吳娟，金曼，黎筆熙

(中部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院麻醉科，武漢 430070)

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為炎癥反應(yīng)過程由體液途徑調(diào)控，即免疫細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥因子與抗炎因子共同維持機(jī)體促炎反應(yīng)與抗炎反應(yīng)的平衡，一旦該平衡被打破將發(fā)生失控性炎癥反應(yīng)或免疫抑制。2000年，Borovikova等[1]發(fā)現(xiàn)，除體液途徑外，神經(jīng)系統(tǒng)也參與炎癥反應(yīng)的調(diào)控，他將此途徑命名為膽堿能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway，CAP)，即迷走神經(jīng)將炎癥刺激信號(hào)傳至中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)進(jìn)行整合，CNS將整合后的信號(hào)傳至迷走神經(jīng)末梢并釋放乙酰膽堿(acetylcholine，ACh)，ACh與炎癥細(xì)胞表面的α7亞基N型膽堿能受體(α7 nicotinic acetylcholine receptors，α7nACHR)結(jié)合，從而調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子。α7nACHR是CAP最顯著的特征，通過激活或抑制α7nACHR能調(diào)控CAP的活性。α7nACHR隸屬于煙堿樣ACh受體，以ACh和膽堿作為內(nèi)源性配體，由5個(gè)α7亞基組成，廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)的突觸前膜和突觸后膜以及肺泡上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞表面；另外，α7nACHR屬于離子通道受體，對(duì)Ca2+有很好的通透性， 因此，α7nACHR介導(dǎo)的許多生理活動(dòng)與Ca2+內(nèi)流有關(guān)[2]。CAP在全身炎癥反應(yīng)和各種炎性疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)就CAP在炎性疾病中的應(yīng)用進(jìn)展予以綜述。

1 CAP的組成及作用機(jī)制

當(dāng)致病原刺激組織產(chǎn)生炎癥因子時(shí)，傳入迷走神經(jīng)將刺激信號(hào)傳至CNS，并釋放ACh與前腦基底部膽堿能神經(jīng)元表面的M1受體結(jié)合，增強(qiáng)傳出迷走神經(jīng)的活性[3]；傳出迷走神經(jīng)刺激支配脾臟的兒茶酚胺能纖維釋放去甲腎上腺素，去甲腎上腺素與脾臟中表達(dá)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶的T細(xì)胞表面的β2受體結(jié)合，刺激T細(xì)胞合成大量的ACh，ACh與免疫細(xì)胞表面的α7nACHR結(jié)合[4]。α7nACHR被激活后能增加免疫細(xì)胞內(nèi)的Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(Janus kinase/signal transducers and activator of transcription，JAK/STAT)，同時(shí)抑制核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而減少免疫細(xì)胞中腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、高遷移率族蛋白1、白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6等炎癥因子的產(chǎn)生，并提高血清中白細(xì)胞介素-10等抗炎因子水平[5-6]，若α7nACHR被藥物阻斷或其基因被剔除，CAP則無法發(fā)揮炎癥調(diào)控作用[7]。大量實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)組織發(fā)生失控性炎癥反應(yīng)時(shí)，外周直接迷走神經(jīng)刺激(vagus nerve stimulation，VNS)或外周使用煙堿、GTS-21等α7nACHR激動(dòng)劑均能顯著降低組織與血清中TNF-α、白細(xì)胞介素-1β等炎癥因子水平，緩解組織損傷并保護(hù)器官功能，但輔以α7nACHR阻斷劑后這種保護(hù)作用則消失[8-14]。近年來隨著對(duì)CAP作用機(jī)制的深入研究，Ren等[8]發(fā)現(xiàn)，除刺激外周的α7nACHR外，腦室內(nèi)使用α7nACHR激動(dòng)劑能激活神經(jīng)元表面α7nACHR，解除炎癥導(dǎo)致的外周免疫功能抑制，并減輕重要器官的組織損傷；Sun等[15]在基因表達(dá)水平對(duì)CAP進(jìn)行了研究，認(rèn)為α7nACHR被激活后細(xì)胞內(nèi)的抗炎機(jī)制由miR-124介導(dǎo)，miR-124通過作用于STAT3激動(dòng)劑和TNF-α轉(zhuǎn)化酶，抑制白細(xì)胞介素-6和TNF-α的產(chǎn)生，而煙堿能上調(diào)巨噬細(xì)胞內(nèi)miR-124的表達(dá)。早期研究認(rèn)為脾臟是CAP主要的效應(yīng)器官，但Matteoli等[16]發(fā)現(xiàn)，CAP在腸道中的抗炎作用不依賴脾臟，迷走神經(jīng)直接支配腸道神經(jīng)元，腸道神經(jīng)元發(fā)出的膽堿能纖維能直接作用于常駐巨噬細(xì)胞表面的α7nACHR，因此VNS可不依賴脾臟直接通過腸道神經(jīng)元刺激巨噬細(xì)胞，從而抑制炎癥因子的產(chǎn)生。

