内毒素急性肺损伤相关标志物变化的研究



内毒素急性肺损伤相关标志物变化的研究

作者单位:646000 四川 泸州，泸州医学院附属医院临床医学院(刘洪恩)；成都军区总医院全军普外中心(汪涛)

刘洪恩(综述)，汪涛(审校)

[关键词]急性肺损伤；内毒素；标志物；综述

急性肺损伤(ALI)是直接或间接致伤因素导致肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞损伤，造成弥漫性肺间质和/或肺泡水肿，导致的急性低氧性呼吸功能不全。以肺容积减小、顺应性减少、通气-灌注比例失调(死腔增加)为病理生理特征，临床上表现为进行性低氧血症和呼吸窘迫。X线表现为两肺渗出性病变，氧合指数(动脉氧分压PaO2/吸入氧分数FiO2)<300[1]。其发展至严重阶段(氧合指数<200)被称为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。ALI/ARDS的发病机制复杂，目前认为是核转录因子-κB(nuclearfactor of kappa B，NF-κB)对重要的细胞因子表达调控，激活大量的炎性因子和抗炎因子，导致中性粒细胞的聚集及细胞的凋亡。同时，C反应蛋白(CPR)、肺泡表面活性物质(SP)、凝血和纤溶系统也发生相应的变化，最终导致肺损伤。而内毒素作为致ALI/ARDS的重要致病因子[2]，与全身炎症反应(SIRS)的恶化和患者预后关系密切。因此，本文就内毒素肺损伤相关标志物变化做一综述。

1内毒素结构与肺损伤的关系

1.1内毒素基本结构内毒素(ET)是革兰阴性杆菌外膜成分之一。而脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)作为ET的重要成分，它由O抗原、核心多糖及脂质A三种成分组成，现已将ET和LPS视为同一物质[3]。

1.2内毒素与肺损伤的关系LPS的识别是通过宿主几个细胞内信号转导途径启动的。最近的研究已经证明，宿主细胞识别LPS主要由一个膜结合的CD14或可溶形式介导的，LPS需要血清因子、LPS结合蛋白(LBP)的共同参与来结合CD14。LPS-LBP复合物结合至CD14触发多种信号转导，包括核转录因子NF-κB的激活[2]。当受到多种刺激激活，NF-κB便转位到细胞核中，在此它与DNA结合促进产生许多炎性因子。通过正负反馈等多种调节方式，还能和其他转录因子相互作用，这些机制保证了炎症反应的扩大和持续，使机体发生ALI。

2 NF-κB在ALI/ARDS中活化及调节

NF-κB是一种具有基因转录调节作用的蛋白质，能够与许多基因上启动子区域的固定核苷酸序列结合，发挥启动基因转录的作用，是细胞因子和炎症介质调控的关键因素。目前多数学者认为，肺部或全身失控的炎症反应是ALI/ARDS的主要发病机制[4]。

典型NF-κB组成为p50/p65异源二聚体，而p65具有反式激活区，可通过与靶基因转录元件相互作用而促进其转录，在启动基因转录中起主要作用。NF-κB携带有核定位信号，一般通过IκB抑制蛋白隔离在细胞质中，挡住核定位信号，从而防止NF-κB进入细胞核。

当内毒素刺激，LPS结合的细胞信号活化暴露，TNF-α或IL-1β结合到细胞表面受体，IκB的抑制作用被解除，NF-κB被激活，进入细胞核内，开启和调动多种重要的细胞因子，包括趋化因子和黏附分子的表达[5]。而NF-κB核易位增加，启动TNF-α的表达，TNF-α与LPS反过来又共同调节效应细胞NF-κB的活化。LPS还可通过激活NF-κB，增加诱导TNF-α、IL-1、IL-13等细胞因子的释放，从而引起瀑布效应导致炎症反应过度表达[6]。

3ALI/ARDS炎性介质、中性粒细胞、C-反应蛋白及肺泡表面活性蛋白的变化

3.1促炎因子一个在ALI早期阶段最具生物活性的细胞因子是IL -1β，通过其血浆水平的升高可估测患者临床预后。作为肺纤维化强诱导剂，它还可引起各种炎性细胞、趋化因子的释放，如巨噬细胞炎性蛋白(MIP-1a)、单核细胞趋化蛋白(MCP-1)、IL-6和IL-8[7]，随后招募炎症细胞进入肺泡腔。此外,IL-1β可以改变内皮细胞-上皮细胞屏障的通透性和液体转运，导致水肿(通过avb5/b6整合素通路部分介导)[8]。

另一个早期促炎因子是肿瘤坏死因子(TNF-α)，高的血浆TNF-α已经在高危的败血症患者报道[9]。ARDS患者中血浆TNF-α升高，据推测，可能是肺泡巨噬细胞通过识别病原体来刺激产生大部分早期的细胞因子(如IL-1β和TNF-α),这又刺激邻近细胞产生许多趋化因子，介导招募中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞进入肺泡腔。TNF-α也被证明是通过产生活性氧来促进肺水肿，进而减少ENaC和Na+-K+-ATP酶的表达[10]。

IL-6是参与ALI的另一个细胞因子，在ARDS患者的血浆和支气管肺泡灌洗液(BALF)是升高的，可能其与预后不良有关。IL-6是B细胞分化和成熟的关键,参与免疫球蛋白分泌、细胞毒性T细胞分化、巨噬细胞、单核细胞的功能和产生急性期的蛋白质。

