胸外傷合并肺損傷的免疫變化研究進(jìn)展

何存裕 伍火志

遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院心胸外科，廣東省珠海市 519041

胸外傷(Chest trauma)約占所有創(chuàng)傷的10%，死亡率為10%～60%，隨著交通運(yùn)輸業(yè)的不斷向前發(fā)展，胸部創(chuàng)傷的發(fā)生也越來越多見。常見的有肋骨骨折、肺挫傷或裂傷、連枷胸、心臟、大血管損傷等形式，會出現(xiàn)胸痛、胸悶、咳嗽、血痰、呼吸困難、發(fā)紺等癥狀，重者危及患者生命[1-2]，這些患者免疫功能往往會處于抑制狀態(tài)，再加上免疫調(diào)節(jié)失控，加重肺損傷的程度。本文就胸外傷引起急性肺損傷的免疫學(xué)機(jī)制、如何減輕肺損傷的肺保護(hù)免疫機(jī)制(Immune mechanisim)等進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 急性肺損傷免疫機(jī)制

急性肺損傷(Acute lung injury，ALI)和急性呼吸窘迫綜合征(Acute respiratory distress syndrome，ARDS)的特點(diǎn)是肺內(nèi)炎癥反應(yīng)過度，肺泡毛細(xì)血管屏障破壞和肺水腫導(dǎo)致氣體交換嚴(yán)重受損。肺損傷后的局部和全身炎癥反應(yīng)包括：免疫受體的激活、各種炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生以及炎癥細(xì)胞向損傷肺的聚集等。Hong[3]利用小鼠肺挫傷模型，證明先天性免疫Toll樣受體2和4(TLR2和TLR4)介導(dǎo)了肺損傷的炎癥反應(yīng)，其中肺組織中的骨髓源性以及非髓樣細(xì)胞都以特異性的方式參與了損傷后TLR依賴性炎癥反應(yīng)，與氣道上皮細(xì)胞的凋亡以及凋亡基因表達(dá)的增加有關(guān)，這為肺挫傷的免疫治療提供特異性靶點(diǎn)。Lukas等人[4]通過研究豬嚴(yán)重創(chuàng)傷模型發(fā)現(xiàn)單核細(xì)胞的吞噬能力與它們的TLR2表達(dá)有關(guān)。單核細(xì)胞作為天然免疫的特異性效應(yīng)細(xì)胞，在炎癥反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，利用其模式識別受體，特別是Toll樣受體(TLR)，識別病原體和/或病原體相關(guān)分子模式并組織清除。Jiurong Liang等人[5]認(rèn)為2型肺泡上皮細(xì)胞(AEC2s)是成人肺中參與肺修復(fù)過程的干細(xì)胞，天然免疫受體Toll樣受體4(TLR4)和細(xì)胞外基質(zhì)糖胺聚糖透明質(zhì)酸(HA)在AEC2s上的表達(dá)對AEC2的更新、肺損傷的修復(fù)和纖維化程度的限制具有重要意義，表面活性蛋白C陽性的AEC2s中TLR4或其合成酶(HA合酶2)等的缺失都會導(dǎo)致更新能力受損、嚴(yán)重纖維化和死亡。

急性肺損傷患者體內(nèi)大量多形核細(xì)胞(PMN)被激活，造成彌漫性肺泡損傷，包括肺泡上皮完整性喪失以及基底膜的脫落，隨著肺水腫和富含纖維蛋白膜的增加，肺動(dòng)脈存在微血栓，導(dǎo)致嚴(yán)重毛細(xì)血管和內(nèi)皮損傷[6]。在細(xì)胞成分中，中性粒細(xì)胞在介導(dǎo)ALI中起著重要作用。當(dāng)中性粒細(xì)胞作用于感染/炎癥部位時(shí)，它們發(fā)揮各種有益的功能(如吞噬作用、活性氧和一氧化氮的產(chǎn)生以及溶解酶的脫顆粒)，在良好的免疫調(diào)節(jié)下，這些功能可以清除入侵的病原體。然而，當(dāng)這些功能失調(diào)并指向其他正常宿主組織時(shí)，激活的PMN的聚集可能是有害的，最終導(dǎo)致?lián)p傷和器官損傷。在ARDS患者的肺組織和支氣管肺泡灌洗液中可以觀察到早期PMN積聚?；罨腜MN的遷移和通過內(nèi)皮細(xì)胞的過程是通過黏附分子調(diào)節(jié)的[7]。Annette Palmer等人[8]認(rèn)為鈍性胸外傷可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬功能，而另一方面，肺部的高碳酸血癥可能會顯著促進(jìn)PMN的清除。

還有一些學(xué)說認(rèn)為，從基因分子學(xué)角度看，胸外傷等引起急性肺損傷(即急性呼吸窘迫綜合征)，由于高刺激反應(yīng)導(dǎo)致肺泡腔縮小，氧化應(yīng)激直接影響機(jī)體的免疫功能(Immune function)，導(dǎo)致組織損傷和DNA損傷，患者的肺組織修復(fù)需要酶促DNA修復(fù)機(jī)制的參與，以維持基因組的穩(wěn)定性，從而有助于細(xì)胞的生存和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。這也為基因調(diào)節(jié)及免疫調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)[9]。

