细胞源性微粒在急性肺损伤中双重作用的研究进展

黄竹萍，莫中成，王德明*

(南华大学 1.附属第二医院 麻醉科； 2.医学院 组织学与胚胎学教研室， 湖南 衡阳 421001)

短篇综述

细胞源性微粒在急性肺损伤中双重作用的研究进展

黄竹萍1，莫中成2，王德明1*

(南华大学 1.附属第二医院 麻醉科； 2.医学院 组织学与胚胎学教研室， 湖南 衡阳 421001)

微粒是细胞衍生的微小囊泡，携带有母细胞来源的多种物质，能与靶细胞发挥相互作用。微粒对急性肺损伤(ALI)的多种病理生理过程具有双重调节作用，能够通过多种机制影响炎性反应、凝血功能、血管通透性、内皮细胞凋亡等。因此，微粒对ALI的发生发展具有重要意义。

微粒；急性肺损伤；炎性反应

急性肺损伤(acute lung injury, ALI)/急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是临床常见危重症，以顽固性低氧血症、弥漫性肺浸润和肺血管通透性增高导致的肺水肿为主要表现。而微粒(microparticles, MPs)与这些病理改变密切相关。MPs在细胞信号传导中起着纽带作用，是各种疾病独立的功能感受器。了解MPs的特性及其在ALI/ ARDS中所起的双重作用，对以MPs作为药物治疗靶点在ALI/ ARDS的应用具有重要意义。

1 微粒的结构特征及生物学作用

MPs是细胞激活或凋亡时衍生的完整微小囊泡，大小介于50 nm至1 μm。MPs由膜和膜内容物构成，膜主要含脂类和蛋白质，具有脂质双分子层，外层是带负电荷的磷脂，主要是磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine, PS)。膜内容物可以包含母细胞来源的基质蛋白、转录因子、遗传物质、脂质和细胞器[1- 2]。MPs的表面抗原和黏附分子，能与靶细胞发生相互作用。微粒含有多种母细胞来源的酶类、遗传物质，能够转运受体、细胞器、蛋白质到靶细胞，还能分泌细胞因子[3]。MPs可以把信号从供体细胞传送到靶细胞，在信号传导过程中执行细胞输送的功能，在多种病理生理过程中起重要作用[4- 5]。

2 微粒与急性肺损伤的关系

MPs与多种疾病存在相关性[6]。MPs通过融合和转移细胞成分，精确调节ALI中关键病理过程和/或改变相关细胞的表型，从而促进或阻止(或两者都有)ALI的进展[7]。

2.1 微粒对急性肺损伤中炎性反应的双重影响

MPs对炎性反应的双向调节作用取决于多种因素。ALI/ARDS时大量促炎信号途径发生改变，而MPs可以调节和/或复制这些途径。血小板MPs可以通过促进炎性因子分泌和花生四烯酸转换成血栓素A2(thromboxane A2, TXA2)，TXA2是典型的血小板激活剂，在ALI时肺血管通透性的改变及炎性反应中发挥了关键作用[7]。内皮细胞和白细胞的MPs能表达多种黏附分子，促进炎性反应[8]。淋巴细胞MPs能诱导诱导型一氧化氮合酶(iNOS) 和环氧合酶-2生产，并激活核转录因子(NF-κB)途径，产生促炎效应。多种细胞的MPs能刺激细胞因子释放，促进中性粒细胞活化、迁移和中性粒细胞-血小板的相互作用，从而直接或间接促进炎性反应，加速 ALI。

但MPs也具有抗炎作用，血小板MPs会促进抗炎白三烯脂氧素A4的产生，其类似物能减轻动物模型的ALI。在结肠炎小鼠模型注射血小板MPs 和白三烯脂氧素A4也会减轻炎性反应[9]。单核细胞MPs可以表达具有抗炎性质的膜联蛋白A1，下调多形核中性粒细胞活性，同时上调抗炎因子IL-10的表达[10]。MPs含有的PS能下调TNF-α 和上调TGF-β，诱导吞噬细胞非炎性反应[3]。MPs还可通过调节细胞因子浓度、抗凋亡活性和维护内皮细胞屏障的稳定性，起着保护细胞的作用[8]。

促炎性反应和抗炎性反应的失衡是引起ALI的重要机制[11]，而微粒对ALI的炎性反应具有双向调节作用，对ALI发生发展具有重要意义。

2.2 微粒对急性肺损伤中凝血反应的双重影响

高凝和低纤溶促进了ALI /ARDS的进展。组织因子(tissue factor，TF)是外源性凝血途径的启动因子， 其作用取决于表达水平和构象[12]。循环中TF多处于非活化状态。而MPs是活化的TF源头[7]。同时MPs含有的PS是一种强效TF启动剂，可以激活Vlla因子及凝血级联反应， PS 还是凝血酶结合必需的促凝血磷脂，可以提供促凝表面。此外，MPs产生和释放其他促血栓形成因子[13]。研究表明，红细胞MPs能够纠正和改善凝血功能障碍性疾病[14]。在ALI和促凝活化的炎性条件下血管内和肺泡间隙都能产生MPs，MPs的这些特性促进了ALI/ARDS高凝和低纤溶状态的发生发展。