IL-8被证实也是一种促炎因子，可预测ALI患者不良后果。IL- 8具有嗜中性粒细胞、单核细胞趋化和抑制中性粒细胞凋亡的作用，其水平的高低与中性粒细胞数和BALF中总蛋白数相关(一个肺泡屏障通透性的替代指标)[11]。

3.2抗炎因子其他抗炎因子，如IL-10 、转化生长因子-β(TGF-β)、IL-13和IL-4、IL-10，在内毒素急性肺损伤过程中，是通过其抗炎行动发挥预防作用，包括下调炎性因子、抑制TH1分化、抑制中性粒细胞和趋化因子的活化[12]。

IL-13是另一种多效性细胞因子，具有强效的抗炎性能。它主要由Th2型T辅助淋巴细胞、肥大细胞和B细胞产生，其调节巨噬细胞功能和减少炎症因子产生的作用与IL-4 相似[13]。

3.3中性粒细胞、C-反应蛋白(CRP)及肺泡表面活性蛋白的变化中性粒细胞(PMNs)的聚集是ALI时局部炎性反应的特征性标志，通过招募、黏附、迁移、活化、释放介质的损坏，以及细胞凋亡引起肺损伤。

在ALI的早期，PMNs被招募吸附到肺毛细血管，之后迁移到肺泡腔，在那里它们被激活释放细胞毒性物质，致毛细血管内皮细胞、肺泡上皮细胞的广泛损伤。招募肺微血管PMNs是ALI患者最早的事件之一[14]，PMNs通过变形和伸长从毛细血管迁移出来。然后由于PMNs表面上相应受体受到炎症介质刺激和细胞内信号传导分子离子(Ca2+)的激活后，PMNs的细胞骨架重新分布，导致PMNs硬化、减小和变形，进而大量PMNs聚集在毛细血管，外周血PMNs减少；释放中介物质，细胞的凋亡导致肺损伤[15]。

CRP作为一个常规的生物标志物，有助于判断机体目前的炎症反应状态。由于一系列疾病它都会升高，故特异性较低。Bajwa和他的同事在一项CPR的水平对于ARDS患者死亡率的影响研究中，发现高CRP水平与好的结局相关[15]。不幸的是，没有明确的答案解释这些发现，但推测高水平的CRP能引起中性粒细胞趋化和降低炎症反应[16]。

研究证明，肺泡表面活性蛋白A(SP-A)与ALI/ARDS发展有关。在ALI早期，血中SP-A浓度明显升高，因此，血液中SP-A浓度可以作为ALI早期诊断和预后的指标[17]。但有学者认为，ARDS患者循环中的SP-D和SP-A水平都是升高的，而肺部主要分泌SP-D，因此，其可以作为内毒素肺损伤程度相对特异性的生物标志物[18]。

4细胞凋亡与ALI/ARDS

细胞凋亡(apoptosis)作为一种重要的生理过程，也维持组织的稳态，保证细胞增殖之间的平衡发展，几乎所有的组织类型都存在。

细胞凋亡有两条信号传导途径：一是胞外途径，也称细胞表面受体死亡途径，像Fas和TNF-α等死亡配体与相应FasL、TNFR等死亡受体相结合；二是胞内途径，即线粒体被各种细胞毒性物质刺激释放细胞色素C[19]。

在LPS诱导小鼠急性肺损伤的肺上皮细胞中，可以发现Caspase-3的表达和活化[20]。Caspase-3是一个凋亡效应子，位于级联反应下游,是执行凋亡的中心蛋白酶[21]。一旦被上游的始动子激活，被激活后的Caspase作用于特异性底物随即发生级联反应，致细胞DNA断裂和核碎裂，那么凋亡就不可避免，所以Caspase-3又称为“死亡蛋白酶”。

5肺内凝血和纤溶系统的失衡

近年来研究[22]发现，LPS可直接激活内源性凝血因子Ⅻ，导致高凝状态和微血栓的形成。而急性肺损伤的患者单核细胞和内皮细胞在前炎性因子(如TNF-α、IL-1和IL-6)作用下，大量表达Ⅲ因子激活外源性凝血途径，形成大量凝血酶和纤维蛋白凝块。此外，凝血酶与TNF-α等细胞因子通过刺激血小板和内皮细胞产生大量纤溶酶原激活剂抑制剂1(PAI-1)，并激活凝血酶活化纤溶抑制物，抑制纤溶系统，还可使内皮细胞活化蛋白C和AT-Ⅲ生成抑制，降低抗凝作用。可见，肺内凝血和纤溶系统的失衡也可能是内毒素肺损伤的重要发病机制之一[23]。

6展望

ALI/ARDS的病死率高，在急性肺损伤危险因素中，革兰阴性杆菌感染位居首位，而LPS是其主要致病物质。现有研究认为，ALI/ARDS包括核NF-κB的激活，炎症反应的失衡、中性粒细胞的聚集及细胞的凋亡。同时，CRP、SP、凝血和纤溶系统也发生相应的变化，最终导致肺损伤。尽管ALI 疾病的病因多种多样，但内毒素在其中的作用最引人注目。随着ALI/ARDS作用机制的深入，对内毒素所致急性肺损伤作用机制的研究不仅具有临床意义，同时也为其他病因致急性肺损伤的研究提供了重要的理论参考。

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(收稿日期:2014-06-26)

文章编号1004-0188(2015)01-0102-03

doi:10.3969/j.issn.1004-0188.2015.01.044

中图分类号R 563.9

文献标识码A

通讯作者:汪涛，E-mail：watopo@163.com

基金项目:成都军区总医院院管课题(424121HE)