史曉翠， 李俊聰， 李文雄

急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)是重癥監(jiān)護(hù)病房(intensive care unit, ICU)膿毒癥(sepsis)患者中一種常見(jiàn)而嚴(yán)重的并發(fā)癥，特別是在老年患者中[1]。膿毒癥和膿毒性休克是ICU患者發(fā)生AKI最常見(jiàn)原因，占ICU中AKI病例的50%或更多，其中成人住院患者AKI病死率為14%～60%[2]；AKI也增加了患者進(jìn)展為慢性腎病(chronic kidney disease, CKD)和終末期腎病(end-stage renal disease, ESRD)的風(fēng)險(xiǎn)[3]。膿毒性急性腎損傷(sepsis-induced acute kidney injury, SAKI)是通過(guò)腎血流動(dòng)力學(xué)改變、免疫細(xì)胞活化、炎癥因子大量釋放和內(nèi)分泌失調(diào)等多種機(jī)制導(dǎo)致的腎小球和腎小管細(xì)胞損傷[4]。免疫細(xì)胞活化后產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)是SAKI發(fā)生和發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但在針對(duì)SAKI的臨床試驗(yàn)中抗炎治療并不成功[5]。神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)通過(guò)膽堿能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway, CAP)發(fā)揮交互作用，即通過(guò)迷走神經(jīng)的炎癥反射通路，抑制炎性細(xì)胞釋放細(xì)胞因子，從而阻止進(jìn)一步的器官損傷，這種神經(jīng)免疫交互作用有可能成為SAKI的治療靶標(biāo)[6]。本文將主要闡述CAP對(duì)SAKI的免疫調(diào)控機(jī)制。

1 CAP的組成與效應(yīng)

隨著近年來(lái)對(duì)CAP不斷深入的研究，可將其作用機(jī)制簡(jiǎn)單概述如下：迷走神經(jīng)傳入纖維的活性受到病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)、危險(xiǎn)相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)以及針對(duì)其釋放的細(xì)胞因子和趨化因子的刺激后，該信號(hào)通過(guò)大腦的孤束核和迷走神經(jīng)背側(cè)運(yùn)動(dòng)核激活迷走神經(jīng)傳出神經(jīng)纖維，傳出迷走神經(jīng)(膽堿能神經(jīng))刺激脾交感神經(jīng)(腎上腺素能神經(jīng))釋放去甲基腎上腺素，去甲基腎上腺素與脾臟CD4+T細(xì)胞上的β2腎上腺素能受體(β2 adrenergic receptors, β2ARs)結(jié)合后引起乙酰膽堿(acetycholine, ACh)的釋放。ACh與巨噬細(xì)胞上的α7煙堿型乙酰膽堿受體(nicotinic acetycholine receptor, nAChR)結(jié)合可產(chǎn)生抗炎效應(yīng)，抑制巨噬細(xì)胞及各種具有α7nAChR的免疫細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等促炎因子[7]。神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間的通訊可以調(diào)節(jié)免疫功能和炎癥，CAP連接神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，通過(guò)ACh和迷走神經(jīng)發(fā)揮抗炎作用[8]。 CAP是一種抗炎免疫調(diào)節(jié)通路，被認(rèn)為是AKI的保護(hù)機(jī)制之一[9]。CAP主要由迷走神經(jīng)、中樞M受體、脾臟和脾神經(jīng)、CD4+T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞、α7nAChR等組成。

1.1迷走神經(jīng) 迷走神經(jīng)副交感纖維起自迷走神經(jīng)背側(cè)核，終止于迷走神經(jīng)叢的副交感神經(jīng)節(jié)，發(fā)出的節(jié)后纖維分布于胸腹腔內(nèi)器官，控制平滑肌、心肌和腺體的活動(dòng)。迷走神經(jīng)還可以調(diào)節(jié)促炎因子的生成[10]。迷走神經(jīng)的傳入支在感受炎癥反應(yīng)PAMPs、DAMPs以及針對(duì)其釋放的細(xì)胞因子和趨化因子的刺激后，釋放ACh，并與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的M受體結(jié)合，再通過(guò)傳出支進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)。機(jī)體的免疫細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等，雖不直接受到迷走神經(jīng)的支配，但幾乎都表達(dá)煙堿樣乙酰膽堿受體。作為主要的神經(jīng)遞質(zhì)之一，傳出支末端釋放的ACh可與這些細(xì)胞上的α7nAChR受體結(jié)合，抑制其釋放促炎因子[11]。對(duì)膿毒癥小鼠左頸迷走神經(jīng)進(jìn)行5分鐘電刺激，可以明顯降低外周血炎癥因子水平，并產(chǎn)生包括腎臟在內(nèi)的器官保護(hù)作用[12]。相反，切斷膿毒癥小鼠迷走神經(jīng)，可明顯增加外周血炎癥因子水平和病死率[13]。

