朱珊珊（綜述） 劉功儉（審校）

徐州醫(yī)學院麻醉學院，江蘇徐州 221000

細胞凋亡（apoptosis）又稱為程序性細胞死亡（programmed cell death，PCD），是指為維持內環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡。它涉及一系列基因的激活、表達以及調控，不傷及鄰近細胞，保持組織結構穩(wěn)定，并將炎癥反應限制在最小范圍的高級調節(jié)過程。國內外研究發(fā)現(xiàn)，一些細胞因子、蛋白酶類及黏附分子等能通過抑制炎癥細胞凋亡，延長炎癥反應時間，而參與急性肺損傷（acute lung injury，ALI）的炎癥反應過程[1-2]。筆者復習近幾年國內外相關文獻，從PMN凋亡的角度對LPS急性肺損傷的發(fā)病機制作一綜述。

1 中性粒細胞（PMN）凋亡與內毒素性ALI

PMN半衰期短，在外周血循環(huán)中存活8～20 h，而進入感染或發(fā)炎的組織內其存活時間可增加數(shù)倍。肺是PMN最容易聚集的器官，而肺組織中的PMN聚集發(fā)生于肺毛細血管床，此處PMN的含量是其他血管床的50 倍[3]。若無細胞因子炎癥因子參與，老化的PMN會自發(fā)凋亡。與壞死不同，凋亡的PMN無細胞毒素釋放到組織細胞周圍。急性炎癥時，PMN由于局部炎癥介質的作用而發(fā)生凋亡延遲，凋亡延遲的PMN在炎癥部位通過呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量自由基、蛋白水解酶及炎癥介質等有害物質造成組織損傷，增加肺組織的炎癥反應，從而導致ALI，降低存活率[4]。

2 PMN凋亡信號傳導途徑

2.1 核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）途徑

NF-κB可通過介導多種炎癥介質轉錄、表達和調控與凋亡相關的重要基因的表達來參與PMN凋亡的調控。內毒素刺激細胞后，核因子的抑制劑 IκB（inhibitor κB，IκB）發(fā)生磷酸化降解，NF-κB與IκB發(fā)生解離，NF-κB迅速從細胞質移位到細胞核，在核內與目的基因，如編碼誘導型一氧化氮合成酶（induced-nitric oxide synthase iNOS）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α） 的 κB 位點特異性結合，來促進相關基因的轉錄，調控TNF-α細胞因子、黏附分子和炎癥相關的酶及蛋白質的表達。反過來，NF-κB調節(jié)產(chǎn)物，如TNF-α、細胞介素 1β（interleukin 1β，IL-1β）又能激活 NF-κB，形成一個能放大且延續(xù)炎癥反應的復雜調節(jié)環(huán)路，導致全身炎癥反應綜合征（SIRS），誘發(fā)肺、腎及肝等多個臟器的損傷[5]。

NF-κB活化抑制PMN凋亡的機制可能為：①NF-κB活化促進促炎癥細胞因子（IL-6、IL-8）和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）表達，而抑制PMN凋亡；②NF-κB活化后可誘導細胞表達死亡受體-1（TNFR1）、結合因子（TFAF1、TFAF2）和凋亡抑制蛋白（IAP1、IAP2），抑制 Caspase 級聯(lián)反應，阻斷死亡受體TNFR1 和Fas介導的凋亡信號傳導，抑制細胞凋亡；③NF-κB活化亦可能通過調控A1 等Bcl-2 家族抗凋亡蛋白的表達來抑制PMN凋亡[6]。通過以上敘述不難看出NF-κB的轉移及活化是SIRS或ALI的關鍵環(huán)節(jié)之一。抑制NF-κB信號通路，可有效地抑制ALI中TNF-ɑ炎性因子的產(chǎn)生。若在ALI早期抑制NF-κB活化，可為防治ALI/ARDS提供新的靶點。

