張洪泉 綜述 關(guān)英慧 許力軍 鄒 奇 姜艷芳 審校

(吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院二部呼吸科，長春130021)

中性粒細胞是重要的固有免疫細胞，處于機體抵抗微生物入侵、特別是抵抗化膿性細菌入侵的第一線。中性粒細胞在骨髓中從干細胞分化成包含大量顆粒的成熟中性粒細胞后數(shù)小時內(nèi)進入血液循環(huán)。如果病原體突破皮膚和粘膜構(gòu)成的物理屏障進入組織，在感染部位的病原體和巨噬細胞產(chǎn)生信號激活內(nèi)皮細胞，內(nèi)皮細胞能捕獲循環(huán)中的中性粒細胞，誘導(dǎo)它們穿過內(nèi)皮細胞與病原體結(jié)合。從血液中遷移到組織后，中性粒細胞免疫功能增強，同時激活中性粒細胞能產(chǎn)生特異性活性物質(zhì)吸引更多的炎癥細胞包括中性粒細胞、巨噬細胞和T細胞等向炎癥部位積聚并調(diào)節(jié)它們的活性，激活后的中性粒細胞通過多種機制如脫顆粒釋放活性蛋白質(zhì)對病原體產(chǎn)生致命打擊，但同時常導(dǎo)致正常組織的巨大損傷［1］。目前隨著研究深入，已經(jīng)認識到中性粒細胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣并具有強大的合成功能，是連接固有免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁。很多肺部疾病都是以中性粒細胞主導(dǎo)的炎癥反應(yīng)為特征，如肺炎、支氣管擴張合并感染病人等氣道管壁及肺組織中有大量中性粒細胞存在［2］，且中性粒細胞在氣道和肺組織的集聚和浸潤程度與肺部感染的嚴重程度及進展有關(guān)［3］，因此深入理解中性粒細胞在肺部感染性疾病中的作用非常重要。

1 中性粒細胞在肺部感染性疾病中的作用

中性粒細胞在抵抗肺部細菌、真菌和病毒等病原體感染中有重要作用，尤其是在細菌感染中所起的作用尤為明顯。肺部感染時，中性粒細胞從肺循環(huán)毛細血管中滲出到肺內(nèi)，活化的中性粒細胞吞噬入侵的病原體并釋放活性氧、抗菌肽及各種酶類。中性粒細胞對病原體的殺傷主要有氧化和非氧化兩種機制。呼吸爆發(fā)是中性粒細胞氧化途徑殺滅病原體的主要模式，通過還原型輔酶Ⅱ(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生活性氧殺死病原體，如過氧化物和超過氧化物等，活性氧的釋放下降將直接影響機體抵抗病原體的能力，感染后不易好轉(zhuǎn)。使用NADPH抑制劑抑制中性粒細胞氧化爆發(fā)過程發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞對肺炎球菌殺滅作用并沒有受到影響，這證實了除氧化機制外，非氧化機制在抵抗病原體中存在作用［4］，非氧化機制包括各種抗菌蛋白和蛋白酶。肺部細菌感染時，中性粒細胞的一個明顯變化是在感染部位的大量聚集，從而增強抵抗病原體入侵的能力。與細菌感染類似，呼吸道病毒感染時，中性粒細胞在趨化物質(zhì)引導(dǎo)下在肺部大量聚集，活化并釋放炎性介質(zhì)破壞病原體，并且中性粒細胞和釋放的活性分子水平與病情嚴重程度相關(guān)。需要指出的是:在HIV病毒感染中，中性粒細胞的數(shù)量減少、趨化性、吞噬作用和對病毒的殺傷力下降［5］。長期應(yīng)用廣譜抗生素等藥物的病人容易出現(xiàn)肺部感染真菌感染，痰培養(yǎng)中往往能查到大量真菌，中性粒細胞能吞噬真菌孢子，抑制孢子的生長及真菌萌發(fā)管生長［6，7］。中性粒細胞還能殺滅真菌菌絲，并限制真菌感染向肺外擴散［8］。

2 中性粒細胞發(fā)揮作用的活性物質(zhì)

