胸外傷合并肺損傷的免疫變化研究進展

何存裕 伍火志

遵義醫科大學第五附屬(珠海)醫院心胸外科，廣東省珠海市 519041

胸外傷(Chest trauma)約占所有創傷的10%，死亡率為10%～60%，隨著交通運輸業的不斷向前發展，胸部創傷的發生也越來越多見。常見的有肋骨骨折、肺挫傷或裂傷、連枷胸、心臟、大血管損傷等形式，會出現胸痛、胸悶、咳嗽、血痰、呼吸困難、發紺等癥狀，重者危及患者生命[1-2]，這些患者免疫功能往往會處于抑制狀態，再加上免疫調節失控，加重肺損傷的程度。本文就胸外傷引起急性肺損傷的免疫學機制、如何減輕肺損傷的肺保護免疫機制(Immune mechanisim)等進展進行綜述。

1 急性肺損傷免疫機制

急性肺損傷(Acute lung injury，ALI)和急性呼吸窘迫綜合征(Acute respiratory distress syndrome，ARDS)的特點是肺內炎癥反應過度，肺泡毛細血管屏障破壞和肺水腫導致氣體交換嚴重受損。肺損傷后的局部和全身炎癥反應包括：免疫受體的激活、各種炎癥介質的產生以及炎癥細胞向損傷肺的聚集等。Hong[3]利用小鼠肺挫傷模型，證明先天性免疫Toll樣受體2和4(TLR2和TLR4)介導了肺損傷的炎癥反應，其中肺組織中的骨髓源性以及非髓樣細胞都以特異性的方式參與了損傷后TLR依賴性炎癥反應，與氣道上皮細胞的凋亡以及凋亡基因表達的增加有關，這為肺挫傷的免疫治療提供特異性靶點。Lukas等人[4]通過研究豬嚴重創傷模型發現單核細胞的吞噬能力與它們的TLR2表達有關。單核細胞作為天然免疫的特異性效應細胞，在炎癥反應中起著至關重要的作用，利用其模式識別受體，特別是Toll樣受體(TLR)，識別病原體和/或病原體相關分子模式并組織清除。Jiurong Liang等人[5]認為2型肺泡上皮細胞(AEC2s)是成人肺中參與肺修復過程的干細胞，天然免疫受體Toll樣受體4(TLR4)和細胞外基質糖胺聚糖透明質酸(HA)在AEC2s上的表達對AEC2的更新、肺損傷的修復和纖維化程度的限制具有重要意義，表面活性蛋白C陽性的AEC2s中TLR4或其合成酶(HA合酶2)等的缺失都會導致更新能力受損、嚴重纖維化和死亡。

急性肺損傷患者體內大量多形核細胞(PMN)被激活，造成彌漫性肺泡損傷，包括肺泡上皮完整性喪失以及基底膜的脫落，隨著肺水腫和富含纖維蛋白膜的增加，肺動脈存在微血栓，導致嚴重毛細血管和內皮損傷[6]。在細胞成分中，中性粒細胞在介導ALI中起著重要作用。當中性粒細胞作用于感染/炎癥部位時，它們發揮各種有益的功能(如吞噬作用、活性氧和一氧化氮的產生以及溶解酶的脫顆粒)，在良好的免疫調節下，這些功能可以清除入侵的病原體。然而，當這些功能失調并指向其他正常宿主組織時，激活的PMN的聚集可能是有害的，最終導致損傷和器官損傷。在ARDS患者的肺組織和支氣管肺泡灌洗液中可以觀察到早期PMN積聚。活化的PMN的遷移和通過內皮細胞的過程是通過黏附分子調節的[7]。Annette Palmer等人[8]認為鈍性胸外傷可增強巨噬細胞的吞噬功能，而另一方面，肺部的高碳酸血癥可能會顯著促進PMN的清除。

還有一些學說認為，從基因分子學角度看，胸外傷等引起急性肺損傷(即急性呼吸窘迫綜合征)，由于高刺激反應導致肺泡腔縮小，氧化應激直接影響機體的免疫功能(Immune function)，導致組織損傷和DNA損傷，患者的肺組織修復需要酶促DNA修復機制的參與，以維持基因組的穩定性，從而有助于細胞的生存和內環境的穩定。這也為基因調節及免疫調節提供理論依據[9]。