2.2 Fas-Fasl途徑

Fas屬于細胞表面受體家族，是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白，相對分子質量為45 000，在白細胞、肺泡巨噬細胞及肺組織等多種細胞組織均有表達。Fasl為Fas的配體，是一種相對分子質量為40 000 的Ⅱ型膜蛋白，主要在活化的淋巴細胞和自然殺傷細胞中表達。Fas-Fasl結合后引起Fas抗原三聚體化，F(xiàn)as胞內區(qū)的死亡結構域（DD）與胞質中已有的Fas相關死亡結構域 （fas associated death domian，F(xiàn)ADD）C端的 DD結合，F(xiàn)ADD再以N端的 DED（death effector domian）與Procaspase-8（或Procaspase-10）N端前區(qū)域內的DED結合形成死亡誘導信號復合體 （death inducing signal complex，DISC），Procaspase-8 發(fā)生裂解后活化，并使Caspases家族的一系列凋亡蛋白酶的激活，從而引發(fā)Fas蛋白所在的細胞凋亡。Caspase-8 激活下游的Caspases誘導的凋亡主要有兩種信號通路[7-8]，第一條信號途徑是在當DISC中Caspase-8 充足時，通過激活 Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7，引起細胞裂解而凋亡。而當caspase-8 不足時，通過第二條信號途徑，即Caspase-8 催化斷裂Bcl-2 家族的促凋亡成員bid形成的裂解片段p15 移入線粒體，破壞線粒體膜的完整性，使細胞色素C釋放，細胞色素C再與胞質中凋亡蛋白酶活化因子-1 結合，來激活Procaspase-9。Caspase-9 被活化，隨之激活Caspase-3等酶系導致細胞凋亡。Nwakoby等[9-10]觀察到PMN對Fas誘導的凋亡較敏感，在表達高水平Fas的同時也顯著表達Fasl，在感染血清中Fasl的濃度與PMN凋亡率呈正相關，抗Fasl抗體能對抗感染血清誘導的PMN凋亡，活化型Fas抗體IgM可以顯著加速PMN的自發(fā)性凋亡進程，而拮抗型Fas抗體IgG1則有凋亡抑制功能。激活的Caspase-3 通過蛋白水解來激活DNA酶，介導細胞染色體DNA碎裂和磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）移向膜外，啟動細胞凋亡，因此，細胞中激活的Caspase-3 減少就意味者細胞凋亡的延遲。SIRS過程中過量釋放的炎癥因子如 TNF-α、γ-干擾素 （IFN-γ）、白細胞介素-8（IL-8）、脂多糖（LPS）等被證明可通過調控Fas等凋亡基因的表達抑制PMN的凋亡[11]。Fasl和TNFR1 的表達下調，Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7、Caspase-8 的表達下調，游離出肺上皮內皮屏障的PMN中的Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的活化受到抑制[12]，這些都導致PMN的壽命延長，造成肺組織中PMN超負荷而釋放大量的炎性代謝產(chǎn)物，加重肺損傷。

3 PMN凋亡的調節(jié)

3.1 細胞因子

一般情況下，PMN在病原體消除后很快就會被機體清除， 但是某些炎性因子如 LPS、TNF-α、IL-8、IL-6、IL-1β、GM-CSF可抑制PMN的凋亡[13]。趙志勇等[14]對30例體外循環(huán)（CPB）心臟直視手術病例在不同的時間點抽取靜脈血，測定PMN數(shù)量、PMN凋亡率、血漿白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）濃度，發(fā)現(xiàn)PMN凋亡率在CPB期間明顯降低，與CPB時間呈負相關。PMN數(shù)量、IL-6、IL-8 血漿濃度在CPB期間明顯升高，與其凋亡率呈負相關，與CPB時間呈正相關，認為CPB期間細胞因子IL-6、IL-8 釋放增多導致PMN的凋亡延遲、PMN數(shù)量增加、生存周期延長，從而加劇炎癥反應擴散和組織損傷。TNF-α被認為是引起ALI/ARDS的最重要的細胞因子之一，LPS刺激單核巨噬細胞后可釋放大量的TNF-α，能直接損傷肺血管內皮細胞，并能動員、趨化、黏附、聚集、激活PMN，使肺內的PMN急劇增多，而且可增強 PMN的吞噬能力，促進PMN脫顆粒和釋放溶酶體酶，增強PMN呼吸爆發(fā)，產(chǎn)生過多的氧自由基，它還可激活NF-κB介導其他細胞因子（如IL-1、IL-6、IL-8）的合成與釋放，啟動炎癥級聯(lián)反應[15]。

