胆碱能抗炎通路在内毒素性急性肺损伤中的信号转导机制①

于 淼 黄泽清 （中国医科大学肿瘤医院，辽宁省肿瘤医院麻醉科，沈阳110042）

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是一种常见的多病因疾病，常伴有广泛的肺泡-毛细血管屏障损伤，主要以严重的低氧血症和肺水肿为特征，且可进展为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory dis⁃tress syndrome，ARDS），死亡率较高［1］。尽管人们对这种复杂的危重病认识和治疗有了很大进展，但尚无有效、具体的药理学治疗方法。本综述将整理胆碱能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory path⁃way，CAP）对内毒素所致的ALI 信号转导机制，并提供大量证据表明α7 烟碱型乙酰胆碱受体（alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor，α7nAchR）可能是开发相关细胞保护药物的关键，为其提供新策略。

1 内毒素性ALI

内毒素性ALI是备受科研及临床工作者关注的肺部疾病之一，目前研究主要集中于抗炎、抗氧化、和遗传方面［2-4］。内毒素从破裂的细菌中释放，激活免疫系统，产生促炎介质，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-1β、IL-6 等，CAP 在调节该炎症反应中可能发挥重要作用［5-6］。ALI发病机制的另一核心是产生活性氧（ROS）。肺内多种细胞类型，包括内皮细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、肺泡巨噬细胞和肺泡上皮细胞，是主要的ROS产生者［3，7］。ROS产生影响促炎细胞信号转导途径，多种药物已被证明可减轻ALI严重程度，在多个动物模型中突出了ROS 在ALI 病理生理学的中心位置［8-9］。

2 CAP

CAP 是ALI 的保护机制之一，通过乙酰胆碱阻止部分细胞因子生成和释放发挥抗炎作用［10］。迷走神经传出纤维终止于脾神经起源的腹腔神经节和肠系膜上神经节，脾神经释放去甲肾上腺素，激活表达胆碱乙酰转移酶的CD4+T 细胞释放乙酰胆碱，支配肺、肝脏、肾脏等内脏器官［11］。组织损伤或病原体入侵时，部分乙酰胆碱作用于巨噬细胞细胞膜上的α7nAChR，调节细胞内信号传导，主要包括抑制NF-κB 和激活JAK2/STAT3。此外，研究认为部分乙酰胆碱作用于线粒体细胞膜上的α7nAchR，抑制线粒体DNA 释放，进而抑制炎症小体激活，并削弱促炎细胞因子产生［11-12］。

2.1 迷走神经 肺远端气道由迷走神经支配，通过 C 纤维调节肺部感染和免疫［13-14］。DALLI 等［13］切断小鼠右侧迷走神经后，观察到腹膜第3 组固有淋巴细胞数减少，腹膜乙酰胆碱水平明显降低，巨噬细胞对细菌感染的敏感性改变，而左侧迷走神经干破坏并未显著改变对大肠杆菌感染的免疫反应。LIN 等［14］用油酸诱导兔 ALI，激活迷走神经 C 纤维伤害性感受器，迷走神经激活可抑制脓毒症动物模型急性炎症反应，但RANA等［15］提出，迷走神经刺激未能降低脓毒症幸存小鼠再次感染的血清TNF-α 水平，其原因可能为幸存小鼠先天性免疫应答减弱。由于迷走神经功能可通过手术切除或药理学调节，因此对脓毒症幸存患者进行这种治疗可能代表一种预防其随后感染的新方法。

2.2 α7nAchR 由脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱发的肺部炎症反应中，α7nAchR 激活可能减少小鼠肺泡巨噬细胞MH-S 浸润，减轻弥漫性肺损伤、肺泡塌陷、肺间质水肿等［2，10］。最近 ZHAO 等［10］用α7nAchR 激动剂 PNU-282987 促进 LPS 诱导的 ALI体内和体外保护性自噬，降低Beclin-1、LC3-Ⅱ/Ⅰ、p-mTOR/mTOR 等水平，促进 p62、ATG5、Bcl-2 表达。另外，鲜有研究证明中枢α7nAchR 对脓毒症反应的进程和预后具有潜在影响，REN 等［6］研究发现，脾脏CD4+T 细胞功能在LPS 攻击下被破坏，随着辅助性T 细胞2 极化，表现出免疫抑制现象，但在大鼠侧脑室注射PNU-282987后，可能激活中枢α7nAchR，缓解T淋巴细胞免疫抑制状态，下调W/D和MPO水平，减轻内毒素性ALI症状，并显著缓解脓毒症大鼠多器官功能障碍，改善其结局，而用α7nAchR 选择性拮抗剂治疗则可加重病情。报道显示，尼古丁激活α7nAchR 可增加肺炎链球菌所致肺炎小鼠模型的肺部炎症［16］。通过苄基喹诺酮羧酸（BQCA）选择性刺激M1 毒蕈碱型乙酰胆碱受体（muscarinic ace⁃tylcholine receptor，mAChR）可一定程度降低脓毒症死亡率，并在M1mAChR 基因敲除小鼠中消除以上影响［17］。