2 CAP在炎性疾病中的應(yīng)用

2.1感染性休克 感染性休克由大量病原體入侵引起，病原體通過毒素和脂蛋白等抗原刺激體內(nèi)的白細(xì)胞，被激活的白細(xì)胞經(jīng)血液遷移至病灶并釋放大量蛋白酶和炎癥因子以對(duì)抗入侵的病原體，但同時(shí)這些物質(zhì)會(huì)損傷機(jī)體的內(nèi)皮細(xì)胞與上皮細(xì)胞，使病原菌易移位至其他器官(如肝臟、肺臟)，造成多器官功能障礙[8]；另外，受損的血管內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)激活凝血過程并引起纖溶過程的雙向改變，而炎癥因子會(huì)抑制凝血因子的功能，造成凝血功能異常和微循環(huán)障礙[17]；在感染性休克晚期，脾臟中淋巴細(xì)胞與樹突狀細(xì)胞的凋亡率增加，機(jī)體免疫功能被抑制，使患者病情進(jìn)一步加重，甚至死亡[9]。CAP在感染性休克時(shí)能發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，內(nèi)源性ACh通過促進(jìn)脾臟中淋巴細(xì)胞增殖，減輕機(jī)體炎癥反應(yīng)，抑制血清中細(xì)菌生長(zhǎng)和中性粒細(xì)胞遷移[9-10]。Cedillo等[18]發(fā)現(xiàn)，敗血癥患者單核細(xì)胞的α7nACHR基因表達(dá)增加，其表達(dá)水平與炎癥反應(yīng)程度和預(yù)后相關(guān)。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，VNS或α7nACHR激動(dòng)劑能顯著降低敗血癥小鼠血清中的白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6水平和病死率[8-10,19]；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在敗血癥小鼠皮下注射M1-R激動(dòng)劑也能產(chǎn)生類似于α7nACHR激動(dòng)劑的抗炎作用[20]；腹腔注射毒扁豆堿(一種抗膽堿酯酶抑制劑)也能抑制NF-κB活性，降低血清TNF-α水平并提高小鼠生存率[21-22]，表明經(jīng)外周刺激M受體同樣能減輕全身炎癥反應(yīng)，其機(jī)制可能與CNS毒蕈堿網(wǎng)絡(luò)影響CAP活性有關(guān)。目前，德國一項(xiàng)針對(duì)毒扁豆堿輔助治療圍手術(shù)期感染性休克患者的臨床試點(diǎn)試驗(yàn)正在進(jìn)行中，該試驗(yàn)旨在研究能否將毒扁豆堿誘導(dǎo)的CAP抗炎作用安全、有效地應(yīng)用于臨床治療[23]。