然而，MPs同样具有抗凝作用，MPs高水平表达的TF通过蛋白酶激活受体-1介导的蛋白酶激活受体-2信号通路反式激活，也可以发挥抗凝和障碍保护作用。此外，MPs还可以表达各种抗凝因子，包括血栓调节蛋白，组织因子通道抑制剂，血管内皮细胞蛋白C受体(vascular endothelial cell protein C receptor，EPCR)，蛋白S[8]。活化蛋白C(activating protein C, APC)能灭活凝血因子(包括因子Va和因子VIIIa)，当其结合到微粒的EPCR上，既保留了抗凝血活性又发挥着抗凋亡和屏障保护作用[7]。部分血小板MPs可以促进APC灭活因子Va，还可以加强肝素的抗凝作用。

凝血反应的激活对于机体防御反应具有重要意义，仅仅抑制过多的凝血酶产生会导致器官功能障碍[3]。因此要抑制ALI的发生发展就要将凝血反应控制在适当的水平。

2.3 微粒对急性肺损伤的血管通透性的双重影响

ALI时毛细血管和肺泡屏障的通透性增加，形成肺水肿。血小板MPs可以促进花生四烯酸形成TXA2，后者与渗透性水肿的发生有关， 其抑制剂能降低ALI的肺血管通透性。血小板活化因子和神经酰胺对ALI的血管通透性有重要的作用，而血小板活化因子可以在单核细胞MPs表面表达，神经酰胺与MPs的形成有关[7]。将不同浓度内皮细胞MPs与内皮细胞培养，发现MPs浓度达到一个阈值时，内皮细胞通透性就会受损，细胞间隙增宽，微血管通透性增加。

但MPs也能降低血管通透性， APC能诱导表达EPCR的MPs释放，并形成EPCR/ APC复合物，通过相关信号路径调节内皮细胞凋亡和炎性因子的表达，促进细胞增殖，从而发挥屏障保护作用[15]。

2.4微粒对急性肺损伤时血管内皮功能的双重影响

MPs可以通过促进炎性因子释放、影响内皮舒张功能、阻碍内皮细胞修复直接影响血管内皮功能，调节血管屏障的性质。血小板和淋巴细胞MPs参与多种促炎内皮细胞因子和单核细胞因子的释放。淋巴细胞MPs可以诱导小鼠内皮功能障碍和主动脉血管舒张功能受损。内皮细胞MPs能够影响血管舒张，刺激超氧化物的产生，并降低 NO产生，同时红细胞MPs能有效降低NO的生物利用度，而肺部内皮NO具有屏障保护、抗炎、抗凝效应，这些都与ALI相关[7，16]。克罗恩病患者来源的MPs能够导致内皮细胞和血管功能障碍也进一步证明了MPs对血管内皮细胞的作用[17]。随着内皮细胞MPs作用时间延长以及浓度提高，内皮细胞增殖率减少而凋亡率增加，修复功能下降[3]。

但MPs也具有内皮屏障保护作用，内皮细胞MPs可以激活吞噬细胞和邻近细胞的信号通路，去除有害信号分子来逆转凋亡，从而保护内皮细胞。同时T淋巴细胞微粒还携带了Shh因子(Sonic hedgehog，Shh)，一种形成素，可以直接修复内皮细胞损伤，降低活性氧产生。 NO合酶和血管内皮生长因子是Shh信号通路下游的靶点，Shh影响血管内皮生长因子的调节，促进新生血管形成，Shh还能通过磷脂酰肌醇-3-激酶/丝苏氨酸蛋白激酶(PI3K/Akt)路径调节内皮一氧化氮合酶活性，从而促进NO释放[18]。PI3K/Akt 是保护机体应对各种应激的重要生存通路，对肺损伤具有保护作用[19]。 NO是ALI/ARDS一种有效的治疗措施，对ALI/ARDS的临床预后有积极的影响。

3 展望

ALI状态下MPs作用机制复杂，既能产生有益的也能产生有害的影响，这取决于多种因素(包括微粒的细胞来源、浓度和体内环境)。目前ALI/ARDS没有特效地治疗和干预措施。MPs的发现为ALI的治疗提供了新的理念，抑制有害MPs的形成或对MPs的类型进行干预，为将来干预、治疗ALI提供了新的方法。研究如何运用基因工程技术使 MPs作为载体在细胞间转运基因、蛋白或者特定的细胞功能，也具有广阔的前景。

[1] Morel O, Jesel L, Freyssinet JM,etal. Cellular mechanisms underlying the formation of circulating microparticles[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2011, 31: 15- 26.

