膽堿能抗炎通路在內毒素性急性肺損傷中的信號轉導機制①

于 淼 黃澤清 （中國醫科大學腫瘤醫院，遼寧省腫瘤醫院麻醉科，沈陽110042）

急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是一種常見的多病因疾病，常伴有廣泛的肺泡-毛細血管屏障損傷，主要以嚴重的低氧血癥和肺水腫為特征，且可進展為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory dis?tress syndrome，ARDS），死亡率較高［1］。盡管人們對這種復雜的危重病認識和治療有了很大進展，但尚無有效、具體的藥理學治療方法。本綜述將整理膽堿能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory path?way，CAP）對內毒素所致的ALI 信號轉導機制，并提供大量證據表明α7 煙堿型乙酰膽堿受體（alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor，α7nAchR）可能是開發相關細胞保護藥物的關鍵，為其提供新策略。

1 內毒素性ALI

內毒素性ALI是備受科研及臨床工作者關注的肺部疾病之一，目前研究主要集中于抗炎、抗氧化、和遺傳方面［2-4］。內毒素從破裂的細菌中釋放，激活免疫系統，產生促炎介質，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、IL-1β、IL-6 等，CAP 在調節該炎癥反應中可能發揮重要作用［5-6］。ALI發病機制的另一核心是產生活性氧（ROS）。肺內多種細胞類型，包括內皮細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、肺泡巨噬細胞和肺泡上皮細胞，是主要的ROS產生者［3，7］。ROS產生影響促炎細胞信號轉導途徑，多種藥物已被證明可減輕ALI嚴重程度，在多個動物模型中突出了ROS 在ALI 病理生理學的中心位置［8-9］。

2 CAP

CAP 是ALI 的保護機制之一，通過乙酰膽堿阻止部分細胞因子生成和釋放發揮抗炎作用［10］。迷走神經傳出纖維終止于脾神經起源的腹腔神經節和腸系膜上神經節，脾神經釋放去甲腎上腺素，激活表達膽堿乙酰轉移酶的CD4+T 細胞釋放乙酰膽堿，支配肺、肝臟、腎臟等內臟器官［11］。組織損傷或病原體入侵時，部分乙酰膽堿作用于巨噬細胞細胞膜上的α7nAChR，調節細胞內信號傳導，主要包括抑制NF-κB 和激活JAK2/STAT3。此外，研究認為部分乙酰膽堿作用于線粒體細胞膜上的α7nAchR，抑制線粒體DNA 釋放，進而抑制炎癥小體激活，并削弱促炎細胞因子產生［11-12］。

2.1 迷走神經 肺遠端氣道由迷走神經支配，通過 C 纖維調節肺部感染和免疫［13-14］。DALLI 等［13］切斷小鼠右側迷走神經后，觀察到腹膜第3 組固有淋巴細胞數減少，腹膜乙酰膽堿水平明顯降低，巨噬細胞對細菌感染的敏感性改變，而左側迷走神經干破壞并未顯著改變對大腸桿菌感染的免疫反應。LIN 等［14］用油酸誘導兔 ALI，激活迷走神經 C 纖維傷害性感受器，迷走神經激活可抑制膿毒癥動物模型急性炎癥反應，但RANA等［15］提出，迷走神經刺激未能降低膿毒癥幸存小鼠再次感染的血清TNF-α 水平，其原因可能為幸存小鼠先天性免疫應答減弱。由于迷走神經功能可通過手術切除或藥理學調節，因此對膿毒癥幸存患者進行這種治療可能代表一種預防其隨后感染的新方法。

2.2 α7nAchR 由脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘發的肺部炎癥反應中，α7nAchR 激活可能減少小鼠肺泡巨噬細胞MH-S 浸潤，減輕彌漫性肺損傷、肺泡塌陷、肺間質水腫等［2，10］。最近 ZHAO 等［10］用α7nAchR 激動劑 PNU-282987 促進 LPS 誘導的 ALI體內和體外保護性自噬，降低Beclin-1、LC3-Ⅱ/Ⅰ、p-mTOR/mTOR 等水平，促進 p62、ATG5、Bcl-2 表達。另外，鮮有研究證明中樞α7nAchR 對膿毒癥反應的進程和預后具有潛在影響，REN 等［6］研究發現，脾臟CD4+T 細胞功能在LPS 攻擊下被破壞，隨著輔助性T 細胞2 極化，表現出免疫抑制現象，但在大鼠側腦室注射PNU-282987后，可能激活中樞α7nAchR，緩解T淋巴細胞免疫抑制狀態，下調W/D和MPO水平，減輕內毒素性ALI癥狀，并顯著緩解膿毒癥大鼠多器官功能障礙，改善其結局，而用α7nAchR 選擇性拮抗劑治療則可加重病情。報道顯示，尼古丁激活α7nAchR 可增加肺炎鏈球菌所致肺炎小鼠模型的肺部炎癥［16］。通過芐基喹諾酮羧酸（BQCA）選擇性刺激M1 毒蕈堿型乙酰膽堿受體（muscarinic ace?tylcholine receptor，mAChR）可一定程度降低膿毒癥死亡率，并在M1mAChR 基因敲除小鼠中消除以上影響［17］。