補體的作用：Hoth等人[10]通過小鼠實驗發現在肺挫傷動物的支氣管細胞灌洗液中，C5a的水平在傷后24h內顯著升高，并在傷后持續72h，而且C5a的水平與凝血酶原水平呈正相關，證明凝血酶誘導的細胞活化是肺挫傷后細胞活化的主要途徑，表明凝血系統和補體系統之間的互相作用會誘導肺挫傷后的免疫啟動。

2 急性肺損傷的肺保護(Lung protection)免疫機制

2.1 分子及細胞學 主要介紹一些信號通路、干細胞、蛋白結構等。

2.1.1 PECAM1：急性肺損傷患者中，由于內皮損傷，導致肺泡毛細血管通透性增加，從而形成富含蛋白質的肺水腫。PECAM1是一種跨膜蛋白，屬于黏附分子免疫球蛋白超家族，表達于連接相鄰的內皮細胞處，在維持并恢復肺毛細血管屏障中非常重要。其通過調節炎癥反應、白細胞遷移和血管反應，減輕肺水腫，減少白細胞浸潤及改善低氧血癥[11]。通過調控PECAM1也為肺損傷的靶向治療提供一種思路。

2.1.2 Wnt信號通路：Wnt信號通路由一個高度進化保守的分泌糖蛋白家族組成，它觸發許多信號通路，這些信號通路控制細胞增殖、分化和遷移等過程。Wnt信號通過基質金屬蛋白酶(MMPs)以及其他基因產物如細胞周期蛋白D1(cyclin D1)和血管內皮生長因子(VEGF)刺激肺組織重構。McCauley等人[12]的實驗證明Wnt信號是小鼠和人誘導的多能干細胞的有效調節因子，這些祖細胞可以分化為內皮細胞和血管平滑肌細胞。因此，Wnt信號可以被利用，使干細胞作為自我更新的肺上皮細胞和內皮細胞進行增殖。利用Wnt信號通路途徑有助于早期肺修復，對肺組織的抑制作用減弱，減緩肺損傷，改善肺功能，促進肺泡上皮細胞表面標志物的表達，其傳導功能下降與肺損傷修復受損密切相關。

2.1.3 間充質干細胞(Mesenchymal stem cells，MSC)：MSC作為一種具有多向分化潛能以及自我更新能力的一種干細胞，在肺損傷的修復方面起到了重要的作用。Willis等人[13]通過小鼠實驗發現骨髓間充質干細胞所產生的外分泌體(MSC-exos)可以使肺組織細胞重塑，改善肺功能，肺血管重塑減少，肺動脈高壓改善，并減輕肺纖維化，減輕肺挫傷。其作用機制與肺巨噬細胞的調節有關。通過對肺mRNA測序發現，MSC-exo治療對高氧環境下誘導的炎癥和免疫反應相關的基因表達具有多效性作用。在體外和體內，MSC-exos調節巨噬細胞表型，抑制促炎狀態并增強抗炎狀態。Zhonghua Lu等人[14]通過小鼠實驗發現MSCs可以通過旁分泌肝細胞生長因子(HGF)誘導樹突狀細胞(mDCs)分化為調節性樹突狀細胞(DCregs)，其特征是MHCII、CD86、CD40分子低表達，吞噬功能強，并能抑制T細胞增殖。MSC降低了肺樹突狀細胞聚集和成熟，減輕了肺病理損傷，減輕了早期肺損傷。而肝細胞因子誘導的mDCs分化為DCregs的機制與Akt通路的激活有關。

2.2 藥物對肺保護的免疫機制 主要介紹有糖皮質激素、抗凝劑、中草藥制劑以及其他藥物等一些研究成果。

2.2.1 抗凝劑：肺泡巨噬細胞在急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的發生、發展中起關鍵作用，調節肺部炎癥反應和凝血級聯反應。抗凝劑可能有助于ARDS的治療。Chimenti等人[15]通過建立LPS誘導的急性肺損傷(ALI)動物模型中進行研究，通過分析肺組織、支氣管肺泡灌洗液(BALF)和肺泡巨噬細胞，發現在肺組織中，霧化肝素通過減少促凝(組織因子、凝血酶—抗凝血酶復合物、纖維蛋白降解產物)和促炎癥(白細胞介素-6、腫瘤壞死因子-α)途徑減弱ALI。在肺泡巨噬細胞中，霧化肝素可降低促凝基因的表達，降低轉化生長因子β和核因子κB的作用。肝素霧化吸入可部分通過調節肺泡巨噬細胞，減輕肺部凝血和炎癥反應。

