慢性鼻-鼻窦炎相关因素与继发性纤毛功能失调的研究进展

赵可庆 郑春泉



·综 述·

慢性鼻-鼻窦炎相关因素与继发性纤毛功能失调的研究进展

赵可庆 郑春泉

慢性鼻-鼻窦炎是耳鼻喉科的常见病，近年研究进展表明，与该病相关的多种病理生理因素可引起纤毛摆动的继发性功能失调。本文将就其中的微生物、炎症因子和吸烟等因素对纤毛摆动频率影响的最新研究进展进行综述，同时对纤毛结构及其动力调控过程及相关治疗现状进行介绍。(中国眼耳鼻喉科杂志，2015，15：362-365)

纤毛功能失调在慢性鼻-鼻窦炎(chronic rhinosinusitis,CRS)发病和疾病转归过程中的作用已日益受到重视，除原发性纤毛功能障碍外，继发性纤毛运动障碍也已在CRS患者中得到了证实[1]。大量研究表明，与CRS相关的多种因素可导致纤毛摆动频率(ciliary beating frequency,CBF)的下降，且CBF下降在CRS的发病机制中起到了重要作用。本文主要对微生物、炎症因子和吸烟因素对CBF影响的新近研究结果及相关治疗进展进行综述，以期为进一步深入开展相关领域研究提供参考。

1 CRS与黏液纤毛清除系统概述

CRS是耳鼻喉科的常见疾病，其主要症状包括鼻塞、流脓涕、额面部胀痛和嗅觉减退等。该病患病率高，可严重影响患者的生存质量，给社会带来了巨大的经济损失[1]。目前观点认为，CRS并非一种单一的疾病，而是一种临床综合征，其特征表现为有症状的鼻腔、鼻窦黏膜炎症，病因复杂。解剖异常，变态反应，细菌、真菌感染等因素都与其发病相关；但无论何种原因引起的CRS，其共同的病理生理特征都表现为黏液纤毛清除系统(mucociliary clear,MCC)功能下降。因此，治疗CRS的关键是清除患者鼻腔、鼻窦中淤积的黏液, 恢复受损的MCC功能。

呼吸运动在给人体提供氧气的同时，也使鼻腔、鼻窦上皮暴露在了各种微生物和污染物的潜在威胁之下。披覆在正常上皮表面的MCC是呼吸系统抵抗环境中各种病原体、污染物侵袭的第一道防线，其可通过表面凝胶层将外来物吸附后转运至咽喉部，再通过咳嗽或吞咽动作将外来物最终从呼吸道彻底清除。MCC功能受损不仅会降低鼻部的防御能力，还会增加罹患疾病的可能性，且MCC功能受损本身也是疾病发生、发展过程中的重要一环。

MCC由纤毛、溶胶层和凝胶层3部分组成，纤毛摆动是此系统中唯一的动力来源[2]，纤毛在溶胶层中的正常摆动使得凝胶层向咽喉部移动，直致最终清除。正常的MCC 有赖于正常的CBF及CBF在受到各种外界刺激时的反应能力。不动纤毛综合征就是由于CBF下降进而导致MCC功能受损，最终增加了CRS在纤毛功能不全人群中患病率的例证[1]。

2 纤毛结构及其动力调控

纤毛位于鼻腔、鼻窦黏膜的假复层纤毛柱状上皮之上，每个上皮细胞上覆盖有50～200根纤毛，结构为柱状上皮细胞表面突出，其包膜与细胞膜延续，长度为5～7 μm，直径为0.2～0.3 μm[3]。纤毛核心结构由互相连接的微管形成的轴丝组成，可动纤毛轴丝由2根中心微管及其周围的9对二联微管组成，2根中心微管通过中心桥连接，周边的二联微管通过辐射轴连接于中心微管。外围的9对二联微管由A、B微管组成，相邻的二联微管之间通过内侧动力臂、外侧动力臂和连接蛋白连接。在纤毛摆动时，这些连接装置拥有各自不同的作用：动力臂的运动使得相邻的二联微管发生相对运动。有研究[4]认为，外动力臂的磷酸化控制着纤毛的摆动频率，而内动力臂的磷酸化则调控着纤毛摆动的模式； 虽然辐射轴的功能还未完全阐明，但其很可能与限制纤毛摆动时微管之间的相对滑动有关，由此将微管之间相对滑动转换为轴丝的弯曲运动[5]。

