任以行,冷玉芳,张健民,石亚静,陈凤,刘馨
(兰州大学第一临床医学院,兰州730000)
肠缺血再灌注是指肠组织缺血后恢复血供的病理生理过程,可由急性肠系膜缺血、多种休克、烧伤及小肠移植术、腹主动脉手术、心肺分流术等引发。肠组织在遭受缺血性损伤和再灌注导致的进一步损伤后,肠黏膜屏障受损,通透性升高,致使肠道内菌群移位至肠组织造成损伤;损伤的肠黏膜还会发展成产生各种急相蛋白、肠激素和细胞因子的病灶。以上各种因素不仅会加重肠损伤,还会影响远隔器官的功能和完整性,引起全身炎症反应综合征甚至发展为多器官衰竭,致使肠缺血再灌注的临床发病率和死亡率居高不下[1]。
肠缺血再灌注所致的肠及远隔器官损伤的机制复杂,目前尚未完全阐明。近年来已有较多针对肠缺血再灌注的研究及成果,多项研究表明免疫细胞是介导肠缺血再灌注致肠及远隔器官损伤的重要因素[2-6]。免疫细胞包括粒细胞、肥大细胞、单核/巨噬细胞、淋巴细胞、血小板等,它们不仅通过分泌细胞因子等活性物质直接介导肠缺血再灌注损伤[6-10],还通过与其他免疫细胞等免疫系统成分相互刺激诱导、共同协作,形成级联反应与放大效应,以系统性的方式间接介导肠缺血再灌注损伤[3,5-7,11]。另外,免疫细胞除造成局部肠组织的损伤外,还可通过循环血流等途径迁移至肺、肝等远隔器官[7,12-13],或通过分泌的活性物质影响远隔器官[6,14-15],进一步导致远隔器官的损伤,使病情复杂化、严重化,导致患者预后较差。现就免疫细胞参与介导肠缺血再灌注损伤的机制进行综述。
免疫细胞泛指所有参与免疫反应的细胞,主要包括粒细胞、肥大细胞、单核/巨噬细胞、淋巴细胞、血小板、树突状细胞(dendritic cell,DC)等。粒细胞中最常见的是中性粒细胞(neutrophil,Np),Np主要通过直接吞噬或形成中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular trap,NET)[16]等杀灭病原菌的方式参与先天性免疫反应;肥大细胞主要通过脱颗粒的方式调控先天性、特异性免疫反应[17];巨噬细胞由单核细胞转化而来,除对病原菌的吞噬作用,在抗菌过程中首先促进炎症反应,之后发挥抗炎、促进组织修复的作用[18];淋巴细胞包括T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞等,主要通过直接杀伤受病原体感染的细胞或分泌抗体杀灭病原体的方式参与特异性免疫反应,部分淋巴细胞也可通过分泌细胞因子调控免疫反应[19];血小板主要通过分泌细胞因子[10]或与其他免疫细胞相互作用参与调控先天性、特异性免疫反应[12,20];DC是一种重要的抗原呈递细胞,是特异性免疫反应的关键参与者。
2.1 Np介导肠缺血再灌注中肠损伤的机制 Np是先天性免疫系统的重要组成部分,在动物实验与临床研究中均发现肠缺血再灌注会导致Np的浸润及补体系统的激活[2]。活性氧类(reactive oxygen species,ROS)是肠缺血再灌注损伤的启动因子,缺血再灌注早期主要由ROS造成肠黏膜屏障完整性的破坏。ROS可以促进补体系统激活,招募Np,并提高血管内皮黏附分子的表达,进一步促进招募来的Np迁移出血管,浸润至炎症部位,导致血管损伤。此外,肠黏膜屏障的破坏使肠组织暴露于肠腔内病原体和坏死肠细胞释放的细胞内成分中,继而产生严重的炎症反应,制造并释放大量白细胞介素(interleukin,IL)入血,提高血管内皮黏附分子的表达,从而招募并扣押Np[21]。被招募的Np部分来自循环池,部分来自骨髓和边缘池,后者于再灌注后被大量动员进入循环池,参与介导肠缺血再灌注损伤[2]。浸润至缺血肠组织中的Np在补体系统和细胞因子的作用下分泌大量促炎因子入血,进一步促进骨髓和边缘池中Np的动员、招募、浸润,形成正反馈回路,这些浸润的Np通过产生促炎因子、ROS、蛋白酶等活性物质造成缺血肠组织的进一步损伤[7]。
