内毒素急性肺损伤与中性粒细胞凋亡研究现状(1)
[摘要] 内毒素(endotoxin)是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)成分，细菌死后细胞壁崩解时释出。内毒素可诱导肺泡巨噬细胞和上皮细胞产生多种细胞因子、趋化因子和激活中性粒细胞(polymorphonucler neutrophil，PMN)并使其向损伤部位聚集，导致急性肺损伤(acute lung injury，ALI)和急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)。现有资料表明PMN凋亡延迟在急性肺损伤的发生过程中起到重要作用，了解PMN凋亡调控有利于调节机体炎症反应，可为ALI开辟新的治疗路径。
[关键词] 内毒素；急性肺损伤；中性粒细胞；细胞凋亡
[中图分类号] R563.02 [文献标识码] B [文章编号] 1673-7210(2012)02(a)-0011-03
, http://www.100md.com
The research progress of polymorphonucler neutrophilic apoptosis of endotoxin-induced acute lung injury
ZHU Shanshan (review) LIU Gongjian (proofreader)
School of Anesthetic Academy, Xuzhou Medical Colloge, Jiangsu Province, Xuzhou 221000, China
[Abstract] Endotoxin releases from the death of the bacteria when the cell wall collapsed, which is (LPS) the component of the cell wall of gram-negative bacteria. LPS can induce alveolar macrophages and epithelial cells to produce multiple cytokines, chemokines and activate polymorphonucler neutrophils (PMN), and make them gather to the injury site, leading to acute lung injury (ALI) and acute respiratory distress syndrome (ARDS). Available informations have indicated that delayed apoptosis of PMN played an important role in ALI. Understanding of apoptosis regulation will be conducive to regulate PMN inflammatory response, expecting to find a new way for the treatment of ALI.
, 百拇医药
[Key word] Lipopolysaccharide (LPS); Acute lung injury (ALI); Polymorphonucler neutrophil (PMN); Apoptosis
细胞凋亡(apoptosis)又称为程序性细胞死亡(programmed cell death，PCD)，是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。它涉及一系列基因的激活、表达以及调控，不伤及邻近细胞，保持组织结构稳定，并将炎症反应限制在最小范围的高级调节过程。国内外研究发现，一些细胞因子、蛋白酶类及黏附分子等能通过抑制炎症细胞凋亡，延长炎症反应时间，而参与急性肺损伤(acute lung injury，ALI)的炎症反应过程[1-2]。笔者复习近几年国内外相关文献，从PMN凋亡的角度对LPS急性肺损伤的发病机制作一综述。
1 中性粒细胞(PMN)凋亡与内毒素性ALI
, 百拇医药
PMN半衰期短，在外周血循环中存活8～20 h，而进入感染或发炎的组织内其存活时间可增加数倍。肺是PMN最容易聚集的器官，而肺组织中的PMN聚集发生于肺毛细血管床，此处PMN的含量是其他血管床的50倍[3]。若无细胞因子炎症因子参与，老化的 PMN会自发凋亡。与坏死不同，凋亡的PMN无细胞毒素释放到组织细胞周围。急性炎症时，PMN由于局部炎症介质的作用而发生凋亡延迟，凋亡延迟的PMN在炎症部位通过呼吸爆发产生大量自由基、蛋白水解酶及炎症介质等有害物质造成组织损伤，增加肺组织的炎症反应，从而导致ALI，降低存活率[4]。
2 PMN凋亡信号传导途径