除減輕感染性休克的炎癥反應(yīng)外，VNS(5 V，2 ms，1 Hz)能減少敗血癥小鼠血清中TNF-α的含量，解除炎癥因子對(duì)凝血因子功能的抑制，適當(dāng)糾正凝血與纖溶過程紊亂，減輕微循環(huán)障礙[17]；外周使用GTS-21還能減輕敗血癥所致的大腦、心臟、肺臟、腎臟等器官組織損傷，保護(hù)器官功能，其保護(hù)機(jī)制均與GTS-21刺激免疫細(xì)胞表面的α7nACHR有關(guān)[24-26]。如GTS-21刺激肺泡巨噬細(xì)胞表面的α7nACHR，抑制肺泡巨噬細(xì)胞分化為M1型，從而減少M(fèi)1型肺泡巨噬細(xì)胞釋放炎癥因子，減輕肺臟組織損傷[24]。

2.2失血性休克(hemorrhagic shock，HS) HS的病因是大量出血導(dǎo)致有效循環(huán)血量不足，引起外周血管收縮與微循環(huán)障礙。HS的病理生理變化較復(fù)雜，有效循環(huán)血量降低會(huì)導(dǎo)致心臟、腦、腸道等重要器官灌注不足，其中腸道灌注不足引起腸黏膜屏障功能損傷，使腸道菌群或炎癥細(xì)胞移位至腸系膜淋巴結(jié)，經(jīng)淋巴液的全身循環(huán)引起全身炎癥反應(yīng)[27]；此外，大量失血會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞因氧供應(yīng)不足而釋放大量損傷相關(guān)因子，從而引起組織的炎癥反應(yīng)[28]。同時(shí)，系統(tǒng)性炎癥激活機(jī)體凝血過程，加以血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷與血小板丟失共同導(dǎo)致大量血栓形成或凝血障礙，加劇HS的病理生理過程[29]。

CAP能調(diào)控HS導(dǎo)致的系統(tǒng)性炎癥與組織損傷。Guarini等[6]發(fā)現(xiàn)，VNS(5 V，2 ms，1 Hz)能抑制HS大鼠肝臟中NF-κB活化，降低肝臟與血清中TNF-α水平，糾正低血壓并提高大鼠生存率，而皮下注射N型膽堿能受體阻滯劑氯異吲哚銨會(huì)逆轉(zhuǎn)上述保護(hù)作用。進(jìn)一步研究表明，VNS的這種抗炎作用與減輕腸黏膜屏障損傷、降低腸道屏障通透性和淋巴液毒性有關(guān)[28,30-31]，但具體作用機(jī)制不明。另一方面，VNS能增加腸系膜淋巴結(jié)中CD103+樹突狀細(xì)胞的數(shù)量與T淋巴調(diào)節(jié)細(xì)胞/輔助性T細(xì)胞(helper T cell，Th)17的比例，提高腸道對(duì)炎癥的耐受性，進(jìn)而減輕腸黏膜屏障損傷[32]。有活性的腸系膜淋巴液通過全身循環(huán)引起遠(yuǎn)處臟器的炎癥反應(yīng)，其中肺臟是最易受損的器官，VNS通過減輕腸淋巴液毒性可降低肺血管通透性，抑制中性粒細(xì)胞的激活與聚集，降低髓過氧化物酶和細(xì)胞間黏附因子1的水平，減輕肺組織學(xué)損傷[30,33-34]。除VNS外，迷走神經(jīng)激動(dòng)劑和煙堿也具有減輕HS后腸道損傷與肺損傷的作用[28-31]。另外，Rezende-Neto等[29]發(fā)現(xiàn)，VNS(3.5 mA，5 Hz)通過降低HS大鼠體內(nèi)白細(xì)胞介素-1β水平，解除炎癥介質(zhì)對(duì)凝血因子功能的抑制，從而促進(jìn)凝血過程，改善HS的病理生理過程。

