巨噬細胞與Wnt信號通路在海水吸入型肺損傷機制中的研究進展

趙家義 韓一平

1海軍軍醫大學附屬長海醫院全科醫學科,上海200433;2海軍軍醫大學附屬長海醫院呼吸與危重癥醫學科,上海200433

海水吸入型肺損傷 (seawater drowning induced acute lung injury,SWD-ALI)是指當海水進入肺內破壞了肺泡膜上皮屏障,肺泡腔被蛋白滲出充滿引起肺水腫,導致氣體交換障礙,表現為呼吸困難、低氧血癥和ARDS,甚至死亡[1]。炎癥反應是SWD-ALI發生發展中最為重要的因素之一,其中巨噬細胞等炎性細胞浸潤是重要的病理表現。肺泡巨噬細胞 (alveolar macrophages,AM)作為肺免疫系統的主要作用細胞和肺炎癥微環境的重要組成,不僅是急性肺損傷的主要屏障,也是肺組織修復的重要機制環節。Wnt/β-catenin經典途徑是Wnt通路參與組織重塑、細胞遷移及創傷修復的最主要途徑之一。該通路的激活能夠通過調節免疫,調節肺泡上皮細胞轉化及增殖而促進肺損傷修復。新近研究表明,AM 作為Wnt信號的重要來源,可能通過釋放某些信號來調節Wnt通路,進而參與SWD-ALI后的損傷修復過程,現綜述如下。

1 SWD-ALI與炎癥損傷

由于海水獨特的理化性質,SWD-ALI有其獨特的特點,具體表現為: (1)海水具有高Na+、高K+和高C1-濃度的化學特性,對肺組織產生更為強烈的刺激,故對肺損傷更為嚴重[2]；(2)海水具有高滲、堿性的特點,造成的肺損傷更易出現低氧血癥與酸中毒,從而導致ARDS發生[1]；(3)高滲性海水進入人體內,會引起機體高滲性脫水,導致患者內環境紊亂及血流動力學改變并危及生命[3]。

炎癥反應是SWD-ALI發病機制重要環節,其具體機制不明,但與其他類型肺損傷具有許多共性,即多種炎癥細胞浸潤 (中性粒細胞和巨噬細胞)和炎癥介質釋放 [如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-1β、IL-18、γ-干擾素等],引起血管通透性增強、肺水腫。動物實驗表明,SWD-ALI后炎癥細胞大量滲入到肺泡腔及肺間質,產生大量的炎癥因子,并激活各種信號通路如MAPK、NF-κB和p38等途徑,引起炎癥損傷的級聯放大效應,進一步加重肺損傷[4]。目前許多研究都認為SWDALI后肺泡毛細血管內皮細胞、中性粒細胞、AM 等多種效應細胞激活,引起肺內和全身性炎癥損傷,同時釋放大量炎 癥 因 子 如TNF-α、IL-1β、IL-18 及 血 漿 血 栓 烷B2等[5]。許多國內外學者在海水吸入后大鼠肺組織中發現胞漿內模式識別受體多蛋白復合物和NOD 樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3等多種炎癥小體可能參與了SWD-ALI,并且可能是引起瀑布式炎癥反應加重急性肺損傷的因素[6]。

2 AM 與SWD-ALI炎癥反應

AM 主要分布在肺泡腔內,占細胞總數的80%以上,是機體的第一道宿主防線,其可分泌大量細胞因子,是肺部炎癥微環境和炎癥反應最重要的調節細胞[7]。

2.1 AM 的吞噬作用 王炯等[8]認為巨噬細胞可以有效地吞噬凋亡的中性粒細胞,從而有助于消散急性肺損傷炎癥[8]。同時其因吞噬了中性粒細胞后表型發生改變,促炎因子的釋放減少,而抗炎因子的釋放增加并誘導生長因子的表達,緩解炎癥并促進組織修復[9]。國內外學者發現脂氧素、消散素D1、消散素E1和保護素D1可通過激活巨噬細胞吞噬作用來消解炎癥并激活抗炎信號通路,改善急性肺損傷的預后[10-11]。

2.2 AM 的趨化和分泌作用 巨噬細胞可介導CC 趨化因子配體2、7參與調節中性粒細胞遷移的重要炎性趨化因子CXCR2,使中性粒細胞數明顯降低并減輕肺損傷的程度[12]。Herold等[13]研究發現巨噬細胞分泌的IL-1ra可下調肺泡釋放中性粒細胞趨化因子巨噬細胞炎性蛋白2和上皮黏附分子1,減弱中性粒細胞的趨化作用,促進其凋亡。

2.3 AM 的極化作用 巨噬細胞的極化作用即在不同的信號作用下巨噬細胞可極化為不同的表型,從而發揮不同的作用,其一般分為M1 型和M2 型巨噬細胞,前者具有促炎作用,而后者具有抗炎及修復作用[14]。M1型可由脂多糖和γ-干擾素單獨或聯合誘導極化,能產生如TNF-α、IL-1β等促炎因子,促進炎癥反應和細胞毒作用,導致組織的炎癥損傷；M2型可由糖皮質激素、IL-4、IL-13等誘導,產生抑炎因子IL-10和轉化生長因子β,發揮抗炎作用,并促進損傷修復和組織再生[15]。M2型巨噬細胞根據激活條件可分為促進組織修復的M2a、M2c型和具有抗炎和促炎雙重功能的M2b型。M1型與M2型巨噬細胞在某種條件下可相互轉化,故提高M2 型巨噬細胞比例可顯著改善SWD-ALI炎癥程度并修復組織[16]。