黏液毯由散布于上皮中的杯状细胞和黏膜下腺生成，由1%NaCl、0.5%～1%游离蛋白、0.5%～1%的黏蛋白和95%的水分组成。黏液毯分为上、下2层：上层为凝胶层，由糖化分子组成的复杂多聚体组成，这样的结构有利于吸附呼吸时吸入的各种病原体及微粒；下层为溶胶层，位于凝胶层和上皮细胞膜表面之间，主要由水和电解质组成，黏度较低，纤毛在此层中往复运动[3]。纤毛摆动可分为正向动力性摆动和反向复位性摆动2个时相。在动力摆动时相，纤毛完全伸展，其顶端与凝胶层接触，将摆动产生的机械力直接传递至上层凝胶层。在复位摆动时相，纤毛弯曲90°，紧贴黏膜表面回复摆动至其起始部位，避免了对凝胶层运动的干扰。这种特殊的摆动方式不仅能够使外层凝胶层沿着单一方向运动，而且在垂直方向上混匀了黏液毯中的各种免疫蛋白，增加了吸附空气中裹挟的微粒和微生物的能力[6]。此外，位于不同细胞上的纤毛以一种相互协调的运动模式，有效地将鼻窦中的黏液毯向窦口方向运送，最终将鼻窦中的黏液毯转运出各组鼻窦。这种协调一致的纤毛运动模式可能是由Ca2+通过细胞间的缝隙连接彼此传递而形成[7]，或是纤毛对流体造成动力波的感受而形成[3]。虽然这方面研究还有待深入，但可以肯定的是疾病状态影响了纤毛的正常功能，因此干扰了MCC的正常转运过程。

纤毛运动可受机械[8]、化学[9]、激素[10]、酸碱度[11 ]及温度等因素[12]变化的调控。在机械力或渗透压的刺激下，上皮细胞可向细胞外释放核苷酸，这些核苷酸作为信号分子以旁分泌的方式通过调控黏液生成，增加CBF和调控离子通道维持上皮表面液体容量的方法以达到增强MCC的目的[13]。另有研究[8]表明，机械刺激引起的CBF升高，在时相上与细胞内Ca2+的升高同步。此外，胆碱[14]和多肽[15]也可增加纤毛的活动率。这些来自于环境和宿主的刺激由表面受体和通道传递，激活了细胞内的二级信号通路系统以调控纤毛相关蛋白的磷酸化水平，进而达到调控微管之间相对滑动的作用。

细胞内、外pH值的微小变化对CBF具有显著的调控作用：细胞内pH值的升高可增加CBF；与此相反，pH值的下降则可降低CBF[11]。目前仍无法确定这种影响是通过调控激酶的活性而实现的，还是直接激活轴丝上的外动力壁的结果。此外，温度也是影响CBF的原因之一，低温可明显降低CBF，这种作用很可能是通过影响蛋白激酶C的活性来实现的[12]。

3 继发性纤毛功能失调

纤毛功能失调可分为固有因素所致和外部因素所致2大类。不动纤毛综合征是调控纤毛摆动的基因存在先天缺陷而导致纤毛功能障碍的典型例证。与此对应，环境污染和微生物等后天获得性外部因素同样能够通过直接或者间接的方式影响正常纤毛功能。慢性鼻窦炎患者的鼻腔、鼻窦中存在着感染和炎症等有害因素，这些因素除了可造成纤毛缺失外，还可造成剩余纤毛的功能缺陷。目前许多研究已经表明，CRS中存在的微生物、炎症介质及与CRS发病相关的吸烟等多种因素均可影响纤毛的正常摆动功能。

3.1 微生物因素 正常的MCC对持续吸入的病原微生物具有极强的清除作用，但实验表明很多致病微生物能够通过各种途径干扰和对抗这一防御功能。常见的呼吸道病原菌如铜绿假单胞菌、流感嗜血杆菌、肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌可生成各种特殊的毒素以破坏纤毛的正常运动[3]。能够引起上呼吸道感染的病毒也可干扰纤毛微管的功能[16]，破坏局部防御系统，进而提高了继发细菌感染的发生率。

铜绿假单胞菌是常见的可引起呼吸道感染的细菌，绿脓菌素是铜绿假单胞菌生成的色素样物质，这种物质除了能够使铜绿假单胞菌拥有特征性的蓝绿色外，还可增加呼吸道上皮细菌定植和感染的概率。铜绿假单胞菌的致病机制存在多种理论，除了自由基生成理论外，另有体外研究证实：铜绿假单胞菌能够显著降低人体鼻腔黏膜的CBF[17]；降低龋齿动物气管黏膜黏液的移动速度[18]。这些都为铜绿假单胞菌感染的CRS患者的MCC下降提供了可能的解释。另外，体外研究还表明，由铜绿假单胞菌的分泌物配置的溶液不仅可以降低基础CBF，还可以抑制纤毛对机械刺激的反应能力，由此抑制了呼吸道上皮在感染环境下加速清除淤积黏液的能力[9]。

流感嗜血杆菌是另一种常见的呼吸道病原菌，由其产生的脂寡糖和蛋白质D对纤毛具有毒性作用，可造成纤毛摆动的停滞以及纤毛细胞结构的破坏，这些毒性作用的原理还有待进一步阐明[19]。同铜绿假单胞菌相似，流感嗜血杆菌对纤毛上皮的毒性作用也能够加剧致病菌在细胞表面的定殖。肺炎链球菌可产生包括肺炎链球菌溶血素和活性过氧化氢氧化剂在内的多种毒素，这些毒素已被证实单独或联合作用后可导致剂量依赖性CBF下降及上皮组织损伤[20]。此外，由金黄色葡萄球菌产生的肠毒素A在浓度较高时也可降低CBF，其中机制仍有待阐明[21]。