3.2 蛋白酶類

PMN中含有多種蛋白酶，其中彈性蛋白酶（neutrophil elastase，NE）與肺組織損傷關系最為密切，有實驗已經(jīng)證實，在LPS誘導大鼠急性肺損傷動物模型肺內，NE的表達量與活性明顯增加[16]。炎癥狀態(tài)下，激活的PMN可釋放NE，NE可消化肺組織結構中的彈性蛋白，分解細胞間的纖維連接蛋白，造成彈性纖維和膠原纖維斷裂、分離，損傷血管內皮細胞和基底膜組織細胞，使富含蛋白質的液體進入到肺泡腔、肺間質導致肺水腫、肺不張；NE能損傷肺泡上皮細胞，破壞肺泡表面活性物質，使肺泡擴張[17]，還可裂解巨噬細胞表面的磷脂酰絲氨酸受體和CD14，特異性阻斷巨噬細胞對凋亡細胞的識別，使氣道內凋亡細胞清除不足，導致ALI的持續(xù)進展。另外金屬蛋白酶（MMPS）也參與細胞外基質裂解，活化的PMN可釋放大量的MMP-8 及MMP-9，其中MMP-9 的主要底物Ⅳ型膠原就是血管基底膜的主要成分。實驗研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，抑制PMN彈性蛋白酶或基質金屬蛋白酶的活性可以降低膿毒癥所致動物ALI的發(fā)生率并改善呼吸功能[18-19]。曾在2003年作為非典治療藥物用于臨床的特異性NE抑制劑——西維來司他 （Sivelestat），近年來通過動物實驗及臨床研究發(fā)現(xiàn)，該藥可提高膿毒血癥大鼠的生存率，減輕膿毒血癥鼠的全身炎癥反應，可改善ALI患者的肺功能，能縮短患者ALI持續(xù)時間、ICU停留時間及住院時間，有望成為治療ALI的亮點藥物[20-22]。

3.3 黏附分子

細胞黏附分子（cell adhesion molecule，CAM）是一類介導細胞與細胞、細胞與細胞外基質間相互結合的重要活性物質，它在維護正常組織的穩(wěn)定、介導炎癥細胞的遷移、血栓的形成以及腫瘤轉移等過程中起重要的作用。國內曾漣等[23]采用盲腸結扎穿孔術復制膿毒癥動物模型，以探討膿毒癥大鼠肺組織細胞間黏附分子-1（ICAM-1）的表達變化及其與急性肺損傷的關系，結果發(fā)現(xiàn)，膿毒癥4 h后大鼠肺組織中ICAM-1 的表達水平升高，并持續(xù)升高至24 h，同時伴有支氣管肺泡灌洗液白細胞計數(shù)、肺濕/干重比的增加和肺組織病理損害的加重。免疫印跡法測定ICAM-1 的表達與支氣管肺泡灌洗液白細胞計數(shù)、肺濕/干重比呈正相關，認為膿毒癥大鼠肺組織中ICAM-1 呈過度表達，并參與了膿毒癥肺損傷過程[24-25]。組織炎癥時，在黏附分子與細胞膜受體的相互介導下，PMN被激活導致β2整合素表達上調而L-選擇素下降，不僅使穿過內皮向炎癥區(qū)遷移的PMN活力增強，而且使細胞死亡的程序表達延遲，可能是整合素與配體結合，啟動酪氨酸激酶及絲氨酸-蘇氨酸依賴性激酶，使細胞內鈣離子釋放所致。

4 小結與展望

綜上所述，PMN作為機體內最活躍的炎癥細胞，可被LPS誘導激活并向損傷部位聚集，而產(chǎn)生炎癥因子的瀑布式反應，導致ALI等炎性疾病惡化，而PMN的凋亡延遲會進一步加重肺損傷，適度清除PMN，抑制PMN的凋亡延遲是控制炎癥發(fā)展的重要舉措。深入研究PMN與ALI的關系，可為進一步揭示ALI的發(fā)病機制提供理論基礎，為設計研發(fā)具有針對靶器官治療的藥物帶來新的突破。

[1] Jernigan TW，Croce MA，F(xiàn)abian TC.Apoptosis and necrosis in the development of acute lung injury after hemorrhagic shock[J].Am Surg，2004，70（12）：1094-1098.

[2] 鄔嬌，郭曲練.急性肺損傷與細胞凋亡[J].中日友好醫(yī)院學報，2009，23（2）：117-119.

[3] Burns AR，Smith CW，Walker DC．Unique structural features that influence neutrophil emigration into the lung[J]．Physiol Rev，2003，83：309-336．

[4] Perl M，Lomas-Neira J，Chung CS，et al.Epithelial cell apoptosis and neutrophil recruitment in acute lung injury-a unifying hypothesis?What we have learned from small interfering RNAs[J].Mol Med，2008，14（7/8）：465-475.

