方興君,曲良超

(南昌大學(xué)a.研究生院醫(yī)學(xué)部2021級(jí); b.第一附屬醫(yī)院麻醉與疼痛醫(yī)學(xué)中心,南昌 330006)

圍術(shù)期急性肺損傷(perioperative acute lung injury,PALI)可發(fā)生在一些大手術(shù)后,如心臟、胸腔或血管手術(shù)等。盡管發(fā)生肺損傷類型以及肺損傷程度有所不同,但肺部并發(fā)癥對(duì)臨床結(jié)局卻有顯著影響[1-2]。與急性肺損傷(acute lung injury,ALI)和(或)急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)相關(guān)的呼吸衰竭是導(dǎo)致圍術(shù)期死亡的最重要因素之一[3]。

目前在治療PALI方面取得了明顯進(jìn)步,但PALI的發(fā)生率仍較高。在大手術(shù)中,術(shù)后ALI發(fā)生率為2%～5%[4]。術(shù)后ALI的發(fā)生在不同手術(shù)類型中有所不同,從開胸肺切除術(shù)后2%～4%到心臟手術(shù)后1%～5%[1]。ALI在過去十年中其死亡率逐漸下降,但它仍然是危重癥患者最重要的死亡原因之一[3]。因此,探討PALI發(fā)生的原因及機(jī)制,尋找多模式肺保護(hù)策略對(duì)預(yù)防PALI具有重要意義。本文將從免疫功能失調(diào)和炎癥反應(yīng)相互作用討論P(yáng)ALI的可能機(jī)制,并探討神經(jīng)免疫抗炎通路—膽堿能抗炎通路對(duì)預(yù)防和治療PALI的作用。

1 PALI的發(fā)病機(jī)制

PALI與手術(shù)大小、部位以及方式均有一定關(guān)系。據(jù)報(bào)道[5],骨科和盆腔手術(shù)的患者在圍手術(shù)期發(fā)生ALI的風(fēng)險(xiǎn)最小,胸外科和腹部手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)較高。在無顯著危險(xiǎn)因素的患者中,胸腹手術(shù)ALI發(fā)生率為1.3%～4%,呼吸衰竭發(fā)生率為1.2%～2.3%,其中肺葉切除術(shù)和全肺切除術(shù)圍手術(shù)期ALI發(fā)生率為2.8%～5%;心臟和主動(dòng)脈手術(shù)圍手術(shù)期ALI發(fā)生率約為5%[6-7]。然而,在高危手術(shù)中,這一發(fā)生率可增加至28%～35%[8]。食管切除術(shù)與ALI的高發(fā)病率相關(guān),據(jù)報(bào)道[9-10]食管切除術(shù)ALI發(fā)生率為16%～41%。

盡管PALI的病因不同,但大多數(shù)人體研究和ALI動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)[11-14]顯示了類似的組織學(xué)和生化臨床變化。PALI的細(xì)胞特征包括肺泡-毛細(xì)血管膜完整性的喪失、過度的經(jīng)上皮中性粒細(xì)胞遷移和促炎、細(xì)胞毒性介質(zhì)的釋放。最重要的是肺血管完整性的早期喪失,使得富含蛋白質(zhì)的液體流入間質(zhì)間隙,然后進(jìn)入肺泡[11]。中性粒細(xì)胞浸潤是血管完整性喪失的共同途徑。當(dāng)損傷發(fā)生時(shí),中性粒細(xì)胞在肺微血管系統(tǒng)中積累,并被激活釋放,這導(dǎo)致了血管通透性的增加[12]。動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)[13-14]顯示,中性粒細(xì)胞的消耗可以防止ALI的發(fā)展,雖然這可能會(huì)作為一種治療ALI的方法,但由于中性粒細(xì)胞在先天免疫中發(fā)揮重要作用,中性粒細(xì)胞的消耗可能會(huì)使患者暴露于不受控制的細(xì)菌感染中。因此,了解ALI的發(fā)病機(jī)制很重要,這可能為目前和未來ALI的治療提供必要的方法和依據(jù)。

