炎症反应调控新机制神经系统胆碱能抗炎通路的调节作用

　　作者：王敏,孙炳伟 作者单位：江苏大学　临床医学院; 附属医院烧伤整形科， 江苏 镇江 212001

　　【关键词】 胆碱能抗炎通路; 乙酰胆碱; 炎症反应

　　炎症是机体对损伤性伤害的一种防御性反应。炎症反应主要由激活的巨噬细胞，单核细胞及其他免疫细胞所介导，适度的炎症反应对人体是有益的。但是当炎症过程中机体自身的调节能力失调，就会导致炎症的失控，使其发生级联的放大效应，导致更严重的自身损伤。例如创伤、大面积烧伤、大手术等强烈的刺激使机体产生过量的炎性因子，造成机体调节失衡，进而发展为全身炎症反应综合征或多器官功能障碍综合征(MODS)。

　　多年来人们一直在探索控制炎症的方法，以抑制炎症对机体的伤害，取得了很多成果。但是在以往的研究中人们把视线大部分都放在了体液因素对炎症的影响，对神经系统的抗炎作用了解甚少。随着对神经系统研究的深入，人们发现神经系统在炎症的发生发展中具有强大的调控作用，其中以迷走神经及其分泌的递质乙酰胆碱(ACh)所构成的胆碱能抗炎通路的研究最令人瞩目。

　　1 胆碱能抗炎通路(cholinergic antiinflammatory pathway，CAP)[1]的提出

　　20世纪初人们已经认识到了神经内分泌免疫网络在机体内环境稳定中的作用。随着大量炎性因子、细胞因子及趋化因子的发现，人们在内分泌调节功能方面又有了新的认识。但是对于神经系统对免疫调节方面的了解仍局限在下丘脑垂体肾上腺皮质轴上，而对神经系统直接调节免疫细胞的功能仍缺乏证据。Tracey等[2]研究发现副交感神经主要的神经递质ACh在体外能有效地抑制巨噬细胞释放TNFα等促炎因子，刺激传出迷走神经可有效地抑制脓毒症或全身炎症反应综合征的发展。Borovikova在2000年Nature发表的文章中首次提出了“胆碱能抗炎通路”的概念，为我们了解神经抗炎带来了新的思路。

　　1.1 胆碱能抗炎通路的定义

　　胆碱能抗炎通路[3]主要指当有致病菌侵入人体时,人体感受器感受到环境的变化后,引起神经的冲动增加,然后传到神经中枢，经过中枢神经对冲动的信号整合与分析后,激活迷走神经，引起外周迷走神经末梢释放抗炎递质ACh,随后ACh与免疫细胞上有a7亚单位的N型ACh的受体(a7nAChR)[4]结合，通过细胞内信号转导来抑制促炎因子的生成和释放，最终抑制局部或全身的炎症反应。胆碱能抗炎通路相对于体液调节来说具有快速、直接的抗炎特点，有相当重要的临床应用和研究价值。

　　1.2 胆碱能抗炎通路的主要神经递质ACh

　　1.2.1 ACh的分泌与降解

　　在外周，ACh主要由交感神经的节前纤维、副交感神经节前和节后纤维释放，它是维持基本生命活动的最重要递质之一。绝大部分Ach是在胆碱能神经末梢胞质内，在胆碱乙酰基转移酶(chAT)的催化下，由胆碱和乙酰辅酶A(AcCoA)合成。合成的ACh 80%存在于突触囊泡内。静息状态下囊泡自发地释放一定量ACh以维持局部电紧张。而当动作电位使神经末梢去极化时，囊泡释放的ACh量于瞬间增加5个数量级。ACh被释出后在突触间隙极快达到引起终板电位的阈值，当激活突触后受体后，又在毫秒级时间内被胆碱酯酶水解。

　　1.2.2 乙酰胆碱酯酶(AChE)

　　AChE是动物体内一种重要的酶,主要分布在神经细胞、神经肌接头、红细胞、血小板、巨核细胞等细胞中。在中枢及外周神经系统中,AChE的主要功能是催化水解阳离子ACh，参与维持胆碱能系统的生理功能。研究表明, 机体内各组织中的AChE具有相似的分子结构和免疫学性质,它们常与生物膜结合在一起,环境的pH 值及底物浓度的变化对与膜结合的AChE活性影响很大[5，6]。Machemer等[7]于1994 年提出,摄入CO后导致机体缺氧从而使神经变性,AChE活性降低。这样就减少了AChE对ACh的降解，使其作用更加持久。

　　1.2.3 ACh的抗炎机制[8]

　　ACh通过毒蕈碱型受体(M 受体)和烟碱型受体(N受体)发挥作用。这些受体的亚型(M型)和亚单位(N 型)的RNA存在于大量的淋巴细胞和其他免疫或可产生细胞因子的非免疫细胞上;这些细胞很多也能生成和释放ACh。ACh能够抑制炎症反应时促炎介质的释放，包括TNFα、白介素(IL)等。

　　TNFα主要由巨噬细胞和活化的T细胞产生，是局部和全身炎症反应所必需的调节因子。已有学者在体外实验中观察到ACh或其他拟胆碱药可抑制内毒素刺激引起的巨噬细胞大量释放TNFα,但ACh加入前后TNFα mRNA的表达无明显变化。用抗人TNFα单克隆抗体标记巨噬细胞，可观察到ACh抑制TNFα转录后蛋白质的合成，说明ACh的抗炎靶点是作用于蛋白水平，而非转录水平。