1.2中樞M受體 中樞M受體是一種毒蕈堿型膽堿受體，為G蛋白耦聯(lián)受體家族的一員，彌散分布于節(jié)后膽堿能神經(jīng)纖維所支配的效應(yīng)器細(xì)胞膜上。研究[14]發(fā)現(xiàn)，給予極低量的中樞M受體激動(dòng)劑，短時(shí)間內(nèi)就可以有效抑制炎癥因子的產(chǎn)生和炎癥的發(fā)展。在注射脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)的小鼠膿毒癥模型中，注射乙酰膽堿酯酶抑制劑加蘭他敏(galantamine)后，加蘭他敏通過(guò)迷走神經(jīng)明顯降低血清中TNF-α水平，起到器官保護(hù)作用；而注射中樞M型受體拮抗劑則阻斷了加蘭他敏降低血清炎癥因子的作用。進(jìn)一步研究[15]發(fā)現(xiàn)，加蘭他敏不能降低α7nAChR基因敲除膿毒癥小鼠血清中細(xì)胞因子水平。這些證據(jù)表明，中樞M型受體路徑可激活α7nAChR，在控制機(jī)體CAP中發(fā)揮重要作用，但參與這種調(diào)控的中樞性神經(jīng)元回路機(jī)制仍不清楚。

1.3脾臟和脾神經(jīng) 一旦細(xì)菌或細(xì)菌產(chǎn)物穿透最初的屏障并進(jìn)入血液，下一道防線(xiàn)就是網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)。網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)包括脾、肝、肺和腹膜等器官或組織[16]。脾臟是網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的主要組成部分，也是CAP的最終反應(yīng)器官。迷走神經(jīng)通過(guò)其協(xié)同效應(yīng)激活脾交感神經(jīng)[12]。脾神經(jīng)遠(yuǎn)端釋放去甲基腎上腺素，并與脾淋巴細(xì)胞的β2ARs相結(jié)合，釋放ACh，再與脾巨噬細(xì)胞的α7nAChR結(jié)合，從而抑制脾臟巨噬細(xì)胞釋放TNF-α[17]。事實(shí)上，在去脾的動(dòng)物中，迷走神經(jīng)刺激(vagal nerve stimulation, VNS)并沒(méi)有減少TNF-α的產(chǎn)生[6]。給SAKI小鼠注射右美托咪定(β2ARs激動(dòng)劑)來(lái)激活膽堿能通路，發(fā)現(xiàn)血清炎癥因子水平明顯降低，AKI改善，而后進(jìn)行的脾切除術(shù)則減弱了右美托咪定的抗炎、抗凋亡和腎臟保護(hù)作用[18]。在腎臟缺血-再灌注損傷(ischemic reperfusion injury, IRI)小鼠造模前24小時(shí)應(yīng)用VNS，可使腎臟免受IRI。進(jìn)一步的脾切除小鼠實(shí)驗(yàn)和脾細(xì)胞過(guò)繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)[19]表明，脾細(xì)胞在VNS對(duì)腎臟IRI模型的腎保護(hù)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。同樣，在膿毒癥模型中，GTS-21(α7nAChR激動(dòng)劑)注射前的脾切除術(shù)減弱了單核細(xì)胞進(jìn)入腹膜腔的募集，消除了GTS-21治療的生存效益[20]。C1神經(jīng)元位于延髓，支配迷走神經(jīng)背側(cè)運(yùn)動(dòng)核，對(duì)C1神經(jīng)元進(jìn)行脈沖波刺激，可減輕SAKI大鼠的腎臟損害。在切除脾的小鼠中，刺激中樞C1神經(jīng)元沒(méi)有產(chǎn)生腎臟保護(hù)作用，而注射預(yù)先與去甲基腎上腺素共同孵育的脾細(xì)胞后，其腎臟保護(hù)作用得以恢復(fù)[21]。由此得知，脾臟及脾神經(jīng)在炎癥的神經(jīng)調(diào)控路徑中起關(guān)鍵作用，并為SAKI提供了一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。

1.4巨噬細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞 兩種類(lèi)型的免疫細(xì)胞在CAP中起關(guān)鍵作用。一種是β-腎上腺素能受體陽(yáng)性的CD4+T細(xì)胞[22]；另一種是表達(dá)α7nAChR的巨噬細(xì)胞[23]。CD4+T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞是CAP激活后介導(dǎo)抗炎反應(yīng)的關(guān)鍵細(xì)胞。小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)了CD4+T細(xì)胞在CAP中的作用，VNS在野生型小鼠中產(chǎn)生抗炎反應(yīng)，但在缺乏功能T細(xì)胞的裸鼠中不產(chǎn)生抗炎反應(yīng)；將CD4+T淋巴細(xì)胞過(guò)繼到裸鼠體內(nèi)，VNS的抗炎作用迅速恢復(fù)[22]。α7nAChR陽(yáng)性巨噬細(xì)胞在CAP中也發(fā)揮重要作用，尼古丁和ACh等CAP激動(dòng)劑能抑制LPS誘導(dǎo)的野生型小鼠腹腔巨噬細(xì)胞釋放TNF-α，而這在α7nAChR敲除小鼠的腹腔巨噬細(xì)胞中被消除[24]。這些結(jié)果表明，巨噬細(xì)胞上的α7nAChR對(duì)CAP具有重要作用。