上述研究表明吸入海水后,AM 在高滲海水刺激的條件下被激活浸潤肺組織并參與肺損傷的炎癥反應,其中M1型巨噬細胞可能會導致正常肺組織的炎癥損傷,而M2型巨噬細胞可以通過某些機制來減輕炎癥反應并參與修復。因此,探究AM 在SWD-ALI修復過程中的作用機制是整個肺損傷修復環節的關鍵點。

3 Wnt信號通路與SWD-ALI后組織修復

Wnt信號通路是由Wnt信號分子蛋白及其跨膜受體蛋白、胞質信號傳導蛋白、調節因子、核內轉錄因子等共同組成的復雜信號傳導通路,其與組織重塑、細胞遷移及創傷修復密切相關,還參與了肺部炎癥、修復及肺纖維化疾病的過程[17]。Wnt基因編碼的Wnt蛋白至今已發現19種,分為Wnt1和Wnt5a兩類。Wnt蛋白主要受體有括卷曲蛋白、脂蛋白受體相關蛋白LRP5/6以及Ror和Ryk家族等。Wnt信號通路有3 條途徑:經典Wnt信號途徑 (Wnt/β-catenin信號途徑)和2 條非經典途徑 (平面細胞極性途徑、Wnt/Ca途徑)[18]。

通過激活Wnt信號通路下游信號分子從而參與了急性肺損傷的修復保護過程。Cowan等[19]在脂多糖致肺炎癥損傷和肺水腫中發現激活Wnt信號通路可誘導Kruppel樣因子4活化,繼而調節血管內皮鈣黏蛋白表達,影響內皮細胞屏障功能。Zhu 等[20]研究證實Wnt/β-catenin 高表達則能促進細胞周期蛋白D1 轉錄,有利于支氣管上皮細胞層創面修復。此外,Volckaert 等[21]還發現激活 Wnt/β-catenin后能促進成纖維細胞生長因子釋放,后者在受損上皮的增殖和修復過程中起了重要作用。但亦有報道表明Wnt通路激活導致的成纖維細胞生長因子家族表達上調與肺纖維化有關,故探究Wnt通路在SWD-ALI后修復過程的作用機制就顯得尤為重要。

4 AM 與Wnt信號通路關系的研究進展

4.1 巨噬細胞是Wnt信號通路的來源 Wnt信號通路的受體和配體結合是激活Wnt/β-catenin的前提。Varol等[22]發現巨噬細胞在組織發育和損傷修復過程中起著關鍵的旁分泌功能,該功能可能是巨噬細胞激活Wnt信號通路的來源。巨噬細胞分泌介質激活Wnt信號通路可參與正常發育和疾病的發生發展過程。Jiang等[23]在檢測巨噬細胞相關核心基因組后發現了有關Wnt/β-catenin信號傳導的基因,并發現巨噬細胞因子Bach1 基因表達可以下調 Wnt/β-catenin信號傳導。Saha等[24]在敲除小鼠巨噬細胞中分泌合成Wnt蛋白的特異性Porcupine基因后發現Wnt信號通路表達降低,導致小鼠腸道上皮的放射損傷程度明顯增高。此外,Chakrabarti等[25]證實Notch配體Dll 1在乳腺干細胞中表達激活了巨噬細胞中的Notch信號通路,從而刺激了Wnt3、Wnt10a和Wnt16等Wnt信號通路分子的分泌。

4.2 Wnt信號通路參與調控巨噬細胞分化、遷移和功能 研究發現,Wnt5a、Wnt6和Wnt7a均會形成巨噬細胞的免疫應答。Wnt5a可產生具有抗炎作用的巨噬細胞表型[26]。Sheng等[27]發現激活Wnt/β-catenin通路可通過抑制靶基因PU1的表達而阻斷前體細胞向巨噬細胞分化的過程。研究發現,Wnt/β-catenin 通 路 可 通 過 促 進CXCL12 的 表 達、LRP5受體等方式調節巨噬細胞浸潤和遷移[28]。Wnt5a和Wnt7a 可分別通過非經典途徑以及降低CD14、CD11b、CD163和CD206等巨噬細胞表面分子表達來調節巨噬細胞的吞噬作用[29]。

4.3 AM 與Wnt信號通路之間的關系 最近有研究表明,表達CD11c 的AM 通過TFF2 依賴機制上調Wnt4 和Wnt16表達,從而促進損傷后的肺泡上皮細胞增殖和修復[30]。也有學者發現,因肺部損傷產生的巨噬細胞通過R-spondin蛋白家族RSPO3也可以激活Wnt信號通路[31]。但肺損傷后激活巨噬細胞上調Wnt信號通路的具體機制仍不明確,有待進一步研究。

5 展望

海水的特殊理化性質是SWD-ALI的特有因素；SWDALI后大量炎癥細胞浸潤肺組織并釋放炎癥因子激活相關信號通路,引起肺組織炎癥損傷及免疫反應。通過文獻閱讀和前期研究可以發現巨噬細胞和Wnt信號通路在SWDALI的修復過程中有著重要的作用,而兩者之間也存在一定的聯系和機制。因此,明確AM 在SWD-ALI后如何啟動募集與極化并激活Wnt信號通路參與修復機制需要進一步研究,這也為制定更為確切、精準化的SWD-ALI救治方案提供了思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突