中性粒細胞內(nèi)含有彈性蛋白酶(Neutrophil elastase，NE)、髓過氧化物酶(Myeloperoxidase，MPO)、堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)、防御素、溶菌酶及近年發(fā)現(xiàn)的NETs等［9］，在抵抗肺部感染中發(fā)揮非常重要作用，這也屬于中性粒細胞抵抗肺部感染的非氧化機制范疇，下面主要介紹近年研究進展較多的NE、MPO、ALP、防御素及NETs在肺部感染中所發(fā)揮的作用。

2.1 中性粒細胞彈性蛋白酶 中性粒細胞彈性蛋白酶(Neutrophil elastase，NE)存在于中性粒細胞嗜苯胺藍顆粒中，是中性粒細胞脫顆粒釋放的最重要的蛋白酶之一，它是一種絲氨酸蛋白酶。當(dāng)肺組織受到細菌等侵犯時，活化的中性粒細胞脫顆粒釋放出NE，NE分解破壞病原體蛋白結(jié)構(gòu)，促進吞噬細胞對病原體的吞噬，還促進中性粒細胞遷移，調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)。實驗表明，NE能降解細菌毒性因子，使其毒性明顯降低，對感染機體的損傷大大降低［10］。近年來，NE對肺正常組織的損傷日益引起人們的關(guān)注，過量釋放NE降解膠原蛋白、層粘連蛋白及細胞外基質(zhì)，使纖毛上皮變性、粘液腺增生、纖毛上皮擺動消失及氣道擴張［11］。NE還能分解肺泡表面活性物質(zhì)，使肺泡表面張力增加，產(chǎn)生肺氣腫，肺換氣及通氣功能嚴重下降。NE抑制劑可以抑制NE的活性降低組織損傷［12］，國外已成功開發(fā)出以抑制NE為治療途徑的藥物西維來司(Sivelestat sodium hydrate)，西維來司鈉在肺炎動物及體外模型中均表現(xiàn)出良好的藥理作用，有效抑制NE對正常組織的損傷［13］。

2.2 髓過氧化酶(Myeloperoxidase，MPO)和堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)的作用 MPO和ALP是機體抵抗病原體入侵的重要活性物質(zhì)，在固有免疫中發(fā)揮著起重要作用。MPO是中性粒細胞嗜天青顆粒釋放的過氧化物酶類，本質(zhì)是一種血紅素蛋白，分子量為144 kD，有兩個亞單位構(gòu)成，之間有二硫鍵連接，每個亞單位又包含一個輕鏈和一個重鏈。MPO是中性粒細胞含量最多的蛋白質(zhì)酶之一，肺部感染可以激活MPO-H2O2-氯化物系統(tǒng)形成氧化劑和自由基殺死入侵的病原菌［14］，MPO催化過氧化氫與氯離子的生成次氯酸，次氯酸有著比過氧化氫更強的殺菌能力，直接鹵化病原體蛋白殺滅病原體［15］，次氯酸還能抑制NE的活性，減輕其對正常組織的損傷。MPO濃度越高殺菌能力越強，研究表明肺部感染患者外周血中性粒細胞表達MPO增多、抗菌能力明顯增強，使用MPO抑制劑或MPO缺乏的個體抵抗力降低，肺部容易反復(fù)出現(xiàn)感染［16］。

ALP是成熟中性粒細胞特殊顆粒釋放的一種非特異性水解酶，在堿性條件(pH9.3～9.6)下能催化各種醇和酚的單磷酸酯水解，參與對病原體的吞噬細菌作用，也是病情的進展、療效、預(yù)后重要指標(biāo)。感染初期NAP酶的活性輕度增高，隨著疾病的進展或加重，NAP的活性明顯增高，經(jīng)有效治療后，NAP活性顯著下降，與病情緩解程度呈一定的相關(guān)性。ALP活性程度還有助于判斷肺部感染的病原體類型，薛春玲等研究顯示在細菌性肺炎急性期NAP活性升高，其中肺炎雙球菌等球菌感染NAP活性明顯增高，支原體、立克次體肺炎NAP活性有小幅度升高，病毒性肺炎無明顯變化［17，18］，但當(dāng)肺部嚴重細菌感染，NAP活性卻明顯降低，可能與重癥肺炎時中性粒細胞數(shù)量及活性減低有關(guān)。

