趙云峰 姜艷平 吳學玲

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是廣泛的肺泡上皮和毛細血管內皮損傷、內皮細胞通透性增加所致的滲透性肺水腫和頑固性低氧血癥為特點的臨床綜合征，是危重癥患者常見的一種并發(fā)癥［1-2］。引起ARDS的原因很多，包括各種類型的休克、創(chuàng)傷、感染、吸入有毒氣體、誤吸、藥物過量、代謝紊亂、血液系統(tǒng)疾病等［3-4］。ARDS的病理生理機制比較復雜，目前尚不完全明確，有些致病因子可以直接作用于肺泡膜引起肺損傷，有些主要通過激活中性粒細胞、巨噬細胞。血小板等間接引起肺損傷。大量中性粒細胞在趨化因子作用下聚集于肺泡上皮和毛細血管內皮，釋放自由基、蛋白酶和炎性介質等，導致上皮和內皮細胞損傷，致使內皮細胞通透性增加，大量液體滲出。當滲出的液體超過淋巴回流負荷時，就積存在間質，甚至滲入肺泡腔內，造成肺水腫，嚴重影響氣體交換、導致患者缺氧以致死亡。肺血管內皮細胞通透性的研究是ARDS研究中的一個重要方向。

一、肺毛細血管內皮細胞與內皮細胞損傷

血管內皮細胞是連續(xù)性排列在血管內壁的高度分化的單層扁平細胞，其胞體呈扁平的三角形，長5 ～45 μm，寬 15 μm，核與血管縱軸平行［5］。血管內皮細胞是血液到組織液的最主要屏障，內皮細胞的屏障功能對維持血管內外營養(yǎng)物質的交換、大分子的轉運和血管內外的水、電解質平衡起著重要的調節(jié)作用。內皮細胞通透性主要由內皮細胞間的連接進行調控。與大多數(shù)細胞一樣，內皮細胞的連接方式主要有緊密連接、黏附連接、縫隙連接和韌帶連接［6］。這種連接是由排列在胞膜和胞漿的轉運蛋白構成，這些轉運蛋白可以發(fā)生合成和分解的動態(tài)轉變，從而使內皮細胞能夠快速改變細胞間連接的構型，允許血漿成分和循環(huán)血細胞通過。這種動態(tài)轉變的發(fā)生是快速、可逆的，連接結構破壞和再次合成僅僅在幾分鐘之內。在ARDS時肺血管內皮細胞受損傷，出現(xiàn)超微結構改變，通透性增加。

肺微血管內皮細胞完整性受損是許多肺部疾病病理生理過程中一個重要環(huán)節(jié)。在嚴重感染、創(chuàng)傷、休克、藥物損傷、理化刺激等情況下，由于內毒素、補體、血小板、趨化因子、細胞因子等作用誘導血管內皮細胞激活，發(fā)生結構和功能改變，導致內皮細胞通透性增加。電鏡下觀察發(fā)現(xiàn):彌漫性肺泡損害時，內皮細胞超微結構改變包括細胞腫脹、內皮間隙連接增寬、胞飲囊泡數(shù)量增加、內皮細胞壞死、纖維蛋白形成及基底膜中斷等［7］。

1.炎性損傷和細胞凋亡:雖然ARDS病因各異、肺損傷病理生理機制迄今也未完全闡明，但許多研究已經證實:ARDS是細胞和體液介導的急性炎癥反應，是系統(tǒng)性炎癥反應綜合征的一部分［8］。血管內皮細胞激活后，可分泌多種細胞因子，參與組成復雜的細胞因子網(wǎng)絡，如干擾素-β(interferon-β，IFN-β)，白細胞介素-1(interleukin-1，IL-1)，腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等。同時，這些細胞因子可作用于內皮細胞，影響其結構和功能。例如這些細胞因子可促進黏附分子在內皮細胞表達，表達血管細胞黏附分子、整合素族黏附分子和選擇素族黏附分子;TNF-α，IL-1，IL-4等則促進內皮細胞參與免疫應答和炎癥反應，而另有一些細胞因子則抑制內皮細胞參與免疫和炎癥反應，如IL-6，IL-8等。另一方面，血管內皮細胞激活后，細胞膜表面受體表達迅速上調，如嗜中性白細胞受體、L-選擇素、P-選擇素，細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule，ICAM-1)、ICAM-2等，這些物質促進白細胞滾動、黏附和局部免疫炎性反應發(fā)生［9］。白細胞發(fā)生大量遷移并在肺毛細血管內大量聚集，首先附壁流動并黏附于內皮細胞，啟動炎性反應。有研究顯示白細胞缺乏的動物難以發(fā)生ARDS［10］。Hamacher等［11］研究顯示內皮細胞暴露于ARDS患者肺泡灌洗液中，可發(fā)生顯著細胞毒現(xiàn)象。ARDS患者血清中TNF-α、血管抑素的水平顯著升高。中和TNF-α、血管抑素可以顯著抑制早期ARDS患者肺泡灌洗液中內皮細胞的細胞毒作用。