3.2 炎症介质 根据生成细胞因子种类的不同，CRS中的炎症反应类型可大致被分为Th1型和Th2型。在不伴息肉的CRS组中Th1型细胞因子占据优势，而息肉组中Th2型细胞因子则占据优势。虽然关于细胞因子的研究结果还未达成一致，但是通过酶联免疫吸附法、聚合酶链反应技术、免疫组织化学技术等多种技术的应用，已可确认在不伴息肉型CRS中升高的Th1型细胞因子包括肿瘤坏死因子-α、干扰素γ和白细胞介素-8，而在息肉型中持续升高的Th2型细胞因子有白细胞介素-5、嗜酸性粒细胞趋化因子和趋化因子配体5等[1]。

虽然趋化因子和细胞因子的主要功能是诱导细胞迁移和分化，以及激活并使白细胞脱颗粒，但它们同时也是呼吸道纤毛功能有力的调控因素。在牛支气管纤毛上皮细胞模型中，白细胞介素-8已被证明可以抑制由异丙肾上腺素引起的CBF上升[22]。此外，利用人气道上皮原代培养系证明白细胞介素-13可通过时间、剂量依赖的方式降低人呼吸道上皮细胞的基础CBF[23]。因此，与CRS相关的炎症因子对纤毛生理功能的影响很可能是CRS中MCC下降的部分原因。

3.3 吸烟 吸烟的烟雾由5 000种成分组成，毒性巨大，包括丙烯醛、甲醛、一氧化碳、尼古丁、可替丁、镉、乙醛、苯酚和氰化钾，这些成分都已被证明对呼吸道上皮具有明显毒性。鼻腔具有加湿和净化吸入空气的作用，这些功能由鼻腔气流的特点辅助实现，层流与湍流同时存在于鼻腔，可促使吸入鼻腔的各种悬浮微粒吸附于鼻腔黏液毯上[24]。这一特点使鼻腔较下呼吸道更易暴露于烟雾的各种毒性成分之下。

吸烟与CRS症状的加重，病程延长的关系已见报道。第三次世界健康与营养普查显示，复发性鼻窦炎和CRS的发病率在吸烟者中的比率高于非吸烟者[25]。Kennedy[26]针对吸烟对功能性鼻内镜手术治疗效果的影响进行了研究，经过长期随访，结果显示吸烟是导致CRS患者接受临床二次手术的最主要因素。另外，Ramadan等[27]证实，暴露于吸烟环境的持续性、复发性CRS儿童需要二次手术的概率明显高于未暴露于吸烟环境的患儿[27]。

吸烟对黏液纤毛功能影响的研究已有40余年，虽然目前吸烟对CBF影响的研究结果还有争议，但组织学研究已经确认吸烟能够减少气道纤毛的数量[28]，此外，吸烟还增加了上皮细胞分泌的黏液量，因此剩余的纤毛必须增加驱动力以清除淤积的黏液。此外，下呼吸道实验结果表明，吸烟还可抑制下呼吸道CBF的应激能力，这一现象在鼻腔上皮细胞中也得到了验证[29]。

4 临床治疗

继发性纤毛运动障碍已在CRS患者中得到证实，且这种功能失调很可能具有可逆性[1]，这为药物治疗并最终恢复受损的纤毛功能提供了理论支持。目前临床上用于治疗CRS的鼻腔冲洗法以及各种促排剂都能够从某种程度上恢复受损的MCC。其中鼻腔冲洗法除了可以利用机械作用直接冲出淤积于鼻腔的黏液外，还可间接提高鼻腔黏膜的MCC。有文献[30-31]报道，等渗和高渗盐水能使健康实验者的MCC分别提高24.1%和39.6%，但这种作用并非由直接提高CBF引起，而是由于溶胶层的离子构成在这一过程中发生了改变[32]，进而发生的再水化过程改变了黏液毯的流体动力学性质，从而使纤毛摆动更具效率，最终使MCC得到了提高[33]。

此外，黏液促排剂目前已成为治疗鼻窦炎的常用药物，有文献[34]报道，口服标准桃金娘油可增强上颌窦的黏液纤毛清除功能，但MCC的提高是否源于CBF的增加尚存在争议。Han等[35]报道，经过10 d标准桃金娘油的治疗，CRS患者的MCC较治疗前明显提高，鼻腔通气情况也有所改善，但体外实验并未证实该药物能够直接增加CBF，可见其作用很可能也是通过稀化黏液而达到的。但新近体外实验[36]报道，标准桃金娘油在稀化气道表面黏液的同时也可增加人鼻腔上皮的CBF，从而产生了提高MCC的协同作用。

综上所述，近年来CRS中继发性纤毛功能失调相关领域的研究虽已有了深入进展，但这些研究大多还停留于对现象的观察，其中机制尚待进一步阐释。继续深入该领域的研究将为开发相关药物、进一步提高CRS的治疗效果奠定基础。

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(本文编辑 杨美琴)

·书 讯·

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国家自然科学基金青年项目(81300810)；上海市青年医师培养资助计划(20141057)

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院 上海 200031

郑春泉(Email：96zheng@sina.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2015.05.019

2015-05-30)