性反應的一種重要方式。

1 中性粒細胞凋亡的特征

中性粒細胞來源于骨髓的造血干細胞，在骨髓中分化發育后，進入血液或組織。中性粒細胞是血細胞中壽命最短的終末分化細胞，也是機體最主要的炎性細胞。中性粒細胞凋亡分為兩種方式，一種是自發性凋亡，同其他的血細胞和組織細胞在凋亡的發生機制上有所不同，中性粒細胞從分化成熟開始，就啟動自發性凋亡程序；另一種是同其他細胞一樣，可能被某些因素(如Fas/FasL、腫瘤壞死因子/腫瘤壞死因子受體、細胞因子受體、饑餓等)激發誘導而加速其凋亡的進程[2-3]。中性粒細胞凋亡是一個受多基因調控和眾多細胞因子及其他多種因素調節的復雜過程，在炎癥的發生、發展和轉歸中起著至關重要的作用[4-6]。

2 中性粒細胞凋亡的分子機制

中性粒細胞凋亡在炎性疾病演變過程中起重要作用，但中性粒細胞凋亡的分子機制目前尚不完全清楚。最近研究表明，許多基因參與中性粒細胞凋亡的調節，凋亡中性粒細胞的內在生化改變和細胞表面分子標志物改變，是吞噬細胞識別，清除的基礎[7-9]。中性粒細胞凋亡的表達調控著細胞的命運，細胞凋亡時有基因的不正常表達。Fas、FasL和p53在多數凋亡的中性粒細胞均有表達，與此相反，c-myc的表達減少[10]。在中性粒細胞懸液中應用抗人Fas單抗可以促進凋亡，而應用抗FasL抗體卻有相反的作用。中性粒細胞之間的Fas和FasL的相互作用誘導的Fas的活化是中性粒細胞自發凋亡的機制之一。

中性粒細胞凋亡與白細胞介素(interleukin，IL)1β轉化酶家族密切相關。IL-1β轉化酶家族既能促進新合成的pro-IL-1β轉化為有活性的IL-1β，又能裂解細胞內維持結構和功能的基質蛋白，通過激活家族內其他成員介導細胞凋亡。研究發現，中性粒細胞凋亡與Ⅰ型環腺苷酸依賴性蛋白激酶的激活有關，且通過含半胱氨酸的胱天蛋白酶3(caspase-3)上游激活，而使環腺苷酸依賴性蛋白激酶發揮作用，研究還發現雖然并不是所有的caspase都在中性粒細胞上表達，但是caspase-3活性可在凋亡的中性粒細胞上被檢測到，并與形態和生化變化同步，證實了caspases的重要性[11-13]。也有研究發現，應用脂多糖、粒細胞集落刺激生物因子可使caspases和IL-1β在中性粒細胞上表達增加，從而使中性粒細胞凋亡表達趨緩，這種凋亡延遲作用可因阻斷蛋白質的合成和應用酪氨酸激酶而減弱[14]。

3 中性粒細胞凋亡的信號途徑

調控中性粒細胞凋亡的途徑主要包括胞外刺激、胞內信號轉導及核內基因轉錄的活化，其中以胞內信號轉導為中性粒細胞凋亡的主要途徑[15-16]。中性粒細胞凋亡的信號途徑是在多種外界因素的作用下，受自身多種基因調控、眾多細胞因子參與、多條途徑獨立或交聯而形成的復雜的調控網絡。目前的研究報道，關于中性粒細胞凋亡的信號途徑主要包括Fas/FasL通路、p38絲裂原激活蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信號轉導通路、p53依賴性通路、核因子κB存活蛋白通路、磷脂酰肌醇3-羥激酶(phosphoinositide-3-kinase PI3K)-Akt通路、胞外信號調節激酶信號轉導通路等。

3.1Fas/FasL信號途徑 Fas(CD95/APO-1)是腫瘤壞死因子/神經生長因子受體家族。Fas蛋白N端在膜外，其配體結合前聚集域，在結合配體前即促使Fas自身三聚體化；C端在膜內，有一段與細胞凋亡信號的傳遞密切相關的“死亡結構域”，它由長80個氨基酸的序列組成[17]。FasL為Ⅱ型跨膜糖蛋白，屬于腫瘤壞死因子家族成員，有278個氨基酸長，由胞質區、跨膜區和胞膜外區組成。Fas/FasL信號轉導途徑以Fas相關死亡結構域蛋白為其連接分子，Fas與FasL結合可迅速激活相關蛋白酶的水解活性。中性粒細胞通過表達Fas和FasL，調控細胞凋亡，保持自身數量的穩定。

3.2p38MAPK 信號轉導途徑 MAPK是細胞內重要的信號傳遞者，參與了多種生理過程的調節。MAPK信號通路是多級激酶的級聯反應，包括三個關鍵的激酶：MAPK、促分裂原活化的蛋白激酶激酶和促分裂原活化的蛋白激酶激酶激酶。真核細胞中已確定出4條MAPK 信號轉導通路，即胞外信號調節激酶通路、c-Jun氨基端激酶通路、p38通路及胞外信號調節激酶5通路[18]。其中p38信號途徑是MAPK家族中的重要組成部分，細胞外的多種應激如放射線、紫外線、熱激蛋白、促炎因子、特定抗原等，可使p38MAPK活化。p38MAPK在凋亡、細胞因子產生、轉錄調節等方面起著重要作用，激活p38MAPK可能促進中性粒細胞凋亡。

