王俊男，奚 望，程彭超，楊 潛，王志農(nóng)

隨著當(dāng)今世界局部沖突頻發(fā)、恐怖襲擊及工業(yè)事故等不斷增多，爆炸致傷、致死已成為軍事人員及平民生命健康的重要威脅。各類爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓直接作用于機(jī)體所造成的損傷稱為原發(fā)沖擊傷或爆震傷[1]，其中肺組織因其含氣的特殊結(jié)構(gòu)特征最易損傷，形成的肺爆震傷（Blast Lung Injury，BLI）是爆炸沖擊傷最常見的死亡原因之一[2]，對其病理生理及分子生物學(xué)變化的認(rèn)識是BLI傷情判斷、早期救治及轉(zhuǎn)歸預(yù)測等的立足點(diǎn)之一，已成為軍事醫(yī)學(xué)和災(zāi)害醫(yī)學(xué)的研究重點(diǎn)。

BLI的主要病理生理變化可被概括為[3-5]：沖擊波通過散裂力、內(nèi)爆力和慣性力造成肺泡毛細(xì)血管和肺泡壁的廣泛損傷，直接引起氣胸、肺氣腫、氣體栓塞、肺出血和肺水腫等，進(jìn)而繼發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎性反應(yīng)及細(xì)胞凋亡反應(yīng)等，使得肺泡上皮細(xì)胞和肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞等遭受進(jìn)一步損傷，導(dǎo)致肺泡毛細(xì)血管通透性增加、肺泡壁結(jié)構(gòu)破壞及肺泡表面活性物質(zhì)功能障礙，引起或加重肺水腫、通氣血流比例失調(diào)、肺順應(yīng)性和容量降低等，出現(xiàn)急性肺損傷（Acute Lung Injury，ALI）或急性呼吸窘迫綜合征（Acute Respiratory Distress Syndrome，ARDS）。在BLI的細(xì)胞與亞細(xì)胞水平變化、分子生物學(xué)機(jī)制和靶向干預(yù)等方面，最新研究取得諸多進(jìn)展，本文從氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡反應(yīng)及固有免疫應(yīng)答等方面對相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 分子生物學(xué)機(jī)制

1.1 氧化應(yīng)激反應(yīng) 機(jī)體內(nèi)氧化和抗氧化兩大系統(tǒng)既相互制約又相互依存，當(dāng)氧化系統(tǒng)增強(qiáng)或者抗氧化系統(tǒng)減弱的時(shí)候均可表現(xiàn)出氧化應(yīng)激的狀態(tài)。氧化系統(tǒng)中活性氧族（Reactive Oxygen Species，ROS）、活性氮族（Reactive Nitrogen Species，RNS）等活性自由基可直接造成組織和細(xì)胞的一系列過氧化損傷，并且激活和加劇炎性反應(yīng)。氧化應(yīng)激反應(yīng)在BLI發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。沖擊波作用后肺組織內(nèi)廣泛出血，紅細(xì)胞破裂，釋放出大量游離血紅蛋白，游離血紅蛋白暴露在細(xì)胞外環(huán)境被不可逆的氧化為氧代高價(jià)鐵血紅蛋白，大量自由基形成，從而打破平衡，啟動氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎性反應(yīng)。

早在二十世紀(jì)末，Elsayed等[6-9]的一系列實(shí)驗(yàn)已觀察到爆震傷致肺部抗氧化物質(zhì)減低、脂質(zhì)過氧化和血液氧合下降，提示血紅蛋白氧化發(fā)揮氧化應(yīng)激損傷始動作用。后續(xù)研究進(jìn)一步證實(shí)相關(guān)反應(yīng)的存在。Tong等[10]檢測BLI小鼠模型的ROS水平，發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)在傷后3 h已開始，在24 h達(dá)到頂峰，隨即緩慢下降。組織中抗氧化酶類黑色素瘤分化相關(guān)基因-5、肌醇依賴酶-1α表達(dá)增加，而超氧化物歧化酶-1表達(dá)受抑制。Chavko等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，BLI發(fā)生2 h后，抗氧化酶類及部分趨化因子開始增加，氧化應(yīng)激及炎性反應(yīng)激活，蛋白質(zhì)氧化和硝化作用加強(qiáng)，相關(guān)反應(yīng)在24 h至48 h間最為明顯。此外，肺的形態(tài)學(xué)損傷和炎性的消散與血紅素氧合酶-1和二氧化錳超氧化物歧化酶的表達(dá)激活相一致。其他研究同樣觀察到肺內(nèi)血紅蛋白氧化、自由基增加，抗氧化劑消耗及脂質(zhì)過氧化的現(xiàn)象[7]。Gorbunov等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，BLI發(fā)生3 h后，肺的廣泛出血灶中可觀察到炎性細(xì)胞浸潤，髓過氧化物酶、超氧化物歧化酶-1、血紅素氧合酶-1及轉(zhuǎn)鐵蛋白水平增加，鐵元素沉積，酪氨酸殘基硝化等，表明氧化應(yīng)激反應(yīng)與早期炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，活性鐵、ROS、RNS等起重要作用。

