陳一凡 竇懋森 王林林 宋元林

1復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸科,上海200032；2復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院感染科,上海200032

ARDS是指各種肺內(nèi)外致病因素導(dǎo)致的急性、進(jìn)行性呼吸困難。其主要臨床特征有肺水腫、肺萎陷、難治性低氧血癥,可導(dǎo)致呼吸衰竭、多器官功能障礙甚至死亡。目前認(rèn)為,ARDS的病理進(jìn)程和肺組織內(nèi)炎性因子產(chǎn)生過多密切相關(guān)。盡管我們對其發(fā)病機(jī)制和患者管理的探索取得了重大進(jìn)展,但其發(fā)病率和病死率仍然很高,大約40%的患者發(fā)展為危重疾病[1]。低潮氣量通氣、神經(jīng)肌肉阻滯等是為數(shù)不多的降低病死率的治療手段。然而,近年來的各項研究仍未能找到有效降低ARDS病死率的治療方法。最近,以細(xì)胞為基礎(chǔ)的治療方案已經(jīng)開始出現(xiàn),其重點是改善肺泡上皮屏障的功能。在臨床前研究中,間充質(zhì)干細(xì)胞已經(jīng)在某種程度上減輕了肺部損傷的癥狀,這無疑給受損肺組織的修復(fù)帶來了希望[2]。

肺泡的上皮屏障主要由肺泡Ⅰ型上皮細(xì)胞(alveolar epithelial typeⅠcells,ATⅠ)和肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞(alveolar epithelial typeⅡcells,ATⅡ)2種形態(tài)和功能不同的細(xì)胞類型組成。其中,ATⅡ是合成和分泌肺泡表面活性物質(zhì)的主要細(xì)胞,并且被認(rèn)為是肺泡上皮的祖細(xì)胞。在上皮細(xì)胞受損后,ATⅡ會迅速增殖同時分化為ATⅠ來幫助修復(fù)損傷的肺組織[3]。過去關(guān)于ARDS的研究主要集中在肺水清除和上皮屏障重塑方面。而目前人們對于ATⅡ在ARDS發(fā)生、發(fā)展中作用的認(rèn)識則逐步擴(kuò)展到其在起始應(yīng)答、招募炎癥細(xì)胞、代謝調(diào)控、抗炎與修復(fù)等方面的作用,其中ATⅡ與巨噬細(xì)胞之間的交互正是近年來研究的熱點。

在肺泡中主要有2種類型的肺泡巨噬細(xì)胞,分別是肺固有巨噬細(xì)胞和肺招募巨噬細(xì)胞。肺固有巨噬細(xì)胞貼覆在ATⅡ上,大致上每7個肺泡中有1個肺固有巨噬細(xì)胞[4]。它們在正常生理狀態(tài)下分布均勻,保持靜止,起到免疫抑制的作用[5]。而在ARDS的炎癥反應(yīng)中,外周血巨噬細(xì)胞被募集到肺泡腔內(nèi),稱為肺招募巨噬細(xì)胞(后文簡稱肺巨噬細(xì)胞)[4]。巨噬細(xì)胞有非常強大的可塑性,在外界環(huán)境的刺激下,其可分化為以促進(jìn)炎癥為主的M1型巨噬細(xì)胞或以抑制炎癥、促進(jìn)修復(fù)為主的M2型巨噬細(xì)胞[6]。M1型巨噬細(xì)胞主要分泌促炎因子,包括腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、IL-1β和IL-6。M2型巨噬細(xì)胞則具有促進(jìn)細(xì)胞增殖和組織修復(fù)的功能,主要分泌轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)和IL-10[7]。M1與M2型巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)化(M1/M2平衡)在ARDS的進(jìn)展與消退中起著關(guān)鍵作用[8]。

近些年的研究表明,在ARDS各個階段ATⅡ都參與和巨噬細(xì)胞的交互并調(diào)控M1/M2平衡,進(jìn)而影響疾病進(jìn)程的轉(zhuǎn)歸。以下通過ARDS的3個分期分別闡述肺泡上皮細(xì)胞與巨噬細(xì)胞之間的交互在ARDS發(fā)生、發(fā)展中的影響。

