巨噬细胞与Wnt信号通路在海水吸入型肺损伤机制中的研究进展

赵家义 韩一平

1海军军医大学附属长海医院全科医学科,上海200433;2海军军医大学附属长海医院呼吸与危重症医学科,上海200433

海水吸入型肺损伤 (seawater drowning induced acute lung injury,SWD-ALI)是指当海水进入肺内破坏了肺泡膜上皮屏障,肺泡腔被蛋白渗出充满引起肺水肿,导致气体交换障碍,表现为呼吸困难、低氧血症和ARDS,甚至死亡[1]。炎症反应是SWD-ALI发生发展中最为重要的因素之一,其中巨噬细胞等炎性细胞浸润是重要的病理表现。肺泡巨噬细胞 (alveolar macrophages,AM)作为肺免疫系统的主要作用细胞和肺炎症微环境的重要组成,不仅是急性肺损伤的主要屏障,也是肺组织修复的重要机制环节。Wnt/β-catenin经典途径是Wnt通路参与组织重塑、细胞迁移及创伤修复的最主要途径之一。该通路的激活能够通过调节免疫,调节肺泡上皮细胞转化及增殖而促进肺损伤修复。新近研究表明,AM 作为Wnt信号的重要来源,可能通过释放某些信号来调节Wnt通路,进而参与SWD-ALI后的损伤修复过程,现综述如下。

1 SWD-ALI与炎症损伤

由于海水独特的理化性质,SWD-ALI有其独特的特点,具体表现为: (1)海水具有高Na+、高K+和高C1-浓度的化学特性,对肺组织产生更为强烈的刺激,故对肺损伤更为严重[2]；(2)海水具有高渗、碱性的特点,造成的肺损伤更易出现低氧血症与酸中毒,从而导致ARDS发生[1]；(3)高渗性海水进入人体内,会引起机体高渗性脱水,导致患者内环境紊乱及血流动力学改变并危及生命[3]。

炎症反应是SWD-ALI发病机制重要环节,其具体机制不明,但与其他类型肺损伤具有许多共性,即多种炎症细胞浸润 (中性粒细胞和巨噬细胞)和炎症介质释放 [如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-1β、IL-18、γ-干扰素等],引起血管通透性增强、肺水肿。动物实验表明,SWD-ALI后炎症细胞大量渗入到肺泡腔及肺间质,产生大量的炎症因子,并激活各种信号通路如MAPK、NF-κB和p38等途径,引起炎症损伤的级联放大效应,进一步加重肺损伤[4]。目前许多研究都认为SWDALI后肺泡毛细血管内皮细胞、中性粒细胞、AM 等多种效应细胞激活,引起肺内和全身性炎症损伤,同时释放大量炎 症 因 子 如TNF-α、IL-1β、IL-18 及 血 浆 血 栓 烷B2等[5]。许多国内外学者在海水吸入后大鼠肺组织中发现胞浆内模式识别受体多蛋白复合物和NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3等多种炎症小体可能参与了SWD-ALI,并且可能是引起瀑布式炎症反应加重急性肺损伤的因素[6]。

2 AM 与SWD-ALI炎症反应

AM 主要分布在肺泡腔内,占细胞总数的80%以上,是机体的第一道宿主防线,其可分泌大量细胞因子,是肺部炎症微环境和炎症反应最重要的调节细胞[7]。

2.1 AM 的吞噬作用 王炯等[8]认为巨噬细胞可以有效地吞噬凋亡的中性粒细胞,从而有助于消散急性肺损伤炎症[8]。同时其因吞噬了中性粒细胞后表型发生改变,促炎因子的释放减少,而抗炎因子的释放增加并诱导生长因子的表达,缓解炎症并促进组织修复[9]。国内外学者发现脂氧素、消散素D1、消散素E1和保护素D1可通过激活巨噬细胞吞噬作用来消解炎症并激活抗炎信号通路,改善急性肺损伤的预后[10-11]。

2.2 AM 的趋化和分泌作用 巨噬细胞可介导CC 趋化因子配体2、7参与调节中性粒细胞迁移的重要炎性趋化因子CXCR2,使中性粒细胞数明显降低并减轻肺损伤的程度[12]。Herold等[13]研究发现巨噬细胞分泌的IL-1ra可下调肺泡释放中性粒细胞趋化因子巨噬细胞炎性蛋白2和上皮黏附分子1,减弱中性粒细胞的趋化作用,促进其凋亡。

2.3 AM 的极化作用 巨噬细胞的极化作用即在不同的信号作用下巨噬细胞可极化为不同的表型,从而发挥不同的作用,其一般分为M1 型和M2 型巨噬细胞,前者具有促炎作用,而后者具有抗炎及修复作用[14]。M1型可由脂多糖和γ-干扰素单独或联合诱导极化,能产生如TNF-α、IL-1β等促炎因子,促进炎症反应和细胞毒作用,导致组织的炎症损伤；M2型可由糖皮质激素、IL-4、IL-13等诱导,产生抑炎因子IL-10和转化生长因子β,发挥抗炎作用,并促进损伤修复和组织再生[15]。M2型巨噬细胞根据激活条件可分为促进组织修复的M2a、M2c型和具有抗炎和促炎双重功能的M2b型。M1型与M2型巨噬细胞在某种条件下可相互转化,故提高M2 型巨噬细胞比例可显著改善SWD-ALI炎症程度并修复组织[16]。