1.5α7nAChR

nAChR是一個(gè)配體門(mén)控離子通道大家族廣泛分布于全身的神經(jīng)元和非神經(jīng)細(xì)胞。這些受體均為五個(gè)相互作用的亞基所組成的五聚體，α7nAChR是神經(jīng)元型nAChR的一種亞型。α7nAChR蛋白是由5個(gè)α7亞單位構(gòu)成的同源五聚體，5個(gè)亞單位環(huán)繞形成一個(gè)中心孔道。各亞單位接合處共有5個(gè)配體結(jié)合位點(diǎn)，配體與結(jié)合位點(diǎn)的相互作用可改變受體的功能狀態(tài)。

尼古丁是一種α7nAChR特異性激動(dòng)劑，可降低內(nèi)毒素誘導(dǎo)SAKI小鼠的血清TNF-α，以及腎臟促炎因子水平[25]。Borovikova等[26]研究發(fā)現(xiàn)，ACh可抑制巨噬細(xì)胞釋放促炎因子，但刺激a7nAChR基因敲除小鼠的迷走神經(jīng)不能降低其血清TNF-α水平，因此，ACh的作用需由α7nAChR介導(dǎo)。與野生型膿毒癥小鼠模型比較，α7nAChR基因敲除膿毒癥小鼠血清、脾臟和肝臟中TNF-α水平均較高，表明CAP通過(guò)α7nAChR來(lái)抑制細(xì)胞因子的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。有研究[21]顯示，光刺激C1神經(jīng)元對(duì)腎臟IRI小鼠具有腎保護(hù)作用，而這種保護(hù)作用在α7nAChR-/-小鼠中消失。

2 CAP對(duì)SAKI的免疫調(diào)控機(jī)制

CAP通過(guò)膽堿能神經(jīng)及其神經(jīng)遞質(zhì)、α7nAChR等來(lái)對(duì)抗炎癥反應(yīng)。在LPS誘導(dǎo)的SAKI模型中，可在小鼠腎組織中觀察到大量腎小管上皮細(xì)胞凋亡和腎組織凋亡蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)-3等表達(dá)增加；激活α7nAChR介導(dǎo)的CAP，可以明顯降低腎組織凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，上調(diào)抗凋亡蛋白B淋巴細(xì)胞瘤2(Bcl-2)的表達(dá)，減少腎臟細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮腎臟保護(hù)作用[27]。CAP減輕SAKI的主要免疫調(diào)控機(jī)制如下：

2.1阻斷核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor kappa B， NF-κB)活化 NF-κB的核易位是調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞激活和促炎細(xì)胞因子表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)控因子[28]。煙堿性乙酰膽堿受體激動(dòng)劑(膽堿)呈濃度依賴(lài)性，增加NF-κB抑制因子的表達(dá)，抑制LPS激活的NF-κB通路，減少單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞釋放TNF-α，間接抑制高遷移率族蛋白1(high mobility group box-1 protein，HMGB1)的釋放，以抑制炎癥反應(yīng)[25]。在膿毒癥模型中，ACh 作用于巨噬細(xì)胞表面，α7nAChR 可以抑制 NF-κB 的核轉(zhuǎn)位和激活非受體型酪氨酸蛋白激酶2(JAK2)-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(STAT3)途徑，影響多種細(xì)胞因子轉(zhuǎn)錄，抑制血漿炎性因子水平[29]。右美托咪定可通過(guò)激活α7nAChR-NF-κB信號(hào)通路，減輕LPS引起的腎損傷，而脾切除術(shù)阻斷了NF-κB通路，減弱了右美托咪定的抗炎、抗凋亡和腎臟保護(hù)作用[19]。用膽堿、NF-κB抑制劑(Bay11)或蛋白酶體抑制劑(MG132)處理人腎細(xì)胞，可有效抑制LPS刺激后的炎癥反應(yīng)。在LPS誘導(dǎo)的SAKI期間，腎蛋白酶體活性是NF-κB介導(dǎo)炎癥的主要調(diào)節(jié)劑，煙堿性乙酰膽堿受體激動(dòng)劑可抑制蛋白酶體活性和炎癥，減輕LPS誘導(dǎo)的腎損傷[25]。