2.2.2 糖皮質激素：糖皮質激素對嚴重肺挫傷患者炎性細胞因子有抑制作用，降低過激的免疫反應，抑制炎癥介質如IL-6、TNF-α的產生, 可降低肺挫傷后肺血管的阻力, 改善肺組織的微循環, 減少肺挫傷面積，減輕細胞內水腫和肺間質水腫[16]。Du等人[17]研究通過實驗分析表明，同時給予常山酮和地塞米松可顯著降低促炎性細胞因子的水平，并增加抗炎細胞因子的水平。此外，通過免疫熒光測定發現，兩者通過抑制脂多糖(LPS)誘導的人肺泡上皮細胞和肺組織中P65的磷酸化，有效地降低核因子 -κB的活性，緩解LPS誘導的急性肺損傷，減輕肺纖維化，減輕肺血管周圍炎癥、肺泡充血和水腫的程度。Mokra等人[18]通過對動物進行布地奈德氣道給藥，觀察實驗組和對照組肺組織形態學變化以及肺細胞凋亡情況，同時測定炎癥和肺損傷標志物(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、IFNγ、esRAGE、caspase-3)的變化，發現布地奈德可抑制炎癥和肺損傷標志物的產生，減輕肺水腫，降低肺濕/干重比，降低肺炎性細胞浸潤和上皮細胞凋亡，并降低肺和血液中促炎癥標志物的濃度，改善肺功能。

2.2.3 中藥制劑：近年來中藥制劑對急性肺損傷的肺保護作用越來越受到關注。比如連芩解毒劑是一種中藥，臨床上常用于抗病毒。有研究證實其對急性肺損傷有改善作用，Guiming Deng等人[19]發現連芩解毒劑對LPS誘導的炎癥大鼠具有保護作用，原理是通過阻斷肺組織TLR4/NF-κBp65信號的激活，抑制TLR4和NF-κBp65的表達，降低細胞因子TNF-α和IL-6水平，減輕肺損傷。唐松草屬科植物是一種藥用植物，Rentsen Badamjav等人[20]通過實驗發現其可提高LPS誘導肺損傷小鼠的支氣管肺泡灌洗液中超氧化物歧化酶(SOD)活性，降低TNF-α、IL-1β及NO的釋放，其原理可能與mapks p38-nlrp3/caspase-1信號通路、cox2信號通路、ampk-nrf2/keap信號通路以及細胞凋亡和自噬相關的氧化損傷機制有關。

2.2.4 其他藥物：比如一些氧自由基清除劑，可以降低LPS誘導的細胞內白細胞介素-6(IL-6)的產生和環氧合酶-2(COX-2)的表達，明顯減輕LPS所致的肺損傷，包括肺組織學異常、多形核白細胞(PMN)浸潤和外滲等[21]。還有一些血管舒張劑，如卡維地洛，通過選擇性阻滯α-1腎上腺能受體而擴張血管，研究[22]發現其通過降低活化核因子κB(NF-κB)表達，顯著降低肺組織中促炎性細胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6、轉化生長因子(TGF)-β1和單核細胞趨化蛋白(MCP)-1的水平，降低丙二醛(MDA)、羰基蛋白、髓過氧化物酶(MPO)和一氧化氮(NO)水平，通過抑制炎癥和氧化應激雙重作用來減輕肺損傷。

3 總結

胸部外傷只是導致急性肺損傷的其中一種形式，肺損傷的免疫學機制復雜，機體內各種細胞因子分泌變化規律受許多因素影響，可能和創傷程度、傷后不同時段、患者年齡、受傷部位等因素有關，故臨床上患者得到及時治療可減輕應激反應的過強表現，減緩病情發展，穩定機體免疫系統[23]。以上一些減輕急性肺損傷有關的免疫學方面研究成果值得我們去思考和總結，對臨床治療有著重大意義，未來相信隨著免疫機制研究的深入會有更有效的治療方法。