弹性蛋白酶与体外循环中血管内皮细胞的激活/损伤

作者:李健权,苟大明, 余志豪作者单位：贵州省人民医院ICU,贵州 贵阳 550002；遵义医学院麻醉学系,贵州 遵义 563003

【关键词】  弹性蛋白酶；体外循环；血管内皮细胞

　　弹性蛋白酶（neutrophil elastase,NE）是中性粒细胞激活后产生的一种炎性介质，是丝氨酸家族的重要成员，不仅能够分解内皮细胞外基质的诸多成分，而且可以促进其他炎性介质释放，触发广泛炎性反应。体外循环（extracorporeal circulation,ECC）期间，由于血液与人工材料接触、缺血再灌注、血流动力学急剧变化等非生理因素的影响导致中性粒细胞激活，激活的中性粒细胞脱颗粒产生大量的NE，最终引起内皮细胞激活/损伤。内皮细胞激活/损伤后，通透性增加，血浆蛋白及其他炎性介质的外渗并伴随炎症网络反应扩大,这是ECC后全身系统炎性反应和多器官功能障碍的中心环节,已成为近年来人们研究ECC对机体影响的主要切入点之一。

　　1  ECC期间NE活性的变化    　　中性粒细胞激活后可释放出大量的蛋白酶,如组织蛋白酶、胶原酶、NE等，其中中性粒细胞溶酶体膜遭到破坏后，释放的NE是最重要的一种，也是破坏力最强的蛋白酶。    　　正常机体内存在蛋白酶与抗蛋白酶平衡［1］，使机体不会因为蛋白酶的活性增高而导致损伤，内源性抗蛋白酶：a-抗胰蛋白酶能与90%的NE结合形成NEa-aT复合体，灭活NE，然后被网状内皮系统清除［2］。但是在ECC期间，由于各种非生理因素的影响，使中性粒细胞大量聚集活化，导致溶酶体释放的NE大量增多，使抗蛋白酶不能完全灭活；另外在ECC期间，由于大量的氧自由基的产生，氧化抗胰蛋白酶的活性蛋氨酸残基，使之失去对NE的抑制作用［1］，以致ECC期间NE产生增多，活性增强。

　　2  NE对内皮细胞的损伤

　　2.1  NE对内皮细胞外基质的损伤  内皮细胞外基质是内皮细胞重要的惰性支持物, 而且内皮细胞所表现的介导炎性反应、抗/促凝血等功能与细胞外基质分泌的许多物质密切相关［3］。内皮细胞一旦脱离了细胞外基质，不但影响许多生理功能的发挥，而且去黏附可导致细胞的凋亡，此现象称之为ANOIKS［4］。           　　NE的底物是弹性蛋白，弹性蛋白是构成细胞外基质气血屏障的主要成分，它若被分解，上皮或内皮细胞之间的紧密连接即被破坏，使血管通透性增加。近年来研究表明，许多的血管疾病，特别是中性粒细胞激活引起的肺部疾病与NE裂解细胞外基质成分有关［5］，因此，有学者认为中性粒细胞NE扮演着比其名字所暗示的含义更为广泛的作用［6］。    　　NE不仅可以分解弹性蛋白，而且可以分解细胞外基质的其他成分，如纤维蛋白、胶原、层粘连蛋白、氨基聚糖以及蛋白聚糖等［7］，NE除了本身可以分解细胞外基质的各种成分，而且活性增强，通过激活基质金属蛋白酶MMP-2、MMP-3、MMP-9和抑制金属蛋白酶的抑制剂TIMP-1而破坏了蛋白分解平衡［8］，这也加重了蛋白酶对内皮细胞外基质的裂解。当细胞外基质被分解后，可引起内皮细胞凋亡［9］。NE通过分解细胞外基质，也影响内皮细胞的形状［10］，许多细胞功能的发挥必须是在其特定的形状下进行的，当内皮细胞形状改变后，内皮细胞的功能受损［11］。同时当内皮细胞外基质分解,内皮细胞裸露,更容易受到炎性介质攻击而受损。

　　2.2  NE使黏附分子表达增强促进内皮细胞的激活/损伤  ECC期间，中性粒细胞与内皮细胞的黏附是ECC期间内皮细胞损伤重要的环节［12］，而黏附分子（ICAM）-I的表达增强是中性粒细胞与内皮细胞发生黏附，激活/损伤内皮细胞的关键，近来研究表明NE的活性增强，可促进ICAM-I的表达［13］，其机理并未完全清楚。Yamaguchi［14］等在离体研究也指出NE增强黏附分子表达，其机制可能是通过钙离子内流和磷脂酶C信号转导使黏附分子的表达增强，NE的这一特性，间接促进ECC期间内皮细胞的激活/损伤。

　2.3  NE增强IL-8、TNF-a等产生以及活化激肽、缓激肽、花生四烯酸等导致内皮细胞的损伤  NE不仅可以裂解细胞外基质，而且可以降解许多血浆蛋白，如免疫球蛋白以及凝血因子;活化激肽、缓激肽、花生四烯酸［15-16］，增强IL-8、TNF-a［17］以及CINC-1和CINC -3［18］等趋化因子的表达和释放，而这些炎性介质又能吸引或激活中性粒细胞释放更多NE。NE的这些多重效应构成了级联的炎症网络而形成恶性循环，使炎症网络反应扩大，加重ECC期间内皮细胞的损伤。

