中性粒细胞在急性肺损伤中的作用的研究进展▲

宋恒雅 黄 杰 谢颂平

(武汉大学人民医院胸外科，湖北省武汉市 430060，电子邮箱：shyxms_2303@126.com)

【提要】 急性肺损伤(ALI)是临床常见危重症，急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是ALI的严重阶段，是导致危重患者死亡的主要原因。ALI/ARDS主要是紊乱的炎症反应的结果，其中中性粒细胞在ALI/ARDS的发生发展过程中起到了至关重要的作用。由于涉及的炎症机制复杂、治疗困难，目前ALI/ARDS危重患者的病死率仍居高不下。因此，深入研究炎症机制是突破ALI治疗瓶颈的前提。本文就中性粒细胞参与ALI炎症反应及肺组织修复的机制进行综述。

急性肺损伤(acute lung injury，ALI)是一种以进行性低氧血症、呼吸窘迫和非心源性肺水肿为主要特征的临床综合征，严重者可出现急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)，进而导致死亡[1]。有研究显示，中性粒细胞在ALI的发生发展中起关键作用，一旦其从血液循环中被招募至肺组织就会释放细胞毒性分子，导致肺组织损伤[2]。因此，既往多数研究主张在ALI发生时阻断中性粒细胞的作用以防止肺损伤[3-5]。但近期的研究发现，中性粒细胞既可以在肺损伤早期引起肺组织炎症，又参与后期的肺组织损伤修复[1]，这提示深入研究中性粒细胞在ALI发生发展中的作用或可为治疗ALI/ARDS提供新的思路。因此，本文就中性粒细胞参与肺损伤和后期促进肺修复的作用研究进展进行综述。

1 中性粒细胞的募集、黏附和激活

ALI的主要病理特征是中性粒细胞在肺组织的过度积累和激活。中性粒细胞是机体发生炎症反应时最先被招募到损伤位置的细胞，它可通过释放蛋白酶加重组织损伤，还可通过迁移到肺部进行脱颗粒并释放杀菌蛋白、细胞因子和活性氧等物质来执行多种促炎功能[6]。中性粒细胞的募集通常是由细胞因子激活的内皮细胞和上皮细胞在炎症部位分泌的趋化因子驱动的，如白细胞介素8及其同源物白细胞介素1和白细胞介素2均是典型的中性粒细胞趋化因子[7]。中性粒细胞的募集过程大致如下：血液中的中性粒细胞在选择素的介导下在毛细血管内皮上滚动，期间可接受趋化因子信号刺激从而激活整合素，使中性粒细胞牢固地黏附在炎症部位的毛细血管内皮上；随后中性粒细胞在黏附处发生扁平化和极化，在内皮管腔表面爬行，并从血管渗出，沿着趋化因子的浓度梯度移动到炎症部位。在机体发生ARDS时，毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞均受损，活化的肺泡巨噬细胞释放肿瘤坏死因子α和白细胞介素1β，从而使得肺泡中其他细胞产生趋化因子，激活炎症级联反应，导致中性粒细胞不断迁移至肺部[8]。