3.3p53依賴性通路 p53基因是一種抗癌基因，基因組DNA長約20 kb，當DNA受到損傷時急劇增加，使細胞周期進一步運轉受到抑制。p53被認為是最重要的介導細胞凋亡基因[20]。大量研究表明，p53參與細胞生長、分化及死亡的調控，與細胞凋亡有密切關系。p53介導的細胞信號轉導途徑在調節細胞正常生命活動中起重要作用，它與細胞內其他信號轉導通路間的聯系十分復雜，其中p53參與調控的基因已超過160種。目前公認p53蛋白參與的細胞凋亡通路有2條，即死亡受體通路和線粒體凋亡通路[19]。p53通過Bax/Bcl-2、Fas/Apol、胰島素樣生長因子-BP3等蛋白調控細胞凋亡，通過腫瘤壞死因子受體等死亡信號受體途徑誘導凋亡。Bcl-2可阻止從線粒體釋放出來的凋亡形成因子(如細胞色素C等)而發揮抗凋亡功能；Bax可與位于線粒體上的電壓依賴性離子通道作用，介導細胞色素C的釋放；p53可通過Bax的表達水平上調，Bcl-2的表達下調，共同促進細胞凋亡。

3.4核因子κB存活蛋白途徑 核因子κB蛋白家族是一種具有多效性的轉錄因子，包括5個亞單位：Rel(cRel)、p65(RelA,核因子κB3)、RelB和p50(核因子κB1)、p52(核因子κB2)。細胞因子、細菌脂多糖等相關刺激均與核因子κB的活化有關，核因子κB調控參與早期的免疫反應和炎性反應各階段的許多分子，包括腫瘤壞死因子α、IL-1β、IL-2、IL-6、IL-8、IL-12、誘導型一氧化氮合酶、環加氧酶2、趨化因子、黏附分子、集落刺激因子等。研究發現，多種核因子κB抑制劑能促進體外培養人血中性粒細胞的自發性凋亡，且呈現出時間依賴性和劑量依賴性，而對腫瘤壞死因子α誘導中性粒細胞凋亡具有協同效應[20]。核因子κB是調節控制中性粒細胞凋亡的重要的轉錄因子，炎性介質所導致的中性粒細胞凋亡的延遲與核因子κB的激活有關。

3.5PI3K-Akt 信號轉導途徑 PI3K是由相對分子質量110×103的催化亞基與85×103的調節亞基組成的二聚體蛋白，PI3K是一個復雜的大家族，根據其結構可分為三類：Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，Ⅰ型PI3K又分為IA和IB兩個亞型，他們分別從G蛋白連接受體和酪氨酸激酶連接受體傳遞信號。PI3K信號參與繁殖、分化、凋亡和葡萄糖轉運等多種代謝調節。Akt能直接使多種轉錄因子磷酸化，作為PI3K信號轉導通路下游的一個效應分子，通過對這些轉錄因子的調控，可以阻止凋亡基因的表達和加強抗凋亡基因的表達，從而使細胞存活。

4 中性粒細胞凋亡的檢測方法

中性粒細胞作為急性炎癥的重要指標之一，其凋亡與體外循環、全身炎性反應密切相關。中性粒細胞凋亡介導炎性反應終止。中性粒細胞數量的檢測常規采用外周血白細胞計數，亦可進行骨髓涂片、采用趨化試驗和吞噬功能檢查，但這些都不能反映中性粒細胞吞噬殺滅病原體的復雜過程。采用流式細胞儀測定中性粒細胞的凋亡率，利用全血細胞計數儀測定中性粒細胞數量，利用酶聯免疫吸附測定血漿彈性蛋白酶水平，利用透射電鏡觀察中性粒細胞凋亡細胞形態學變化，從各個環節找出中性粒細胞功能失調的原因，為臨床診斷由中性粒細胞減少和功能失調所造成的疾病提供幫助[21]。

5 中性粒細胞凋亡的生物學意義

中性粒細胞是炎性反應的重要標志，在炎性反應的發生、發展和轉歸中起著至關重要的作用。正常生理情況下，中性粒細胞的增殖與凋亡保持動態平衡，既有利于機體的防御反應，又有利于炎性反應的消散。適度地調控中性粒細胞凋亡信號或改變某些細胞信號的轉導途徑，對于治療創傷、控制炎癥具有重要的意義[22]。采用有效方法調節炎性反應，可以提高機體存活率，改善預后，增強治療效果。中性粒細胞凋亡是終止中性粒細胞介導炎性反應的重要生物途徑，研究中性粒細胞凋亡機制有利于了解機體炎癥作用機制；研究中性粒細胞凋亡對機體的影響為藥物研發、臨床研究感染/炎性損傷等疾病的治療提供深入的理論指導。

6 小 結

中性粒細胞的轉歸直接影響著炎癥的進展情況，它有兩種轉歸：凋亡和壞死。凋亡是對機體損傷最小的清除方式，也是促進其炎癥消除的重要機制。凋亡的中性粒細胞內雖然含有害物質，但在功能上卻處于和外界隔離的狀態。如果凋亡延遲的中性粒細胞不能被巨噬細胞及時吞噬清除，接下來的中性粒細胞繼發性壞死可能會進一步加大炎性反應。適時適度地干預中性粒細胞凋亡的中間環節有可能成為治療膿毒癥新的措施。在炎癥早期從較高水平上對中性粒細胞的凋亡過程進行調節，可能對炎癥的控制達到較好的效果。核因子κB是中性粒細胞凋亡中的具有調控促炎因子基因表達作用的重要轉錄因子，是極具潛力的新型抗炎靶點。適度地應用特異性的核因子κB抑制劑可能為膿毒癥的治療提供抗生素外的新型治療方法。

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