金花 曹同瓦

(1.復(fù)旦大學(xué)附屬金山醫(yī)院急診科，上海 201508；2.復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，上海 200040)

病原體侵入機體后可引起炎性反應(yīng)，在炎性反應(yīng)過程中，免疫系統(tǒng)釋放腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等細胞因子，這些細胞因子能促進細菌的清除和組織的修復(fù)。通常情況下，機體通過局部調(diào)節(jié)機制來限制炎性反應(yīng)。膿毒癥是機體對感染產(chǎn)生的全身炎性反應(yīng)，其特點是細胞因子生成失控，造成組織損傷。在膿毒癥早期階段，促炎細胞因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)和白細胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)合成失控，觸發(fā)由血管活性胺、補體和凝血系統(tǒng)以及活性氧等介導(dǎo)的全身炎性級聯(lián)反應(yīng)，使血管通透性增加，患者發(fā)生低血壓和感染性休克。持續(xù)的炎性反應(yīng)最終可使患者因多臟器功能衰竭而病死。在研究敗血癥炎性反應(yīng)調(diào)節(jié)機制的過程中，Pavlov等[1]首先發(fā)現(xiàn)，大腦中產(chǎn)生的某種信號通過迷走神經(jīng)傳輸，可減少促炎性細胞因子的產(chǎn)生，改善敗血癥實驗?zāi)Ｐ偷纳媛省?000年Borovikova等[2]首先提出“膽堿能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway，CAP)”的概念，即炎性刺激信號通過傳入迷走神經(jīng)傳入腦，經(jīng)過中樞神經(jīng)系統(tǒng)整合后，傳出迷走神經(jīng)末梢釋放乙酰膽堿(acetylcholine，ACh)，激活炎性細胞上的膽堿能受體，從而有效地減少多種促炎細胞因子的釋放，對局部和全身炎性反應(yīng)具有明顯的抑制作用，現(xiàn)對CAP及其在膿毒癥的研究進展作一綜述。

1 CAP的概念及其作用特點

致病菌侵入機體時，體內(nèi)迷走神經(jīng)及其遞質(zhì)(ACh)與免疫系統(tǒng)相互作用，參與抗炎，這種過程稱為CAP[2]。目前認為，CAP主要通過以下途徑發(fā)揮作用：(1)抑制促炎細胞因子/趨化因子的產(chǎn)生和釋放；(2)阻斷核因子кB(nuclear factor kappa B，NF-кB)的活化；(3)阻止T細胞的分化和成熟；(4)抑制中性粒細胞和單核細胞的殺傷功能。

2 CAP的組成及效應(yīng)

2.1 迷走神經(jīng) 迷走神經(jīng)屬于自主神經(jīng)系統(tǒng)中的副交感神經(jīng)，大約80%迷走神經(jīng)纖維分布于呼吸道、心、肝、胃腸道，具有調(diào)節(jié)心率、腸道蠕動、支氣管收縮等功能[3]。TNF是導(dǎo)致內(nèi)毒素血癥低血壓的主要炎性介質(zhì)，刺激迷走神經(jīng)可顯著降低內(nèi)毒素休克動物血清及肝臟中TNF水平[2]。在盲腸結(jié)扎穿刺法制備的標準化感染性腹膜炎模型中，刺激迷走神經(jīng)可下調(diào)血清高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)水平，并改善模型動物生存率[4]。有實驗[5-6]提示，在感染性腹膜炎模型中，單純切斷頸部或膈下迷走神經(jīng)可提高血清中IL-1β、IL-6和TNF的水平，使肝功能退化，促進中性粒細胞和巨噬細胞的浸潤，增加死亡率。在細菌性腹膜炎大鼠模型中，切斷雙側(cè)頸迷走神經(jīng)可使血清TNF增加；而電刺激迷走神經(jīng)可減少TNF，并預(yù)防低血壓[7]。