2 中性粒细胞损伤肺组织的作用机制

关于中性粒细胞导致肺损伤目前存在两种假说。一种假说认为免疫系统的激活可增加循环中的促炎介质水平，导致中性粒细胞启动、黏附或在肺毛细血管内滞留，并通过释放蛋白酶、活性氧和中性粒细胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps,NETs)等损伤物质,对周围组织造成显著的附加损害[9]。NETs损伤肺组织可能是通过激活p38MAP激酶通路和Raf-MEK-ERK激酶通路后，直接诱导上皮细胞和内皮细胞死亡，从而导致肺损伤[10]。同时，活化的血小板与参与NETs形成的多形核白细胞及单核细胞-血小板形成聚集体，并通过受损的内皮细胞进入肺泡腔，与红细胞和中性粒细胞共同促进血管闭塞，破坏关键的氧交换肺泡毛细血管单位，并沿着趋化因子浓度梯度向肺实质迁移，从而导致继发性肺损伤[11]。此外，病原相关分子模式的微生物因子和损伤相关分子模式的宿主衍生因子可通过Toll样受体通路和核苷酸结合寡聚域样受体通路激活肺巨噬细胞，激活后的巨噬细胞释放促炎症介质，触发炎症级联反应，导致中性粒细胞等炎症细胞向气道趋化并激活。过度积累的中性粒细胞和持续激活的巨噬细胞会导致肺血管内血小板聚集和微血栓形成，且巨噬细胞通过释放干扰素β依赖的肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体来激活死亡受体，从而导致肺泡上皮细胞凋亡，肺泡毛细血管屏障受损，肺泡腔内液体积聚引起低氧血症，CO2排泄能力下降形成高碳酸血症；而低氧血症和高碳酸血症又可损害肺泡上皮钠通道以及钠离子/钾离子-三磷酸腺苷酶，从而阻碍肺泡水肿液的清除并加重肺损伤[9,12],最终导致ARDS。

另一种假说认为促炎激动剂与中性粒细胞上的黏附表面作用后共同激活中性粒细胞，引起肺损伤：一旦中性粒细胞与肺泡内皮、上皮或者与间质中的细胞外基质蛋白接触，细胞内的毒性物质就会被释放出来，从而对肺组织产生直接损伤[13]。其机制如下：(1)整合素在中性粒细胞的激活中起着至关重要的作用。磷酸化的细胞骨架连接蛋白可与肌动蛋白细胞骨架形成跨膜整合素，在额外促炎刺激存在的情况下，中性粒细胞黏附到整合素配体表面会触发中性粒细胞的强力激活，其特征是细胞骨架改变、细胞扩散、超氧阴离子释放和颗粒内容物的胞吐。中性粒细胞受到炎症因子刺激后主动释放高迁移率族蛋白B1，后者与跨膜蛋白晚期糖基化终产物受体结合，可激活下游丝裂原活化蛋白激酶和转录因子核因子κB(nuclear factor kappaB，NF-κB)[14]，从而促使中性粒细胞释放白细胞介素1和肿瘤坏死因子α；肿瘤坏死因子α可通过诱导中性粒细胞表面β-2整合素、内皮细胞黏附分子和血管黏附分子1的表达，促进中性粒细胞与血管内皮细胞的黏附；高浓度的肿瘤坏死因子α可通过外源性Caspase-8依赖的凋亡途径诱导细胞凋亡，对肺内皮细胞和上皮细胞有直接的损伤作用[15]。当中性粒细胞暴露在刺激因素下，磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路可使IκB激酶磷酸化并激活，从而增加NF-κB的核转位，依赖于NF-κB的促炎细胞因子表达水平升高，从而促进肺损伤的发生[16]。

此外，还有其他信号途径可以通过调节中性粒细胞功能来诱导肺损伤，如缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor 1,HIF-1)途径。在哺乳动物中，通过组成性表达HIF-1α异构体来激活HIF途径，可以延长中性粒细胞的功能寿命并增强炎症反应[17]，从而抑制中性粒细胞凋亡和逆向迁移来延缓炎症的消退。