感染性休克是ARDS最常見的誘因，細菌釋放的內毒素主要成分脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)可通過 Toll樣受體-4(toll-like receptors 4，TLR-4)激活內皮細胞，引起多形核白細胞在肺內聚集。研究顯示阻斷TLR-4可以顯著降低中性粒細胞的蓄積和肺內激活，降低肺通透性，減少炎性介質產生。內毒素也可以直接作用于肺血管內皮細胞，介導血管活性物質的釋放和肺滲透性的分子改變，如TNF-α、凝血酶、血栓素、血栓烷A2、內皮素-1等，并啟動細胞內信號轉導通路，從而導致骨架蛋白的解聚和重組，最終使內皮細胞通透性增加。腹膜內和鼻內注射LPS也可以顯著激活信號傳導及轉錄激活因子，介導細胞核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)激活，啟動炎性反應［7］。

體外實驗表明:LPS介導內皮細胞損傷，主要表現(xiàn)為細胞核縮小、核固縮、細胞間連接擴大，最后導致細胞脫落壞死。細胞脫落壞死造成內皮細胞通透性增高，可能與LPS激活細胞內酪氨酸蛋白激酶，從而激活下游的信號轉導通路、誘導細胞凋亡有關［12］。有研究顯示:LPS刺激引起肌動蛋白細胞骨架解聚、大分子物質跨膜漏出等內皮屏障功能障礙時，出現(xiàn)半胱天冬酶活性增高，并能檢測到小帶黏附蛋白、局部黏附蛋白、凋亡蛋白酶等下游蛋白裂解產物及DNA裂解片段，提示有內皮細胞凋亡的存在［12-13］。

2.氧化應激損傷和細胞凋亡:各種氧自由基和氧化產物可以引起一系列的氧化應激損傷，在ARDS中活性氧(reactive oxygen species，ROS)扮演著重要角色［14］。上調表達的ROS激活下游分子產生級聯(lián)反應，導致NF-κB活化，啟動炎性發(fā)應，繼而引起內皮細胞屏障功能損害，滲透性增加，巨噬細胞、炎性細胞增加［15］。ROS也可以引起血管內皮生長因子 (vascular endothelial growth factor，VEGF)升高，繼而引起血管滲透性增加，給予抗氧化劑可以顯著降低VEGF水平和血管通透性［16］。在炎性反應中，白細胞進行較為活躍的需氧代謝所產生的過氧化基團、氫氧化基團等氧化自由基，也可損傷血管內皮細胞。

病理狀態(tài)下，炎性反應、缺血再灌注損傷等可導致氧自由基大量產生，同時機體對氧自由基的清除能力也降低［17］。

ROS可以通過內在和外在途徑誘導血管內皮細胞凋亡、脫落，肺通透性增加?；钚匝踅閷У姆紊掀ぜ毎脱軆绕ぜ毎麎乃赖臋C制尚未完全明確。目前有研究顯示:ROS可以激活絲裂原活化蛋白激酶，引起細胞凋亡蛋白酶級聯(lián)反應。使用化學抑制劑抑制c-Jun N-末端激酶或細胞外信號調節(jié)激酶通路，可以抑制上皮細胞壞死和肺動脈內皮細胞的高氧損傷［14，18］。