氧化與抗氧化作用的協(xié)調(diào)顯然有助于阻遏BLI發(fā)展，抗氧化劑用作BLI干預(yù)的相關(guān)研究在后文做進(jìn)一步介紹。

1.2 早期炎性反應(yīng) 沖擊波致肺組織廣泛損傷后早期出現(xiàn)炎性細(xì)胞聚集浸潤，炎性介質(zhì)、細(xì)胞因子等大量釋放，炎性失控造成自身持續(xù)放大，使得上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)一步破壞，進(jìn)而引起ALI及ARDS。Gorbunov等[13]認(rèn)為PBLI損傷過程中的炎性反應(yīng)與各類嚴(yán)重創(chuàng)傷近似，其研究發(fā)現(xiàn)，沖擊波致肺損傷后1 h，邊緣池的中性粒細(xì)胞迅速動員至循環(huán)池，血液循環(huán)中中性粒細(xì)胞數(shù)量增加至正常水平的2.7倍。在傷后3 h和6 h，中性粒細(xì)胞數(shù)量分別為正常水平的約5倍和3.5倍，其增加伴隨中性粒細(xì)胞黏附分子CD11b表達(dá)增加和外周血轉(zhuǎn)鐵蛋白復(fù)合物水平下降。研究顯示，在趨化因子作用下，中性粒細(xì)胞同樣會從骨髓動員入血并活化[14-16]。Chavko等[11,17]的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究利用髓過氧化物酶活性及中性粒細(xì)胞趨化因子-1、細(xì)胞間粘附分子和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)水平衡量肺組織炎性反應(yīng)程度，發(fā)現(xiàn)大鼠致傷后24 h和48 h之間炎性反應(yīng)達(dá)到頂峰，而后在192 h內(nèi)逐步減輕至恢復(fù)正常。其研究同樣發(fā)現(xiàn)CD11b水平與炎性反應(yīng)程度相一致[17]。此外，多項(xiàng)研究[10,15,18-19]表明，大鼠、兔等遭受沖擊作用后，血漿中腫瘤壞死因子α（Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α）、 白介素 -1β（Interleukin-1β，IL-1β）、IL-6、IL-12、IL-18等促炎細(xì)胞因子及炎性標(biāo)志物顯著升高，且水平和損傷嚴(yán)重程度相關(guān)?？寡准?xì)胞因子IL-10水平則受明顯抑制。

單核-巨噬細(xì)胞在BLI炎性反應(yīng)及固有免疫反應(yīng)中發(fā)揮復(fù)雜作用。Seitz等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，大鼠BLI傷后早期，支氣管肺泡灌洗液和上清液中肺泡巨噬細(xì)胞趨化因子水平和肺內(nèi)巨噬細(xì)胞數(shù)目增多，且其中化學(xué)趨化因子受體-2（Cc Chemokine Receptors-2，CCR-2）和單核細(xì)胞趨化蛋白-1（Monocyte Chemotactic Protein-1，MCP-1）的mRNA水平增加。結(jié)果表明PBLI導(dǎo)致單核-巨噬細(xì)胞的肺內(nèi)趨化、募集，特異化學(xué)趨化因子受體的mRNA上調(diào)可代表循環(huán)血單核細(xì)胞趨化反應(yīng)的加強(qiáng)。Barnett-Vanes等同樣發(fā)現(xiàn)PBLI大鼠肺組織中單核巨噬細(xì)胞數(shù)目和MCP-1水平的快速增加[21]。此外，Niesler等[19]的研究則發(fā)現(xiàn)，肺泡巨噬細(xì)胞耗竭引起PBLI小鼠支氣管肺泡灌洗液中MCP-1、趨化因子RANTES（Regulated on activation, normal T cell expressed and secreted）水平顯著提高以及肝庫普弗細(xì)胞趨化因子釋放相對增加，提示肺泡巨噬細(xì)胞參與BLI相關(guān)局部及全身炎性反應(yīng)的調(diào)控，可能主要發(fā)揮抗炎作用。