[2] Barteneva NS, Fasler-Kan E, Bernimoulin M,etal. Circulating microparticles: square the circle[J]. BMC Cell Biol, 2013,14:23. doi: 10.1186/1471-2121-14-23.

[3] Delabranche X, Berger A, Boisrame-Helms J,etal. Microparticles and infectious diseases[J]. Med Mal Infect, 2012, 42: 335- 343.

[4] Markiewicz M, Richard E, Marks N,etal. Impact of Endothelial Microparticles on Coagulation, Inflammation, and Angiogenesis in Age-Related Vascular Diseases[J]. J Aging Res,2013, 2013: 734509. doi: 10.1155/2013/734509.

[5] Wu ZH, Ji CL, Li H,etal. Membrane microparticles and diseases[J]. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2013, 17: 2420- 2427.

[6] Tseng CC, Wang CC, Chang HC,etal. Levels of circulating microparticles in lung cancer patients and possible prognostic value[J]. Dis Markers, 2013, 35: 301- 310.

[7] Mcvey M, Tabuchi A, Kuebler WM. Microparticles and acute lung injury[J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2012, 303: L364- L381.

[8] Herring J M, Mcmichael MA, Smith SA. Microparticles in health and disease[J]. J Vet Intern Med, 2013, 27:1020- 1033.

[9] Tang K, Liu J, Yang Z,etal. Microparticles mediate enzyme transfer from platelets to mast cells: a new pathway for lipoxin A4 biosynthesis[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2010, 400: 432- 436.

[10] Morel O, Morel N, Jesel L,etal. Microparticles: a critical component in the nexus between inflammation, immunity, and thrombosis[J]. Semin Immunopathol, 2011, 33: 469- 486.

[11] 张新颖，刘奉琴，刘海燕，等. 乌司他丁对急性肺损伤大鼠TNF-α、IL-10 mRNA及P38 MAPK表达的影响[J]. 基础医学与临床, 2011,31: 1015- 1020.

[12] Hargett LA, Bauer NN. On the origin of microparticles: From “platelet dust” to mediators of intercellular communication[J]. Pulm Circ, 2013, 3: 329- 340.

[13] Patil R, Ghosh K, Satoskar P,etal. Elevated procoagulant endothelial and tissue factor expressing microparticles in women with recurrent pregnancy loss[J]. PLoS One, 2013, 8: e81407. doi: 10.1371/journal.pone.0081407.

[14] Jy W, Johansen ME, Bidot CJ,etal. Red cell-derived microparticles (RMP) as haemostatic agent[J]. Thromb Haemost, 2013, 110: 751- 760.

[15] Perez-Casal M, Downey C, Cutillas-Moreno B,etal. Microparticle-associated endothelial protein C receptor and the induction of cytoprotective and anti-inflammator effects[J]. Haematologica, 2009, 94: 387- 394.

[16] Liu C, Zhao W, Christ GJ,etal. Nitric oxide scavenging by red cell microparticles[J]. Free Radic Biol Med, 2013, 65C: 1164- 1173.

[17] Leonetti D, Reimund J M, Tesse A,etal. Circulating microparticles from Crohn’s disease patients cause endothelial and vascular dysfunctions[J]. PLoS One, 2013, 8: e73088. doi: 10.1371/journal.pone.0073088.

[18] Meziani F, Tesse A, Andriantsitohaina R. Microparticles are vectors of paradoxical information in vascular cells including the endothelium: role in health and diseases[J]. Pharmacol Rep, 2008, 60: 75- 84.

[19] 邓旺，王导新，邓嘉，等. PI3K/Akt信号通路上调急性肺损伤大鼠肺泡上皮钠通道表达[J]. 基础医学与临床, 2012,32: 1004- 1008.

Advancement of the dual roles of cell devived microparticles in acute lung injury

HUANG Zhu-ping1, MO Zhong-cheng2, WANG De-ming1*

(1.Dept. of Anesthesiology, the Second Affiliated Hospital of University of South China; 2.Dept. of Histology andEmbryology, Medicine College of University of South China, Hengyang 421001, China)

Microparticles, a kinds of small vesicles derived from the mother cells with a variety of contents, have been reported to involve in a variety of pathophysiological processes. The variety of contents in microparticles also can affect the coagulation function and inflammation. And microparticles can also influence the apoptosis of endothelial cells and the function of vascular barrier through various mechanisms. Therefore, microparticles have great significance on the occurrence and progress of acute lung injury.

microparticles; acute lung injury; inflammation

2013- 11- 18

2013- 12- 23

国家自然科学基金(81301625)；湖南省科技计划(2013SK3114)；南华大学博士启动基金(2012XQD27)

*通信作者(correspondingauthor)： wdm1998@163.com

1001-6325(2014)08-1138-04

R 563

A