2.1 核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)途径
NF-κB可通过介导多种炎症介质转录、表达和调控与凋亡相关的重要基因的表达来参与PMN凋亡的调控。内毒素刺激细胞后，核因子的抑制剂IκB(inhibitor κB，IκB)发生磷酸化降解，NF-κB与IκB发生解离，NF-κB迅速从细胞质移位到细胞核，在核内与目的基因，如编码诱导型一氧化氮合成酶(induced-nitric oxide synthase iNOS)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的κB位点特异性结合，来促进相关基因的转录，调控TNF-α细胞因子、黏附分子和炎症相关的酶及蛋白质的表达。反过来，NF-κB调节产物，如TNF-α、细胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)又能激活NF-κB，形成一个能放大且延续炎症反应的复杂调节环路，导致全身炎症反应综合征(SIRS)，诱发肺、肾及肝等多个脏器的损伤[5]。
, 百拇医药
NF-κB活化抑制PMN凋亡的机制可能为：①NF-κB活化促进促炎症细胞因子(IL-6、IL-8)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)表达，而抑制PMN凋亡；②NF-κB活化后可诱导细胞表达死亡受体-1(TNFR1)、结合因子(TFAF1、TFAF2)和凋亡抑制蛋白(IAP1、IAP2)，抑制Caspase级联反应，阻断死亡受体TNFR1和Fas介导的凋亡信号传导，抑制细胞凋亡；③NF-κB活化亦可能通过调控A1等Bcl-2家族抗凋亡蛋白的表达来抑制PMN凋亡[6]。通过以上叙述不难看出NF-κB的转移及活化是SIRS或ALI的关键环节之一。抑制NF-κB信号通路，可有效地抑制ALI中TNF-ɑ炎性因子的产生。若在ALI早期抑制NF-κB活化，可为防治ALI/ARDS提供新的靶点。
2.2 Fas-Fasl途径
Fas属于细胞表面受体家族，是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，相对分子质量为45 000，在白细胞、肺泡巨噬细胞及肺组织等多种细胞组织均有表达。Fasl为Fas的配体，是一种相对分子质量为40 000的Ⅱ型膜蛋白，主要在活化的淋巴细胞和自然杀伤细胞中表达。Fas-Fasl结合后引起Fas抗原三聚体化，Fas胞内区的死亡结构域(DD)与胞质中已有的Fas相关死亡结构域(fas associated death domian，FADD)C端的DD结合，FADD再以N端的DED(death effector domian)与Procaspase-8(或Procaspase-10)N端前区域内的DED结合形成死亡诱导信号复合体(death inducing signal complex，DISC)，Procaspase-8发生裂解后活化，并使Caspases家族的一系列凋亡蛋白酶的激活，从而引发Fas蛋白所在的细胞凋亡。Caspase-8激活下游的Caspases 诱导的凋亡主要有两种信号通路[7-8]，第一条信号途径是在当DISC中Caspase-8充足时，通过激活Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7，引起细胞裂解而凋亡。而当caspase-8不足时，通过第二条信号途径，即Caspase-8催化断裂Bcl-2家族的促凋亡成员bid形成的裂解片段p15移入线粒体，破坏线粒体膜的完整性，使细胞色素C释放，细胞色素C再与胞质中凋亡蛋白酶活化因子-1结合，来激活Procaspase-9。Caspase-9被活化，随之激活Caspase-3等酶系导致细胞凋亡。Nwakoby等[9-10]观察到PMN对Fas诱导的凋亡较敏感，在表达高水平Fas的同时也显著表达Fasl，在感染血清中Fasl的浓度与PMN凋亡率呈正相关，抗Fasl抗体能对抗感染血清诱导的PMN凋亡，活化型Fas抗体IgM可以显著加速PMN的自发性凋亡进程，而拮抗型Fas抗体IgG1则有凋亡抑制功能。激活的Caspase-3通过蛋白水解来激活DNA酶，介导细胞染色体DNA碎裂和磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)移向膜外，启动细胞凋亡，因此，细胞中激活的Caspase-3减少就意味者细胞凋亡的延迟。SIRS过程中过量释放的炎症因子如TNF-α、γ-干扰素(IFN-γ)、白细胞介素-8(IL-8)、脂多糖(LPS)等被证明可通过调控Fas等凋亡基因的表达抑制PMN的凋亡[11]。Fasl和TNFR1的表达下调，Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7、Caspase-8的表达下调，游离出肺上皮内皮屏障的PMN中的Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9的活化受到抑制[12]，这些都导致PMN的寿命延长， 造成肺组织中PMN超负荷而释放大量的炎性代谢产物，加重肺损伤。, 百拇医药(朱珊珊(综述) 刘功俭(审校))
