徐 宇，范紹輝，秘 樂，舒小燚，張艷萍 綜述，王紅嫚 審校

(遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，廣東珠海 519000)

急性肺損傷(ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)是指非心源性因素導(dǎo)致的彌漫性肺泡水腫，病理特征為肺毛細(xì)血管內(nèi)皮及肺泡上皮通透性增加致肺泡腔內(nèi)液體及蛋白質(zhì)滲出，主要表現(xiàn)為肺順應(yīng)性降低、肺泡無效腔增加和頑固性低氧血癥。經(jīng)鼻氣管滴入脂多糖(LPS)誘導(dǎo)ALI/ARDS是目前體內(nèi)研究ALI/ARDS的經(jīng)典模型。有研究顯示，成人ARDS的病死率高于40%[1]，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，至今尚未明確。肺泡巨噬細(xì)胞(AMs)作為肺組織抵御病原微生物入侵的第一道防線并協(xié)調(diào)其他免疫細(xì)胞在先天免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。AMs的一種炎性程序性細(xì)胞死亡方式——細(xì)胞焦亡(Pyroptosis)在ALI/ARDS進(jìn)程中扮演著重要作用，高遷移率族蛋白1(HMGB1)/晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)信號(hào)通路可能對(duì)經(jīng)典途徑及非經(jīng)典途徑AMs焦亡有一定影響。

1 細(xì)胞焦亡

細(xì)胞焦亡一詞最早在2001年被提出[2]，是一種依賴胱天蛋白酶(caspase)的促炎性細(xì)胞程序性死亡，其過程伴隨著炎性因子釋放，如白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-8及HMGB1[3-4]?？煞譃榻?jīng)典途徑(caspase-1依賴)和非經(jīng)典途徑(非caspase-1依賴)兩種途徑。

1.1 經(jīng)典途徑細(xì)胞焦亡

caspase-1 依賴形式的細(xì)胞焦亡由一系列能形成炎性小體的胞內(nèi)模式識(shí)別受體(PRR)觸發(fā)，如核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(NLRs)中的NLRP1、NLRP3 和NLRC4/NAIP 及黑色素瘤缺乏因子2(AIM2) 等。在識(shí)別病原相關(guān)分子模式(PAMP) 和損傷相關(guān)分子模式(DAMP)后，這些PRR通過識(shí)別同源配體的方式與含有caspase募集結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白 (ASC)結(jié)合形成一個(gè)大分子復(fù)合物，趨化caspase-1 形成炎性小體，并激活caspase-1，活化的caspase-1 促使IL-1β前體(Pro-IL-1β)和IL-18前體(Pro-IL-18)剪切為IL-1β和IL-18，并從焦亡細(xì)胞釋放，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[5]，稱為經(jīng)典途徑細(xì)胞焦亡。以典型的NLRP3為例：(1)各種DAMP和PAMP通過NF-κB依賴性途徑促進(jìn)NLRP3、Pro-IL-1β和Pro-IL-18的轉(zhuǎn)錄。(2)NLRP3、ASC及前caspase-1組裝成炎性小體結(jié)構(gòu)并誘導(dǎo)前caspase-1的激活，活化的caspase-1加工修飾Pro-IL-1β和Pro-IL-18為成熟的IL-1β和IL-18并從焦亡細(xì)胞釋放。

1.2 非經(jīng)典途徑細(xì)胞焦亡

非caspase-1 依賴形式的細(xì)胞焦亡則由人類的caspase-4 和caspase-5 或者小鼠的caspase-11 誘導(dǎo)，其均作為最起始的激活物，通過caspase募集結(jié)構(gòu)域(CARD)直接識(shí)別細(xì)胞質(zhì)中LPS并被激活。激活的caspase-4、caspase-5、caspase-11不能直接裂解Pro-IL-1β和Pro-IL-18，但能夠不依賴caspase-1誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[6]。這種非caspase-1依賴形式的細(xì)胞焦亡稱為非經(jīng)典途徑細(xì)胞焦亡。