二、內皮細胞功能障礙與通透性增加

內皮細胞通透性增加、屏障結構受到破壞是ARDS發(fā)生最關鍵的環(huán)節(jié)。內皮細胞自身收縮產生的向心力，細胞—細胞以及細胞—基質之間的連接力，這兩種力量之間的動態(tài)平衡維持著血管內皮細胞的通透性。兩者之間的平衡力通過細胞骨架來連接，在細胞骨架結構中與細胞通透性關系密切的是微絲。微絲主要由F-肌動蛋白、肌球蛋白、α-輔肌動蛋白等組成，這些蛋白均具有可收縮性［19］。當內皮細胞受到各種炎癥介質、血小板活化因子、凝血酶等刺激時，F(xiàn)-肌動蛋白發(fā)生重排，中心張力增加，使得細胞強烈收縮，導致內皮細胞間隙形成，引起通透性增加和細胞脫落。

內毒素的主要成分LPS主要通過以下三個途徑引起內皮細胞通透性增加:①LPS直接激活內皮細胞啟動炎性反應，迅速引起細胞骨架蛋白的解聚和重組，細胞與細胞間、細胞與基膜間的黏附連接松解、分離，從而導致細胞旁路開放、內皮細胞間縫隙形成;②LPS激活炎性介質三磷酸肌醇，動員細胞內鈣池中Ca2+，使細胞內Ca2+濃度升高，激活Ca2+依賴的肌球蛋白輕鏈激酶，繼而發(fā)生下游分子磷酸化，肌球蛋白輕鏈構型發(fā)生變化，肌動蛋白/肌球蛋白相互作用，引起內皮細胞收縮，通透性增加;③LPS刺激肺泡巨噬細胞釋放 TNF-α、IL-1等細胞因子。TNF-α使肌球蛋白重排，從而增加內皮細胞通透性，肌動蛋白細胞骨架裝配對維持內皮的屏障功能十分重要，肌動蛋白重排是LPS介導內皮屏障功能障礙的重要原因。

VEGF是重要的血管通透因子，對水的通透性是組胺的 50000 倍，可以引起血管滲漏［1，20］。體外研究顯示:VEGF能夠使ARDS患者內皮細胞通透性增加50%。特異性VEGF抗體可以抑制VEGF，并且消除滲漏作用，提示VEGF在調節(jié)ARDS肺泡－毛細血管通透性方面有著重要作用。VEGF引起微血管通透性增加，可能與鈣離子內流增加有關。

凝血酶增加人肺動脈內皮細胞通透性的機制是:①誘發(fā)細胞外周的張力絲內部重組和細胞間隙的形成;②誘發(fā)位于肌動蛋白張力絲內部的肌球蛋白輕鏈磷酸化;③破壞位于細胞周邊緊密連接蛋白和黏連連接蛋白，進而破壞肺泡上皮-內皮屏障，導致血管通透性增加［21］。

目前已經有大量的研究和電子顯微鏡觀察證實:在血管內皮細胞通透性變化中，旁路轉運扮演著重要角色。內皮細胞之間旁路間隙的形成是通過競爭性的收縮力、緊張的向心力、黏附細胞－細胞和細胞－細胞外基質的牽引力量共同調節(jié)細胞形狀的變化。Ca2+/鈣調蛋白依賴的肌球蛋白輕鏈激酶磷酸化可以顯著提高內皮細胞收縮性，因此影響細胞內Ca2+的因素可以改變細胞通透性［22］。

由于內皮細胞不屬于快速自我更新的細胞群體，因此內皮細胞凋亡后降低了內皮細胞儲備，致使血管內皮間隙增大，通透性增高，從而導致通透性水腫、ARDS的發(fā)生。

1 Koh H，Tasaka S，Hasegawa N，et al.Protective role of vascular endothelial growth factor in endotoxin-induced acute lung injury in mice［J］.Respir Res，2007，8(1):60-72.

2 宋志芳.雙水平正壓通氣模式臨床應用［J］.中華肺部疾病雜志:電子版，2012，5(3):193-199.

3 Lai KN，Leung JC，Metz CN，et al.Role for macrophage migration inhibitory factor in acute respiratory distress syndrome［J］.J Pathol，2003，199(4):496-508.

