李海鵬(綜述)，姚建華，孫天勝(審校)

(北京軍區(qū)總醫(yī)院骨科，北京 100700)

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中性粒細(xì)胞在炎癥反應(yīng)中的作用及機(jī)制

李海鵬(綜述)，姚建華，孫天勝※(審校)

(北京軍區(qū)總醫(yī)院骨科，北京 100700)

摘要：炎癥反應(yīng)是臨床常見的一個(gè)病理過(guò)程，是機(jī)體對(duì)于刺激的一種防御性反應(yīng)。根據(jù)炎癥的發(fā)生是否與細(xì)菌感染有關(guān)可分為感染性炎癥和無(wú)菌性炎癥兩大類。無(wú)論在感染性炎癥還是在無(wú)菌性炎癥，炎癥反應(yīng)的一個(gè)重要特征都是中性粒細(xì)胞的遷徙和聚集。中性粒細(xì)胞作為炎癥反應(yīng)的一線細(xì)胞，在感染性炎癥中對(duì)于抵御入侵的病原體非常重要，而在無(wú)菌性炎癥中對(duì)于組織和傷口的修復(fù)愈合同樣重要，是炎癥反應(yīng)的核心因素，其功能對(duì)于人體生命至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：炎癥反應(yīng)；中性粒細(xì)胞；作用機(jī)制

炎癥反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到諸多細(xì)胞和非細(xì)胞成分之間的相互作用[1-3]。中性粒細(xì)胞作為一種吞噬細(xì)胞，無(wú)論在感染性炎癥還是在無(wú)菌性炎癥的免疫調(diào)節(jié)方面均起重要作用[4-7]。研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞功能不全是導(dǎo)致患者發(fā)生感染性炎癥的重要原因，中性粒細(xì)胞功能缺失的程度和患者病死率之間存在相關(guān)性[8]。在無(wú)菌性炎癥中，組織損傷導(dǎo)致過(guò)度中性粒細(xì)胞激活進(jìn)而致中性粒細(xì)胞不適當(dāng)?shù)酿じ胶蛪勖娱L(zhǎng)，如此惡性循環(huán)將導(dǎo)致炎癥反應(yīng)加重[6]。中性粒細(xì)胞在炎癥反應(yīng)中的作用涉及到中性粒細(xì)胞的激活、遷徙和對(duì)病原體及損傷組織的清除，現(xiàn)就此予以綜述。

1中性粒細(xì)胞的激活

正常情況下，中性粒細(xì)胞處于未激活狀態(tài)，在外周血循環(huán)中進(jìn)行隨意沒有方向性的緩慢移動(dòng)，半衰期僅6~7 h[7]。一旦機(jī)體受到刺激發(fā)生炎癥反應(yīng)，將激活中性粒細(xì)胞，使其快速?gòu)闹行粤＜?xì)胞存儲(chǔ)池中釋放；同時(shí)，促使骨髓中中性粒細(xì)胞的形成，外周循環(huán)中被激活的中性粒細(xì)胞將向損傷部位進(jìn)行趨向性移動(dòng)[6-7]。中性粒細(xì)胞的激活可通過(guò)不同因素誘發(fā)，其中病原體所釋放的病原體相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs)和組織損傷所釋放的損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)是激活中性粒細(xì)胞的主要因素[4,9]。中性粒細(xì)胞表達(dá)大量模式識(shí)別受體(包括Toll樣受體家族中除該受體3以外的所有受體)，這些受體可識(shí)別病原體本身產(chǎn)生的病原體相關(guān)分子模式(包括類脂、抗生物肽)而激活中性粒細(xì)胞[10]。甲酰肽受體是中性粒細(xì)胞另外一種典型的受體，其是一種7個(gè)跨膜的G偶聯(lián)蛋白受體，具有識(shí)別廣泛配體的能力[4]。細(xì)菌所合成的甲酰肽就是通過(guò)甲酰肽1受體誘發(fā)中性粒細(xì)胞的趨化作用和功能的激活；線粒體作為一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的細(xì)胞器，可追溯到細(xì)菌的祖先，保留細(xì)菌學(xué)的特性，研究顯示線粒體DNA也可編碼甲酰肽[11]。Zhang等[12]認(rèn)為，線粒體是一種特殊的DAMPs分子，組織損傷后將釋放線粒體DNA及線粒體碎片，這些線粒體DAMPs直接誘發(fā)內(nèi)源性的免疫反應(yīng)。組織損傷后釋放的線粒體DAMPs可以通過(guò)多種途徑模擬一些小分子作用激活中性粒細(xì)胞，改變中性粒細(xì)胞對(duì)趨化因子的作用，導(dǎo)致其遷移到組織損傷的部位[11]。組織損傷還可釋放其他的DAMPs(包括熱激蛋白、膜聯(lián)蛋白、防衛(wèi)素、S100蛋白和高遷移率族蛋白1)，通過(guò)中性粒細(xì)胞表面的一些其他受體激活中性粒細(xì)胞[13]。