[关键词] 内毒素；急性肺损伤；中性粒细胞；细胞凋亡
[中图分类号] R563.02 [文献标识码] B [文章编号] 1673-7210(2012)02(a)-0011-03
, http://www.100md.com
The research progress of polymorphonucler neutrophilic apoptosis of endotoxin-induced acute lung injury
ZHU Shanshan (review) LIU Gongjian (proofreader)
School of Anesthetic Academy, Xuzhou Medical Colloge, Jiangsu Province, Xuzhou 221000, China
[Abstract] Endotoxin releases from the death of the bacteria when the cell wall collapsed, which is (LPS) the component of the cell wall of gram-negative bacteria. LPS can induce alveolar macrophages and epithelial cells to produce multiple cytokines, chemokines and activate polymorphonucler neutrophils (PMN), and make them gather to the injury site, leading to acute lung injury (ALI) and acute respiratory distress syndrome (ARDS). Available informations have indicated that delayed apoptosis of PMN played an important role in ALI. Understanding of apoptosis regulation will be conducive to regulate PMN inflammatory response, expecting to find a new way for the treatment of ALI.
, 百拇医药
[Key word] Lipopolysaccharide (LPS); Acute lung injury (ALI); Polymorphonucler neutrophil (PMN); Apoptosis
细胞凋亡(apoptosis)又称为程序性细胞死亡(programmed cell death，PCD)，是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。它涉及一系列基因的激活、表达以及调控，不伤及邻近细胞，保持组织结构稳定，并将炎症反应限制在最小范围的高级调节过程。国内外研究发现，一些细胞因子、蛋白酶类及黏附分子等能通过抑制炎症细胞凋亡，延长炎症反应时间，而参与急性肺损伤(acute lung injury，ALI)的炎症反应过程[1-2]。笔者复习近几年国内外相关文献，从PMN凋亡的角度对LPS急性肺损伤的发病机制作一综述。
1 中性粒细胞(PMN)凋亡与内毒素性ALI
, 百拇医药
PMN半衰期短，在外周血循环中存活8～20 h，而进入感染或发炎的组织内其存活时间可增加数倍。肺是PMN最容易聚集的器官，而肺组织中的PMN聚集发生于肺毛细血管床，此处PMN的含量是其他血管床的50倍[3]。若无细胞因子炎症因子参与，老化的 PMN会自发凋亡。与坏死不同，凋亡的PMN无细胞毒素释放到组织细胞周围。急性炎症时，PMN由于局部炎症介质的作用而发生凋亡延迟，凋亡延迟的PMN在炎症部位通过呼吸爆发产生大量自由基、蛋白水解酶及炎症介质等有害物质造成组织损伤，增加肺组织的炎症反应，从而导致ALI，降低存活率[4]。
2 PMN凋亡信号传导途径
2.1 核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)途径