上述研究表明吸入海水后,AM 在高渗海水刺激的条件下被激活浸润肺组织并参与肺损伤的炎症反应,其中M1型巨噬细胞可能会导致正常肺组织的炎症损伤,而M2型巨噬细胞可以通过某些机制来减轻炎症反应并参与修复。因此,探究AM 在SWD-ALI修复过程中的作用机制是整个肺损伤修复环节的关键点。

3 Wnt信号通路与SWD-ALI后组织修复

Wnt信号通路是由Wnt信号分子蛋白及其跨膜受体蛋白、胞质信号传导蛋白、调节因子、核内转录因子等共同组成的复杂信号传导通路,其与组织重塑、细胞迁移及创伤修复密切相关,还参与了肺部炎症、修复及肺纤维化疾病的过程[17]。Wnt基因编码的Wnt蛋白至今已发现19种,分为Wnt1和Wnt5a两类。Wnt蛋白主要受体有括卷曲蛋白、脂蛋白受体相关蛋白LRP5/6以及Ror和Ryk家族等。Wnt信号通路有3 条途径:经典Wnt信号途径 (Wnt/β-catenin信号途径)和2 条非经典途径 (平面细胞极性途径、Wnt/Ca途径)[18]。

通过激活Wnt信号通路下游信号分子从而参与了急性肺损伤的修复保护过程。Cowan等[19]在脂多糖致肺炎症损伤和肺水肿中发现激活Wnt信号通路可诱导Kruppel样因子4活化,继而调节血管内皮钙黏蛋白表达,影响内皮细胞屏障功能。Zhu 等[20]研究证实Wnt/β-catenin 高表达则能促进细胞周期蛋白D1 转录,有利于支气管上皮细胞层创面修复。此外,Volckaert 等[21]还发现激活 Wnt/β-catenin后能促进成纤维细胞生长因子释放,后者在受损上皮的增殖和修复过程中起了重要作用。但亦有报道表明Wnt通路激活导致的成纤维细胞生长因子家族表达上调与肺纤维化有关,故探究Wnt通路在SWD-ALI后修复过程的作用机制就显得尤为重要。

4 AM 与Wnt信号通路关系的研究进展

4.1 巨噬细胞是Wnt信号通路的来源 Wnt信号通路的受体和配体结合是激活Wnt/β-catenin的前提。Varol等[22]发现巨噬细胞在组织发育和损伤修复过程中起着关键的旁分泌功能,该功能可能是巨噬细胞激活Wnt信号通路的来源。巨噬细胞分泌介质激活Wnt信号通路可参与正常发育和疾病的发生发展过程。Jiang等[23]在检测巨噬细胞相关核心基因组后发现了有关Wnt/β-catenin信号传导的基因,并发现巨噬细胞因子Bach1 基因表达可以下调 Wnt/β-catenin信号传导。Saha等[24]在敲除小鼠巨噬细胞中分泌合成Wnt蛋白的特异性Porcupine基因后发现Wnt信号通路表达降低,导致小鼠肠道上皮的放射损伤程度明显增高。此外,Chakrabarti等[25]证实Notch配体Dll 1在乳腺干细胞中表达激活了巨噬细胞中的Notch信号通路,从而刺激了Wnt3、Wnt10a和Wnt16等Wnt信号通路分子的分泌。

4.2 Wnt信号通路参与调控巨噬细胞分化、迁移和功能 研究发现,Wnt5a、Wnt6和Wnt7a均会形成巨噬细胞的免疫应答。Wnt5a可产生具有抗炎作用的巨噬细胞表型[26]。Sheng等[27]发现激活Wnt/β-catenin通路可通过抑制靶基因PU1的表达而阻断前体细胞向巨噬细胞分化的过程。研究发现,Wnt/β-catenin 通 路 可 通 过 促 进CXCL12 的 表 达、LRP5受体等方式调节巨噬细胞浸润和迁移[28]。Wnt5a和Wnt7a 可分别通过非经典途径以及降低CD14、CD11b、CD163和CD206等巨噬细胞表面分子表达来调节巨噬细胞的吞噬作用[29]。

4.3 AM 与Wnt信号通路之间的关系 最近有研究表明,表达CD11c 的AM 通过TFF2 依赖机制上调Wnt4 和Wnt16表达,从而促进损伤后的肺泡上皮细胞增殖和修复[30]。也有学者发现,因肺部损伤产生的巨噬细胞通过R-spondin蛋白家族RSPO3也可以激活Wnt信号通路[31]。但肺损伤后激活巨噬细胞上调Wnt信号通路的具体机制仍不明确,有待进一步研究。

5 展望

海水的特殊理化性质是SWD-ALI的特有因素；SWDALI后大量炎症细胞浸润肺组织并释放炎症因子激活相关信号通路,引起肺组织炎症损伤及免疫反应。通过文献阅读和前期研究可以发现巨噬细胞和Wnt信号通路在SWDALI的修复过程中有着重要的作用,而两者之间也存在一定的联系和机制。因此,明确AM 在SWD-ALI后如何启动募集与极化并激活Wnt信号通路参与修复机制需要进一步研究,这也为制定更为确切、精准化的SWD-ALI救治方案提供了思路。

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