細(xì)胞因子和趨化因子也是激活中性粒細(xì)胞的重要因素,趨化因子在調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞激活方面在過(guò)去的十年得到了很多的關(guān)注[4,9]。組織細(xì)胞和微生物產(chǎn)生的趨化劑對(duì)嗜中性粒細(xì)胞的趨化作用在機(jī)體對(duì)抗病原體感染的過(guò)程中發(fā)揮重要作用[14]。Beck-Schimmer等[2]在肺部損傷模型中發(fā)現(xiàn)，肺泡巨噬細(xì)胞消耗后出現(xiàn)了中性粒細(xì)胞數(shù)量的增加，并證實(shí)中性粒細(xì)胞的招募是腫瘤壞死因子α介導(dǎo)的；由此認(rèn)為，腫瘤壞死因子α是炎癥反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)最早、最重要的炎性介質(zhì)，能激活中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞，使血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加，調(diào)節(jié)其他組織代謝活性并促使其他細(xì)胞因子的合成和釋放。Reiker?s[15]認(rèn)為，白細(xì)胞介素(interleukin，IL)6雖然不會(huì)直接激活中性粒細(xì)胞，但是會(huì)調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，從而激活自然殺傷細(xì)胞和中性粒細(xì)胞；在創(chuàng)傷中，炎癥反應(yīng)的強(qiáng)度和IL-6水平間存在關(guān)聯(lián)性，可作為預(yù)后判斷的有效指標(biāo)之一。IL-8作為中性粒細(xì)胞最重要的趨化因子，在炎癥反應(yīng)中可由多種細(xì)胞產(chǎn)生(包括單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞),產(chǎn)生的IL-8能激活中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和嗜酸粒細(xì)胞，啟動(dòng)并增強(qiáng)中性粒細(xì)胞的功能，從而助長(zhǎng)宿主的抵抗能力，促進(jìn)中性粒細(xì)胞脫顆粒，釋放彈性蛋白酶，損傷內(nèi)皮細(xì)胞[16-17]。Sears等[18]在肺組織損傷模型中發(fā)現(xiàn)，IL-8水平上升及中性粒細(xì)胞侵入肺組織與支氣管灌洗液中中性粒細(xì)胞的數(shù)量有關(guān),提示IL-8是涉及中性粒細(xì)胞招募和中性粒細(xì)胞依賴的肺損傷主要調(diào)節(jié)因子。CXC型趨化因子是中性粒細(xì)胞另外一類最重要的趨化因子，Hoth等[19]在肺損傷模型中報(bào)道，肺部挫傷后CXCL1的水平升高，提示CXCL1、CXCL2/3和CXCR2參與了將中性粒細(xì)胞激活并招募到肺部導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生；而CXCL1和CXCL2/3 是小鼠中最主要的CXC趨化因子，被證實(shí)與人類IL-8具有同源性。