在肠缺血再灌注中,Np与补体系统的关系十分密切。活化的Np可以激活补体系统,使其产生强力的C5a等趋化因子,招募并激活更多的Np;Np在补体系统作用下分泌大量促炎因子入血,也可以招募更多的Np,形成Np招募的正反馈回路[7]。补体片段C3a受体(complement 3a receptor,C3aR)主要表达于粒细胞、单核/巨噬细胞及肥大细胞。有研究表明,C3aR-/-小鼠对肠缺血再灌注更加敏感,其循环池中Np数量显著增多,肠组织中髓过氧化物酶活性升高,镜下见Np浸润明显增多;而使用C3aR激动剂则可以抑制Np的动员、招募、浸润,减轻肠缺血再灌注后肠损伤[2]。
2.2 Np迁移、介导肠缺血再灌注中远隔器官损伤的机制 浸润到缺血肠组织中的Np所产生的大量ROS可进一步破坏局部肠组织,而蛋白酶则可以破坏血管内皮的连接黏附分子C及紧密连接,提高其通透性,肠组织中的Np得以重新释放入血,并迁移至其他器官,通过产生ROS损伤远隔器官甚至造成多器官衰竭[7]。有研究发现,肠系膜淋巴循环对于肠缺血再灌注后肺组织中Np的浸润与激活较为重要,肠缺血再灌注时阻断肠系膜淋巴流不能减少肠组织中Np的浸润,但可以抑制肺组织中Np的活性,减轻肺损伤;其机制可能是肠缺血再灌注后损伤肠组织可释放有害的活性物质进入肠系膜淋巴液,这些淋巴液继而汇入全身及肺血液循环,可通过上调CD11b的表达激活Np,促进Np的浸润,并通过核因子κB通路促进Np产生促炎因子[22]。另有研究发现,肠缺血再灌注后大量Np被扣押在肺组织,这些Np表面补体片段C5a受体表达上调,在C5a的作用下发生内质网应激并释放颗粒,通过炎症反应等机制造成急性肺损伤[23]。
Np不仅可通过分泌促炎因子、蛋白酶的方式造成肠缺血再灌注后的组织损伤,还可通过释放细胞外组蛋白介导组织损伤。细胞外组蛋白可由损伤组织释放,也可由Np在形成NET时释放。NET由DNA、组蛋白、蛋白酶组成,在受到病原体或损伤相关分子模式(damage-associated molecular pattern,DAMP)的刺激后,NET即可释放组蛋白,且释放出的组蛋白可通过Toll样受体作用于Np,促进其产生更多的NET,形成细胞外组蛋白的自我扩增[14]。细胞外组蛋白的积聚与NET的形成可能参与介导肠缺血再灌注后的远隔器官损伤,可能是造成肠缺血再灌注后多器官功能障碍乃至衰竭的重要机制。实验证实,肠缺血再灌注后肠组织和肝组织中的NET与细胞外组蛋白均出现积聚现象,而使用重组血栓调节蛋白可抑制肝组织中的这种现象,从而减轻肝损伤[14]。有研究认为,游离DNA是NET的主要成分之一,而游离DNA可被DNA酶1降解[24]。研究证实,使用DNA酶1处理小鼠可减轻肠缺血再灌注损伤[25]。