2.3 脾臟 脾神經是兒茶酚胺能神經，可能是CAP 中迷走神經抑制炎癥反應所必需的［11］。脾切除術降低 IL-6、NF-κBp65 和 STAT3 表達，表明脾切除術抑制α7nAchR 途徑激活，消除迷走神經刺激和α7nAchR 激動劑抗炎作用，表明就迷走神經介導的抑制促炎細胞因子產生而言，脾臟可能是CAP 的關鍵靶器官［18］。與此同時，心臟可能作為免疫和神經系統的接口，在炎癥過程中影響心臟神經支配的“非神經性心臟膽堿能系統”存在已被假設，PLASCHKE 等［19］證明右心迷走神經可調節心臟乙酰膽堿含量，但在內毒素血癥時既不能改善也不能加重全身炎癥反應。

3 α7nAchR信號轉導通路與內毒素性ALI

3.1 NF-κB NF-κB 因 Toll 樣受體 4 刺激發生快速核轉位，是復雜炎癥網絡中的關鍵調節節點［20］。NF-κB通常被IκB（NF-κB 抑制蛋白）隔離于胞漿，但有研究表明，LPS 可誘導免疫炎癥細胞中IKK（IκB激酶）磷酸化IκB，導致IκB 降解并將細胞質NF-κB釋放至細胞核［20］。α7nAChR 激動劑在一定程度抑制 IKK 磷酸化 IκB 及 IκB 降解，阻斷巨噬細胞和 ALI動物模型中NF-κBp65 核易位可削弱HMGB1 釋放［2，20］。最近 MALDIFASSI 等［21］提出，被人類 CHR?NA7 基因編碼的與α7nAchR 亞基部分復制的人特異性dupα7 亞基可能減少人類迷走神經抗炎反應，對敗血癥患者單核細胞進行初步研究發現，dupα7亞基可明顯抑制尼古丁對炎癥的控制作用，引發由LPS 誘導的 NF-κB 活化和 TNF-α 產生，干擾膽堿能抗炎途徑。

3.2 JAK/STAT JAK/STAT 是膿毒癥發病機制中多種關鍵細胞因子的重要途徑［22］。STAT3在上游的JAK2 裂解及磷酸化后發生磷酸化，并與DNA 反應元件結合，可能對膿毒癥發揮負性調控作用［23］。DE JONGE 等［23］用尼古丁處理腹膜巨噬細胞，將STAT3 磷酸化，該過程可被JAK2 抑制劑AG490 破壞，進而減少 TNF、MIP-2 和 IL-6 釋放，但不降低IL-10 水平。PE?A 等［24］也證明 JAK2 抑制劑可阻止LPS 誘導的 STAT3 磷酸化，此外，AG490 可阻止 NF-κB 活化，調節巨噬細胞活化，調節肺和脾臟中TNF水平，并以濃度依賴方式保護小鼠免于致死性內毒素血癥。

3.3 Nrf2/HO-1 核因子-紅細胞相關因子2（nu?clear factor erythroid2-related factor，Nrf2）可與 sMAF蛋白異源二聚，并將抗氧化反應元件AREs 結合于靶基因調控區域，可能參與調節氧化應激、異源代謝和排泄、炎癥、細胞凋亡、自噬和細胞生物能量等生物學功能［25-26］。與野生型小鼠相比，非致死劑量的LPS 誘導Nrf2 基因缺陷小鼠肺部炎癥，表明Nrf2對內毒素性ALI 具有保護作用［8］。血紅素氧合酶-1（heme oxygenase 1，HO-1）減少LPS誘導的NLRP3炎癥小體、HMGB1 及各種炎癥細胞因子釋放，可能是Nrf2下游抗氧化細胞保護蛋白之一［27-28］。

目前關于Nrf2/HO-1 在膿毒癥中應用研究較多，但與CAP 作用機制的關系還有待探索。TSOYI等［9］提出尼古丁刺激α7nAchR可減輕巨噬細胞炎癥反應，并通過HO-1 改善膿毒癥動物模型存活率。尼古丁以劑量和時間依賴性方式顯著上調HO-1 表達，可能為其削弱LPS 誘導的炎癥反應奠定基礎。尼古丁通過Ca2+依賴性機制激活巨噬細胞中的PKC，并導致巨噬細胞中ROS 增加。ROS 產生可激活多種信號分子，包括MAPK、NF-κB 和PI3K，PI3K抑制劑可消除尼古丁對巨噬細胞HO-1 的誘導作用，因此提出尼古丁介導的HO-1 表達依賴于PI3K/Akt/Nrf-2信號傳導。WEDN 等［29］發現，α7nAChR 抑制劑MLA 或HO-1 抑制劑ZnPP 可破壞尼古丁對內毒素性急性腎損傷的保護作用，預先使用膽紅素可降低內毒素血癥相關死亡率，證明尼古丁通過α7nAchR/HO-1 途徑改善內毒素性大鼠生存能力。α7nAchR/PI3K/Akt/Nrf-2/HO-1 在內毒素性 ALI 中的作用有待進一步研究。

4 總結

盡管對ALI 的認識有所提高，但多個領域仍有待發展，內毒素性ALI 仍然是ICU 高死亡率和巨大經濟負擔的主要原因。目前，內毒素性ALI 引發的難治性多器官功能障礙和持續的免疫抑制缺乏有效的以減輕多器官損傷和調節免疫功能為目的的治療方法，隨著研究深入，臨床醫生才能推進對這些危重患者的干預與治療。因此，進一步確定內毒素性ALI中CAP的信號轉導機制可能為其治療提供更精確的理論基礎，也為個性化治療提供更有效的方案。