胆碱能抗炎通路在脓毒症中的研究进展

金花 曹同瓦

(1.复旦大学附属金山医院急诊科，上海 201508；2.复旦大学附属华山医院重症医学科，上海 200040)

病原体侵入机体后可引起炎性反应，在炎性反应过程中，免疫系统释放肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)等细胞因子，这些细胞因子能促进细菌的清除和组织的修复。通常情况下，机体通过局部调节机制来限制炎性反应。脓毒症是机体对感染产生的全身炎性反应，其特点是细胞因子生成失控，造成组织损伤。在脓毒症早期阶段，促炎细胞因子如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)和白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)合成失控，触发由血管活性胺、补体和凝血系统以及活性氧等介导的全身炎性级联反应，使血管通透性增加，患者发生低血压和感染性休克。持续的炎性反应最终可使患者因多脏器功能衰竭而病死。在研究败血症炎性反应调节机制的过程中，Pavlov等[1]首先发现，大脑中产生的某种信号通过迷走神经传输，可减少促炎性细胞因子的产生，改善败血症实验模型的生存率。2000年Borovikova等[2]首先提出“胆碱能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway，CAP)”的概念，即炎性刺激信号通过传入迷走神经传入脑，经过中枢神经系统整合后，传出迷走神经末梢释放乙酰胆碱(acetylcholine，ACh)，激活炎性细胞上的胆碱能受体，从而有效地减少多种促炎细胞因子的释放，对局部和全身炎性反应具有明显的抑制作用，现对CAP及其在脓毒症的研究进展作一综述。

1 CAP的概念及其作用特点

致病菌侵入机体时，体内迷走神经及其递质(ACh)与免疫系统相互作用，参与抗炎，这种过程称为CAP[2]。目前认为，CAP主要通过以下途径发挥作用：(1)抑制促炎细胞因子/趋化因子的产生和释放；(2)阻断核因子кB(nuclear factor kappa B，NF-кB)的活化；(3)阻止T细胞的分化和成熟；(4)抑制中性粒细胞和单核细胞的杀伤功能。

2 CAP的组成及效应

2.1 迷走神经 迷走神经属于自主神经系统中的副交感神经，大约80%迷走神经纤维分布于呼吸道、心、肝、胃肠道，具有调节心率、肠道蠕动、支气管收缩等功能[3]。TNF是导致内毒素血症低血压的主要炎性介质，刺激迷走神经可显著降低内毒素休克动物血清及肝脏中TNF水平[2]。在盲肠结扎穿刺法制备的标准化感染性腹膜炎模型中，刺激迷走神经可下调血清高迁移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)水平，并改善模型动物生存率[4]。有实验[5-6]提示，在感染性腹膜炎模型中，单纯切断颈部或膈下迷走神经可提高血清中IL-1β、IL-6和TNF的水平，使肝功能退化，促进中性粒细胞和巨噬细胞的浸润，增加死亡率。在细菌性腹膜炎大鼠模型中，切断双侧颈迷走神经可使血清TNF增加；而电刺激迷走神经可减少TNF，并预防低血压[7]。

2.2 α7烟碱型乙酰胆碱受体(nicotinic Ach receptor，nAChR) nAChR是由多个亚单位(α1～10、β1～4、γ；δ、ε)构成的同源或异源五聚体受体，属于配体门控离子通道家族。根据受体分布的不同，nAChR分为肌肉型和神经元型；而根据与银环蛇毒素的亲和力不同又分为高亲和力型和低亲和力型，α7nAChR是神经元型 nAChR的一种亚型，其在神经元中与银环蛇毒素有高亲和力。α7nAChR蛋白是由5个α7亚单位构成的同源五聚体，5个亚单位环绕形成一个中心孔道。各亚单位接合处共有 5个配体结合位点，配体与此位点相互作用改变受体的功能状态。Borovikova等[2]证实，ACh可抑制巨噬细胞释放TNF、IL-1β、IL-6和IL-18，但并不影响IL-10的释放，这表明ACh可直接抑制促炎性细胞因子的产生，且这种作用是通过α7nAChR介导的。刺激迷走神经不能降低α7nAChR基因敲除小鼠的血清TNF水平，表明α7nAChR是体内CAP发挥作用所必需的[8]。与野生型小鼠内毒素血症模型比较，α7nAChR基因敲除小鼠内毒素血症模型血清、脾脏和肝脏中TNF的水平均较高，表明CAP通过α7nAChR来抑制细胞因子的产生和调节炎性反应[9]。