2中性粒細(xì)胞的遷徙

激活的中性粒細(xì)胞遷徙到機(jī)體受刺激部位對(duì)于炎癥反應(yīng)來(lái)說(shuō)是最重要的，這是一個(gè)多階段復(fù)雜的過(guò)程；在細(xì)胞移動(dòng)中的一個(gè)重要事件就是中性粒細(xì)胞的趨化作用，這個(gè)趨化作用涉及到兩個(gè)獨(dú)立而又相關(guān)聯(lián)的過(guò)程，即流動(dòng)性和方向性；這兩個(gè)過(guò)程均是由細(xì)胞外的趨化刺激因素所調(diào)節(jié)的，被認(rèn)為是依賴于細(xì)胞因子(如IL-1β、腫瘤壞死因子α)表達(dá)的早期反應(yīng)及趨化因子的產(chǎn)生(如補(bǔ)體5a和白三稀B4)[9,17-19]。中性粒細(xì)胞的遷徙過(guò)程涉及到滾動(dòng)、激活和黏附，這些均發(fā)生在跨內(nèi)皮細(xì)胞移動(dòng)前，是由表達(dá)在中性粒細(xì)胞上的受體與表達(dá)在血管內(nèi)皮上的配體相互作用的結(jié)果[5,17]。中性粒細(xì)胞在發(fā)生黏附之前首先通過(guò)中性粒細(xì)胞的L選擇素和內(nèi)皮細(xì)胞P選擇素和E選擇素進(jìn)行持續(xù)片刻的相互作用，這一短暫的過(guò)程被命名為滾動(dòng)[20]。隨著中性粒細(xì)胞的激活，L選擇素迅速發(fā)生形變，而血管壁的表面由于炎性介質(zhì)(如細(xì)菌脂多糖和細(xì)胞因子IL-1β和腫瘤壞死因子α)的影響將出現(xiàn)E選擇素，中性粒細(xì)胞在沿著毛細(xì)血管后微靜脈血管壁滾動(dòng)的過(guò)程中將不斷搜尋結(jié)締組織、黏膜、骨骼、肌肉和淋巴器官所釋放的趨化因素情況，以便使中性粒細(xì)胞表面L選擇素與血管內(nèi)皮表面的整合素進(jìn)行接觸[17,19-21]。然后，中性粒細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞表面的滾動(dòng)被更加確切的黏附機(jī)制所替代，由內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞間黏附分子1和中性粒細(xì)胞的整合素所調(diào)節(jié)[21]。在這個(gè)過(guò)程之后，在中性粒細(xì)胞表達(dá)的β2整合素和血管內(nèi)皮細(xì)胞免疫球蛋白超家族細(xì)胞內(nèi)黏附受體相互作用，中性粒細(xì)胞通過(guò)此作用而停留在上皮細(xì)胞表面，確切的黏附得以實(shí)現(xiàn)；細(xì)胞間黏附分子1除了在中性粒細(xì)胞的黏附方面起重要作用外，還涉及中性粒細(xì)胞從內(nèi)皮細(xì)胞跨越進(jìn)入間質(zhì)以及從上皮細(xì)胞進(jìn)入肺泡中,而跨越上皮細(xì)胞被認(rèn)為是誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵步驟[19]。盡管如此，中性粒細(xì)胞如何跨越內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)入炎癥組織間質(zhì)中的機(jī)制仍然不完全清楚[9]。在這一過(guò)程中一個(gè)重要的病理生理階段就是中性粒細(xì)胞黏附至毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞后溢出血管外,然后刺激釋放氧自由基和蛋白酶，導(dǎo)致血管壁損傷，致血管通透性增加，出現(xiàn)間質(zhì)水腫[21]。

3中性粒細(xì)胞作用方式

3.1吞噬作用炎癥反應(yīng)中處于第一梯隊(duì)的中性粒細(xì)胞一旦到達(dá)炎性刺激區(qū)，與產(chǎn)生趨化因子的異物接觸后其周圍胞質(zhì)將隆起形成偽足，將入侵刺激物包圍在局部；中性粒細(xì)胞黏附到特殊細(xì)胞表面的受體，這些受體連接著敏感性G蛋白，可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子移動(dòng)、細(xì)胞遷徙、胞吐作用和生物活性類脂或活性氧的產(chǎn)生；由于中性粒細(xì)胞內(nèi)含有大量溶酶體酶，中性粒細(xì)胞可以開始快速非特異性的吞噬反應(yīng)，將吞噬入細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌和組織碎片分解；被包埋的微生物將遭受到諸多細(xì)胞內(nèi)毒性分子(如超氧化物、羥自由基、次氯酸、氮酸、抗菌陽(yáng)離子蛋白、多肽和溶菌酶)的作用，這種吞噬過(guò)程對(duì)于清除入侵的微生物非常重要，可以防止病原微生物在體內(nèi)擴(kuò)散[4,6]。