核因子κB（Nuclear Factor Kappa-B，NF-κB）和絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase，MAPK）信號通路是控制炎性反應(yīng)等多種生物學(xué)反應(yīng)的經(jīng)典通路。研究發(fā)現(xiàn)，沖擊波致傷后，肺組織NFκB P65、MAPK mRNA表達(dá)，與肺損傷情況及肺炎性反應(yīng)水平一致[22]，相關(guān)通路可作為干預(yù)的靶通路[23-25]。二甲基精氨酸二甲胺水解酶-1（Dimethylarginine Dimethylaminohydrolase-1，DDAH-1）/非對稱性二甲基精氨酸（Asymmetric Dimethylarginine，ADMA）信號通路和磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K）/蛋白激酶B（Protein kinase B，Akt）/叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O1（Forkhead box O1，F(xiàn)oxO1）信號通路也被證實(shí)與BLI炎性損傷、氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡等反應(yīng)相關(guān)[26-28]。

1.3 細(xì)胞凋亡反應(yīng) 細(xì)胞凋亡是生物體內(nèi)由基因控制的自主程序性死亡。BLI中，氧化應(yīng)激反應(yīng)及炎性反應(yīng)促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞、肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，而組織細(xì)胞過度凋亡往往造成進(jìn)一步損傷，使得呼吸功能下降，疾病發(fā)展惡化[29]。目前研究發(fā)現(xiàn)，BLI中細(xì)胞凋亡主要發(fā)生在傷后早期。Liener等[30]首次觀察到爆震傷后肺組織細(xì)胞凋亡數(shù)量明顯增加的現(xiàn)象，且發(fā)現(xiàn)損傷發(fā)生6 h，凋亡即開始發(fā)生，在傷后48 h達(dá)到頂峰。其他研究同樣發(fā)現(xiàn)沖擊作用可誘發(fā)動物模型肺組織細(xì)胞的凋亡，在48 h后[31-32]或12-48 h內(nèi)[10]最為顯著。

半胱氨酸蛋白酶家族是細(xì)胞凋亡的核心調(diào)控分子，可通過內(nèi)源性的線粒體通路和外源性的死亡受體通路被激活。Bax和Bcl-2分別是重要的凋亡促進(jìn)和抑制蛋白，與線粒體通路密切相關(guān)；而Fas屬于腫瘤壞死因子超家族成員，F(xiàn)asL是Fas的天然配體，二者是死亡受體通路的主要作用分子。研究表明相關(guān)分子和通路在BLI細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用。Liener等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞大量凋亡的同時(shí)Caspase-8水平明顯增加。Seitz等[32]在沖擊波誘導(dǎo)肺II型上皮細(xì)胞凋亡的過程中發(fā)現(xiàn)FasL、Fas、Caspase-8和Caspase-3等水平均顯著提高，而Bax和Bcl-2水平無明顯變化，提示外源性凋亡途徑發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而國內(nèi)外多項(xiàng)最新研究[10,29,31]驗(yàn)證了肺組織細(xì)胞凋亡中Caspase-3和Bax的影響，說明內(nèi)源性凋亡途徑的作用同樣重要。PBLI中細(xì)胞凋亡反應(yīng)的具體機(jī)制有待進(jìn)一步明確。

Liener等[30]的研究顯示，肺組織細(xì)胞凋亡的發(fā)生與BLI致肺內(nèi)中性粒細(xì)胞的積聚與增加無關(guān)。Seitz等[32]則發(fā)現(xiàn)沖擊波致傷48 h后，肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的凋亡增加伴隨肺泡內(nèi)巨噬細(xì)胞浸潤的增多，提示凋亡反應(yīng)與巨噬細(xì)胞釋放炎性介質(zhì)互相關(guān)聯(lián)。ALI發(fā)展中已證實(shí)存在炎性細(xì)胞的凋亡延遲，可導(dǎo)致炎性反應(yīng)的加劇，促進(jìn)損傷發(fā)展[33]。在BLI中，細(xì)胞凋亡與氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等的相互作用可成為未來研究重點(diǎn)。