經(jīng)典途徑與非經(jīng)典途徑細(xì)胞焦亡的形態(tài)學(xué)特征及效應(yīng)相似，均以切割的消皮素D(gasdermin D)作為效應(yīng)蛋白使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性破壞及細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)釋放到細(xì)胞外，均以胞膜破裂引起促炎性細(xì)胞因子、內(nèi)源性配體、警報(bào)蛋白和其他與危險(xiǎn)相關(guān)的分子模式釋放為終末效應(yīng)，其出現(xiàn)可致炎性反應(yīng)加重[2]。

2 AMs焦亡與ALI/ARDS

AMs生理情況下占支氣管肺泡灌洗液(BALF)中細(xì)胞的90%[7-8]。作為抵抗病原微生物入侵的第一道防線并協(xié)調(diào)其他免疫細(xì)胞在先天免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，其在ALI/ARDS發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵作用引起了研究者的重視。有研究支持ALI/ARDS時(shí)AMs通過分泌促炎細(xì)胞因子誘導(dǎo)多形性核粒細(xì)胞黏附趨化至肺泡腔[7]。

AMs在感染后通過合成和釋放多種炎性介質(zhì)在ALI/ARDS的發(fā)展中起著核心作用[9]。有研究報(bào)道，不受控制的肺部炎癥可能是由于死亡細(xì)胞清除不足和免疫細(xì)胞死亡過程中促炎細(xì)胞因子的釋放而引起[10-11]。從死亡的宿主細(xì)胞釋放的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物可以提供啟動(dòng)炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)的有效信號(hào)，如AMs焦亡過程中炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子(如IL-1β、IL-18等)的分泌在ALI/ARDS的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用[12-13]，IL-1β、IL-18作為AMs焦亡的下游促炎細(xì)胞因子,是炎癥進(jìn)展過程中關(guān)鍵的促炎介質(zhì)。IL-1β不僅自身引起炎性反應(yīng)，還刺激各種細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)，以及多形性核粒細(xì)胞向組織和器官的遷移[14]，從而加重炎性反應(yīng)；IL-18誘導(dǎo)干擾素-γ的表達(dá)和分泌，對(duì)于巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞的活化至關(guān)重要[15]，可趨化多形性核粒細(xì)胞向肺組織移動(dòng)，并使其變形、脫顆粒、釋放超氧化物和溶酶體，引發(fā)呼吸道感染暴發(fā)。

經(jīng)氣管內(nèi)給予LPS，AMs焦亡增加進(jìn)一步加劇肺部炎性反應(yīng)。有研究表明，在LPS誘導(dǎo)的ALI動(dòng)物模型中，AMs焦亡會(huì)加劇肺部炎癥，抑制LPS介導(dǎo)的AMs焦亡可減輕肺損傷[16]，通過對(duì)AMs焦亡的干預(yù)可能是有效控制肺部炎癥的治療策略。

經(jīng)LPS處理后，伴隨著p38-絲裂原活化蛋白激酶(p38-MAPK)信號(hào)通路在體內(nèi)外的激活，NLRP3、IL-1β的表達(dá)及caspase-1的裂解均明顯升高，阻斷p38-MAPK信號(hào)通路可以改善ALI/ARDS，與抑制AMS焦亡有關(guān)[17]。NLRP3炎性小體在AMs焦亡中扮演著重要角色，抑制AMs中的NLRP3炎性小體激活可能有助于減輕與炎癥相關(guān)的肺損傷[18]。過表達(dá)的miRNA-495通過負(fù)調(diào)控NLRP3基因抑制了NLRP3炎性小體的活化并減弱了LPS誘導(dǎo)的肺部炎癥和AMs焦亡，進(jìn)而阻礙ALI/ARDS進(jìn)展[19]；髓樣分化蛋白-2(MD-2)-Toll樣受體(TLR)4/NF-κB依賴性途徑對(duì)AMs中NLRP3炎性小體活化和肺部炎性反應(yīng)的加重起著重要作用[20]。 IL-1β-IL-1受體I(IL-1RI)信號(hào)的繼發(fā)上調(diào)是AMs焦亡和LPS引起肺損傷的原因之一，LPS通過誘導(dǎo)的IL-1β分泌激活上調(diào)IL-1RI，上調(diào)的IL-1RI使AMs對(duì)IL-1β敏感并導(dǎo)致焦亡小體形成和AMs焦亡，并隨后加劇了肺部炎癥[21]。IL-1RI或caspase-1的缺失通過阻斷LPS誘導(dǎo)的AMs焦亡明顯降低了肺部炎癥并改善了ALI/ARDS肺組織學(xué)改變[21]。干擾素調(diào)節(jié)因子-1(IRF-1)在調(diào)控caspase-1依賴的焦亡和炎癥中起關(guān)鍵作用[22]。IRF-1促進(jìn)AMs中caspase-1激活和含有ASC焦亡小體形成，并導(dǎo)致下游炎性細(xì)胞因子釋放，基因敲除小鼠中IRF-1強(qiáng)烈消除了AMs細(xì)胞焦亡，并減輕了LPS誘導(dǎo)的肺損傷和全身炎癥。