2.3 Np防治肠缺血再灌注损伤的作用 Np在一定条件下也可能发挥防治肠缺血再灌注损伤的作用。缺氧预处理可减轻肠缺血再灌注后肠损伤,其机制可能是缺氧预处理通过动员Np,增强其呼吸爆发和吞噬能力,加强杀菌效果,促进损伤肠上皮恢复,维持肠黏膜屏障的完整性,从而发挥抵抗肠腔内菌群移位的作用[26]。有研究发现,缺氧预处理通过提高肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的表达促进Np的动员,达到维持肠黏膜屏障完整性、阻止肠内细菌移位、减轻肠缺血再灌注损伤的目的[27]。
3.1 肥大细胞介导肠缺血再灌注中肠损伤的机制
肥大细胞属于先天性免疫系统,在整个胃肠道均有分布。研究发现,肥大细胞缺失或使用肥大细胞稳定剂可减轻肠缺血再灌注所致肠及远隔器官损伤[28]。肠黏膜肥大细胞大多分布在近肠上皮表面,在生理条件下可以发挥宿主防御的作用,阻止肠道细菌入侵。肠黏膜肥大细胞富含多种生物活性介质,如组胺、类胰蛋白酶、TNF-α等,可通过脱颗粒的方式释放。其中,类胰蛋白酶在Np招募并浸润至缺血部位的过程中起主导作用。肥大细胞主要通过脱颗粒参与介导各器官的缺血再灌注损伤,肠组织发生缺血后肥大细胞迅速脱颗粒,参与介导再灌注阶段肠黏膜通透性的改变,肥大细胞的颗粒内容物尤其是TNF-α可对肠黏膜造成极大损害[8]。
肥大细胞在激活后发生脱颗粒,ROS是激活肥大细胞的重要因素之一。肠组织中富含还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase,NOX),肠缺血再灌注后NOX的过度激活是ROS产生增多的主要原因。使用NOX增加ROS的产生可以激活肥大细胞,而抑制ROS的产生则可以稳定肥大细胞;肥大细胞的激活可进一步提高氧化应激和炎症反应水平,形成正反馈回路与恶性循环。实验证实,使用丙泊酚处理肠缺血再灌注小鼠可降低NOX活性,减少ROS产生,抑制肠黏膜肥大细胞的激活、脱颗粒,减轻肠损伤[3,29]。
肥大细胞的颗粒内容物可造成严重的炎症反应。炎症小体是参与炎症反应的重要因子,可促进促炎因子IL-1β、IL-18的成熟,造成细胞焦亡,也可调控肠黏膜稳态[30]。其中,核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3参与介导缺血再灌注损伤[31]。Zhao等[32]研究发现,使用白藜芦醇预处理可通过稳定肥大细胞细胞膜,阻止肥大细胞脱颗粒,从而抑制其颗粒中TNF-α对肠黏膜上皮细胞中核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3的激活,进而抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3介导的炎症反应及肠上皮细胞焦亡,减轻肠缺血再灌注损伤。
3.2 肥大细胞介导肠缺血再灌注中远隔器官损伤的机制 肥大细胞与ROS之间形成的恶性循环也存在于肥大细胞对远隔器官损伤的介导中。因NOX存在于Np,故肠缺血再灌注中迁移至远隔器官的Np可能是远隔器官中大量ROS的来源。有研究发现,丙泊酚处理肠缺血再灌注小鼠可减轻其肺损伤[3,29]。有研究显示,白藜芦醇预处理可通过降低NOX的表达,抑制NOX介导的肥大细胞激活与脱颗粒,减轻肠缺血再灌注后的炎症反应及肺损伤[33]。
另外,肥大细胞颗粒内容物中的类胰蛋白酶在远隔器官损伤的介导中也发挥重要作用。类胰蛋白酶是肥大细胞颗粒中含量最多的成分,且是其独特成分之一。肠缺血再灌注后肺部肥大细胞激活、脱颗粒,释放大量类胰蛋白酶。类胰蛋白酶具有较强的促炎作用,可通过激活Np、嗜酸粒细胞、内皮细胞、上皮细胞表面的蛋白酶激活受体2促进IL-8的释放,增强炎症反应,造成肺损伤。使用色甘酸钠稳定肥大细胞细胞膜或鱼精蛋白抑制类胰蛋白酶均可显著减轻肠缺血再灌注后的肺损伤;相反,使用Compound 48/80激活肥大细胞则可加重肺损伤[15]。
