细胞因子及炎性介质在急性呼吸窘迫综合征中的作用研究进展

　　作者：崔青松，金明根 作者单位：延边大学附属医院 呼吸内科，吉林 延吉 133000

　　【关键词】 炎性介质;内皮缩血管肽1;呼吸窘迫综合征,成人

　　急性肺损伤是各种致病因素，如创伤、感染、缺血再灌注及烧伤等导致的急性进行性呼吸衰竭，严重的急性肺损伤被定义为急性呼吸窘迫综合征.急性肺损伤及急性呼吸窘迫综合征的病理基础是全身炎症反应综合征,本质是过度的炎症反应，其中不仅有炎症介质的过度释放，亦有内源性抗炎介质的释放异常[1].因肺组织中细胞种类丰富，且有毛细血管网和全身最多的内皮结构，肺循环接纳全部体循环血液，其中的各种有害因子和介质可与肝组织充分作用，因此易造成急性呼吸窘迫综合征[2].急性呼吸窘迫综合征的发病机制较复杂，研究结果表明大量炎性介质和细胞因子在急性呼吸窘迫综合征发病中起着关键性作用.

　　1 细胞因子在急性呼吸窘迫综合征中的调控

　　1.1 TNFα TNFα被认为是引起急性呼吸窘迫综合征的重要的细胞因子，急性肺损伤时TNFα主要来源于肺泡巨噬细胞.TNFα可激活损伤的中性粒细胞、内皮细胞及血小板等，进一步释放氧自由基、脂质代谢产物及溶酶体酶等介质,形成逐级放大的瀑布样连锁反应，诱导组织细胞损伤，引起急性呼吸窘迫综合征.内毒素(即脂多糖，LPS)诱导肺泡巨噬细胞的核因子KB (NFKB)活化，导致TNFα基因表达增强，IL10和外源性一氧化氮可抑制NFKB活化而减少TNFα释放[3].TNFα是创伤或感染后机体最早产生的多功能细胞因子之一，TNFα介导毛细血管内皮细胞损伤，破坏毛细血管内皮细胞的屏障功能，增加肺毛细血管通透性，刺激内皮细胞释放大量组织因子，同时抑制纤溶活性，降低毛细血管的抗凝功能，导致微血栓形成.TNFα可动员、趋化、黏附、聚集及激活中性粒细胞，并可动员骨髓白细胞进入血液循环.内皮细胞受TNFα刺激时可释放细胞间黏附因子1、E选择素1、L选择素1和血管细胞黏附因子1等黏附因子.TNFα可增强中性粒细胞的吞噬能力，促进中性粒细胞脱颗粒和释放溶酶体，增强中性粒细胞呼吸爆发，产生大量的自由基.TNFα可促使中性粒细胞产生大量脂质代谢产物，引起微血管舒张收缩异常和微血栓形成.TNFα不但参与急性呼吸窘迫综合征的发病过程,而且损害肺泡表面活性物质系统.崔社怀等[4]报道，急性呼吸窘迫综合征大鼠支气管肺泡灌洗液中磷酯酰乙醇含量显著升高，导致肺泡表面活性物质系统功能受损,且这种变化与TNFα水平变化呈正相关.

　　1.2 IL1β 与TNFα相似，肺内IL1β也出现在急性呼吸窘迫综合征早期，是肺损伤中另一个具有重要作用的介质.Jacobs等[5]报道，急性呼吸窘迫综合征患者肺泡巨噬细胞被激活后，可自发地释放IL1β.IL1β可刺激前列腺素的释放，增加胶原酶的合成，亦可引起多种炎性因子的产生和释放，如上皮细胞中性粒细胞活化因子78、甲基受体趋化蛋白1、巨噬细胞炎症蛋白1及IL8等[6].IL1β可与TNFα协同作用，增加血管内皮通透性，加重肺损伤.此外，IL1β可激活细胞分泌特异性黏附因子，诱导多种炎性细胞因子在肺内聚集[7].罗显荣等[8]报道，急性呼吸窘迫综合征患者血清和支气管肺泡灌洗液中IL1β水平明显高于正常人，提示IL1β在急性呼吸窘迫综合征发病机制中具有重要作用.