3 HMGB1/RAGE與ALI/ARDS

HMGB1也稱為兩性蛋白，是一種由216個(gè)氨基酸組成的非組蛋白DNA結(jié)合蛋白，因其在凝膠電泳中遷移速度快而得名，在病理情況下，HMGB1被動(dòng)從感染、損傷壞死的細(xì)胞或主動(dòng)從激活的免疫細(xì)胞釋放[23-24]，釋放到細(xì)胞外的HMGB1作為DAMP通過與其受體，如RAGE、TLR2、TLR4結(jié)合發(fā)揮作用，且其在ALI/ARDS肺組織中的表達(dá)水平明顯高于正常肺組織。

體外細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外HMGB1與受體結(jié)合產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子主要是通過RAGE介導(dǎo)[25]。RAGE是一種膜蛋白，屬于細(xì)胞表面受體的免疫球蛋白超家族成員，在大多數(shù)正常組織中低表達(dá)，在與炎癥和肺損傷相關(guān)的所有病理狀態(tài)下，細(xì)支氣管上皮、Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞、AMs和內(nèi)皮細(xì)胞中均觀察到RAGE過表達(dá)[26]，且HMGB1在ALI/ARDS中表達(dá)強(qiáng)度與肺損傷程度呈正相關(guān)[27]。RAGE是多配體受體，HMGB1作為RAGE親和力最高的配體，其與RAGE結(jié)合后通過激活下游的炎癥通路MAPK、NF-κB介導(dǎo)多種炎性介質(zhì)的產(chǎn)生[28]，如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、IL-1β、IL-8等。這表明HMGB1/RAGE通路的激活在體內(nèi)擴(kuò)增了炎性反應(yīng)并且在炎性疾病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。有研究表明，HMGB1/RAGE信號(hào)通路參與LPS誘導(dǎo)的ALI/ARDS進(jìn)展[29-30]。

4 HMGB1/RARE與AMs焦亡

研究表明，HMGB1除非與含有DNA的免疫復(fù)合物或DAMP(如IL-1β和LPS)結(jié)合，否則對(duì)巨噬細(xì)胞幾乎無影響[31]。單獨(dú)的HMGB1不能激活NLRP3炎性小體，也不能誘導(dǎo)IL-1β和IL-18的分泌，但HMGB1可通過與其配體RAGE結(jié)合后以劑量依賴性方式促進(jìn)巨噬細(xì)胞中Pro-IL-1β和Pro-IL-18的合成[32]，因此，HMGB1/RAGE信號(hào)通路可能在AMs焦亡釋放IL-1β和IL-18的第一步中起重要作用。但也有研究證明，HMGB1在炎癥過程中起細(xì)胞質(zhì)信號(hào)分子的作用[33]，通過RAGE作用的HMGB1能夠誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中焦亡小體形成和caspase-1活化，從而導(dǎo)致隨后的細(xì)胞焦亡，且體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證實(shí)內(nèi)毒素血癥中確實(shí)存在這種HMGB1誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞焦亡[34]。細(xì)胞外HMGB1在體內(nèi)介導(dǎo)NLRP3炎性小體活化中發(fā)揮特定作用[35]，然而在外周呼吸系統(tǒng)中，NLRP3炎性小體主要定位于AMs[20]。故HMGB1/RAGE信號(hào)通路可能通過影響經(jīng)典途徑的AMs焦亡在LPS誘導(dǎo)的ALI/ARDS中具有重要作用。