2.3 脾脏和脾神经 对CAP的解剖学研究[10]表明，脾是迷走神经控制炎性反应过程所必需的。脾是受神经系统高度支配的次级淋巴器官，是内毒素血症中血清TNF的主要来源。脾切除大鼠注射内毒素(又称脂多糖，lipopolysaccharide，LPS)后，血清TNF减少70%，进一步刺激迷走神经未能减少TNF。研究[11]表明，脾神经对于电刺激迷走神经以衰减血清TNF是必需的。脾神经起源于腹腔肠系膜上神经。迷走神经通过两级串连的神经元来调控细胞因子的产生，节前神经元位于迷走神经运动背核(dorsal motor nucleus of the vagus，DMN)；节后神经元来自腹腔肠系膜上神经丛[3]，在脾神经中穿行。脾神经纤维主要由儿茶酚胺纤维组成[12]。用利血平耗竭儿茶酚胺能消除迷走神经对TNF的抑制作用[9]。烟碱可降低脓毒症动物模型血液循环中HMGB1水平，脾切除后该效应丧失，由此可见，脾脏对CAP的保护作用至关重要[7]。

2.4 中枢毒蕈碱受体 研究[13]表明，内毒素血症大鼠静脉内注射外周毒蕈碱受体拮抗剂阿托品甲基硝酸盐，不能消除刺激迷走神经对TNF的抑制作用，静脉注射毒蕈碱也不能抑制血清TNF；但是，侧脑室给予毒蕈碱或M1毒蕈碱受体激动剂(MCN-A-343)可降低血清TNF的水平；此外，通过侧脑室给予美索曲明(Methoctramine，M2 ACh受体拮抗剂)，可促进ACh在大脑中的释放，减少全身TNF水平，增强迷走神经活性。以上表明，胆碱能信号通过激活CAP，作用于大脑的毒蕈碱受体，从而调控外周细胞因子的产生。

3 基于CAP的脓毒症治疗策略

3.1 电刺激迷走神经 电刺激迷走神经在临床上已用于治疗耐药的癫痫症和抑郁症，其不良反应较小[14]。与应用胆碱能激动剂相比，电刺激迷走神经的治疗作用可能更精确。动物实验[2]显示，切断双侧颈迷走神经的大鼠对随后注射LPS的反应比假手术组更敏感，更快地发展为内毒素休克，全身性炎性反应更严重；而电刺激迷走神经则可减少内毒素血症和脓毒症时 TNF及HMGB1的产生，并防止脓毒性休克，显著改善动物预后[14]。电刺激迷走神经时，用以激活CAP的电压和频率参数均低于激活心迷走神经的阈值，故较为安全。

3.2 α7 nAChR激动剂 胆碱是ACh水解的副产物，是一种内源性选择性α7nAChR激动剂[15]。研究[16]表明，给予大鼠富含胆碱的饮食或者给狗静脉注射胆碱，均能对机体产生保护作用，防止LPS引起的内毒素休克。在内毒素血症小鼠中给予胆碱可以减少其腹腔及血清TNF水平；但对α7nAChR基因敲除小鼠内毒素血症模型给予胆碱却不能降低TNF的水平[17]。特异性α7nAChR激动剂GTS-21可用于治疗阿尔茨海默病；在小鼠急性胰腺炎模型中，GTS-21能够显著改善其症状，降低血浆IL-6水平[18]；而在小鼠LPS所致腹膜炎模型中，GTS-21不但能够降低血TNF-α水平，还能够阻止中性粒细胞的募集[17]。

3.3 胆碱酯酶抑制剂 胆碱酯酶抑制剂可与胆碱酯酶结合，阻断其水解胆碱能神经未梢释放的ACh。CAP的发现使人们认识到迷走神经及其递质ACh参与对机体炎性反应的调控。加兰他敏具有抑制胆碱酯酶活性和调节nAChR活性的双重作用。在大鼠内毒素血症模型中，外周注射加兰他敏可以通过激活迷走神经而显著降低血清和脾脏TNF水平，并降低血清IL-6水平，而血清皮质酮却未明显改变大鼠的生存率[19]。胆碱酯酶抑制剂的调控范围广泛，并非针对某一炎性介质，从而保持了机体的神经内分泌及免疫系统的整体性。脓毒症患者并发胃肠道动力障碍，而胆碱酯酶抑制剂也具有增加胃肠道蠕动、促进胃排空及直肠排便的作用[20]。胆碱酯酶抑制剂的抗炎作用为脓毒症治疗开辟了一条新途径。

4 问题和展望

脓毒症是重症监护病房(intensive care unit，ICU)常见的危重疾病，其病死率居高不下，对于脓毒症的治疗是目前危重病学的研究重点之一，CAP的发现为脓毒症治疗提供了新方向。中枢神经系统通过体液和神经通路调节免疫功能，神经通路对外周刺激产生实时和局限的反应。在免疫系统和神经系统之间复杂的动态交互作用中，对α7nAChR的识别为一项基本炎性反应调制器，这为新的脓毒症治疗提供了的方向。CAP通过传出迷走神经调节炎性反应，它的发现改变了人们对炎性反应的认识。

[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,苏跃.全身炎症反应综合征治疗新策略——胆碱能抗炎通路[J].医学与哲学(临床决策论坛版),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.