NF-κB可通过介导多种炎症介质转录、表达和调控与凋亡相关的重要基因的表达来参与PMN凋亡的调控。内毒素刺激细胞后，核因子的抑制剂IκB(inhibitor κB，IκB)发生磷酸化降解，NF-κB与IκB发生解离，NF-κB迅速从细胞质移位到细胞核，在核内与目的基因，如编码诱导型一氧化氮合成酶(induced-nitric oxide synthase iNOS)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的κB位点特异性结合，来促进相关基因的转录，调控TNF-α细胞因子、黏附分子和炎症相关的酶及蛋白质的表达。反过来，NF-κB调节产物，如TNF-α、细胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)又能激活NF-κB，形成一个能放大且延续炎症反应的复杂调节环路，导致全身炎症反应综合征(SIRS)，诱发肺、肾及肝等多个脏器的损伤[5]。
, 百拇医药
NF-κB活化抑制PMN凋亡的机制可能为：①NF-κB活化促进促炎症细胞因子(IL-6、IL-8)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)表达，而抑制PMN凋亡；②NF-κB活化后可诱导细胞表达死亡受体-1(TNFR1)、结合因子(TFAF1、TFAF2)和凋亡抑制蛋白(IAP1、IAP2)，抑制Caspase级联反应，阻断死亡受体TNFR1和Fas介导的凋亡信号传导，抑制细胞凋亡；③NF-κB活化亦可能通过调控A1等Bcl-2家族抗凋亡蛋白的表达来抑制PMN凋亡[6]。通过以上叙述不难看出NF-κB的转移及活化是SIRS或ALI的关键环节之一。抑制NF-κB信号通路，可有效地抑制ALI中TNF-ɑ炎性因子的产生。若在ALI早期抑制NF-κB活化，可为防治ALI/ARDS提供新的靶点。
2.2 Fas-Fasl途径
Fas属于细胞表面受体家族，是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，相对分子质量为45 000，在白细胞、肺泡巨噬细胞及肺组织等多种细胞组织均有表达。Fasl为Fas的配体，是一种相对分子质量为40 000的Ⅱ型膜蛋白，主要在活化的淋巴细胞和自然杀伤细胞中表达。Fas-Fasl结合后引起Fas抗原三聚体化，Fas胞内区的死亡结构域(DD)与胞质中已有的Fas相关死亡结构域(fas associated death domian，FADD)C端的DD结合，FADD再以N端的DED(death effector domian)与Procaspase-8(或Procaspase-10)N端前区域内的DED结合形成死亡诱导信号复合体(death inducing signal complex，DISC)，Procaspase-8发生裂解后活化，并使Caspases家族的一系列凋亡蛋白酶的激活，从而引发Fas蛋白所在的细胞凋亡。Caspase-8激活下游的Caspases 诱导的凋亡主要有两种信号通路[7-8]，第一条信号途径是在当DISC中Caspase-8充足时，通过激活Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7，引起细胞裂解而凋亡。而当caspase-8不足时，通过第二条信号途径，即Caspase-8催化断裂Bcl-2家族的促凋亡成员bid形成的裂解片段p15移入线粒体，破坏线粒体膜的完整性，使细胞色素C释放，细胞色素C再与胞质中凋亡蛋白酶活化因子-1结合，来激活Procaspase-9。Caspase-9被活化，随之激活Caspase-3等酶系导致细胞凋亡。Nwakoby等[9-10]观察到PMN对Fas诱导的凋亡较敏感，在表达高水平Fas的同时也显著表达Fasl，在感染血清中Fasl的浓度与PMN凋亡率呈正相关，抗Fasl抗体能对抗感染血清诱导的PMN凋亡，活化型Fas抗体IgM可以显著加速PMN的自发性凋亡进程，而拮抗型Fas抗体IgG1则有凋亡抑制功能。激活的Caspase-3通过蛋白水解来激活DNA酶，介导细胞染色体DNA碎裂和磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)移向膜外，启动细胞凋亡，因此，细胞中激活的Caspase-3减少就意味者细胞凋亡的延迟。SIRS过程中过量释放的炎症因子如TNF-α、γ-干扰素(IFN-γ)、白细胞介素-8(IL-8)、脂多糖(LPS)等被证明可通过调控Fas等凋亡基因的表达抑制PMN的凋亡[11]。Fasl和TNFR1的表达下调，Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7、Caspase-8的表达下调，游离出肺上皮内皮屏障的PMN中的Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9的活化受到抑制[12]，这些都导致PMN的寿命延长， 造成肺组织中PMN超负荷而释放大量的炎性代谢产物，加重肺损伤。, 百拇医药(朱珊珊(综述) 刘功俭(审校))