補(bǔ)體的作用：Hoth等人[10]通過小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在肺挫傷動(dòng)物的支氣管細(xì)胞灌洗液中，C5a的水平在傷后24h內(nèi)顯著升高，并在傷后持續(xù)72h，而且C5a的水平與凝血酶原水平呈正相關(guān)，證明凝血酶誘導(dǎo)的細(xì)胞活化是肺挫傷后細(xì)胞活化的主要途徑，表明凝血系統(tǒng)和補(bǔ)體系統(tǒng)之間的互相作用會誘導(dǎo)肺挫傷后的免疫啟動(dòng)。

2 急性肺損傷的肺保護(hù)(Lung protection)免疫機(jī)制

2.1 分子及細(xì)胞學(xué) 主要介紹一些信號通路、干細(xì)胞、蛋白結(jié)構(gòu)等。

2.1.1 PECAM1：急性肺損傷患者中，由于內(nèi)皮損傷，導(dǎo)致肺泡毛細(xì)血管通透性增加，從而形成富含蛋白質(zhì)的肺水腫。PECAM1是一種跨膜蛋白，屬于黏附分子免疫球蛋白超家族，表達(dá)于連接相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞處，在維持并恢復(fù)肺毛細(xì)血管屏障中非常重要。其通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、白細(xì)胞遷移和血管反應(yīng)，減輕肺水腫，減少白細(xì)胞浸潤及改善低氧血癥[11]。通過調(diào)控PECAM1也為肺損傷的靶向治療提供一種思路。

2.1.2 Wnt信號通路：Wnt信號通路由一個(gè)高度進(jìn)化保守的分泌糖蛋白家族組成，它觸發(fā)許多信號通路，這些信號通路控制細(xì)胞增殖、分化和遷移等過程。Wnt信號通過基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)以及其他基因產(chǎn)物如細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)刺激肺組織重構(gòu)。McCauley等人[12]的實(shí)驗(yàn)證明Wnt信號是小鼠和人誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞的有效調(diào)節(jié)因子，這些祖細(xì)胞可以分化為內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞。因此，Wnt信號可以被利用，使干細(xì)胞作為自我更新的肺上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行增殖。利用Wnt信號通路途徑有助于早期肺修復(fù)，對肺組織的抑制作用減弱，減緩肺損傷，改善肺功能，促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞表面標(biāo)志物的表達(dá)，其傳導(dǎo)功能下降與肺損傷修復(fù)受損密切相關(guān)。

2.1.3 間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal stem cells，MSC)：MSC作為一種具有多向分化潛能以及自我更新能力的一種干細(xì)胞，在肺損傷的修復(fù)方面起到了重要的作用。Willis等人[13]通過小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞所產(chǎn)生的外分泌體(MSC-exos)可以使肺組織細(xì)胞重塑，改善肺功能，肺血管重塑減少，肺動(dòng)脈高壓改善，并減輕肺纖維化，減輕肺挫傷。其作用機(jī)制與肺巨噬細(xì)胞的調(diào)節(jié)有關(guān)。通過對肺mRNA測序發(fā)現(xiàn)，MSC-exo治療對高氧環(huán)境下誘導(dǎo)的炎癥和免疫反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)具有多效性作用。在體外和體內(nèi)，MSC-exos調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型，抑制促炎狀態(tài)并增強(qiáng)抗炎狀態(tài)。Zhonghua Lu等人[14]通過小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MSCs可以通過旁分泌肝細(xì)胞生長因子(HGF)誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞(mDCs)分化為調(diào)節(jié)性樹突狀細(xì)胞(DCregs)，其特征是MHCII、CD86、CD40分子低表達(dá)，吞噬功能強(qiáng)，并能抑制T細(xì)胞增殖。MSC降低了肺樹突狀細(xì)胞聚集和成熟，減輕了肺病理損傷，減輕了早期肺損傷。而肝細(xì)胞因子誘導(dǎo)的mDCs分化為DCregs的機(jī)制與Akt通路的激活有關(guān)。

2.2 藥物對肺保護(hù)的免疫機(jī)制 主要介紹有糖皮質(zhì)激素、抗凝劑、中草藥制劑以及其他藥物等一些研究成果。

2.2.1 抗凝劑：肺泡巨噬細(xì)胞在急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用，調(diào)節(jié)肺部炎癥反應(yīng)和凝血級聯(lián)反應(yīng)?？鼓齽┛赡苡兄贏RDS的治療。Chimenti等人[15]通過建立LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷(ALI)動(dòng)物模型中進(jìn)行研究，通過分析肺組織、支氣管肺泡灌洗液(BALF)和肺泡巨噬細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在肺組織中，霧化肝素通過減少促凝(組織因子、凝血酶—抗凝血酶復(fù)合物、纖維蛋白降解產(chǎn)物)和促炎癥(白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子-α)途徑減弱ALI。在肺泡巨噬細(xì)胞中，霧化肝素可降低促凝基因的表達(dá)，降低轉(zhuǎn)化生長因子β和核因子κB的作用。肝素霧化吸入可部分通過調(diào)節(jié)肺泡巨噬細(xì)胞，減輕肺部凝血和炎癥反應(yīng)。