2.2 α7煙堿型乙酰膽堿受體(nicotinic Ach receptor，nAChR) nAChR是由多個亞單位(α1～10、β1～4、γ；δ、ε)構(gòu)成的同源或異源五聚體受體，屬于配體門控離子通道家族。根據(jù)受體分布的不同，nAChR分為肌肉型和神經(jīng)元型；而根據(jù)與銀環(huán)蛇毒素的親和力不同又分為高親和力型和低親和力型，α7nAChR是神經(jīng)元型 nAChR的一種亞型，其在神經(jīng)元中與銀環(huán)蛇毒素有高親和力。α7nAChR蛋白是由5個α7亞單位構(gòu)成的同源五聚體，5個亞單位環(huán)繞形成一個中心孔道。各亞單位接合處共有 5個配體結(jié)合位點，配體與此位點相互作用改變受體的功能狀態(tài)。Borovikova等[2]證實，ACh可抑制巨噬細胞釋放TNF、IL-1β、IL-6和IL-18，但并不影響IL-10的釋放，這表明ACh可直接抑制促炎性細胞因子的產(chǎn)生，且這種作用是通過α7nAChR介導(dǎo)的。刺激迷走神經(jīng)不能降低α7nAChR基因敲除小鼠的血清TNF水平，表明α7nAChR是體內(nèi)CAP發(fā)揮作用所必需的[8]。與野生型小鼠內(nèi)毒素血癥模型比較，α7nAChR基因敲除小鼠內(nèi)毒素血癥模型血清、脾臟和肝臟中TNF的水平均較高，表明CAP通過α7nAChR來抑制細胞因子的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)[9]。

2.3 脾臟和脾神經(jīng) 對CAP的解剖學(xué)研究[10]表明，脾是迷走神經(jīng)控制炎性反應(yīng)過程所必需的。脾是受神經(jīng)系統(tǒng)高度支配的次級淋巴器官，是內(nèi)毒素血癥中血清TNF的主要來源。脾切除大鼠注射內(nèi)毒素(又稱脂多糖，lipopolysaccharide，LPS)后，血清TNF減少70%，進一步刺激迷走神經(jīng)未能減少TNF。研究[11]表明，脾神經(jīng)對于電刺激迷走神經(jīng)以衰減血清TNF是必需的。脾神經(jīng)起源于腹腔腸系膜上神經(jīng)。迷走神經(jīng)通過兩級串連的神經(jīng)元來調(diào)控細胞因子的產(chǎn)生，節(jié)前神經(jīng)元位于迷走神經(jīng)運動背核(dorsal motor nucleus of the vagus，DMN)；節(jié)后神經(jīng)元來自腹腔腸系膜上神經(jīng)叢[3]，在脾神經(jīng)中穿行。脾神經(jīng)纖維主要由兒茶酚胺纖維組成[12]。用利血平耗竭兒茶酚胺能消除迷走神經(jīng)對TNF的抑制作用[9]。煙堿可降低膿毒癥動物模型血液循環(huán)中HMGB1水平，脾切除后該效應(yīng)喪失，由此可見，脾臟對CAP的保護作用至關(guān)重要[7]。

2.4 中樞毒蕈堿受體 研究[13]表明，內(nèi)毒素血癥大鼠靜脈內(nèi)注射外周毒蕈堿受體拮抗劑阿托品甲基硝酸鹽，不能消除刺激迷走神經(jīng)對TNF的抑制作用，靜脈注射毒蕈堿也不能抑制血清TNF；但是，側(cè)腦室給予毒蕈堿或M1毒蕈堿受體激動劑(MCN-A-343)可降低血清TNF的水平；此外，通過側(cè)腦室給予美索曲明(Methoctramine，M2 ACh受體拮抗劑)，可促進ACh在大腦中的釋放，減少全身TNF水平，增強迷走神經(jīng)活性。以上表明，膽堿能信號通過激活CAP，作用于大腦的毒蕈堿受體，從而調(diào)控外周細胞因子的產(chǎn)生。