2 免疫功能失調(diào)加重PALI

肺先天免疫系統(tǒng)在ALI的發(fā)病機(jī)制中起著非常重要的作用[15]。肺上皮細(xì)胞被廣泛認(rèn)為是肺部的第一道防線,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)損傷的先天免疫反應(yīng)和隨后的修復(fù)[16]。而肺部的先天免疫反應(yīng)又是抵抗呼吸道病原體的第一道防線,通過吞噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞表達(dá)的模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors,PRR)識(shí)別入侵的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP)和細(xì)胞損傷相關(guān)分子模式(damage-related molecular patterns,DAMP)[17],啟動(dòng)趨化因子及促炎與抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,這些細(xì)胞因子充當(dāng)跨膜和細(xì)胞內(nèi)受體,可能會(huì)導(dǎo)致急性或慢性炎癥反應(yīng)[18],形成較慢的淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)。PRR識(shí)別DAMP會(huì)促進(jìn)無菌炎癥,導(dǎo)致多種炎癥性疾病的發(fā)展[19]。Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)是PRR中最主要的先天免疫細(xì)胞,可識(shí)別PAMP,促發(fā)I型干擾素和細(xì)胞因子的產(chǎn)生,以對(duì)抗感染[20],而TLR4過度激活會(huì)導(dǎo)致延長或過度的先天免疫反應(yīng),從而導(dǎo)致包括ALI/ARDS在內(nèi)的多個(gè)器官損傷甚至死亡[21]。

3 炎癥反應(yīng)加重PALI

炎癥細(xì)胞(包括中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肥大細(xì)胞)及其釋放的炎癥介質(zhì)引起肺微血管通透性增加、間質(zhì)和肺泡水腫、肺不張和透明膜形成,從而導(dǎo)致ALI[22]。其特征是促炎介質(zhì)過度產(chǎn)生、炎癥細(xì)胞浸潤和肺泡上皮細(xì)胞凋亡[23]。巨噬細(xì)胞通過產(chǎn)生炎癥介質(zhì)和趨化因子參與肺部炎癥的發(fā)生和發(fā)展[24],如在LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠模型中,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和高遷移率組蛋白1(high-mobility group box 1 protein,HMGB1)的產(chǎn)生[25]。TNF-α和IL-1β是引發(fā)ALI的重要炎癥介質(zhì),HMGB1是一種高度保守的蛋白質(zhì),與炎癥的發(fā)病機(jī)制有關(guān),并在LPS刺激時(shí)作為促炎介質(zhì)[25]。在ALI早期階段,中性粒細(xì)胞募集到受損和炎癥部位[26],隨著活性氧、細(xì)胞毒性分子和細(xì)胞中各種蛋白酶的釋放,引起正反饋和炎癥增強(qiáng),從而導(dǎo)致肺泡內(nèi)皮和上皮損傷[27]。在LPS[28]、輸血相關(guān)急性肺損傷[29]、補(bǔ)體激活[30]和呼吸機(jī)[31]引起的肺損傷模型中,任何減少肺中性粒細(xì)胞的策略都會(huì)導(dǎo)致肺損傷得到改善。ALI過程中,大量的炎性因子釋放,釋放的炎性因子又可以激活NF-κB炎性通路,通過一系列信號(hào)傳導(dǎo),導(dǎo)致炎癥反應(yīng)級(jí)聯(lián)放大[32],引起失控性釋放大量炎性因子,進(jìn)一步加重ALI。