2.3 防御素 它是中性粒細胞嗜天青顆粒分泌的一種小分子多肽，以殺傷細胞外細菌為主，是抵抗肺部病原體入侵的重要防御物質(zhì)。防御素的殺菌機制是由于該分子帶正電荷，能夠與帶負電荷的細菌表面結(jié)合，結(jié)合后其分子中的疏水區(qū)可插入到細菌的胞膜，而其帶電區(qū)(帶正電荷)則與細胞膜上帶負電荷的磷脂頭部以及水分子相互作用。在細胞膜上多個防御素分子聚集形成孔隙或通道，使得正常情況下處于胞外的離子、多肽等流入胞內(nèi)，而胞內(nèi)重要的鹽類、大分子等泄漏到胞外，造成物質(zhì)泄漏，最終導(dǎo)致不可逆性的菌體死亡［19］。防御素的抗菌譜比較廣泛，包括革蘭陰性與陽性細菌、分支桿菌、真菌和病毒。防御素在體外濃度為10～100 mg/L時即可對多種細菌具有殺傷作用，而防御素在中性粒細胞中的濃度為g/L級，表明體內(nèi)防御素可能具有很強的殺菌活性，防御素還具有免疫調(diào)節(jié)作用，人中性粒細胞防御素可以誘導(dǎo)肥大細胞脫顆粒釋放組胺，通過與趨化因子受體結(jié)合吸引樹突狀細胞和Tm細胞到肺部炎癥部位，激活細胞免疫和體液免疫。防御素還可以直接促進中性粒細胞向肺部集聚，增強機體肺部感染時的抵抗力［20］，其抗病毒作用是通過與病毒外殼蛋白結(jié)合，導(dǎo)致病毒失去生物活性，從而喪失感染宿主的能力。防御素主要的作用部位是病原微生物的細胞膜，使病原微生物不易對其產(chǎn)生抗性。因此防御素具有其他抗微生物肽無可比擬的優(yōu)勢，有望解決其他抗微生物肽的耐藥性問題，為解決近年出現(xiàn)的超級細菌提供了一種途徑。