3 基于CAP的膿毒癥治療策略

3.1 電刺激迷走神經(jīng) 電刺激迷走神經(jīng)在臨床上已用于治療耐藥的癲癇癥和抑郁癥，其不良反應(yīng)較小[14]。與應(yīng)用膽堿能激動劑相比，電刺激迷走神經(jīng)的治療作用可能更精確。動物實驗[2]顯示，切斷雙側(cè)頸迷走神經(jīng)的大鼠對隨后注射LPS的反應(yīng)比假手術(shù)組更敏感，更快地發(fā)展為內(nèi)毒素休克，全身性炎性反應(yīng)更嚴重；而電刺激迷走神經(jīng)則可減少內(nèi)毒素血癥和膿毒癥時 TNF及HMGB1的產(chǎn)生，并防止膿毒性休克，顯著改善動物預(yù)后[14]。電刺激迷走神經(jīng)時，用以激活CAP的電壓和頻率參數(shù)均低于激活心迷走神經(jīng)的閾值，故較為安全。

3.2 α7 nAChR激動劑 膽堿是ACh水解的副產(chǎn)物，是一種內(nèi)源性選擇性α7nAChR激動劑[15]。研究[16]表明，給予大鼠富含膽堿的飲食或者給狗靜脈注射膽堿，均能對機體產(chǎn)生保護作用，防止LPS引起的內(nèi)毒素休克。在內(nèi)毒素血癥小鼠中給予膽堿可以減少其腹腔及血清TNF水平；但對α7nAChR基因敲除小鼠內(nèi)毒素血癥模型給予膽堿卻不能降低TNF的水平[17]。特異性α7nAChR激動劑GTS-21可用于治療阿爾茨海默??；在小鼠急性胰腺炎模型中，GTS-21能夠顯著改善其癥狀，降低血漿IL-6水平[18]；而在小鼠LPS所致腹膜炎模型中，GTS-21不但能夠降低血TNF-α水平，還能夠阻止中性粒細胞的募集[17]。

3.3 膽堿酯酶抑制劑 膽堿酯酶抑制劑可與膽堿酯酶結(jié)合，阻斷其水解膽堿能神經(jīng)未梢釋放的ACh。CAP的發(fā)現(xiàn)使人們認識到迷走神經(jīng)及其遞質(zhì)ACh參與對機體炎性反應(yīng)的調(diào)控。加蘭他敏具有抑制膽堿酯酶活性和調(diào)節(jié)nAChR活性的雙重作用。在大鼠內(nèi)毒素血癥模型中，外周注射加蘭他敏可以通過激活迷走神經(jīng)而顯著降低血清和脾臟TNF水平，并降低血清IL-6水平，而血清皮質(zhì)酮卻未明顯改變大鼠的生存率[19]。膽堿酯酶抑制劑的調(diào)控范圍廣泛，并非針對某一炎性介質(zhì)，從而保持了機體的神經(jīng)內(nèi)分泌及免疫系統(tǒng)的整體性。膿毒癥患者并發(fā)胃腸道動力障礙，而膽堿酯酶抑制劑也具有增加胃腸道蠕動、促進胃排空及直腸排便的作用[20]。膽堿酯酶抑制劑的抗炎作用為膿毒癥治療開辟了一條新途徑。

4 問題和展望

膿毒癥是重癥監(jiān)護病房(intensive care unit，ICU)常見的危重疾病，其病死率居高不下，對于膿毒癥的治療是目前危重病學(xué)的研究重點之一，CAP的發(fā)現(xiàn)為膿毒癥治療提供了新方向。中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過體液和神經(jīng)通路調(diào)節(jié)免疫功能，神經(jīng)通路對外周刺激產(chǎn)生實時和局限的反應(yīng)。在免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間復(fù)雜的動態(tài)交互作用中，對α7nAChR的識別為一項基本炎性反應(yīng)調(diào)制器，這為新的膿毒癥治療提供了的方向。CAP通過傳出迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)，它的發(fā)現(xiàn)改變了人們對炎性反應(yīng)的認識。

[1]Pavlov VA,Tracey KJ.Controlling inflammation:the cholinergic anti-inflammatory pathway[J].Biochem Soc Trans,2006,34(Pt 6):1037-1040.