1.4 固有免疫應(yīng)答 以往認(rèn)為固有免疫系統(tǒng)只針對病原體誘導(dǎo)的組織損傷，近年來已明確組織創(chuàng)傷同樣可以通過損傷相關(guān)分子模式（Damage-Associated Molecular Pattern，DAMP）激活固有免疫細(xì)胞的模式識別受體（Pattern Recognition Receptor，PRR）啟動無菌性炎性，表現(xiàn)為中性粒細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞等的聚集及細(xì)胞因子、趨化因子和粘附分子的產(chǎn)生。

近年來發(fā)現(xiàn)在BLI中同樣存在一系列與炎性反應(yīng)相關(guān)的固有免疫反應(yīng)。Barnett-Vanes等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，BLI傷后數(shù)小時(shí)內(nèi)外周血及肺組織內(nèi)中性粒細(xì)胞和單核-巨噬細(xì)胞的數(shù)量顯著增加，同時(shí)脾臟中單核-巨噬細(xì)胞也有增多，B細(xì)胞、T細(xì)胞及自然殺傷細(xì)胞則無明顯變化。Flierl等[34]的研究顯示，BLI可導(dǎo)致補(bǔ)體系統(tǒng)激活伴隨外周血中性粒細(xì)胞增加和功能改變，補(bǔ)體片段C5a在其中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。補(bǔ)體C3a和高遷移率族蛋白b1（High-Mobility-Group Box 1，HMGB1）也被證明與BLI炎性反應(yīng)密切相關(guān)[35]。HMGB1可作為一種重要的DAMP與PRR結(jié)合發(fā)揮效應(yīng)。

Yang等[36]針對神經(jīng)內(nèi)分泌激素的作用開展研究，結(jié)果表明，在BLI早期，腎上腺激素可通過調(diào)控Toll樣受體、清道夫受體、白細(xì)胞分化抗原14等PRR的表達(dá)增強(qiáng)局部巨噬細(xì)胞的趨化和吞噬功能，提高促炎細(xì)胞因子水平，進(jìn)一步激活固有免疫應(yīng)答。Kn?ferl等[37]觀察到傷后2 h血清TNF-α和IL-6明顯增高，脾巨噬細(xì)胞釋放的IL-8增加；傷后24 h血漿細(xì)胞因子水平受極大抑制，脾巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α、IL-10、IL-12則顯著減少。結(jié)果表明BLI對遠(yuǎn)離損傷部位的免疫活性細(xì)胞群功能也具一定影響。上述研究提示固有免疫系統(tǒng)在BLI損傷過程中具有重要作用，但具體效應(yīng)和相關(guān)機(jī)制尚不明確。

2 分子靶向干預(yù)

著眼于BLI發(fā)生發(fā)展過程中的上述細(xì)胞分子變化，國內(nèi)外學(xué)者積極開展BLI的靶向干預(yù)研究。國內(nèi)學(xué)者近年來主要開展了綜合抗炎、抗氧化應(yīng)激及抗凋亡等方面作用的干預(yù)研究。Liu等[27]的近期研究發(fā)現(xiàn)，殼寡糖可通過DDAH-1/ADMA信號通路有效緩解BLI小鼠肺組織的炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)及凋亡反應(yīng)，保護(hù)肺功能，減輕BLI損傷。Liu等[26]同樣發(fā)現(xiàn)丹參酮ⅡA在BLI損傷過程中具抗炎、抗氧化應(yīng)激等保護(hù)作用，其機(jī)制可能是通過PI3K/Akt/FoxO1信號通路實(shí)現(xiàn)。在他們稍早的研究中，已證實(shí)T淋巴細(xì)胞表面表達(dá)的共刺激分子CD28缺陷可通過該通路實(shí)現(xiàn)BLI的緩解[28]。中國人民解放軍總醫(yī)院的系列研究通過離體細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和犬BLI模型實(shí)驗(yàn)證實(shí)全氟化碳的保護(hù)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其作用可能與NF-κB和MAPK信號通路有關(guān)，全氟化碳汽化吸入有望成為BLI早期干預(yù)的新途徑[23-24]。國內(nèi)學(xué)者還發(fā)現(xiàn)在BLI中，自由基清除劑依達(dá)拉奉發(fā)揮抗氧化和調(diào)控炎性介質(zhì)釋放的效應(yīng)，抗炎作用通過抑制NF-κB信號通路實(shí)現(xiàn)[25]；絲氨酸蛋白酶抑制劑烏司他丁和彈性蛋白酶抑制劑西維來司鈉也被發(fā)現(xiàn)可通過抑制多種炎性介質(zhì)和炎性因子的釋放減輕早期肺損傷[38-39]。