3 中性粒细胞修复肺组织的作用机制

(1)中性粒细胞是受损肺组织中基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的主要来源之一。过去认为MMP仅具有介导肺损伤的作用[18]。近年来的研究发现MMP还能够驱动中性粒细胞对肺损伤的修复，该作用与其活性和随后释放的促血管生成因子有关[19]。例如，MMP-9是一种可以降解基底膜上变性胶原蛋白和Ⅳ型胶原蛋白的蛋白水解酶，其还可降解部分细胞内基质成分；同时可激活血管内皮生长因子，促进受损部位血运重建，从而促进肺组织损伤修复[20]。因此，中性粒细胞在损伤区域释放MMP是促进肺修复所必需的环节。(2)Wnt/β-连环蛋白途径。Wnt信号通路有三个分支：① 激活细胞核内靶基因的β-连环蛋白通路(典型Wnt通路)；② 平面细胞极性通路，涉及Jun N-末端激酶；③ Wnt/Ca2+通路。后两种途径为非经典Wnt途径,它们均不依赖β-连环蛋白，可直接调节细胞的运动[21]。Ⅰ型肺泡上皮细胞为正常肺泡上皮提供了95%以上的表面积，并促进气体交换，因此新生成的Ⅰ型肺泡上皮细胞对受损上皮的修复至关重要。Ⅱ型肺泡上皮细胞可以转化为Ⅰ型肺泡上皮细胞，在肺泡上皮严重损伤时，原本默认的祖细胞Ⅱ型肺泡上皮细胞会被动员的角蛋白5代替，此时中性粒细胞能够激活经典Wnt分子信号途径[22]，而激活的Wnt/β-连环蛋白通路会抑制角蛋白5细胞，促进Ⅱ型肺泡上皮细胞的快速分化和迁移，提高肺泡修复的质量[23]；同时，该途径被激活后还可释放富含半胱氨酸的血管生成诱导剂61，促进Ⅱ型肺泡上皮细胞生成[24]。Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮细胞的再生会促进巨噬细胞清除死亡细胞和碎片，Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮的钠-钾泵和钠离子通道重新吸收肺泡水肿液。此外，β-连环蛋白信号通路还能通过MMP的刺激诱导组织重塑、细胞迁移和伤口愈合[21]。(3)NETs在发生ALI时能够直接导致肺泡损伤和肺泡上皮细胞死亡；而在输血相关急性肺损伤小鼠模型中，可通过耗尽中性粒细胞或DNA酶预防这种损伤，从而改善肺损伤的结局[12]。Schauer等[25]发现NETs可通过以下途径参与肺组织损伤修复：NETs能迅速激活局部损伤区域的中性粒细胞，激活后的中性粒细胞能产生并释放致密染色质和抗菌分子，以捕获和杀死病原体；NETs还能通过降解可促进中性粒细胞募集和激活的细胞因子和趋化因子来缓解炎症，从而促进肺组织损伤修复。(4)研究表明，由中性粒细胞释放的活性氧可触发巨噬细胞向修复表型M2巨噬细胞转化；而M2巨噬细胞成熟后可吞噬凋亡的中性粒细胞，并可提高白细胞介素10和白细胞介素β1的表达水平，这可能有助于减轻炎症，并促进肺组织损伤修复[21]。M2巨噬细胞还能抑制诱导型一氧化氮合酶的表达，并促进精氨酸酶的表达，从而阻止反应性一氧化氮的产生，减轻肺组织损伤[26]。另有动物实验表明，肺泡巨噬细胞的耗尽能够显著减轻大鼠的肺水肿和呼吸机诱导的肺损伤，原因可能是中性粒细胞在肺部的募集减少[27]；在脂多糖诱导的小鼠肺损伤模型中，耗尽肺泡巨噬细胞可以减轻中性粒细胞肺泡炎和减少促炎细胞因子的表达，从而显著减轻小鼠肺损伤[28]。(5)中性粒细胞还可通过合成和释放促分解脂质介质如脂氧素A4、溶血素和保护素等来干扰趋化信号，在ALI后期阻断中性粒细胞的募集，从而使炎症消退[29]。

4 小结与展望

在ALI的发生发展中，炎症反应占据核心地位，且涉及多种复杂调节机制。近年来的研究发现中性粒细胞在肺组织的损伤和修复中具有重要作用，但其具体机制尚未完全阐明，有待进一步探究。目前ALI/ARDS的治疗还停留在最基本的支持治疗阶段，因此，若在今后的研究中能够阐明中性粒细胞参与肺损伤与修复的关键机制将会给ALI/ARDS患者的治疗带来新的希望。