　　2.4  NE增强氧自由基的产生而促进内皮细胞的损伤  氧自由基可攻击内皮细胞膜脂或膜蛋白，发生脂质过氧化反应，损伤内皮细胞膜，ECC期间氧自由基产生的途径有很多种，近年来大量研究发现当内皮细胞从细胞外基质脱离，去黏附可以产生氧自由基［19］, 其机理可能是内皮细胞去黏附导致内皮细胞线粒体呼吸爆发所产生的，Phan［20］等研究指出NE可使黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶，用NE抑制剂可阻止这种转化，其他组织蛋白酶则没有这种特性，而黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶是引起氧自由基产生的一个关键步骤，因此NE活性增强可导致氧自由基的产生增多，从而使得内皮细胞损伤加重。

　　3  结论    　　NE的产生使得炎症网络反应扩大，加重机体的损伤，首先是加重了对内皮细胞的损伤，导致随后的炎症级联反应，已经引起人们的广泛关注。近年来ECC期间抗炎药物应用、白细胞的过滤等方法有良好的保护血管内皮细胞的作用，但是由于ECC期间炎症网络反应的广泛性和复杂性，这些方法并未完全阻断NE以及其它损伤对内皮细胞的损伤［21］，ECC期间内皮细胞的保护还有待进一步的研究。

【参考文献】  　　［1］ Kawabata K,Hagio T,Matsuoka S. The role of neutrophil elastase in acute lung injury［J］. Eur J Pharmacol, 2002, 451(1):1-10.

　　［2］ 揭志军，罗勇，徐卫国,等. 急性肺损伤患者血清中中性粒细胞弹性蛋白酶活性的变化［J］.中华急诊医学杂志,2005,14(6):497-499.

　　［3］ 宋今丹,章静波.医学细胞分子生物学［M］.北京:人民卫生出版社,2003.62-86.

　　［4］ Li AE, Ito H, Rovira II,et al. A role for reactive oxygen species in endothelial cell anoikis ［J］. Circ Res, 1999, 85(4):304-310.

　　［5］ Carden D, Xiao F, Moak C. Neutrophil elastase promotes lung microvascular injury and proteolysis of endothelial cadherins［J］.Am J Physiol,1998,275(2 Pt 2):H385-392.

　　［6］ Dollery CM, Owen CA，Sukhova GK,et al.Neutrophil elastase in human atherosclerotic plaques: production by macrophages［J］.Circulation,2003,107(22):2829-2836.

　　［7］ Tkalcevic J, Novelli M, Phylactides M,et al. Impaired immunity and enhanced resistance to endotoxin in the absence of neutrophil elastase and cathepsin G ［J］. Immunity, 2000, 12（2）: 201-210.

　　［8］ 陈平圣,陶冬英.基质金属蛋白酶抑制剂［J］ .现代医药卫生,2006,22(18):2753-2754.

　　［9］ Meilhac O,Ho-Tin-Noe B,Houard X.Pericellular plasmin induces smooth muscle cell anoikis［J］. FASEB J, 2003,17(10):1301-1303.

　　［10］ Maruoka S, Hashimoto S.Elastase anti-elastase imbalance in the pathogenesis of COPD［J］. Nippon Rinsho，1999,57(9):1982-1987.

　　［11］ Hashimoto S,Maruoka S,Gon Y,et al. Mitogen-activated protein kinase involves neutrophil elastase-induced morphological changes in human bronchial epithelial cells［J］.Life Sci,1999,64(16):1465-1471.

　［12］ Furuno T, Mitsuyama T,Hidaka K,et al. The role of neutrophil elastase in human pulmonary artery endothelial cell injury［J］. Int Arch Allergy Immunol,1997,112(3):262-269.

　　［13］ 吴其标,万毅刚,曹世宏.中性粒细胞弹性蛋白酶在支气管扩张症发病机制中的作用 ［J］. 中医药学刊,2003,21:1722-1723.

　　［14］ Yamaguchi Y, Matsumura F, Wang FS. Neutrophil elastase enhances intercellular adhesion molecule-1 expression［J］. Transplantation,1998,65(12):1622-1628.

　　［15］ Dulinski R,Suder P,Guevara-Lora I,et al.Attenuated kinin release from human neutrophil elastase-pretreated kininogens by tissue and plasma kallikreins［J］.Biol Chem,2003,384(6):929-937.

　　［16］ Podlich D, Kemme M.Different susceptibility of human tissue prokallikrein　to cleavage by neutrophil proteinases［J］.Immunopharmacology,1999,45(1-3):95-101.

　　［17］ Lopez-Boado YS,Espinola M,Bahr S,et al. Neutrolphil serine proteinases cleave bacterial flagellin, abrogating its host response-inducing activity［J］. J Immunol, 2004, 172(1): 509-515.

　　［18］ Yamaguchi Y, Ohshiro H, Nagao Y, et al.Urinary trypsin inhibitor reduces C-X-C chemokine production in rat liver ischemia/reperfusion.J Surg Res. 2000 Dec;94(2):107-115.

　　［19］ Li JM, Shah AM. Endothelial cell superoxide generation: regulation and relevance for cardiovascular pathophysiology［J］.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol,2004,287(5):R1014-1030.

　　［20］ Phan SH, Gannon DE, Ward PA,et al. Mechanism of neutrophil-induced xanthine dehydrogenase to xanthine oxidase conversion in endothelial cells: evidence of a role for elastase［J］. Am J Respir Cell Mol Biol,1992,6(3):270-278.

　　［21］ de Vries AJ, Gu YJ, Post WJ, et al.Leucocyte depletion during cardiac surgery: a comparison of different filtration strategies［J］.Perfusion,2003,18(1):31-38.