4.1 巨噬细胞介导肠缺血再灌注中肠损伤的机制
巨噬细胞来源于单核细胞,参与介导多种器官的缺血再灌注损伤[34-36]。在肠缺血再灌注中巨噬细胞的缺失可以减轻器官损伤。巨噬细胞表型众多,大致可以分为M1型(典型活化巨噬细胞)和M2型(另类活化巨噬细胞),在特定的微环境中可以极化成特定表型。不同表型发挥不同的作用:M1型促炎加重组织损伤,M2型则抗炎、促进组织修复[4]。M1型与M2型相反的作用在多种缺血再灌注模型中得到了证实[37-39]。蠕虫释放的某些蛋白可通过信号转导及转录激活因子6通路促使M1型巨噬细胞极化为M2型巨噬细胞,从而抑制炎症反应,治疗炎性肠病[4]。在小鼠肠缺血再灌注模型中,肠组织中精氨酸酶1等M2型标志物减少,而诱导型一氧化氮合酶等M1型标志物增多,即肠缺血再灌注会促使M2型极化为M1型,肠损伤与此有关;而使用重组旋毛虫组织蛋白酶B样蛋白预处理可促使M1型极化为M2型,提高M2/M1比例,减轻炎症反应;同时还可减少肠组织中Np的浸润,促进细胞增殖,减轻肠损伤。值得注意的是,使用重组旋毛虫组织蛋白酶B样蛋白后小鼠肠组织中抗炎因子IL-4和IL-10表达升高,而促炎因子IL-6和γ干扰素表达也出现升高,但前者升高的程度显著高于后者。使用信号转导及转录激活因子6通路抑制剂AS1517499预处理则可逆转重组旋毛虫组织蛋白酶B样蛋白的保护效果,表明重组旋毛虫组织蛋白酶B样蛋白部分通过刺激信号转导及转录激活因子6通路发挥保护效果[4]。
4.2 巨噬细胞介导肠缺血再灌注中远隔器官损伤的机制 库普弗细胞是肝脏中特殊的巨噬细胞。库普弗细胞与循环巨噬细胞由M2型极化为M1型参与介导肠缺血再灌注后的肝损伤[40]。高迁移率族蛋白B1(high-mobility group box 1,HMGB1)是DAMP的一员,可由坏死细胞释放或巨噬细胞分泌,引起并增强炎症反应[41]。HMGB1是肠缺血再灌注后坏死肠上皮细胞释放的主要DAMP,可引起肠组织炎症反应与损伤[42]。实验表明,在肠缺血再灌注模型中,使用HMGB1中和抗体减少循环HMGB1,可促进库普弗细胞和循环巨噬细胞极化为M2型,减轻肝脏炎症反应和肝损伤[40]。
4.3 巨噬细胞防治肠缺血再灌注损伤的作用 巨噬细胞可通过炎症反应介导肠缺血再灌注损伤,然而通过适当的干预措施也可使其发挥防治肠缺血再灌注损伤的作用。巨噬细胞根据功能不同分为多种类型:负责启动炎症反应的为炎症巨噬细胞,可以产生抗炎因子的为治愈型巨噬细胞,可以产生生长因子、促进细胞增殖的为组织修复型巨噬细胞。机体通过不同类型巨噬细胞的相互作用避免炎症反应破坏正常组织结构[43]。活化的CD68+巨噬细胞是肠黏膜中典型的治愈型巨噬细胞,是肠黏膜中抗炎因子IL-10的主要来源。槲皮素可能通过激活CD68+巨噬细胞、提高肠组织IL-10的表达,达到减轻肠缺血再灌注损伤的目的[44]。
5.1 T淋巴细胞介导肠缺血再灌注中肠损伤的机制