　　1.3 IL6 IL6最初被认为是B细胞分化因子，现已知为具有多功能的细胞因子，可调节免疫反应、血细胞生成反应、急性期反应及炎症反应等.LPS，IL1可明显诱导和激活IL6核转录因子，刺激炎症细胞合成和释放IL6[9].IL6在体内的过度表达可促使B淋巴细胞增殖及分化，浆细胞增多，形成B细胞瘤[10].IL6受体由细胞膜表面释放进入血液，与TNFα和IL1β的受体不同.可溶性IL6受体是激动剂，当它与IL6结合并广泛分布在细胞膜上的gp130蛋白后，可促进IL6的释放.IL6可促使中性粒细胞释放大量的弹性蛋白酶，损伤肺组织，这可能是它诱发急性呼吸窘迫综合征的原因之一.多项研究结果表明，全身感染患者血清IL6水平与疾病严重程度相关，IL6可用于评价全身感染患者炎症反应的程度，可作为监测炎症治疗指标[11].急性呼吸窘迫综合征患者及高危病人的支气管肺泡灌洗液中的可溶性IL6受体含量明显升高，但IL6介导的细胞反应在急性呼吸窘迫综合征发生、发展中的作用机制尚不明确.

　　1.4 IL8 IL8主要由单核巨噬细胞产生，LPS，TNFα，IL1β可诱导单核巨噬细胞分泌IL8，参与急性呼吸窘迫综合征的发病.研究结果表明，IL8是介导中性粒细胞聚集的关键因子，是与中性粒细胞聚集在急性呼吸窘迫综合征患者肺内及体液中最有恒定关系的细胞因子[12].急性呼吸窘迫综合征患者血液和支气管肺泡灌洗液中的IL8水平明显升高，且在支气管肺泡灌洗液中IL8水平与中性粒细胞数量呈正相关，而血液中IL8水平与中性粒细胞数量呈负相关.IL8可增加L选择素白细胞黏附因子1的表达，促进整合素介导的中性粒细胞内皮细胞的黏附，有助于中性粒细胞的跨内皮移动.IL8呈剂量依赖性地刺激中性粒细胞脱颗粒,引起呼吸爆发，产生活性氧，激活花生四烯酸5脂氧化酶，产生白三烯，增加血管通透性，使血浆蛋白渗出.IL8参与细胞因子网络的级联反应，急性呼吸窘迫综合征患者早期产生的TNFα，IL1β可能诱导IL6，IL8的释放，而IL8又可诱导中性粒细胞产生IL1和IL1受体[13].

　　1.5 IL10 IL10是具有负向调节作用的细胞因子，可减轻炎性因子对肺组织的损伤作用[14]，在肺内主要由单核巨噬细胞、T及B淋巴细胞合成和分泌.IL10可抑制单核细胞产生一些前炎症细胞因子，包括IL1β，TNFα，IL8等，诱导IL1受体拮抗蛋白的产生.研究发现，IL10亦可减少TNFα mRNA的表达，此作用受蛋白激酶C活性的调节.Donnelly等[15]报道，死亡原因为急性呼吸窘迫综合征的患者在发病初期支气管肺泡灌洗液中IL10含量较低.

　　2 氧自由基

　　2.1 氧自由基的来源及生理作用 自由基的形成可分为外源性和内源性，外源性自由基主要为可进行氧化还原反应循环的醌类及硝基类等物质，此外药物氧化、吸烟、电离、光照、热辐射冲击、氧化谷胱甘肽及环境污染等外源性因素均可在细胞内形成自由基;内源性自由基为在生物体内代谢过程中自发地产生的自由基,主要为超氧阴离子.正常情况下,机体内所产生的自由基可参与有益于生命活动的某些环节.当肺组织受到毒素、细菌及损伤颗粒等有害物质侵犯时,吞噬细胞吞噬并杀死侵入机体的有害物质的主要机制即为它所产生的有毒的各种活性氧,构成机体防御系统的重要一环.