1 ATⅡ與肺巨噬細(xì)胞在ARDS炎癥起始期的交互作用

Janssen等[9]研究表明在靜息態(tài)時,肺固有巨噬細(xì)胞大多為M2型,貼覆在ATⅡ上。但目前對于兩者之間的細(xì)胞接觸研究還不是很透徹[10]。Raz[11]發(fā)現(xiàn)肺固有巨噬細(xì)胞和ATⅡ之間可能受到上皮整合素αvβ6的調(diào)節(jié),其可以激活巨噬細(xì)胞釋放抗炎因子如TGF-β,而抑制其促炎因子的分泌(主要為TNF-α和IL-6)[12]。同時,Morris等[13]發(fā)現(xiàn),缺乏整合素αvβ6表達(dá)的小鼠由于肺TGF-β的降低而表現(xiàn)出持續(xù)的肺泡巨噬細(xì)胞激活。這提示我們在靜息態(tài)時ATⅡ與固有巨噬細(xì)胞的交互是保持肺泡免疫平衡的重要機(jī)制,而這種平衡的破壞或者缺如可能是急性炎癥的始動因素。

在急性肺損傷小鼠模型早期,M2型肺固有巨噬細(xì)胞會轉(zhuǎn)化為M1型,并釋放各種促炎介質(zhì)[8]。而ATⅡ可以直接在細(xì)菌脂多糖的刺激下,分泌角質(zhì)細(xì)胞趨化因子和脂多糖趨化因子[14],以募集血液中的中性粒細(xì)胞,后者在肺損傷急性炎癥期起到了關(guān)鍵作用。同時,近些年來的研究發(fā)現(xiàn)ATⅡ在肺部炎癥早期招募炎癥細(xì)胞的活動中起到了非常重要的作用。Sharma等[15]發(fā)現(xiàn)在ARDS早期,肺固有巨噬細(xì)胞會與ATⅡ分離,分泌更多的TNF-α以刺激ATⅡ并增加其分泌角質(zhì)細(xì)胞趨化因子和脂多糖趨化因子,招募更多的中性粒細(xì)胞,從而增強ARDS的炎癥反應(yīng)。反過來,ATⅡ還可以通過分泌單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)招募血液中的單核細(xì)胞[16],并且分泌細(xì)胞間黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)聯(lián)合MCP-1共同促進(jìn)血液中的巨噬細(xì)胞遷移入肺泡腔,并且增加其吞噬功能[17]。

盡管目前對于ATⅡ和巨噬細(xì)胞在ARDS早期交互作用的研究還處于起始階段,但已有的這些研究表明在肺固有巨噬細(xì)胞協(xié)助下ATⅡ增強了對中性粒細(xì)胞的募集,而ATⅡ通過分泌MCP-1和ICAM-1進(jìn)一步招募巨噬細(xì)胞入肺。這似乎提示我們在ARDS早期,ATⅡ與肺固有巨噬細(xì)胞之間的正反饋循壞,構(gòu)成了肺組織應(yīng)對相應(yīng)病原體和外來刺激的重要應(yīng)答。同時,上述試驗也提示我們在ARDS的起始階段,采取ATⅡ補充替代治療并不利于ARDS的修復(fù)緩解,反而會促進(jìn)其與肺泡巨噬細(xì)胞之間的反饋,從而加重炎癥反應(yīng)。

2 ATⅡ與肺巨噬細(xì)胞在ARDS急性炎癥期的交互作用

ARDS急性炎癥期以血液中的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞遷移進(jìn)入肺泡腔為起始。但目前關(guān)于單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞遷移到肺泡腔后,ATⅡ和肺巨噬細(xì)胞之間的交互還不是很清楚。既往的研究認(rèn)為在ARDS急性炎癥期,M1型巨噬細(xì)胞的激活加劇了肺組織的炎癥反應(yīng)[8],同時主導(dǎo)促炎作用的M1型巨噬細(xì)胞會釋放TNF-α,下調(diào)ATⅡ中鈉通道的表達(dá),誘導(dǎo)ATⅡ損傷和凋亡,抑制其增殖功能,并加重肺水腫[18]。