T淋巴细胞属于特异性免疫系统,参与细胞免疫,包括细胞毒性T细胞、辅助性T细胞(T helper cell,Th细胞)、调节性T细胞(regulatory T cell,Treg细胞)等亚型;根据表面抗原分化簇受体的不同还可分为CD4+T细胞和CD8+T细胞。有证据表明,T淋巴细胞积极参与介导缺血再灌注损伤,而消耗T淋巴细胞可减轻肠缺血再灌注损伤[19]。肠缺血再灌注时,CD4+T细胞与CD8+T细胞参与调控Np的招募及随后Np介导的微血管功能障碍;此外,这些T淋巴细胞及其分泌的γ干扰素参与介导白细胞与血小板的招募、相互黏附[5];其中某些CD4+T细胞还能通过产生促炎因子IL-17介导肠损伤[9]。
肠上皮内淋巴细胞是肠组织中重要的先天性免疫细胞,可调节肠上皮免疫反应。肠上皮内淋巴细胞包括αβT细胞与γδT细胞,前者促进炎症反应,而后者抑制炎症反应。肠缺血再灌注可促进γδT细胞的凋亡,加重炎症反应。芳香烃受体存在于γδT细胞表面,可调节肠组织炎症反应。实验发现,使用芳香烃受体激动剂FICZ可抑制肠缺血再灌注后γδT细胞的凋亡,维持其数量,从而抑制炎症反应,减轻肠缺血再灌注损伤[45]。有研究认为,αβT细胞不参与介导肠缺血再灌注后的炎症反应和损伤,而有研究则认为αβT细胞参与介导其他器官的缺血再灌注损伤[46]。
5.2 T淋巴细胞介导肠缺血再灌注中肠损伤的可能机制 Th细胞可以分为多种亚型,肠组织中存在Th1、Th2、Th17细胞等,它们可通过分泌不同的细胞因子促进或抑制炎症反应。Th1细胞可分泌γ干扰素、TNF-α促进炎症反应,Th2细胞可分泌IL-4抑制炎症反应,Th17细胞可分泌IL-17A、IL-23促进炎症反应。生理条件下,Th1与Th2细胞形成免疫平衡,而Th17细胞可被Treg细胞抑制,从而维持肠组织正常的炎症水平。在脑缺血再灌注模型中,急性脑缺血可抑制肠组织中Th2与Treg细胞的活性,增强Th1与Th17细胞的活性,从而打破上述的免疫平衡,使促炎因子大量产生并释放入血,继而破坏血脑屏障,加重脑炎症反应与损伤。而使用白藜芦醇后处理可扭转上述平衡的变化,提高抗炎因子水平,减轻脑损伤[47]。这一机制可能也适用于肠缺血再灌注损伤的防治,可在未来进行相关的研究证实。
T细胞免疫球蛋白黏蛋白域(T cell immunoglobulin and mucin domain,TIM)蛋白家族是多种免疫细胞表面的Ⅰ型跨膜蛋白,参与介导共刺激、共抑制信号的产生。人类共有3种TIM蛋白,包括TIM-1、TIM-3及TIM-4。其中TIM-1位于Th2细胞表面,是T淋巴细胞激活的强力共刺激分子。TIM-1联合T细胞受体产生的共刺激信号可促进T淋巴细胞增殖、产生细胞因子,促进巨噬细胞激活和炎症反应。Zheng等[48]研究表明,阻断TIM-1的作用可抑制T淋巴细胞的激活,抑制炎症反应与细胞凋亡反应,减轻脑缺血再灌注损伤。这一机制可能也参与T淋巴细胞介导肠缺血再灌注损伤的过程,值得未来进一步探究。
5.3 T淋巴细胞防治肠缺血再灌注损伤的作用
Treg细胞是T淋巴细胞的一种特殊亚型,负责调控其他免疫细胞的活性与免疫反应。在炎性肠病中,Treg细胞可通过抑制免疫反应保护肠黏膜。Treg细胞缺失的小鼠发生肠缺血再灌注后,肠组织中Np、CD4+T细胞等炎症细胞浸润增多,TNF-α、γ干扰素、IL-4等促炎因子表达增多,IL-10等抗炎因子表达减少,肠黏膜通透性增加,肠损伤加重;而过继转移Treg细胞则可逆转上述变化,表明Treg细胞可通过抑制炎症反应减轻肠缺血再灌注损伤[19]。