2.2.2 糖皮質(zhì)激素：糖皮質(zhì)激素對嚴(yán)重肺挫傷患者炎性細(xì)胞因子有抑制作用，降低過激的免疫反應(yīng)，抑制炎癥介質(zhì)如IL-6、TNF-α的產(chǎn)生, 可降低肺挫傷后肺血管的阻力, 改善肺組織的微循環(huán), 減少肺挫傷面積，減輕細(xì)胞內(nèi)水腫和肺間質(zhì)水腫[16]。Du等人[17]研究通過實(shí)驗(yàn)分析表明，同時(shí)給予常山酮和地塞米松可顯著降低促炎性細(xì)胞因子的水平，并增加抗炎細(xì)胞因子的水平。此外，通過免疫熒光測定發(fā)現(xiàn)，兩者通過抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的人肺泡上皮細(xì)胞和肺組織中P65的磷酸化，有效地降低核因子 -κB的活性，緩解LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷，減輕肺纖維化，減輕肺血管周圍炎癥、肺泡充血和水腫的程度。Mokra等人[18]通過對動(dòng)物進(jìn)行布地奈德氣道給藥，觀察實(shí)驗(yàn)組和對照組肺組織形態(tài)學(xué)變化以及肺細(xì)胞凋亡情況，同時(shí)測定炎癥和肺損傷標(biāo)志物(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、IFNγ、esRAGE、caspase-3)的變化，發(fā)現(xiàn)布地奈德可抑制炎癥和肺損傷標(biāo)志物的產(chǎn)生，減輕肺水腫，降低肺濕/干重比，降低肺炎性細(xì)胞浸潤和上皮細(xì)胞凋亡，并降低肺和血液中促炎癥標(biāo)志物的濃度，改善肺功能。

2.2.3 中藥制劑：近年來中藥制劑對急性肺損傷的肺保護(hù)作用越來越受到關(guān)注。比如連芩解毒劑是一種中藥，臨床上常用于抗病毒。有研究證實(shí)其對急性肺損傷有改善作用，Guiming Deng等人[19]發(fā)現(xiàn)連芩解毒劑對LPS誘導(dǎo)的炎癥大鼠具有保護(hù)作用，原理是通過阻斷肺組織TLR4/NF-κBp65信號的激活，抑制TLR4和NF-κBp65的表達(dá)，降低細(xì)胞因子TNF-α和IL-6水平，減輕肺損傷。唐松草屬科植物是一種藥用植物，Rentsen Badamjav等人[20]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其可提高LPS誘導(dǎo)肺損傷小鼠的支氣管肺泡灌洗液中超氧化物歧化酶(SOD)活性，降低TNF-α、IL-1β及NO的釋放，其原理可能與mapks p38-nlrp3/caspase-1信號通路、cox2信號通路、ampk-nrf2/keap信號通路以及細(xì)胞凋亡和自噬相關(guān)的氧化損傷機(jī)制有關(guān)。

2.2.4 其他藥物：比如一些氧自由基清除劑，可以降低LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)白細(xì)胞介素-6(IL-6)的產(chǎn)生和環(huán)氧合酶-2(COX-2)的表達(dá)，明顯減輕LPS所致的肺損傷，包括肺組織學(xué)異常、多形核白細(xì)胞(PMN)浸潤和外滲等[21]。還有一些血管舒張劑，如卡維地洛，通過選擇性阻滯α-1腎上腺能受體而擴(kuò)張血管，研究[22]發(fā)現(xiàn)其通過降低活化核因子κB(NF-κB)表達(dá)，顯著降低肺組織中促炎性細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β1和單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1的水平，降低丙二醛(MDA)、羰基蛋白、髓過氧化物酶(MPO)和一氧化氮(NO)水平，通過抑制炎癥和氧化應(yīng)激雙重作用來減輕肺損傷。

3 總結(jié)

胸部外傷只是導(dǎo)致急性肺損傷的其中一種形式，肺損傷的免疫學(xué)機(jī)制復(fù)雜，機(jī)體內(nèi)各種細(xì)胞因子分泌變化規(guī)律受許多因素影響，可能和創(chuàng)傷程度、傷后不同時(shí)段、患者年齡、受傷部位等因素有關(guān)，故臨床上患者得到及時(shí)治療可減輕應(yīng)激反應(yīng)的過強(qiáng)表現(xiàn)，減緩病情發(fā)展，穩(wěn)定機(jī)體免疫系統(tǒng)[23]。以上一些減輕急性肺損傷有關(guān)的免疫學(xué)方面研究成果值得我們?nèi)ニ伎己涂偨Y(jié)，對臨床治療有著重大意義，未來相信隨著免疫機(jī)制研究的深入會有更有效的治療方法。