但事實上,ATⅡ與巨噬細(xì)胞之間的交互遠(yuǎn)沒有這么簡單。巨噬細(xì)胞炎癥蛋白2(macrophage inflammatory protein-2,MIP-2)是中性粒細(xì)胞的強有力趨化因子。研究發(fā)現(xiàn),在ARDS患者的支氣管肺泡灌洗液中,此趨化因子具有較高的表達(dá)水平[19]。以往認(rèn)為,M1型巨噬細(xì)胞首先被激活,釋放MIP-2等炎性介質(zhì),招募中性粒細(xì)胞在肺內(nèi)聚集并激活,引發(fā)急性炎癥[20]。但有研究證明,ATⅡ在TNF-α的刺激下,也會分泌MIP,協(xié)助巨噬細(xì)胞繼續(xù)從血液中募集中性粒細(xì)胞,同時,其還會分泌MCP-1繼續(xù)招募血液中的巨噬細(xì)胞。盡管對于ATⅡ與肺巨噬細(xì)胞在ARDS急性炎癥期相互作用的研究還處于起步階段,但上述試驗已經(jīng)揭示了在ARDS急性炎癥期,ATⅡ和肺巨噬細(xì)胞之間的交互會形成一個不斷放大炎癥效應(yīng)的正反饋循環(huán),從而加重ARDS的發(fā)展。值得注意的是,Cakarova等[21]卻發(fā)現(xiàn),在ARDS急性炎癥期,活化的肺泡巨噬細(xì)胞釋放的TNF-α可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞的粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子表達(dá),從而促使ATⅡ增殖并分化為ATⅠ啟動修復(fù)機(jī)制。這似乎表明,促炎和抑炎在ARDS的進(jìn)程中并不是各分期涇渭分明的,相反則是通過各細(xì)胞的交互作用共同交織在一起。

3 ATⅡ與肺巨噬細(xì)胞在ARDS修復(fù)緩解期的交互作用

在ARDS修復(fù)緩解期中,肺泡屏障的成功修復(fù)與患者的生存密切相關(guān)。而重建肺泡上皮屏障的完整性則涉及多種機(jī)制,包括肺水腫液清除、促炎癥因素消退和細(xì)胞修復(fù)增殖等。過去認(rèn)為,ATⅡ和Clara細(xì)胞增殖和分化為ATⅠ是ARDS修復(fù)期的主要特征[22]。

在關(guān)于ARDS修復(fù)期的始動因素方面,近年來取得了不少突破。目前認(rèn)為M1型巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)化是修復(fù)期的重要特征。而ATⅡ與巨噬細(xì)胞之間的交互則是調(diào)控M1/M2平衡的重要因素。干擾素γ介導(dǎo)了肺泡巨噬細(xì)胞向M1型轉(zhuǎn)化的經(jīng)典JAK/STAT1途徑。Minutti等[23]研究表明,肺表面活性蛋白A可以與干擾素γ結(jié)合,抑制干擾素γ與其膜受體相互作用,從而抑制肺泡巨噬細(xì)胞向M1型轉(zhuǎn)化。同時Speth等[24]在脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)模型中發(fā)現(xiàn),脂多糖與ATⅡ膜上的Toll樣受體4結(jié)合,上調(diào)環(huán)氧合酶2和膜結(jié)合型前列腺素E合成酶1表達(dá),導(dǎo)致ATⅡ合成前列腺素E2增加。而前列腺素E2則會與相鄰肺泡巨噬細(xì)胞上的EP受體結(jié)合,增強其分泌微粒內(nèi)細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3的含量。Bourdonnay等[25]則發(fā)現(xiàn)肺泡巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3會被相鄰的ATⅡ攝取,通過與JAK的關(guān)鍵磷酸化酪氨酸殘基以及細(xì)胞因子受體[26]結(jié)合,負(fù)性調(diào)控內(nèi)源性STAT3通路的活化及其主要效應(yīng)因子MCP-1,從而發(fā)揮抗炎作用。而Guillamat-Prats等[27]進(jìn)一步在小鼠急性肺損傷模型的體內(nèi)實驗中發(fā)現(xiàn),外源性遞送ATⅡ可以促進(jìn)肺組織修復(fù)。以上研究表明,ATⅡ可以通過諸如前列腺素E2等分子抑制巨噬細(xì)胞向M1型轉(zhuǎn)化,并促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化,這對于ARDS的早期損傷修復(fù)十分重要。這些分子可為促進(jìn)ARDS損傷修復(fù)提供聯(lián)合治療,這可能在未來的ARDS治療中具有一定價值。