B淋巴细胞是特异性免疫系统中执行体液免疫的部分,可通过抗体依赖的方式参与介导肠缺血再灌注损伤。其产生的抗体包括天然抗体、自身抗体及特异性免疫产生的抗体。其中,天然抗体与自身抗体在缺血再灌注损伤的启动中扮演着关键角色。缺血组织会暴露某些自身抗原,如膜联蛋白Ⅳ、磷脂、DNA、组蛋白,某些致病性天然抗体和自身抗体得以借此结合到缺血组织细胞上,并激活补体系统,造成组织损伤[49-50]。B淋巴细胞包括浆细胞、B1细胞、B2细胞及调节性B细胞等亚型。其中B1细胞负责分泌天然IgM抗体。B1细胞可进一步分为B1a型(CD5+)和B1b型(CD5-),天然IgM抗体主要由腹膜腔外的B1a型产生。目前已知B1a细胞的发育受抗原特异性与B细胞表面受体信号通路强度的调控。CD6是一种在B淋巴细胞表面表达的糖蛋白受体,它可能通过调节B细胞表面受体信号通路总体阈值调控B1细胞的增殖、自我更新与数量。CD6-/-小鼠发生肠缺血再灌注后,B1a细胞增殖减少,致其数量减少,循环中致病性天然IgM抗体(如抗磷酸胆碱抗体、抗膜联蛋白Ⅳ抗体)的滴度也随之降低,补体系统激活减少,炎症因子IL-6等表达降低,炎症反应减弱,肠损伤减轻[6]。
肠缺血再灌注时肠组织的损伤可导致肠黏膜屏障破坏,肠道内致病菌刺激局部B淋巴细胞产生IgA、IgM抗体,进一步激活补体系统,加重肠损伤。有研究发现,使用广谱抗生素减少小鼠肠道共生菌群后,其发生肠缺血再灌注时肠组织中B淋巴细胞浸润减少,IgA和IgM沉积、补体C3沉积及补体系统激活减少,Toll样受体表达降低,炎症反应减弱,肠损伤减轻[50]。
B淋巴细胞也可通过非抗体依赖的方式参与介导肠缺血再灌注损伤。Chen等[51]研究发现,使用抗CD20抗体消耗循环B淋巴细胞但保持循环抗体水平不变后,肠缺血再灌注损伤减轻;且在循环抗体水平更高的自身免疫倾向MRL/lpr小鼠中,消耗B淋巴细胞对于肠缺血再灌注损伤的防治效果更佳,表明B淋巴细胞也可通过非抗体依赖方式参与介导肠缺血再灌注损伤,且自身免疫倾向小鼠的B淋巴细胞更具破坏性。
7.1 血小板介导肠缺血再灌注中肠损伤的机制 血小板的生理功能是止血,也是免疫系统的重要组成部分,它可通过与Np、T淋巴细胞、B淋巴细胞、单核细胞相互作用调节先天性免疫与特异性免疫[12,20]。血小板在缺血再灌注中主要介导微血管血栓形成、促进炎症反应。其机制主要是基于血小板与缺血后的血管内皮细胞及其他免疫细胞结合:血小板与血管内皮细胞结合可促进血栓形成、引起内皮细胞功能障碍;血小板与其他免疫细胞结合可促进后者的招募、激活及浸润,促进炎症反应,其与Np的结合可促进NET的形成。血小板还可通过自身分泌促炎因子促进炎症反应。以上某些机制还可进一步促进血小板的招募与激活,形成恶性循环[11]。有临床报道显示,器官缺血再灌注可导致血小板失调[12]。通过抑制血小板激活与其引发的炎症反应可减轻不同器官的缺血再灌注损伤[52-54]。
血小板内α-颗粒的主要成分是血小板因子4(platelet factor 4,PF4),也称为CXC趋化因子配体4。PF4有多种病理生理作用:①PF4可通过与CC趋化因子配体5结合成异二聚体,引起Np、单核细胞的趋化作用,招募其迁移至损伤部位;②促使Np和单核细胞黏附到血管壁并浸润至组织;③促进Np释放髓过氧化物酶与溶菌酶;④促进单核细胞释放ROS;⑤造成血管内皮细胞凋亡;⑥影响巨噬细胞激活与分化。正常小鼠发生肠缺血再灌注后,肠组织中PF4沉积剧增,Np、单核细胞浸润增多,肠组织发生损伤;而PF4-/-小鼠则与此相反;且将PF4-/-小鼠的血小板输入血小板缺失小鼠后,其发生肠缺血再灌注时,肠损伤较输入正常小鼠血小板的对照组轻,表明PF4在肠缺血再灌注损伤中发挥重要作用[10]。