2.3 脾脏 脾神经是儿茶酚胺能神经，可能是CAP 中迷走神经抑制炎症反应所必需的［11］。脾切除术降低 IL-6、NF-κBp65 和 STAT3 表达，表明脾切除术抑制α7nAchR 途径激活，消除迷走神经刺激和α7nAchR 激动剂抗炎作用，表明就迷走神经介导的抑制促炎细胞因子产生而言，脾脏可能是CAP 的关键靶器官［18］。与此同时，心脏可能作为免疫和神经系统的接口，在炎症过程中影响心脏神经支配的“非神经性心脏胆碱能系统”存在已被假设，PLASCHKE 等［19］证明右心迷走神经可调节心脏乙酰胆碱含量，但在内毒素血症时既不能改善也不能加重全身炎症反应。

3 α7nAchR信号转导通路与内毒素性ALI

3.1 NF-κB NF-κB 因 Toll 样受体 4 刺激发生快速核转位，是复杂炎症网络中的关键调节节点［20］。NF-κB通常被IκB（NF-κB 抑制蛋白）隔离于胞浆，但有研究表明，LPS 可诱导免疫炎症细胞中IKK（IκB激酶）磷酸化IκB，导致IκB 降解并将细胞质NF-κB释放至细胞核［20］。α7nAChR 激动剂在一定程度抑制 IKK 磷酸化 IκB 及 IκB 降解，阻断巨噬细胞和 ALI动物模型中NF-κBp65 核易位可削弱HMGB1 释放［2，20］。最近 MALDIFASSI 等［21］提出，被人类 CHR⁃NA7 基因编码的与α7nAchR 亚基部分复制的人特异性dupα7 亚基可能减少人类迷走神经抗炎反应，对败血症患者单核细胞进行初步研究发现，dupα7亚基可明显抑制尼古丁对炎症的控制作用，引发由LPS 诱导的 NF-κB 活化和 TNF-α 产生，干扰胆碱能抗炎途径。

3.2 JAK/STAT JAK/STAT 是脓毒症发病机制中多种关键细胞因子的重要途径［22］。STAT3在上游的JAK2 裂解及磷酸化后发生磷酸化，并与DNA 反应元件结合，可能对脓毒症发挥负性调控作用［23］。DE JONGE 等［23］用尼古丁处理腹膜巨噬细胞，将STAT3 磷酸化，该过程可被JAK2 抑制剂AG490 破坏，进而减少 TNF、MIP-2 和 IL-6 释放，但不降低IL-10 水平。PEÑA 等［24］也证明 JAK2 抑制剂可阻止LPS 诱导的 STAT3 磷酸化，此外，AG490 可阻止 NF-κB 活化，调节巨噬细胞活化，调节肺和脾脏中TNF水平，并以浓度依赖方式保护小鼠免于致死性内毒素血症。

3.3 Nrf2/HO-1 核因子-红细胞相关因子2（nu⁃clear factor erythroid2-related factor，Nrf2）可与 sMAF蛋白异源二聚，并将抗氧化反应元件AREs 结合于靶基因调控区域，可能参与调节氧化应激、异源代谢和排泄、炎症、细胞凋亡、自噬和细胞生物能量等生物学功能［25-26］。与野生型小鼠相比，非致死剂量的LPS 诱导Nrf2 基因缺陷小鼠肺部炎症，表明Nrf2对内毒素性ALI 具有保护作用［8］。血红素氧合酶-1（heme oxygenase 1，HO-1）减少LPS诱导的NLRP3炎症小体、HMGB1 及各种炎症细胞因子释放，可能是Nrf2下游抗氧化细胞保护蛋白之一［27-28］。

目前关于Nrf2/HO-1 在脓毒症中应用研究较多，但与CAP 作用机制的关系还有待探索。TSOYI等［9］提出尼古丁刺激α7nAchR可减轻巨噬细胞炎症反应，并通过HO-1 改善脓毒症动物模型存活率。尼古丁以剂量和时间依赖性方式显著上调HO-1 表达，可能为其削弱LPS 诱导的炎症反应奠定基础。尼古丁通过Ca2+依赖性机制激活巨噬细胞中的PKC，并导致巨噬细胞中ROS 增加。ROS 产生可激活多种信号分子，包括MAPK、NF-κB 和PI3K，PI3K抑制剂可消除尼古丁对巨噬细胞HO-1 的诱导作用，因此提出尼古丁介导的HO-1 表达依赖于PI3K/Akt/Nrf-2信号传导。WEDN 等［29］发现，α7nAChR 抑制剂MLA 或HO-1 抑制剂ZnPP 可破坏尼古丁对内毒素性急性肾损伤的保护作用，预先使用胆红素可降低内毒素血症相关死亡率，证明尼古丁通过α7nAchR/HO-1 途径改善内毒素性大鼠生存能力。α7nAchR/PI3K/Akt/Nrf-2/HO-1 在内毒素性 ALI 中的作用有待进一步研究。

4 总结

尽管对ALI 的认识有所提高，但多个领域仍有待发展，内毒素性ALI 仍然是ICU 高死亡率和巨大经济负担的主要原因。目前，内毒素性ALI 引发的难治性多器官功能障碍和持续的免疫抑制缺乏有效的以减轻多器官损伤和调节免疫功能为目的的治疗方法，随着研究深入，临床医生才能推进对这些危重患者的干预与治疗。因此，进一步确定内毒素性ALI中CAP的信号转导机制可能为其治疗提供更精确的理论基础，也为个性化治疗提供更有效的方案。