2.2抑制細(xì)胞因子、趨化因子的合成與釋放

CAP和促炎細(xì)胞因子之間的相互作用涉及多種分子途徑。激活α7nAChR、JAK2/STAT3通路，減少巨噬細(xì)胞遷移，減輕炎癥反應(yīng)[30]。α7nAChR的激活還可以作用于 Toll 樣受體(TLR)介導(dǎo)的信號(hào)通路下游的負(fù)調(diào)控因子蛋白激酶，即白細(xì)胞介素-1 受體相關(guān)激酶 M(IRAK-M)[31]，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞基因和蛋白水平上的IRAK-M表達(dá)，導(dǎo)致TNF-α的產(chǎn)生減少，且沉默IRAK-M基因可明顯逆轉(zhuǎn)炎癥[32]。IRAK-M廣泛表達(dá)于巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞表面，通過(guò)阻止 IRAK1 和 IRAK2與髓樣分化因子88(MyD88)解離，它可以通過(guò)與TNF受體相關(guān)因子6(TRAF6)結(jié)合，干擾活性TLR的下游信號(hào)傳導(dǎo)，來(lái)發(fā)揮一定的抗炎作用[33]。

LPS可通過(guò)直接刺激腎臟內(nèi)TNF-α的產(chǎn)生和增加循環(huán)中TNF-α水平，引起腎損傷[34]。GTS-21可以有效減輕LPS誘導(dǎo)的SAKI，并減少腎小管上皮細(xì)胞凋亡，同時(shí)明顯下調(diào)炎癥因子白細(xì)胞介素(IL)-6、IL-1β和TNF-α的表達(dá)[35]。膽堿作為一種nAChR激動(dòng)劑，它可降低血清TNF-α以及單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)和CXC型趨化因子10(CXCL10)等促炎因子在腎臟的濃度水平，從而改善腎損傷[36]。脾切除可明顯降低膿毒癥小鼠血漿細(xì)胞因子和炎癥反應(yīng)的晚期調(diào)節(jié)因子HMGB1水平，提高小鼠存活率[12]。小鼠膿毒癥期間VNS也會(huì)特異性降低脾巨噬細(xì)胞釋放TNF-α，改善全身炎癥反應(yīng)，保護(hù)器官功能[37]。

2.3阻止T細(xì)胞分化與成熟 煙堿性乙酰膽堿受體激動(dòng)劑-尼古丁可能通過(guò)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子GATA-3 mRNA的表達(dá)，抑制T細(xì)胞mRNA的表達(dá)和免疫細(xì)胞的異?；罨?，以控制炎癥反應(yīng)。體外實(shí)驗(yàn)[38]表明，尼古丁可通過(guò)影響靶細(xì)胞的裂解而改變免疫細(xì)胞，減少人外周血淋巴細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞抑制細(xì)胞活性，進(jìn)一步控制炎癥的發(fā)展。煙堿同樣能影響與T淋巴細(xì)胞增殖或活化相關(guān)的細(xì)胞因子分泌，來(lái)進(jìn)一步調(diào)控免疫反應(yīng)[39]。

3 CAP抑制中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的殺傷功能

AKI的發(fā)生伴隨著白細(xì)胞在腎實(shí)質(zhì)中的募集，這是內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子和趨化因子表達(dá)增加、血管解體和血管通透性增加的結(jié)果[40]。其中內(nèi)皮細(xì)胞的激活在白細(xì)胞募集過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。膽堿能激動(dòng)劑可有效抑制內(nèi)皮細(xì)胞的激活，VNS也可通過(guò)CAP明顯抑制白細(xì)胞遷移及其殺傷功能。研究[41]顯示，在中性粒細(xì)胞上存在多種α7nAChR，刺激煙堿受體可以抑制中性粒細(xì)胞遷移，進(jìn)一步降低其殺傷功能。

4 總結(jié)與展望

炎癥反應(yīng)是SAKI發(fā)生和發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但在臨床試驗(yàn)中減輕SAKI炎癥的藥理學(xué)治療并不成功。神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)存在交互作用，神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，反之亦然。CAP是神經(jīng)-免疫交互作用的一條具有代表性的調(diào)節(jié)途徑，已被證明在SAKI動(dòng)物模型中調(diào)節(jié)全身炎癥反應(yīng)和腎內(nèi)炎癥反應(yīng)；VNS或CAP激動(dòng)劑可減輕全身炎癥反應(yīng)和腎組織炎癥因子水平，從而緩解膿毒癥誘導(dǎo)的AKI。迷走神經(jīng)刺激器已被應(yīng)用于臨床，治療各種疾病，因此，被證明是一種很有前途的AKI治療方法，但還需要進(jìn)一步的臨床研究來(lái)確保其安全性和有效性[42]。明確CAP在SAKI中的作用機(jī)制，將有助于臨床為防治SAKI開(kāi)辟新途徑。