3.2脫顆粒作用除了吞噬作用，中性粒細(xì)胞聚集至相應(yīng)的組織部位獲得激活后，還將導(dǎo)致中性粒細(xì)胞數(shù)量增加和外形改變,產(chǎn)生脫顆粒效應(yīng),引起“細(xì)胞呼吸爆發(fā)”, 釋放超氧化物和溶酶體酶,進(jìn)而清除入侵的病原體[8]。研究表明,N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine(fMLF)能刺激吞噬性中性粒細(xì)胞白發(fā)生一系列生理變化,如細(xì)胞形狀改變、趨向性移動(dòng)、黏附至血管壁、噬菌、釋放超氧陰離子和脫顆粒反應(yīng)[6]。另有證據(jù)顯示,fMLF可激活核轉(zhuǎn)錄因子核因子κB,促使中性粒細(xì)胞分泌炎性因子,這些都是機(jī)體在抵御病原微生物入侵時(shí)的特征性反應(yīng)；在積極對(duì)抗感染的同時(shí),中性粒細(xì)胞亦產(chǎn)生大量超氧陰離子和蛋白水解酶會(huì)損傷到周圍的正常組織[14]。

3.3中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)作用最近中性粒細(xì)胞作用的第3條途徑被發(fā)現(xiàn)，即通過(guò)釋放中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)殺滅致病微生物[22]。中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)最早在2004年由Brinkmann所發(fā)現(xiàn)，其采用IL-8、佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯或脂多糖刺激中性粒細(xì)胞，通過(guò)電子顯微鏡和免疫熒光雙重可視化觀察發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞可形成既往沒有報(bào)道過(guò)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，于是將這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)命名為中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)[23]。通過(guò)對(duì)中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是由中性粒細(xì)胞核內(nèi)組分釋放到胞外空間形成的, 其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，是由超過(guò)30種不同的中性粒細(xì)胞蛋白質(zhì)組成的濃縮染色質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；主要成份包括解聚的染色體、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和鑲嵌的顆粒蛋白，具有誘捕入侵的微生物的能力，可以捕捉、中和并殺死多種微生物；這些大的胞外結(jié)構(gòu)同時(shí)提供了一個(gè)物理屏障，以防止微生物傳播和增加抗菌效應(yīng)的局部濃度，中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)這一新穎的結(jié)構(gòu)和功能,越來(lái)越引起人們的關(guān)注[22,24-25]。

4小結(jié)

炎癥反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，中性粒細(xì)胞是炎癥反應(yīng)中研究最為廣泛的細(xì)胞，又是功能最為復(fù)雜的細(xì)胞。在整個(gè)炎癥反應(yīng)過(guò)程中，中性粒細(xì)胞的作用涉及到中性粒細(xì)胞的激活、遷徙及對(duì)病原體和損傷組織的清除。中性粒細(xì)胞通過(guò)表面模式識(shí)別受體與相關(guān)分子模式作用而得到激活，然后其受體與表達(dá)在血管內(nèi)皮上的配體相互作用進(jìn)行遷徙，最終通過(guò)吞噬作用和脫顆粒作用對(duì)病原體及損傷組織進(jìn)行清除。最新研究顯示，中性粒細(xì)胞誘捕網(wǎng)在此過(guò)程中也起重要作用?？傊?，中性粒細(xì)胞在炎癥反應(yīng)的作用細(xì)節(jié)及復(fù)雜的相互關(guān)系仍是需要進(jìn)一步研究的課題。

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The Role and Mechanism of Neutrophils in Inflammation ResponseLIHai-peng,YAOJian-hua,SUNTian-sheng.(DepartmentofOrthopedics，BeijingArmyGeneralHospital，Beijing100700，China)

Abstract:Inflammation is a common clinical pathological process,is a defensive reaction of the body to stimulation. According to inflammation with or without bacterial infection,inflammation can be divided into two categories,infectious and aseptic inflammation.Neutrophil migration and aggregation is an important feature of inflammation.Neutrophil is the first line in the inflammatory reaction.In the infectious inflammation,it is very important against invading pathogens,and in aseptic inflammation it is important for wound healing and tissue repair,which is essential factor of inflammation,playing a vital role for human life.

Key words:Inflammatory response； Neutrophil； Mechanism

收稿日期：2014-06-17修回日期：2014-09-18編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.015

中圖分類號(hào):R364.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)09-1576-03