2.3癌癥 炎癥反應(yīng)與癌癥密切相關(guān)，炎癥在腫瘤的各個(gè)階段(如增殖、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移過程)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[35]，如潰瘍性結(jié)腸炎患者易患結(jié)腸癌，哮喘、慢性阻塞性肺疾病患者易發(fā)展為肺癌，這與炎癥微環(huán)境刺激組織細(xì)胞發(fā)生惡變有關(guān)[36-37]。炎癥反應(yīng)產(chǎn)生大量的致癌介質(zhì)(如活性氧類、活性氮類和自由基)，這些致癌介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致DNA損傷，甚至突變，從而使正常組織細(xì)胞發(fā)生癌變[38-39]。肺組織和結(jié)腸組織中分布著廣泛的迷走神經(jīng)，迷走神經(jīng)末梢存在大量炎癥因子受體和感受器，因此，當(dāng)肺組織和結(jié)腸受到炎癥因子刺激時(shí)，刺激信號(hào)便由迷走神經(jīng)傳至CNS進(jìn)行整合，整合后的信號(hào)由迷走神經(jīng)傳出，迷走神經(jīng)末梢釋放ACh與肺組織和結(jié)腸中炎癥細(xì)胞表面的α7nACHR結(jié)合，抑制炎癥細(xì)胞產(chǎn)生促炎介質(zhì)并減輕肺組織和結(jié)腸中的炎癥反應(yīng)[40]，因此，可以通過刺激α7nACHR減輕肺組織和結(jié)腸的炎癥反應(yīng)來抑制癌細(xì)胞增殖。De Couck等[41]已證實(shí)，迷走神經(jīng)活性越高的非小細(xì)胞肺癌患者預(yù)后越好，這與迷走神經(jīng)通過ACh和α7nACHR調(diào)控肺組織炎癥反應(yīng)有關(guān)；此外，Hayashi等[42]發(fā)現(xiàn)，煙堿能下調(diào)小鼠結(jié)腸組織中炎癥因子(白細(xì)胞介素-6/STAT3和TNF-α)的表達(dá)，降低結(jié)腸腫瘤的發(fā)生率。

2.4克羅恩病 克羅恩病的特征是腸道神經(jīng)元缺失、大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及炎癥因子產(chǎn)生造成的腸道組織損傷[43]。VNS直接刺激腸道神經(jīng)元和與之相連的膽堿能纖維，增加神經(jīng)纖維末梢釋放的ACh水平，ACh與腸道巨噬細(xì)胞表面的α7nACHR結(jié)合，減少巨噬細(xì)胞中炎癥因子的產(chǎn)生，從而抑制腸道的炎癥反應(yīng)[16,44]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，VNS(0.5～1.5 mA，10 Hz，500 s)能降低結(jié)腸炎大鼠體內(nèi)髓過氧化物酶和炎癥因子水平，減輕結(jié)腸組織損傷[45-46]；國外一項(xiàng)臨床試驗(yàn)證明，VNS(0.5～1.5 mA，10 Hz，500 s)能降低克羅恩病患者體內(nèi)C反應(yīng)蛋白水平，改善患者的臨床癥狀[47]。此外，Bai等[48]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，腹腔注射膽堿能激動(dòng)劑假木賊堿可以降低結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中髓過氧化物酶、TNF和NF-κB水平，緩解結(jié)腸組織損傷，這與假木賊堿作用于腸道巨噬細(xì)胞表面的α7nACHR抑制炎癥因子釋放有關(guān)。

2.5類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA) RA的病理特征是滑膜的持續(xù)炎癥致使骨與軟骨損害，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形[49]。煙堿等α7nACHR激動(dòng)劑能與滑膜中免疫細(xì)胞表面的α7nACHR結(jié)合并激活CAP，減少免疫細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子，進(jìn)而抑制RA的滑膜炎癥反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)炎大鼠口服或腹腔注射煙堿均能降低滑膜中TNF-α等炎癥因子水平，進(jìn)而抑制滑膜中Th17細(xì)胞增生，并改善Th1/Th2比值失衡，減輕骨與軟骨損害[50-51]。此外，RA的發(fā)生、發(fā)展與迷走神經(jīng)功能紊亂有關(guān)，臨床前RA患者迷走神經(jīng)活性越低，則發(fā)展成RA的可能性越大；RA患者迷走神經(jīng)活性越低，則臨床癥狀越重且對(duì)藥物反應(yīng)越差[49]。臨床試驗(yàn)證明，在RA患者體內(nèi)植入迷走神經(jīng)刺激儀并用相應(yīng)的電壓、頻率和波長(zhǎng)刺激外周迷走神經(jīng)，能降低TNF-α等炎癥因子水平，改善RA患者的癥狀[52]。