7.2 血小板介导肠缺血再灌注中远隔器官损伤的机制 血小板分泌的PF4也参与肠缺血再灌注中远隔器官损伤的介导。PF4由血小板分泌后可随循环血流迁移至远隔器官,完成损伤的“迁移”。有实验证实,PF4-/-小鼠发生肠缺血再灌注后,其肺损伤减轻;且将PF4-/-小鼠的血小板输入血小板缺失小鼠后,其肠缺血再灌注所造成的肺损伤也减轻[10]。
在肠缺血再灌注中,血小板的激活与补体系统有关:补体片段可以激活血小板,而活化的血小板也可以启动补体激活途径。血小板缺失(正常血小板水平的15%~20%)小鼠发生肠缺血再灌注后,受损肠绒毛中补体C3沉积、肠损伤与正常小鼠肠缺血再灌注组相似,但远隔器官肺中C3沉积显著减少,肺损伤轻微[12]。这表明肠绒毛中补体系统的激活不依赖血小板的介导,而远隔器官肺中补体系统的激活依赖迁移至肺组织的活化血小板的介导。其机制可能是肠组织中的C3结合至血小板使其活化,然后此C3包被的活化血小板随循环血流迁移至肺等远隔器官,并与肺血管内皮细胞上的补体受体1结合,使活化血小板黏附于肺血管内皮,继而引起肺组织中补体系统的激活,导致肺损伤。而且活化血小板可通过释放自身α-颗粒中的促炎因子、趋化因子、黏附分子招募炎症细胞,促进炎症反应;通过释放自身溶酶体中的金属蛋白酶破坏血管紧密连接与基底膜造成血管渗漏,参与介导肠缺血再灌注所致肠与远隔器官肺损伤[12]。
脾酪氨酸激酶(spleen tyrosine kinase,Syk)是一种非受体细胞质酶,存在于Np、肥大细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、血小板等免疫细胞,磷酸化的Syk参与介导这些免疫细胞的激活。实验发现将Syk活性抑制剂R788饲养小鼠的血小板输入血小板缺失小鼠后,其发生肠缺血再灌注时肺组织中血小板积聚、补体沉积、天然抗体IgA和IgM沉积减少,肺损伤减轻,而肠损伤无明显变化,表明远隔器官肺损伤与血小板内Syk的活性密切相关[13]。血小板与补体系统可以相互激活。若通过降低Syk活性抑制血小板激活,则可抑制补体通过活化的血小板迁移至远隔器官,减少远隔器官补体系统的激活,减轻远隔器官损伤;同样,天然抗体也可能是通过与血小板表面的对应受体结合,激活血小板,促使其释放各种因子,并通过血小板迁移至远隔器官,随后结合到远隔器官血管内皮自身抗原上,引起补体系统进一步激活,这些血管内皮自身抗原可能是由CD154+血小板激活的血管内皮细胞表达的激活诱导抗原[13]。
7.3 血小板介导肠缺血再灌注中肠损伤的可能机制
血小板表面存在模式识别受体,后者可接受DAMP的刺激而激活。缺血再灌注中坏死的细胞可释放大量的DAMP,包括HMGB1、组蛋白、DNA等。这些DAMP可激活血小板,血小板活化后可促进粒细胞的招募,还可与粒细胞结合,促进后者的激活以及NET的形成。NET可介导肠缺血再灌注后的肠及远隔器官损伤。在小鼠肾缺血再灌注模型中,肾小管坏死细胞释放的DNA可作为DAMP招募、激活血小板,活化的血小板与Np相互作用,并促进后者NET的形成,造成肾损伤;NET也可释放DNA,激活更多的血小板,形成恶性循环。而使用血小板激活抑制剂氯吡格雷可抑制血小板的激活,抑制Np的招募、激活及NET的形成,减轻肾损伤[16]。这一机制可能也存在于肠缺血再灌注损伤中,可作为未来的研究方向。
