內毒素急性肺損傷相關標志物變化的研究

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內毒素急性肺損傷相關標志物變化的研究

作者單位:646000 四川 瀘州，瀘州醫學院附屬醫院臨床醫學院(劉洪恩)；成都軍區總醫院全軍普外中心(汪濤)

劉洪恩(綜述)，汪濤(審校)

[關鍵詞]急性肺損傷；內毒素；標志物；綜述

急性肺損傷(ALI)是直接或間接致傷因素導致肺泡上皮細胞及毛細血管內皮細胞損傷，造成彌漫性肺間質和/或肺泡水腫，導致的急性低氧性呼吸功能不全。以肺容積減小、順應性減少、通氣-灌注比例失調(死腔增加)為病理生理特征，臨床上表現為進行性低氧血癥和呼吸窘迫。X線表現為兩肺滲出性病變，氧合指數(動脈氧分壓PaO2/吸入氧分數FiO2)<300[1]。其發展至嚴重階段(氧合指數<200)被稱為急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。ALI/ARDS的發病機制復雜，目前認為是核轉錄因子-κB(nuclearfactor of kappa B，NF-κB)對重要的細胞因子表達調控，激活大量的炎性因子和抗炎因子，導致中性粒細胞的聚集及細胞的凋亡。同時，C反應蛋白(CPR)、肺泡表面活性物質(SP)、凝血和纖溶系統也發生相應的變化，最終導致肺損傷。而內毒素作為致ALI/ARDS的重要致病因子[2]，與全身炎癥反應(SIRS)的惡化和患者預后關系密切。因此，本文就內毒素肺損傷相關標志物變化做一綜述。

1內毒素結構與肺損傷的關系

1.1內毒素基本結構內毒素(ET)是革蘭陰性桿菌外膜成分之一。而脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)作為ET的重要成分，它由O抗原、核心多糖及脂質A三種成分組成，現已將ET和LPS視為同一物質[3]。

1.2內毒素與肺損傷的關系LPS的識別是通過宿主幾個細胞內信號轉導途徑啟動的。最近的研究已經證明，宿主細胞識別LPS主要由一個膜結合的CD14或可溶形式介導的，LPS需要血清因子、LPS結合蛋白(LBP)的共同參與來結合CD14。LPS-LBP復合物結合至CD14觸發多種信號轉導，包括核轉錄因子NF-κB的激活[2]。當受到多種刺激激活，NF-κB便轉位到細胞核中，在此它與DNA結合促進產生許多炎性因子。通過正負反饋等多種調節方式，還能和其他轉錄因子相互作用，這些機制保證了炎癥反應的擴大和持續，使機體發生ALI。

2 NF-κB在ALI/ARDS中活化及調節

NF-κB是一種具有基因轉錄調節作用的蛋白質，能夠與許多基因上啟動子區域的固定核苷酸序列結合，發揮啟動基因轉錄的作用，是細胞因子和炎癥介質調控的關鍵因素。目前多數學者認為，肺部或全身失控的炎癥反應是ALI/ARDS的主要發病機制[4]。

典型NF-κB組成為p50/p65異源二聚體，而p65具有反式激活區，可通過與靶基因轉錄元件相互作用而促進其轉錄，在啟動基因轉錄中起主要作用。NF-κB攜帶有核定位信號，一般通過IκB抑制蛋白隔離在細胞質中，擋住核定位信號，從而防止NF-κB進入細胞核。

當內毒素刺激，LPS結合的細胞信號活化暴露，TNF-α或IL-1β結合到細胞表面受體，IκB的抑制作用被解除，NF-κB被激活，進入細胞核內，開啟和調動多種重要的細胞因子，包括趨化因子和黏附分子的表達[5]。而NF-κB核易位增加，啟動TNF-α的表達，TNF-α與LPS反過來又共同調節效應細胞NF-κB的活化。LPS還可通過激活NF-κB，增加誘導TNF-α、IL-1、IL-13等細胞因子的釋放，從而引起瀑布效應導致炎癥反應過度表達[6]。

3ALI/ARDS炎性介質、中性粒細胞、C-反應蛋白及肺泡表面活性蛋白的變化

3.1促炎因子一個在ALI早期階段最具生物活性的細胞因子是IL -1β，通過其血漿水平的升高可估測患者臨床預后。作為肺纖維化強誘導劑，它還可引起各種炎性細胞、趨化因子的釋放，如巨噬細胞炎性蛋白(MIP-1a)、單核細胞趨化蛋白(MCP-1)、IL-6和IL-8[7]，隨后招募炎癥細胞進入肺泡腔。此外,IL-1β可以改變內皮細胞-上皮細胞屏障的通透性和液體轉運，導致水腫(通過avb5/b6整合素通路部分介導)[8]。

另一個早期促炎因子是腫瘤壞死因子(TNF-α)，高的血漿TNF-α已經在高危的敗血癥患者報道[9]。ARDS患者中血漿TNF-α升高，據推測，可能是肺泡巨噬細胞通過識別病原體來刺激產生大部分早期的細胞因子(如IL-1β和TNF-α),這又刺激鄰近細胞產生許多趨化因子，介導招募中性粒細胞、單核細胞和淋巴細胞進入肺泡腔。TNF-α也被證明是通過產生活性氧來促進肺水腫，進而減少ENaC和Na+-K+-ATP酶的表達[10]。

IL-6是參與ALI的另一個細胞因子，在ARDS患者的血漿和支氣管肺泡灌洗液(BALF)是升高的，可能其與預后不良有關。IL-6是B細胞分化和成熟的關鍵,參與免疫球蛋白分泌、細胞毒性T細胞分化、巨噬細胞、單核細胞的功能和產生急性期的蛋白質。