　　白介素是细胞损伤或感染时介导急性时相反应的一类多肽，具有广泛的免疫学活性。研究表明,ACh可抑制由内毒素刺激巨噬细胞所产生的致炎细胞因子IL1， IL6，IL1β的释放，但并不抑制抗炎细胞因子IL10的释放。应用标记辅酶R和寡核苷酸探针技术检测，发现内毒素刺激巨噬细胞2 h后，IL1β和IL6 mRNA表达明显增加;加入ACh后，IL1，IL6蛋白质的合成明显降低，但两者mRNA的表达并未减少，提示ACh可能也是通过转录后机制抑制IL1β和IL6的释放。

　　1.3 胆碱能抗炎通路的“效应器”a7nAChR[9，10]

　　nAChRs是配体门控五聚体的离子通道，属于神经递质受体大家族，这一家族的成员还包括GABAA、氨基乙酸和5HT3受体。每一个nAChR都含有5种形似或相同的受体，它们围绕中央离子通道排列，中央离子通道的开放受ACh、烟碱及其他受体激动剂的控制。目前研究表明，a7AChR是炎症反应的效应点，在调控炎症因子产生过程中起到关键性作用。a7AChR的结构和分布特点以及被激动剂激活后胞内发生的信号转导机制决定了胆碱能抗炎通路调节炎症的高度特异性。已有实验证实了人类巨噬细胞表达a7AChR，并且在动物实验中显示，干扰了a7AChR的生成或将大鼠a7AChR敲除后，不管是电刺激还是应用a7AchR都无法抑制TNFα等炎性因子的释放[3]。由此证实a7AChR在胆碱能抗炎通路中是不可缺少的分子。

　　2 胆碱能抗炎通路的作用机制

　　目前认为胆碱能抗炎通路主要通过以下几方面发挥作用：①抑制致炎因子的产生与释放;②抑制单核细胞和中性粒细胞的杀伤功能;③抑制核因子κB(NFκB)的活化;④阻止T细胞的分化与成熟。

　　2.1 胆碱能抗炎通路的分子机制

　　免疫系统和神经系统共同构成了一个复杂的调节网络，保护机体对外界伤害做出防御性反应，维持机体自身内环境的稳定。胆碱能抗炎通路就是一种神经免疫调节轴，当机体感受到外界损伤因素后在刺激迷走神经的同时也激活了免疫系统，然后经过中枢对免疫信号的分析与整合，传递给各个神经团，进而激活迷走神经，促使其神经末梢释放抗炎递质ACh，ACh与免疫细胞上a7AChR结合，通过细胞内信号转导，阻止导致脓毒症和内毒素血症的致炎介质TNFα的合成与释放，来调节炎症反应。研究证明，ACh是副交感神经分泌的主要神经递质，可作用于LPS处理的巨噬细胞进而抑制TNFα，IL2，IL6，IL8等致炎因子的释放，但是不影响抗炎因子IL10的释放[11，12]。

　　2.2 胆碱能抗炎通路的信号转导通路

　　随着分子生物学的迅速发展，人们对全身炎症反应综合征机制的了解越来越深，对信号转导在脓毒症的发生发展过程中的作用研究也日益加深。从细胞表面到细胞核信号转导的途径，主要包括G蛋白，各种蛋白激酶(MAPK)家族，JAK激酶/信号转导子和转录因子(JAK/STAT)，NFκB等信号通路。在这些信号通路中，NFκB，MAPK家族及JAK/STAT通路是脓毒症发生发展过程中较为密切的通路，其中MAPK，NFκB是巨噬细胞活化的重要通路[13]。

　　大多数炎症反应的细胞因子及效应分子都是通过NFκB的活化发挥作用的，而且NKκB在众多致炎因子及其他炎性介质表达调节中起到了重要的信号转导作用，并且在脓毒症及多种自身免疫性疾病中起了核心的作用。大量实验证明，胆碱能抗炎通路对NFκB信号转导通路是有影响的，因为LPS在增加NFκB与DNA的联合作用中受胆碱能N受体激动剂的抑制作用比较大，LPS活化NFκB的信号转导途径，烟碱以浓度依赖的方式来抑制LPS对NFκB通路的活化，由于a7AChR的特异性可恢复NFκB的活性，因此认为这一作用是通过a7AChR 介导的。但是有资料证明，虽然烟碱能依赖a7AChR来抑制LPS所致的NFκB信号转导途径活化，但不影响MAPKs系统，因为LPS激活MAPKs是通过与Toll样受体相互作用而实现的，而刺激迷走神经传出纤维并不能阻断由Toll样受体识别的病原体相关分子模式(微生物的产物)引起的炎症反应[14]。

　　3 问题与展望

　　综上所述，胆碱能抗炎通路的发现使我们更进一步认识了炎症反应的调控机制。与体液抗炎通路相比，神经系统的调控有起效快，作用广泛的特点。这一新的发现不但使我们扩展了对神经免疫学的认识，而且揭示了更大的研究空间和潜在的临床应用价值。当然，目前我们对其了解还是很少，很多方面还需进一步深入研究。例如，既然吸入CO能够抑制AChE的活性，我们是否可以给予外源性CO，在一定的可控范围内抑制AChE的活性来减少其对ACh的降解，使胆碱能抗炎通路的功能发挥更持久的作用;或者采用可能兴奋迷走神经的方法如针灸、行为调节和生物反馈等刺激ACh的分泌，来增加胆碱能抗炎通路的抗炎作用。

　　【参考文献】

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　　[3]GallowitschPuerta M, Pavlov VA. Neuroimmune interactions via the cholinergic antiinflammatory pathway[J].Life Sci,2007,80(24/25):2325-2329.

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　　[13]姚咏明，吕艺.胆碱能抗炎通路的调节作用与应用价值[J].江苏大学学报：医学版，2009,19(2)：93-97.

　　[14]姚咏明，盛志勇.脓毒症防治学[M].北京：科学技术文献出版社，2008：1.