ARDS發病機制的相關信號通路研究進展

郭 龍，張春媚，高 勇，趙忠巖

(吉林大學中日聯誼醫院 重癥醫學科，吉林 長春130033)

ARDS發病機制的相關信號通路研究進展

郭 龍，張春媚，高 勇，趙忠巖*

(吉林大學中日聯誼醫院 重癥醫學科，吉林 長春130033)

急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)是一種進行性缺氧性呼吸衰竭的危重癥疾病。目前ARDS的發病機制在很大程度上仍然不明，但越來越多的證據表明多種信號通路及相關的蛋白可調節急性肺損傷的炎癥反應。參與ARDS潛在的信號通路可能包括PI3K/Akt/mTOR信號通路、p38MAPK和ERK信號通路、TLR信號通路、STAT3信號通路、Wnt/β-catenin通路、HIF2α等。在本綜述中，我們總結了近期相關ARDS的信號通路，為進一步研究其臨床發病機制提供依據。

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是一種急性、彌漫性、炎癥性肺損傷，肺血管通透性增加，肺質量增加，通氣肺組織減少。出現低氧血癥，兩肺斑片狀致密影，混合靜脈血增加，生理性死腔增大和肺順應性降低。急性期的形態特點是彌漫性肺泡損傷(即水腫、炎癥、肺透明膜或出血)[1]。

目前解釋ARDS的發病機制包括炎癥反應介導的損傷、凝血和纖溶失衡、氧化還原不平衡、細胞凋亡、水通道蛋白作用、遺傳因素等的影響。各種發病機制錯綜復雜，ARDS的發病機制在很大程度上仍然不明，但越來越多的證據表明多種信號通路均可參與到發病機制中，相關的蛋白分子參與不同的信號通路調節炎癥反應，導致ARDS的發生。本文就ARDS發病機制中的幾個相關信號通路作一闡述。

1 PI3K/Akt/mTOR信號通路

PI3K信號轉導通路在細胞的增殖、凋亡、遷移、膜泡轉運和細胞的惡性轉化等眾多病理生理過程中起重要作用。在PI3K家族介導的眾多信號轉導途徑中，以PI3K/Akt/PKB信號轉導途徑對凋亡的調節作用尤其重要。研究發現急性肺損傷時可激活PI3K/Akt/mTOR信號通路的細胞凋亡信號分子和凋亡相關的蛋白調節肺組織的上皮細胞凋亡。Zhang等研究發現脂多糖誘導大鼠肺泡Ⅱ型上皮細胞時可上調PI3K/Akt信號通路中Nedd4-2蛋白和磷酸化Akt及cAMP/cCMP的表達，而顯著增加肺水腫和肺組織損傷的面積[2]。同時，He等研究發現胰島素可通過調節PI3K/mTORC2信號通路改善急性肺損傷時肺水腫的炎癥程度[3]。表明PI3K/Akt/mTOR信號通路可調節肺臟的炎癥程度，調節肺損傷的發生，阻斷該信號通路中的相關分子的表達可能會阻斷急性肺損傷的發生，這些研究為人們防治ARDS提供了新型的藥物靶點。

2 p38MAPK和ERK信號通路

促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)鏈是真核生物信號傳遞網絡中的重要途徑之一，在基因表達調控和細胞質功能活動中發揮關鍵作用。在哺乳動物機體中，已經發現五種不同的MAPK信號轉導通路。其中ERK1/2信號轉導通路調控細胞生長和分化，JNK和p38 MAPK信號轉導通路在炎癥與細胞凋亡等應激反應中發揮重要作用。Zhang等研究發現脂多糖誘導大鼠發生ARDS時，細胞質中p38MAPK和細胞外調節蛋白激酶(ERK)蛋白明顯上調，同時p-p38MAPK和pERK的蛋白表達水平明顯增加，大鼠的肺濕重/干重比率及血漿中的炎性細胞因子水平均明顯上升，而肺組織的超氧化物歧化酶(SOD)的水平明顯減少[4]。同樣地，許多研究者亦發現脂多糖能明顯提高急性呼吸窘迫綜合征的大鼠肺組織中ERK1/2、p38和p50/p65的磷酸化水平，而增加肺組織的炎性反應[5-7]，亦有研究發現脂多糖通過p38MAPK和ERK信號通路誘導人胎肺成纖維細胞[8]、小鼠肺組織[9-11]的炎癥反應。此外，Liu等研究發現致命毒素通過降解肺血管內皮細胞MKK3的降解而滅活p38MAPk信號通路可減少肺內皮屏障功能的損害[12]。應激活化蛋白激酶(SAPK)又名c-Jun氨基末端激酶(JNK)是MAPK信號通路的一個重要分支。Lai等研究發現抑制大鼠肺組織中的JNK，可明顯減輕肺組織的損傷程度，表明JNK信號通路參與到急性呼吸窘迫綜合征的發病機制[13]。然而，在臨床實踐中，目前尚未發現令人滿意的抑制MAPK信號通路激活的治療方法。雖然許多研究表明抑制MAPK信號通路可減輕肺組織的損傷，但這些研究需待進一步的臨床實驗。