4 Lesur I，Textoris J，Loriod B，et al.Gene expression profiles characterize inflammation stages in the acute lung injury in mice［J］.PLoS One，2010，5(7):e11485.

5 Perl M，Lomas-Neira J，Venet F，et al.Pathogenesis of indirect(secondary)acute lung injury［J］.Expert Rev Respir Med，2011，5(1):115-126.

6 Abbruscato TJ，Davis TP.Combination of hypoxia/aglycemia compromises in vitro blood-brain barrier integrity［J］.J Pharmacol Exp Ther，1999，289(2):668-675.

7 Severgnini M，Takahashi S，Rozo LM，et al.Activation of the STAT pathway in acute lung injury［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2004，286(6):L1282-L1292.

8 Lin CC，Hsieh NK，Liou HL，et al.Niacinamide mitigated the acute lung injury induced by phorbol myristate acetate in isolated rat’s lungs［J］.J Biomed Sci，2012，19(1):27.

9 Bux J，Sachs UJ.The pathogenesis of transfusion-related acute lung injury(TRALI)［J］.Br J Haematol，2007，136(6):788-799.

10 Tumurkhuu G，Koide N，Dagvadorj J，et al.The mechanism of development of acute lung injury in lethal endotoxic shock using alpha-galactosylceramide sensitization［J］. Clin Exp Immunol，2008，152(1):182-191.

11 Hamacher J，Lucas R，Lijnen HR，et al.Tumor necrosis factoralpha and angiostatin are mediators of endothelial cytotoxicity in bronchoalveolar lavages of patients with acute respiratory distress syndrome［J］.Am J Respir Crit Care Med，2002，166(5):651-656.

12 Xiang M，F(xiàn)an J.Association of Toll-like receptor signaling and reactive oxygen species:a potential therapeutic target for posttrauma acute lung injury［J］.Mediators Inflamm，2010，2010:916425.

13 湯展宏.內毒素對膿毒性ARDS肺內皮細胞通透性的直接影響［J］.國外醫(yī)學(麻醉學與復蘇分冊)，2001，22(3):165-167.

14 Tyurina YY，Tyurin VA，Kaynar AM et al.Oxidative lipidomics of hyperoxic acute lung injury:mass spectrometric characterization of cardiolipin and phosphatidylserine peroxidation［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2010，299(1):L73-L85.

15 Min JK，Kim YM，Kim SW，et al.TNF-related activation-induced cytokine enhances leukocyte adhesiveness:induction of ICAM-1 and VCAM-1 via TNF receptor-associated factor and protein kinase C-dependentNF-kappaB activation in endothelialcells［J］. J Immunol，2005，175(1):531-540.

16 Kim SR，Lee KS，Park SJ，et al.Angiopoietin-1 variant，COMPAng1 attenuates hydrogen peroxide-induced acute lung injury［J］.Exp Mol Med，2008，40(3):320-331.

17 劉 靜，張向陽.血管內皮細胞損傷與修復的機制的研究進展［J］.新疆醫(yī)科大學學報，2009，32(9):1385-1388.

18 Carnesecchi S，Deffert C，Pagano A，et al.NADPH oxidase-1 plays a crucial role in hyperoxia-induced acute lung injury in mice［J］.Am J Respir Crit Care Med，2009，180(10):972-981.

19 薛 新，劉志勇.內毒素誘導急性肺損傷大鼠血清對內皮細胞通透性的影響及烏司他丁的保護作用研究［J］.東南大學學報(醫(yī)學版)，2011，30(4):594-597.

20 張新紅，王海龍.血管內皮生長因子及其受體在肺損傷中作用的研究進展［J］.中國急救醫(yī)學，2008，28(12):1135-1138.

21 孟 革，趙 建，丁日高.肌球蛋白輕鏈激酶在急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征中的作用［J］.軍事醫(yī)學科學院院刊，2007，31(12):572-578.

22 Zhang J，Wang W，Sun J，et al.Gap junction channel modulates pulmonary vascular permeability through calcium in acute lung injury:an experimental study［J］.Respiration，2010，80(3):236-245.