[5] 黃希，鄧立普.急性肺損傷中信號通路及相關受體研究進展[J].醫(yī)學綜述，2010，16（20）：3054-3057.

[6] 芮萌，段蘊鈾.中性粒細胞凋亡與急性肺損傷[J].中國急救醫(yī)學，2008，28（12）：1129-1132.

[7] Pinkoski MJ，Brunner T，Green DR，et al.Fas and Fas ligand in gut and Live[J].Am J Phisiol Gastrointest Liver Physiol，2000，278：354-366．

[8] M llauer L，gruber P，Sebinger D，et al.Mutations in apoptosis genes：a pathogenetic factor for human disease[J].Mutat Res，2001，488：211-231.

[9] Nwakoby JE，Reddy K，Patel P，et al.Fas-mediated apoptosis of neutrophils in sera of patients with infection[J].Infect＆ Immun，2001，69：3343-3349．

[10] Liles WC，Klebanoff SJ.Regulation of apoptosis in neutrophils Fas track to death[J].Immunol，1995，155：3289-3291.

[11] Dunican AL，Lenemoth SJ，Grutkoski P，et al.TNF alpha induced suppression of PMN apoptosis is mediated through interleukin-8 production[J].Shock，2000，14：284-288.

[12] Hu M，Lin X，Du Q，et al.Regulation of polymorphonuclear leukocyte apoptosis：role of lung endothelium-epithelium bilayer transmigration[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2005，288：266-274.

[13] 柳垂亮，李玉娟，招偉賢.中性粒細胞凋亡調控在炎癥治療中的潛在作用[J].國外醫(yī)學：麻醉學與復蘇分冊，2002，23（5）：293-296.

[14] 趙志勇，高永謙，閻志軍，等.中性粒細胞凋亡延遲及細胞因子釋放在體外循環(huán)全身炎性反應中的作用[J].河北醫(yī)藥，2008，30（6）：745-747.

[15] 陸立仁，張良清.內毒素致急性肺損傷發(fā)病機制研究進展[J].醫(yī)學綜述，2010，16（2）：170-173.

[16] Hagiwara S，Iwasaka H，Togo K，et al.A neutrophil elastase inhibitor，sivelestat reduces lung injury following endotoxin-induced shock in rats by inhibiting HMGB1[J]．Inflammation，2008，31（4）：227-234．

[17] 葉正龍，徐巧蓮，邱海波.中性粒細胞凋亡在大鼠急性肺損傷發(fā)病機制中的意義[J].中國急救醫(yī)學，2005，7（7）：503-505.

[18] Endo S，Sato N，Yaegashi Y，et al．Sivelestat sodium hydrate improves septic acute lung injury by reducing alveolar dysfunction[J].Res Commun Mol Pathol Pharmacol，2006，119：53-65．

[19] Hagiwara S，Iwasaka H，Hidaka S，et al.Neutrophil elastase inhibitor（sivelestat） reduces the Levels of inflammatory mediators by inhibiting NF-κB[J].Inflammation Research，2009，58（4）：198-203.

[20] Suda K，Takeuchi H，Hagiwara T，et al.Neutrophil elastase inhibitor improves survival of rats with clinically relevant sepsis[J].Shock，2010，33（5）：526-531.

[21] Aikawa N，Ishizaka A，Hirasawa H，et al.Reevaluation of the efficacy and safety of the neutrophil elastase inhibitor，Sivelestat，for the treatment of acute lung injury associated with systemic inflammatory response syndrome：a phase IV study[J].Pulm Pharmacol Ther，2011，24（5）：549-554.

[22] Morimoto K，Nishimura K，Miyasaka S，et al.The effect of sivelestat sodium hydrate on severe respiratory failure after thoracic aortic surgery with deep hypothermia[J].Ann Thorac Cardiovasc Surg，2011，17（4）：369-75.

[23] 曾漣，姚尚龍，劉東，等.膿毒癥大鼠肺組織細胞間黏附分子-1 表達的變化[J].廣西醫(yī)科大學學報，2007，24（5）：698-699.

[24] 梁義，單世民，徐凱，等.異丙酚對內毒素致大鼠急性肺損傷的保護作用及機制[J].中國現(xiàn)代醫(yī)生，2009，47（16）：33-35.

[25] 楊書英，曹書華.急性肺損傷的藥物治療研究進展[J].中國現(xiàn)代醫(yī)生，2007，45（10）：156-157，159.