4 免疫功能失調(diào)與炎癥反應(yīng)的相互作用加重PALI

PALI的核心概念之一是炎癥反應(yīng)不平衡加重肺內(nèi)皮或上皮損傷。在膿毒癥引發(fā)的ALI中,免疫細(xì)胞通過TLR識(shí)別PAMP,加大“細(xì)胞因子風(fēng)暴”,從而加重炎癥反應(yīng)并損害組織功能[33]。如TRL3在樹突狀細(xì)胞、胎盤和胰腺中高度表達(dá),通過TRIF途徑激活NF-κB[34],TLR7則激活骨髓分化初反應(yīng)蛋白88(MyD88),隨后激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)級(jí)聯(lián)、NF-κB和其他通路,導(dǎo)致TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12表達(dá)增強(qiáng),TLR8通過TLR7等下游途徑激活MyD88通路[35],TLR4在對(duì)革蘭氏陰性菌、LPS以及由病毒感染(包括SARS-CoV)誘導(dǎo)的氧化反應(yīng)中起關(guān)鍵作用,并且與NF-κB和IRF3的激活相關(guān)[34]。所有這些因素都會(huì)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)過度激活,加重ALI[36]。先天免疫細(xì)胞對(duì)DAMP、PAMP的識(shí)別除涉及TLR外,還包括多種編碼受體,如NOD樣受體、視黃酸誘導(dǎo)基因Ⅰ-樣受體、C型凝集素受體和多種細(xì)胞內(nèi)DNA傳感器表達(dá),這會(huì)誘導(dǎo)促炎免疫反應(yīng),產(chǎn)生不同的細(xì)胞因子、趨化因子、干擾素和其他分子,包括活性氧或氮。HMGB1作為DAMPs之一可以促進(jìn)NOD樣受體3的激活和caspase-1的激活,從而正反饋增強(qiáng)巨噬細(xì)胞焦亡,加重炎癥反應(yīng),導(dǎo)致ALI惡化[37]。因此,在ALI/ARDS中,先天免疫反應(yīng)失調(diào)與過度炎癥反應(yīng)產(chǎn)生正反饋,加重肺組織損傷[38]。

5 膽堿能抗炎通路在治療PALI中的作用

膽堿能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway,CAP)是一種依賴于自主神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)通路,位于神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的交界處,可以通過刺激迷走神經(jīng)抑制免疫細(xì)胞活化以防止促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生而減輕全身炎癥反應(yīng)[39-42]。這種抑制促炎細(xì)胞因子的釋放作用是基于迷走神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)與存在于常駐巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞上的a7煙堿型ACh受體(α7nicotinic acetylcholine receptor,a7n AChR)的結(jié)合而產(chǎn)生的[43]。內(nèi)毒素血癥、敗血癥、結(jié)腸炎、胰腺炎和缺血再灌注等疾病模型介導(dǎo)的細(xì)胞因子被證明可通過電刺激迷走神經(jīng)或通過藥理學(xué)方法激活CAP得到顯著改善[44]。

CAP中最為重要器官是脾臟,而脾臟作為外周淋巴器官,通過其獨(dú)特的組織參與先天性和適應(yīng)性免疫[45]。支配脾臟的神經(jīng)由起源于腹腔腸系膜上叢神經(jīng)節(jié)的兒茶酚胺能神經(jīng)纖維組成的脾神經(jīng)提供[46-47]。其受到刺激可以產(chǎn)生去甲腎上腺素,CD4陽性T細(xì)胞在去甲腎上腺素的刺激下產(chǎn)生乙酰膽堿[48]。乙酰膽堿與巨噬細(xì)胞上的a7nAChR結(jié)合并抑制TNF-α的釋放,從而抑制炎癥反應(yīng)[49]。在一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)實(shí)驗(yàn)中,迷走神經(jīng)刺激和尼古丁給藥均對(duì)脂多糖刺激導(dǎo)致的小鼠急性肺損傷具有保護(hù)作用,在減輕了肺部損傷的同時(shí),還改善了全身炎癥反應(yīng)[50]。在腎臟缺血再灌注實(shí)驗(yàn)中,在腎臟IRI之前進(jìn)行脾切除會(huì)通過促炎機(jī)制加劇肺損傷[45]。這表明脾臟可能是CAP發(fā)揮作用的關(guān)鍵靶點(diǎn),并通過完整的迷走神經(jīng)發(fā)揮抗炎效應(yīng)?？傊?CAP作為神經(jīng)免疫和炎癥反應(yīng)的交叉通路在ALI治療中具有重要的作用。膽堿能抗炎通路在PALI治療中的作用示意圖見圖1。

圖1 膽堿能抗炎通路在治療PALI中的作用

6 結(jié)論

盡管目前在PALI治療方面有了明顯進(jìn)步,但PALI仍然是危重癥患者死亡的最重要原因。由于免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)之間的串?dāng)_,使人們開始探索通過抑制神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)通路來減輕全身炎癥反應(yīng),從而預(yù)防PALI。值得慶幸的是,目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多證明了這一方法的可行性。因此,通過CAP抑制全身炎癥反應(yīng),切斷免疫功能失調(diào)與炎癥反應(yīng)之間的正反饋成為未來預(yù)防和治療PALI的重要方法。