　　2.2 氧自由基参与急性肺损伤的可能机制

　　2.2.1 直接损伤作用 当肺组织受到大量毒素、细菌及损伤颗粒等物质侵犯时,吞噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞和上皮细胞等可释放出大量的前炎症反应细胞因子( PIC) ,如IL8，TNFα，IL1，IL2，IL6，IFNγ,PLA2及血小板活化因子等, PIC进一步激活中性粒细胞、肺泡巨噬细胞和内皮细胞等效应细胞,释放大量氧自由基.当呼吸爆发时,吞噬细胞所摄取物质的几乎全为还原O2 -·，而80%的O2-·又被歧化为H2O2 .O2-·和H2O2，再形成毒性极强的·OH; H2O2可在髓过氧化物酶的作用下转化为次氯酸等有害物质.氧自由基作为重要的炎症介质之一,自身可形成恶性循环,肺泡巨噬细胞和中性粒细胞被激活后可释放大量氧自由基 ,而氧自由基亦可使肺泡巨噬细胞和中性粒细胞在炎症区聚集和激活,进一步释放氧自由基和溶酶体酶等.在离体灌注肺模型和整体动物模型中均证实，氧自由基可损伤组织细胞的DNA、脂质、蛋白质及糖等生物大分子化合物,直接损伤肺泡上皮及肺血管内皮细胞,导致肺毛细血管痉挛,肺泡上皮细胞变性坏死,毛细血管渗漏,血浆及纤维蛋白自毛细血管渗透到肺泡,从而影响肺泡的气体交换功能.利用氧化剂产生系统(如嘌呤氧化酶灌洗兔肺)观察到，氧自由基可使中性粒细胞和肺泡巨噬细胞在炎症区聚集和激活,并释放溶酶体酶,损伤血管内皮细胞膜,导致内皮细胞层器质性损害,增加血管通透性,形成肺水肿[16] .

　　2.2.2 蛋白酶/ 蛋白酶抑制物系统失活 正常人体内存在多种蛋白酶抑制物,其中最主要的是α1蛋白酶抑制物(α1PI)和分泌型蛋白酶抑制物，蛋白酶抑制物基本上与蛋白酶保持动态平衡,保护肺组织.研究发现，急性呼吸窘迫综合征患者支气管肺泡灌洗液白细胞中中性粒细胞百分比高达70%.应用放射标记技术进行研究结果表明，发生急性呼吸窘迫综合征时中性粒细胞在肺组织内大量聚集和激活，释放氧自由基,一方面对肺产生损伤,另一方面使急性呼吸窘迫综合征患者支气管肺泡灌洗液中氧化的抗蛋白酶水平增高,提示氧自由基可使α1PI和分泌型蛋白酶抑制物氧化而被失去活性[17].另外,氧自由基可直接作用于α1PI基因,从而干扰其正常表达.同时,中性粒细胞和肺泡巨噬细胞在肺内聚集和活化,释放大量的弹性蛋白酶等水解酶,分解血管内皮细胞基质蛋白,降解胶原蛋白、多糖及纤维素等细胞骨架，造成细胞外基质及基底膜受损,肺功能降低，影响肺内气体交换功能,引起肺组织损伤.