M2型巨噬細(xì)胞有助于ARDS中肺組織的修復(fù)。在減輕炎癥方面,Butler等[28]發(fā)現(xiàn),M2型巨噬細(xì)胞會分泌IL-1受體拮抗劑,競爭性抑制IL-1與ATⅡ上IL-1Ⅰ型受體的結(jié)合,從而減輕炎癥反應(yīng)對于ATⅡ的破壞。同時,ATⅡ在IL-1受體拮抗劑作用下減少ICAM-1的分泌,這會下調(diào)肺巨噬細(xì)胞分泌MIP-2。同時,ICAM-1和MIP-2的分泌減少會削弱中性粒細(xì)胞在肺的募集,從而減輕炎癥反應(yīng)。而在加快肺水清除減輕肺水腫方面,M2型巨噬細(xì)胞分泌表皮細(xì)胞生長因子和IL-1受體拮抗劑,通過增加頂端上皮鈉通道和基底外側(cè)鈉鉀泵的活性轉(zhuǎn)運來增強肺泡液清除[29-30]。此外,在恢復(fù)肺泡上皮屏障的進(jìn)程中,M2型巨噬細(xì)胞通過表達(dá)纖連蛋白1、TGF-β誘導(dǎo)蛋白IG-H3和胰島素樣生長因子1,作用于ATⅡ促進(jìn)組織增殖和修復(fù)[31-32]。閉塞蛋白1的修復(fù)也是肺泡上皮恢復(fù)緊密連接的重要指征。Herold等[20]發(fā)現(xiàn),M2型巨噬細(xì)胞表達(dá)的IL-1受體拮抗劑還可通過IL-1β拮抗作用阻止ATⅡ中閉塞蛋白1的破壞和分解,從而保護(hù)了肺泡屏障的完整。Goldmann等[33]的研究首次報道了在外源性TGF-β的刺激下,原代提取的人ATⅡ在體外表現(xiàn)出上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的基因表達(dá)和蛋白水平的表型變化,并獲得產(chǎn)生膠原的能力。這可能提示在ARDS的修復(fù)期,M2型巨噬細(xì)胞不僅會促使ATⅡ產(chǎn)生纖維,甚至還會刺激ATⅡ的表型發(fā)生改變,從而加速了組織修復(fù)進(jìn)程。以上研究表明,M2型巨噬細(xì)胞在ARDS修復(fù)期減輕炎癥、加快肺水清除、恢復(fù)肺泡上皮屏障的作用均是通過與ATⅡ的交互作用而完成的。綜上,ATⅡ與肺巨噬細(xì)胞的交互在ARDS修復(fù)期構(gòu)成了一個抑炎的正反饋,ATⅡ促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞向M2型的轉(zhuǎn)化,而M2型巨噬細(xì)胞則從各方面促進(jìn)ATⅡ恢復(fù)其正常功能,促進(jìn)肺組織的修復(fù)。

總之,在ARDS的發(fā)展進(jìn)程中,肺泡上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的交互隨著ARDS進(jìn)程的不同,起到了不同的反饋循環(huán)作用(圖1)。這種對細(xì)胞之間雙向通訊的探索為改善ARDS中肺泡內(nèi)微環(huán)境炎癥和促進(jìn)上皮屏障修復(fù)提供了新的研究角度和思路。目前,對于這2種細(xì)胞之間的交互在ARDS發(fā)生、發(fā)展機(jī)制中所起作用的相關(guān)研究還方興未艾。今后的研究重點將聚焦在ATⅡ和不同來源的巨噬細(xì)胞之間的交互對ARDS各階段病理進(jìn)程的影響,這將有助于深入理解ARDS各期始動因素和炎癥發(fā)展轉(zhuǎn)歸方面的機(jī)制,為減輕炎癥并促進(jìn)肺泡上皮修復(fù)提供新的思路。

圖1 在急性呼吸窘迫綜合征各期中肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞與巨噬細(xì)胞交互 A：炎癥起始期；B：急性炎癥期；C：修復(fù)緩解期

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