2.6阿爾茨海默病 腦組織中β淀粉樣蛋白沉積是阿爾茨海默病的特征性改變。小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中的單核巨噬細(xì)胞，它通過吞噬腦組織中的β淀粉樣蛋白維持β淀粉樣蛋白的平衡，而小膠質(zhì)細(xì)胞的功能受星形膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)控，但具體調(diào)控機(jī)制不明[53]。既往研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞表面存在煙堿樣ACh受體，口服或注射煙堿、加蘭他敏等非選擇性膽堿能受體激動(dòng)劑能抑制腦組織中β淀粉樣蛋白的聚集，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬β淀粉樣蛋白的過程[54-56]。研究表明，GTS-21能促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬β淀粉樣蛋白的過程，在阿爾茨海默病大鼠中使用選擇性膽堿能受體激動(dòng)劑GTS-21能減少大腦中β淀粉樣蛋白含量，并緩解大鼠記憶功能損傷，由此說明，α7nACHR在小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬過程中發(fā)揮著重要作用，α7nACHR可作為治療阿爾茨海默病的靶點(diǎn)之一[57-58]。

2.7腦卒中 炎癥反應(yīng)在腦卒中的各個(gè)病理階段均發(fā)揮著重要作用，腦缺血或顱內(nèi)出血刺激小膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量促炎因子，這些細(xì)胞因子一方面在梗死區(qū)域產(chǎn)生局部炎癥反應(yīng)；另一方面透過血腦屏障進(jìn)入血液，吸引血液中的巨噬細(xì)胞聚集到梗死區(qū)域，浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量炎癥介質(zhì)和活性氧類，造成神經(jīng)元損傷[59]。腹腔注射GTS-21(4 mg/kg)等α7nAChR激動(dòng)劑能與巨噬細(xì)胞表面的α7nAChR結(jié)合，抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生活性氧類和白細(xì)胞介素-6、TNF-α等炎癥因子，從而緩解腦卒中大鼠腦組織中炎癥反應(yīng)與神經(jīng)元凋亡，改善腦組織損傷[13-14,60]；另外，VNS和經(jīng)皮迷走神經(jīng)刺激也具有減輕腦卒中后腦組織損傷的作用，其作用機(jī)制可能與上調(diào)免疫細(xì)胞和神經(jīng)元表面的7nAChR有關(guān)[14,61]。另外，炎癥反應(yīng)在子癇前期[62]和抑郁癥[63]等疾病的發(fā)生、發(fā)展中均扮演重要角色，而CAP的炎癥調(diào)控作用對(duì)這些疾病的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸均具有重要意義，但研究結(jié)果尚需大樣本臨床試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3 小 結(jié)

CAP在上述炎性疾病的病理生理過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，刺激CAP能夠抑制炎癥反應(yīng)過程，從而減輕過度炎癥反應(yīng)造成的組織損傷和器官功能損害，最終緩解患者臨床癥狀，甚至改善患者預(yù)后。但目前臨床上用于刺激CAP的手段十分有限，7nAChR激動(dòng)劑除GTS-21外均不能用于臨床治療。雖然美國食品藥品管理局已經(jīng)批準(zhǔn)將VNS用于癲癇患者，并且VNS對(duì)癲癇患者表現(xiàn)出良好的治療作用[64]，但VNS對(duì)其他炎性疾病的治療效果和安全性沒有大樣本臨床試驗(yàn)的驗(yàn)證。因此，適用于臨床的新型7nAChR激動(dòng)劑的研究及VNS治療炎性疾病的大樣本臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)是CAP未來的重點(diǎn)研究方向。