國外學(xué)者則對于抑制BLI中氧化應(yīng)激損傷進(jìn)行了一系列研究。21世紀(jì)初，美軍研究機(jī)構(gòu)已證實(shí)維生素C、維生素E、硫辛酸等抗氧化劑的保護(hù)作用[7]。氯高鐵血紅素可激活血紅素氧合酶-1，發(fā)揮抗氧化作用，減輕急性肺出血后繼發(fā)的血紅蛋白相關(guān)氧化應(yīng)激損傷，并可激活腺苷酸環(huán)化酶，舒張微血管以改善組織灌流，有望用于BLI治療[40-41]。美國馬里蘭海軍醫(yī)學(xué)研究中心的一項(xiàng)研究證實(shí)應(yīng)用氯高鐵血紅素可顯著提升BLI大鼠的生存率，但具體機(jī)制尚不明確，無法判定其保護(hù)效果強(qiáng)于一般抗氧化劑[41]。N-乙酰半胱氨酸同樣具有抗氧化和抗炎效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，在BLI過程中，其主要通過清除自由基、阻滯趨化因子激活、抑制中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷發(fā)揮保護(hù)作用，而不影響炎性細(xì)胞的遷移和浸潤[17]。N-乙酰半胱氨酸的抗氧化作用被認(rèn)為同樣與血紅素氧合酶-1mRNA的激活相關(guān)。另外，一項(xiàng)早期研究表明一氧化氮可能充當(dāng)抗氧化劑緩解BLI中叔丁基過氧化氫誘導(dǎo)的氧化損傷[42]。

此外，國外學(xué)界中各類新興分子對于BLI的干預(yù)研究相當(dāng)活躍。美國陸軍外科研究所[35]發(fā)現(xiàn)，早期應(yīng)用促衰變因子進(jìn)行補(bǔ)體抑制可顯著緩解BLI中的局部和全身炎性反應(yīng)，其作用通過補(bǔ)體C3a-C3a受體-HMGB1-轉(zhuǎn)錄因子通路實(shí)現(xiàn)。Hagisawa等[43]所應(yīng)用的一種新型γ-纖維蛋白原腺苷脂質(zhì)體可通過促進(jìn)腺苷信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮抗炎效應(yīng)，減輕肺組織爆震損傷，有效提高BLI小鼠生存率。相關(guān)的新型納米藥物控釋系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值較好。Hubbard等[44]研制的裝載地塞米松的高分子多肽納米顆?？砂邢蚣せ钛“?，對BLI兼具抗炎和止血的治療效果。此外，目前研究發(fā)現(xiàn)硫化氫、硫化鈉具有一定的抗氧化應(yīng)激和抗凋亡效應(yīng)，但對BLI動物模型的器官功能改善不明顯，相關(guān)保護(hù)作用有待進(jìn)一步研討[15,45]。

3 展 望

綜上所述，BLI的分子生物學(xué)機(jī)制十分復(fù)雜，氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡反應(yīng)及固有免疫應(yīng)答等在BLI發(fā)生發(fā)展中的重要作用已獲得廣泛認(rèn)可，但各類反應(yīng)細(xì)節(jié)及相互作用機(jī)制尚未闡明，應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)相關(guān)的基礎(chǔ)研究探索。在BLI分子靶向干預(yù)研究方面，國內(nèi)學(xué)者主要開展了綜合抗炎、抗氧化應(yīng)激及抗凋亡等方面作用的干預(yù)研究，而國外研究者對于抑制BLI中氧化應(yīng)激損傷以及新興分子干預(yù)作用的研究較為深入。筆者認(rèn)為，目前靶向干預(yù)研究尚未形成體系，未來可能需進(jìn)一步結(jié)合BLI機(jī)制研究的相關(guān)突破針對性地開展探索。