3 TLR信號通路

Toll樣受體(TLR)是一種可調節病原體識別并激活先天免疫，同時激活并放大多種組織的炎癥反應的模式識別抗體。TLR識別相應的病原體后，在MyD88依賴性的信號轉導過程中，可激活核因子-κB(NF-κB)，激活的NF-κB移位到細胞核，與特異性序列結合，誘導相關炎性因子的轉錄，產生大量TNF-α、IL-1β、IL-6等炎性因子，誘導免疫反應，殺傷病原體。在細胞實驗中顯示，Lin等研究發現脂多糖刺激人肺內皮細胞A549后凋亡因子增強，Fas/FasL信號上調，細胞內活性氧(ROS)和活性氧介導的NF-κB的活化和炎癥細胞因子的釋放，參與急性肺損傷[14]。Lopez等研究者發現肺組織內皮細胞的NF-κB的表達量增加可加重肺組織的損傷程度，且肺組織的炎癥損傷與細胞凋亡相關[15]。在動物實驗中，Kim等研究發現脂多糖誘導小鼠可增加基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)的表達，可上調急性肺損傷肺泡灌洗液的TNF-α、IL-6、NO和NF-κB的磷酸化表達水平[16]。Xiao等研究發現脂多糖可增加小鼠肺組織的NF-κB的磷酸化水平和NF-κB與DNA結合活性，同時增加肺泡灌洗液的TNF-α、IL-1β、IL-6的表達水平[17]。總之，TLR信號通路在器官和組織炎癥損傷中具有重要意義。出現肺損傷時TLR信號通路中的相關分子，如NF-κB可明顯激活，從而增加體內外的炎性細胞因子的水平。肺損傷中靶向TLR信號通路相關藥物的臨床應用還未報道。抑制TLR信號通路減輕微生物引起肺組織炎癥的臨床實驗仍需進一步研究。

4 STAT3信號通路

STAT3是一種信號轉導和轉錄激活的胞質蛋白，可由多種細胞因子或生長因子誘導，活化的STAT3蛋白進入細胞核，結合于靶基因DNA調控區，調控包括TNF-α、iNOS和IL-6等基因的啟動子區域的特定的核苷酸序列誘導基因的表達，參與細胞的免疫調節等生物學過程。Zhao等研究發現拮抗STAT3時可抑制巨噬細胞和急性肺損傷模型肺泡灌洗液細胞的信號轉導及轉錄激活因子3(STAT3)的激活，而可減輕炎性程度，表明STAT3信號通路參與急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征的發病機制[18]。Li等研究者發現大鼠ARDS時，可激活STAT3分子，肺組織的IL-2、IL-6、IL-10和IL-17的分泌明顯增加[19]。Carnesecchi等研究發現肺泡上皮細胞的NOX1通過STAT3信號通路調節小鼠呼吸窘迫綜合征的病理生理過程[20]。以上結果表明，STAT3信號通路的激活參與肺損傷導致的炎癥反應，但是否拮抗該分子的表達可抑制炎癥反應的發生，需要進一步研究來闡明。

5 Wnt/β-catenin通路

Wnt是一個分泌蛋白家族并調控不同的發育過程 。Wnt蛋白通過自分泌或旁分泌作用與位于細胞膜上的受體相結合，激活細胞內信號通路調節靶基因的表達，對細胞的增殖、分化、遷移、極性化和凋亡起到重要作用。Wnt/β-catenin信號通路的激活可促進小鼠骨髓來源的間充質干細胞分化成Ⅱ型肺泡上皮細胞而抵抗肺臟的氧化應激[21]。同樣地，Cai等研究發現通過過度表達小鼠骨髓間充質干細胞的β-catenin來激活Wnt/β-catenin通路可改善呼吸窘迫綜合征時的上皮細胞的損害[22]。而Li等研究發現脂多糖可激活大鼠肺泡巨噬細胞的JNK信號通路而抑制Wnt/β-catenin信號通路誘導急性肺損傷[23]。結果表明激活該信號通路可改善肺泡上皮的通透性，進一步減輕肺部急性炎癥損傷。

6 HIF2α

低氧條件下，人體存在著一類介導低氧適應性反應的轉錄因子，能激活許多低氧反應性基因的表達而維持氧穩態，成為低氧誘導因子(HIF-2)。血管內皮細胞鈣黏蛋白(VE-cadherin)是一種維持血管內皮細胞完整性不可少的物質。Silva等研究發現缺氧誘導急性肺損傷中的HIF2α信號激活，降低VE-cadherin的磷酸化，從而維持黏膜連接的完整性，減弱黏膜通透性，減輕急性肺損傷[24]。Gong等研究發現HIF2α激活可增加血管內皮蛋白酪氨酸磷酸酶(VE-PTP)的表達，減少VE-cadherin的磷酸化，增加黏合鏈接的完整性，阻止內皮屏障功能的損失[25]。結果表明HIF2α增加內皮細胞屏障的完整性，部分通過VE-PTP表達和血管內皮細胞鈣黏蛋白維持血管粘膜的完整性，減弱急性肺損傷。因而，HIF2α可能會成為肺損傷治療的靶點。尋找針對HIF2α的藥物有望治療急性肺水腫，但仍需進一步的臨床實驗以證實。

總之，目前研究認為急性呼吸窘迫綜合征時各種肺內外致病因素通過激活相關信號轉導通路和分子產生廣泛的損傷作用，如炎癥反應、細胞凋亡、微循環障礙、肺泡水腫液的清除等。有關肺損傷的信號通路的研究大都是PI3K/Akt/mTOR信號通路、p38MAPK和ERK信號通路、TLR信號通路、STAT3信號通路等幾種信號通路，但亦有研究發現，VEGF信號通路[26]，apelin-APJ信號通路[27]參與了ARDS時肺血管通透性及肺水腫的發生，但目前相關的研究仍較少，尚需進一步的研究。ARDS發生機制并不能用單獨的信號通路來解釋。肺損傷發生時可能會出現多種信號通路的激活或多種信號通路相互作用發生“串話”導致炎癥反應。干預肺損傷的潛在的信號通路有助于在未來的研究中找到更多防治ARDS的突破點。

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吉林省科技廳白求恩基金項目(3D516M853430)

*通訊作者

1007-4287(2017)09-1457-04

2016-12-05)