　　3 内皮素1

　　内皮素1是由血管内皮细胞合成的血管活性肽，1988年由日本学者Yanagisawa等[18]首次从猪主动脉内皮培养液中获得，它不但是目前已知最强、最持久的缩血管活性物质，而且亦具有强烈的缩支气管效应，可刺激多种炎性介质释放，引起并加重气道炎症反应，是参与急性肺损伤病理生理过程中的重要介质.内皮素异构肽有内皮素1、内皮素2及内皮素3等，其中内皮素1的分泌量最多，作用亦最为明显.通常细胞内无存储的内皮素颗粒，当细胞受到刺激时，通过快速调节方式产生.健康人的血浆内皮素1含量低，平均为3ng/L，人血浆中的大内皮素1含量则较内皮素1高2.2～3.9倍[19].内皮素转化酶为内皮素合成的限速酶，控制着整个内皮素的产生，而人血管内皮细胞及肺上皮细胞均含有内皮素转化酶.内皮素通过与其受体结合而发挥生物学效应，现已知的内皮素有A，B，C的3种受体亚型.内皮素1的特异性受体主要分布于血管和气管平滑肌，通过与内皮素1结合可使气管和血管发生收缩反应，其反应机制为激活磷脂酶C，分解二磷酸磷脂酰肌醇产生三磷酸肌醇.三磷酸肌醇是小分子化合物，可进入细胞液内与内质网膜上的受体结合，引起受体变构，钙通道开放，使钙离子释放到胞浆中，致其钙离子水平升高，当内质网的钙离子储备枯竭后可激活细胞膜的钙通道，引起细胞外钙离子内流，使细胞内钙离子水平升高，当细胞内钙离子浓度升高到一定水平后，即可激活钙调蛋白，从而引起特定的生理效应.虽然内皮素1的血浆半衰期仅为1，2min，但由于结合后的内皮素1与受体分离非常缓慢，故内皮素1的收缩血管作用时间较长.内皮素B主要分布于血管内皮细胞和肺泡上，它对内皮素1、内皮素2及内皮素3具有同等亲和力，亦称为非特异性受体，内皮素与之结合可促进一氧化氮和前列环素2的释放和活化钾通道，使血管暂时性舒张.在气道的许多细胞，特别是气道上皮细胞含有大量的中性肽链内切酶，它可水解内皮素因子的两个肽腱，使其失去活性.肺组织既是内皮素1合成、分泌及代谢的重要场所，亦是其作用的重要靶器官.Langleben等[20]报道，急性肺损伤时血浆和肺组织中内皮素1含量均明显升高.内皮素1是目前所知唯一能作用于直径小于50nm的毛细血管的收缩血管物质,在调节微循环血流灌注方面起着重要作用.正常人肺静脉血中几乎不含有乳酸，但在急性呼吸窘迫综合征患者肺静脉中其含量却非常高，这无疑是微循环缺氧，尤其是微循环血管收缩的结果.动物实验结果表明，无论全身还是局部输注内皮素1均可导致明显的血浆白蛋白和液体外渗，引起Wister大鼠实验性急性呼吸窘迫综合征变化.内皮素1在肺内的收缩作用与体循环相反，使肺动脉收缩作用强于肺静脉，引起肺动脉高压.Mitaka等[21]报道，急性呼吸窘迫综合征患者内皮素1水平与肺动脉收缩压、平均肺动脉压和阻力系数(肺血管阻力与体循环血管阻力之比)密切相关.内皮素亦具有炎症效应，可诱导中性粒细胞聚集并释放弹性蛋白酶，激活肥大细胞，刺激巨噬细胞及单核细胞，导致花生四烯酸类炎性介质的释放和氧自由基的形成，在急性肺损伤发病过程中可能起着重要的作用.急性呼吸窘迫综合征患者发病6～12h时，肺组织内巨噬细胞迅速增多，且此现象持续时间较长，反馈作用使巨噬细胞产生更多的氧自由基，与内皮素的产生、释放和作用需要一定时间的观点相符.急性呼吸窘迫综合征是发病机制较复杂的重症疾病，细胞因子和炎性介质在它的发生发展过程中起着至关重要的作用，认为深入探讨其相互作用有助于阐明急性呼吸窘迫综合征的发病机制.

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