細(xì)胞外HMGB1在炎癥中還起轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用，可結(jié)合其他炎性介質(zhì)如LPS、IL-1β、組蛋白和核小體等來增強(qiáng)炎性反應(yīng)[36]，其與這些免疫激活分子結(jié)合形成促炎復(fù)合物，被細(xì)胞膜上RAGE受體內(nèi)吞并向溶酶體區(qū)室轉(zhuǎn)運(yùn)，HMGB1能使溶酶體通透，使其伴侶分子避免被溶酶體降解并能夠到達(dá)相關(guān)的免疫激活傳感器以激活下游事件。LPS激活其關(guān)鍵細(xì)胞質(zhì)受體-鼠caspase-11、人caspase-4和caspase-5產(chǎn)生細(xì)胞焦亡，正是通過以上途徑而實(shí)現(xiàn)。這一過程中RAGE而非TLR4在轉(zhuǎn)運(yùn)HMGB1和LPS復(fù)合物以激活細(xì)胞質(zhì)受體中起著至關(guān)重要作用，相比之下，靶向HMGB1/TLR4通路的特定HMGB1抑制劑(K883)不能抑制這種內(nèi)吞作用[37]。

DENG等[38]研究證明，HMGB1是內(nèi)毒素血癥和膿毒癥中驅(qū)動(dòng)caspase-11活化的關(guān)鍵介質(zhì)，肝細(xì)胞釋放的HMGB1與LPS結(jié)合形成HMGB1-LPS復(fù)合物，并通過RAGE將其內(nèi)吞并靶向巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的溶酶體轉(zhuǎn)運(yùn)。隨后，HMGB1在溶酶體的酸性環(huán)境中穿透磷脂雙分子層，導(dǎo)致LPS能夠達(dá)到其關(guān)鍵的病原性細(xì)胞質(zhì)受體caspase-11，以介導(dǎo)炎性小體的激活和肝細(xì)胞焦亡。肝細(xì)胞HMGB1的耗竭、肝細(xì)胞HMGB1釋放的抑制、中和細(xì)胞外HMGB1或RAGE的缺乏均可防止內(nèi)毒素血癥和細(xì)菌性膿毒癥中caspase-11依賴的細(xì)胞焦亡。LPS誘導(dǎo)的ALI/ARDS中是否也存在這種HMGB1/RAGE介導(dǎo)的caspase-11依賴性AMs焦亡需進(jìn)一步證實(shí)。但根據(jù)現(xiàn)有研究推測(cè)，LPS誘導(dǎo)的ALI/ARDS中，HMGB1可能作為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，與LPS結(jié)合將其通過RAGE轉(zhuǎn)運(yùn)至AMs細(xì)胞質(zhì)，并激活A(yù)Ms細(xì)胞質(zhì)受體caspase-11、caspase-4和caspase-5，進(jìn)而誘導(dǎo)非經(jīng)典途徑的AMs焦亡。

5 展 望

目前ALI/ARDS炎性反應(yīng)中HMGB1/RAGE信號(hào)通路影響AMs焦亡的具體機(jī)制尚不清楚，但據(jù)以上相關(guān)的研究推測(cè)，HMGB1/RAGE信號(hào)通路可能通過影響經(jīng)典途徑及非經(jīng)典途徑AMs焦亡在LPS誘導(dǎo)ALI/ARDS中具有重要作用，可為通過對(duì)HMGB1/RAGE信號(hào)通路干預(yù)減輕ALI/ARDS炎性反應(yīng)提供新的理論依據(jù)。