IL-8被證實也是一種促炎因子，可預測ALI患者不良后果。IL- 8具有嗜中性粒細胞、單核細胞趨化和抑制中性粒細胞凋亡的作用，其水平的高低與中性粒細胞數和BALF中總蛋白數相關(一個肺泡屏障通透性的替代指標)[11]。

3.2抗炎因子其他抗炎因子，如IL-10 、轉化生長因子-β(TGF-β)、IL-13和IL-4、IL-10，在內毒素急性肺損傷過程中，是通過其抗炎行動發揮預防作用，包括下調炎性因子、抑制TH1分化、抑制中性粒細胞和趨化因子的活化[12]。

IL-13是另一種多效性細胞因子，具有強效的抗炎性能。它主要由Th2型T輔助淋巴細胞、肥大細胞和B細胞產生，其調節巨噬細胞功能和減少炎癥因子產生的作用與IL-4 相似[13]。

3.3中性粒細胞、C-反應蛋白(CRP)及肺泡表面活性蛋白的變化中性粒細胞(PMNs)的聚集是ALI時局部炎性反應的特征性標志，通過招募、黏附、遷移、活化、釋放介質的損壞，以及細胞凋亡引起肺損傷。

在ALI的早期，PMNs被招募吸附到肺毛細血管，之后遷移到肺泡腔，在那里它們被激活釋放細胞毒性物質，致毛細血管內皮細胞、肺泡上皮細胞的廣泛損傷。招募肺微血管PMNs是ALI患者最早的事件之一[14]，PMNs通過變形和伸長從毛細血管遷移出來。然后由于PMNs表面上相應受體受到炎癥介質刺激和細胞內信號傳導分子離子(Ca2+)的激活后，PMNs的細胞骨架重新分布，導致PMNs硬化、減小和變形，進而大量PMNs聚集在毛細血管，外周血PMNs減少；釋放中介物質，細胞的凋亡導致肺損傷[15]。

CRP作為一個常規的生物標志物，有助于判斷機體目前的炎癥反應狀態。由于一系列疾病它都會升高，故特異性較低。Bajwa和他的同事在一項CPR的水平對于ARDS患者死亡率的影響研究中，發現高CRP水平與好的結局相關[15]。不幸的是，沒有明確的答案解釋這些發現，但推測高水平的CRP能引起中性粒細胞趨化和降低炎癥反應[16]。

研究證明，肺泡表面活性蛋白A(SP-A)與ALI/ARDS發展有關。在ALI早期，血中SP-A濃度明顯升高，因此，血液中SP-A濃度可以作為ALI早期診斷和預后的指標[17]。但有學者認為，ARDS患者循環中的SP-D和SP-A水平都是升高的，而肺部主要分泌SP-D，因此，其可以作為內毒素肺損傷程度相對特異性的生物標志物[18]。

4細胞凋亡與ALI/ARDS

細胞凋亡(apoptosis)作為一種重要的生理過程，也維持組織的穩態，保證細胞增殖之間的平衡發展，幾乎所有的組織類型都存在。

細胞凋亡有兩條信號傳導途徑：一是胞外途徑，也稱細胞表面受體死亡途徑，像Fas和TNF-α等死亡配體與相應FasL、TNFR等死亡受體相結合；二是胞內途徑，即線粒體被各種細胞毒性物質刺激釋放細胞色素C[19]。

在LPS誘導小鼠急性肺損傷的肺上皮細胞中，可以發現Caspase-3的表達和活化[20]。Caspase-3是一個凋亡效應子，位于級聯反應下游,是執行凋亡的中心蛋白酶[21]。一旦被上游的始動子激活，被激活后的Caspase作用于特異性底物隨即發生級聯反應，致細胞DNA斷裂和核碎裂，那么凋亡就不可避免，所以Caspase-3又稱為“死亡蛋白酶”。

5肺內凝血和纖溶系統的失衡

近年來研究[22]發現，LPS可直接激活內源性凝血因子Ⅻ，導致高凝狀態和微血栓的形成。而急性肺損傷的患者單核細胞和內皮細胞在前炎性因子(如TNF-α、IL-1和IL-6)作用下，大量表達Ⅲ因子激活外源性凝血途徑，形成大量凝血酶和纖維蛋白凝塊。此外，凝血酶與TNF-α等細胞因子通過刺激血小板和內皮細胞產生大量纖溶酶原激活劑抑制劑1(PAI-1)，并激活凝血酶活化纖溶抑制物，抑制纖溶系統，還可使內皮細胞活化蛋白C和AT-Ⅲ生成抑制，降低抗凝作用?？梢?，肺內凝血和纖溶系統的失衡也可能是內毒素肺損傷的重要發病機制之一[23]。

6展望

ALI/ARDS的病死率高，在急性肺損傷危險因素中，革蘭陰性桿菌感染位居首位，而LPS是其主要致病物質。現有研究認為，ALI/ARDS包括核NF-κB的激活，炎癥反應的失衡、中性粒細胞的聚集及細胞的凋亡。同時，CRP、SP、凝血和纖溶系統也發生相應的變化，最終導致肺損傷。盡管ALI 疾病的病因多種多樣，但內毒素在其中的作用最引人注目。隨著ALI/ARDS作用機制的深入，對內毒素所致急性肺損傷作用機制的研究不僅具有臨床意義，同時也為其他病因致急性肺損傷的研究提供了重要的理論參考。

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(收稿日期:2014-06-26)

文章編號1004-0188(2015)01-0102-03

doi:10.3969/j.issn.1004-0188.2015.01.044

中圖分類號R 563.9

文獻標識碼A

通訊作者:汪濤，E-mail：watopo@163.com

基金項目:成都軍區總醫院院管課題(424121HE)