7.4 血小板防治肠缺血再灌注损伤的可能作用
尽管较多研究认为抑制血小板可减轻器官缺血再灌注损伤,但有研究认为血小板可发挥抗缺血再灌注损伤的作用。睾丸实质内注射富血小板血浆(plateletrich plasma,PRP)可减轻睾丸缺血再灌注损伤,其机制可能是PRP富含生长因子可促进损伤组织的再生[55]。但有研究将PRP注射入肾脏后反而加重了肾缺血再灌注损伤,这可能是PRP注射引发肾内血管血栓等造成的,导致PRP丧失预期有益效果[56]。血小板在缺血再灌注损伤中呈现出相反的作用可能是由于循环中血小板通过招募其他免疫细胞进一步加重炎症反应,而组织实质内注射血小板则没有这种作用,且血小板分泌的大量生长因子可促进损伤组织的再生。通过灌肠等方式局部应用PRP可能减轻肠缺血再灌注损伤,但有待进一步探究。
DC是肠特异性免疫反应的重要参与者,其激活后可以启动免疫反应,也可抑制免疫反应,控制肠组织炎症、维持耐受[57]。故DC可通过刺激或抑制免疫反应调控多种炎性肠病的发生发展。
DC的激活受某些特定物质影响,如特定的分子模式。病原相关分子模式与DAMP是缺血再灌注中诱发炎症反应的重要因素[58]。病原相关分子模式与DAMP通过作用于多种细胞表面的模式识别受体而激活这些细胞的促炎信号通路[59]。线粒体是DAMP的主要来源,其中线粒体DNA是DAMP的关键一员[60]。Hu等[58]实验证实,肠缺血再灌注后应激、损伤甚至死亡的肠上皮细胞均可释放氧化线粒体DNA,氧化的线粒体DNA可以通过激活浆细胞样DC启动肠缺血再灌注后的炎症反应,造成肠损伤。除线粒体DNA,肠缺血再灌注中产生的DAMP还有HMGB1等物质。有研究表明,肠缺血再灌注后肠组织中HMGB1、Toll样受体4表达水平升高,HMGB1可能是通过增强DC表面模式识别受体Toll样受体4的活性激活DC,增加炎症因子的合成、释放,造成肠缺血再灌注后的炎症反应及肠损伤[57]。
肠缺血再灌注所致损伤并不局限于肠组织,还可导致多种远隔器官的损伤甚至发展为多器官衰竭,严重影响患者的生存率和预后。免疫细胞可介导某些病理过程的发生发展,包括肠缺血再灌注损伤。肠缺血再灌注后的肠及远隔器官损伤均与免疫细胞有关,探寻遏制免疫细胞过度激活、迁移、与其他免疫成分相互作用的方法对临床防治肠缺血再灌注损伤有重要意义。未来的研究在致力于减轻免疫细胞直接介导的组织损伤的基础上,更需要阻断不同免疫细胞之间、免疫细胞与其他免疫系统成分之间的相互诱导和促进,减轻系统性免疫反应造成的组织损伤;在致力于减轻局部肠组织损伤的基础上,更需要切断免疫细胞向远隔器官的迁移、浸润,减轻远隔器官损伤,避免多器官功能障碍甚至多器官衰竭,改善患者预后。
未来研究方向包括:①Np与补体系统之间的互相作用,阻断Np激活的正反馈回路;细胞外组蛋白、NET对于远隔器官的损伤作用,减少其在远隔器官的积聚。②肥大细胞与氧化应激之间的相互作用,阻断肥大细胞激活的正反馈回路。③明确可以促进M2型巨噬细胞向M1型极化的活性物质,抑制M2型向M1型极化。④血小板与Np、补体等免疫系统成分的相互作用,血小板对远隔器官损伤的介导作用。⑤不同T细胞亚型对肠缺血再灌注中免疫反应的增强或抑制作用。⑥B淋巴细胞非抗体依赖途径介导损伤的分子机制及自身抗体产生的分子机制,抑制非抗体依赖途径的损伤作用,减少自身抗体的产生。⑦HMGB1、线粒体DNA等DAMP激活DC的分子机制,阻断DC对DAMP的响应。