2.4 NETs的作用 德國人Brinkmann最先證實中性粒細胞存在另一種殺菌方式，并把這種方式命名為 Neutrophil extracellular traps(NETs)，NETs對肺部革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌及真菌感染都具有抑制和殺滅作用。NETs是中性粒細胞外以自身DNA為骨架形成的一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［21］，上面粘附著各種抗菌蛋白，這些蛋白質(zhì)經(jīng)證實是原先存在于中性粒細胞顆粒內(nèi)的活性物質(zhì)，包括防御素、組蛋白、鈣衛(wèi)蛋白、中性粒細胞彈性蛋白酶和髓過氧化酶等。目前認為NETs抗菌免疫功能主要體現(xiàn)在兩個方面:其一是物理屏障作用，DNA組成的NETs網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能阻止和延緩病原微生物在機體內(nèi)進一步擴散;并能為抗菌蛋白質(zhì)和酶類提供一個場所，提高了抗菌物質(zhì)局部濃度，也限制了這些抗菌蛋白對周圍正常組織的損傷，二是化學(xué)性殺菌效應(yīng)，通過來自中性粒細胞各級顆粒所釋放的殺菌蛋白實現(xiàn)。目前關(guān)于NETs的形成過程存在爭議，研究者Volker Brinkmann指出:NETs形成的早期，中性粒細胞染色質(zhì)膨脹、松散，核膜降解，胞內(nèi)顆粒溶解，NETs成分在細胞內(nèi)混合，之后細胞膜突然裂解，快速將高度活躍的混合物釋放?；旌衔锏竭_胞外后，展開形成可以捕獲細菌的 NETs［22］;而 Pilsczek 等［23］在中性粒細胞抗金黃葡萄球菌作用的研究中發(fā)現(xiàn)NETs的形成過程不需要細胞膜的破壞，核膜能進行分離和出芽，這些分離的細胞膜和小泡中充滿了細胞DNA，這些小泡被完整的主動分泌到細胞外，在細胞外這些含DNA的小泡破裂，染色質(zhì)被釋放出來，這一過程非常迅速。NETs的形成過程與細胞的死亡有明顯的區(qū)別，前者染色質(zhì)松散之后伴核膜的裂解、細胞質(zhì)抗菌蛋白的釋放，最后到細胞膜的破裂;后者包含DNA的裂解，沒有細胞膜的裂解。有學(xué)者提出NET的形成需要活性氧(Reactive oxygen species，ROS)［24］，ROS 的形成依賴于中性粒細胞NADPH氧化酶，因基因突變導(dǎo)致NADPH氧化酶缺乏的病人不能形成ROS，ROS的缺乏不能形成NETs，MPO是ROS形成的另一個關(guān)鍵酶，缺乏MPO病人同樣不能形成NETs，這也進一步說明了ROS是NETs形成的必需要素，新近發(fā)現(xiàn)中性粒細胞彈性蛋白酶也是NETs形成的必需要素，因為它能降解組蛋白，組蛋白的降解是凝集的染色質(zhì)膨脹、解凝，進而是NETs的形成得以順利進行前提條件。但也有實驗者指出在NET的形成中并沒有發(fā)現(xiàn)ROS的參與。不能除外NETs形成同時存在兩種或兩種以上的機制，這可能與感染病原體的類型不同有關(guān)。Arturo Zychlinsky研究指出:由凋亡粒細胞形成的NETs殺死的細菌與活細胞吞噬的細菌一樣多。但是細菌對NETs也不是無計可施，目前發(fā)現(xiàn)，常見的肺部感染病原體如肺炎球菌能進行基因重組，如分泌脫氧核糖核酸酶降解NETs，從而沖破NETS的捕獲，有的細菌通過抑制NETs形成所必需的ROS阻止NETs的產(chǎn)生。近來研究發(fā)現(xiàn)［25］:病毒性肺炎中也有NETs的形成，使用抗髓過氧化酶抗體和超過氧化物歧化酶抑制劑能抑制NETs的形成，這也說明病毒性肺炎中NETs的形成依賴于氧化還原酶誘導(dǎo)產(chǎn)生。雖然NETs在機體抵抗肺部感染中起重要作用，但也可能存在對機體不利的一面，以前的研究顯示血清中的脫氧核糖核酸酶Ⅰ降解血液循環(huán)中的NETs［24］，如果這種平衡被打破可能導(dǎo)致自身抗體的產(chǎn)生，容易發(fā)展成自身免疫系統(tǒng)疾病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡等。進一步研究將集中于NETs的形成和中性粒細胞死亡有無內(nèi)在聯(lián)系，NETs形成的條件、發(fā)揮作用的具體機制以及其他生物學(xué)意義。

3 PMN對其他免疫細胞的影響

中性粒細胞在機體抗感染性疾病中也具有免疫調(diào)節(jié)作用，主要表現(xiàn)在中性粒細胞對Th1和樹突狀細胞的的調(diào)節(jié)作用［26］，Th1型免疫細胞因子在病原體適應(yīng)性免疫中是不可缺少的成分，中性粒細胞通過分泌一些趨化因子和細胞因子參與Th1型免疫啟動。樹突狀細胞在Th1免疫啟動中非常重要［27］，脂多糖中性粒細胞(LPS-PMN)具有促使樹突狀細胞成熟活化，刺激其分泌樹突狀細胞表面標(biāo)志CD40分子、CD80分子、組織相容性復(fù)合-Ⅱ(IAB)和 CD86分子，發(fā)揮其在 TH1免疫應(yīng)答中抗原提呈，促進TH1分化的作用。中性粒細胞成熟分裂后也可以“轉(zhuǎn)分化”成壽命更長類似巨噬細胞的細胞，并參與抗原提呈，從而在肺部抗感染免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用。

4 結(jié)語和展望

綜上所述中性粒細胞及激活后釋放的活化因子在肺部感染中發(fā)揮重要作用，中性粒細胞在殺滅病原體的同時也損傷了肺部正常組織，在保證中性粒細胞發(fā)揮對機體有利作用的前提下，如何避免其對正常組織的損傷是一個新的研究領(lǐng)域，而對NETs全面深入的的研究就是一個很好的選擇。

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