[2]Borovikova LV,Ivanova S,Zhang M,et al.Vagus nerve stimulation attenuates the systemic inflammatory response to endotoxin[J].Nature,2000,405(6785):458-462.

[3]Agostoni E,Chinnock JE,De Daly MB,et al.Functional and histological studies of the vagus nerve and its branches to the heart,lungs and abdominal viscera in the cat[J].J Physiol,1957,135(1):182-205.

[4]Van Der Zanden EP,Boeckxstaens GE,de Jonge WJ.The vagus nerve as a modulator of intestinal inflammation[J].Neurogastroenterol Motil,2009,21(1):6-17.

[5]van Westerloo DJ,Giebelen IA,Florquin S,et al.The cholinergic anti-inflammatory pathway regulates the host response during septic peritonitis[J].J Infect Dis, 2005,191(12):2138-2148.

[6]Johnston GR,Webster NR.Cytokines and the immunomodulatory function of the vagus nerve[J].Br J Anaesth,2009,102(4):453-462.

[7]Song XM,Li JG,Wang YL,et al.The protective effect of the cholinergic anti-inflammatory pathway against septic shock in rats[J].Shock,2008,30(4):468-472.

[8]王娜,蘇躍.全身炎癥反應(yīng)綜合征治療新策略——膽堿能抗炎通路[J].醫(yī)學(xué)與哲學(xué)(臨床決策論壇版),2010,31(11):42-43,77.

[9]Nezhinskaia GI,Vladykin AL,Sapronov NS.Anti-inflammatory role of cholinergic and serotonergic systems in shock[J].Patol Fiziol Eksp Ter,2010,(2):7-10.

[10]Huston JM,Wang H,Ochani M,et al.Splenectomy protects against sepsis lethality and reduces serum HMGB1 levels[J].J Immunol,2008,181(5):3535-3539.

[11]Rosas-Ballina M,Ochani M,Parrish WR,et al.Splenic nerve is required for cholinergic antiinflammatory pathway control of TNF in endotoxemia[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2008,105(31):11008-11013.

[12]Klein RL,Wilson SP,Dzielak DJ,et al.Opioid peptides and noradrenaline co-exist in large dense-cored vesicles from sympathetic nerve[J].Neuroscience,1982,7(9):2255-2261.

[13]Pavlov VA,Ochani M,Gallowitsch-Puerta M,et al.Central muscarinic cholinergic regulation of the systemic inflammatory response during endotoxemia[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2006,103(13):5219-5223.

[14]Tecoma ES,Iragui VJ.Vagus nerve stimulation use and effect in epilepsy:what have we learned? [J].Epilepsy Behav,2006,8(1):127-136.

[15]Sapronov NS,Nezhinskaya GI,Vladykin AL.Effects of cholinergic agonists and antagonists under conditions of spleen denervation in rats with endotoxic shock[J].Bull Exp Biol Med,2010,149(5):598-600.

[16]Rivera CA,Wheeler MD,Enomoto N,et al.A choline-rich diet improves survival in a rat model of endotoxin shock[J].Am J Physiol,1998,275(4 Pt 1):G862-G867.

[17]Bencherif M,Lippiello PM,Lucas R,et al.Alpha7 nicotinic receptors as novel therapeutic targets for inflammation-based diseases[J].Cell Mol Life Sci,2011,68(6): 931-949.

[18]van Westerloo DJ,Giebelen IA,Meijers JC,et al.Vagus nerve stimulation inhibits activation of coagulation and fibrinolysis during endotoxemia in rats[J].J Thromb Haemost,2006,4(9):1997-2002.

[19]Pavlov VA,Parrish WR,Rosas-Ballina M,et al.Brain acetylcholinesterase activity controls systemic cytokine levels through the cholinergic anti-inflammatory pathway[J].Brain Behav Immun,2009,23(1):41-45.

[20]Campbell-Dittmeyer K,Hicks GA,Earnest DL,et al.Increased colonic transit in rats produced by a combination of a cholinesterase inhibitor with a 5-HT4 receptor agonist[J].Neurogastroenterol Motil,2009,21(11):1197-e108.