病毒感染诱发肺损伤的作用机制和研究进展

2018-02-15孙宏磊

现代畜牧科技 2018年12期

孙宏磊

(山东省烟台市福山区畜牧兽医站，山东烟台 265500)

多种病毒感染可引发急性肺损伤的发生，如禽流感病毒和SARS冠状病毒等[1-2]。病毒感染后可以引起肺组织内巨噬细胞、肥大细胞和中性粒细胞等免疫细胞增多[3]，细胞分泌的各种炎性介质作用于肺内血管内皮细胞，进一步通过诱发肺组织强烈的炎症反应、出血和水肿等病理损伤，诱发急性肺损伤的发生，从而改变肺组织的正常功能，危害机体生命安全。

1 发生机制

急性肺损伤按损伤发生的部位不同，可以分为直接肺损伤和间接肺损伤。当直接肺损伤因素作用于肺时，损伤始发于肺泡上皮细胞，并促使肺泡巨噬细胞和炎症反应连锁反应链的激活，导致肺内炎症反应的发生。肺泡上皮细胞受损后导致屏障功能下降，肺泡渗出增多。Ⅱ型肺泡上皮细胞的受损会使表面活性物质合成减少，增加表面张力，造成肺泡塌陷或极度扩张。肺泡上皮细胞在损伤后期会导致纤维化发生，加重肺损伤。因此直接肺损伤主要引起肺内水肿，纤维蛋白和胶原蛋白渗出，中性粒细胞聚集，肺内出血，导致肺组织实变发生。而间接肺损伤因素首先作用于全身，引发全身炎症反应，炎症介质随血液循环进入肺内，肺作为全身炎症反应的靶器官，首先发生充血，伴有血管内皮细胞损伤，造成血管通透性增加并诱导趋化单核细胞、淋巴细胞、多核细胞和血小板等相关炎性细胞聚集至肺内，进而引起炎性损伤和肺间质水肿，导致肺泡塌陷，加重肺损伤。

研究发现，SARS可以感染Ⅱ型肺泡上皮细胞和肺间质内增多的巨噬细胞[4-5]，肺组织病理变化表现为肺泡上皮细胞坏死脱落、实变、水肿和透明膜形成等[6]，说明SARS很可能以肺泡上皮细胞为感染的靶细胞，造成上皮细胞的损伤，进而引发级联反应，最终造成急性肺损伤。资料显示，目前公认的PRRSV感染的主要靶细胞是肺泡巨噬细胞胞[7]，但由于肺内巨噬细胞表面标志和发育成熟程度不同，并不是所有的巨噬细胞都易感。肺组织病理学变化有支气管及间质性肺炎，肺泡腔内伴有巨噬细胞和淋巴样细胞浸润，Ⅱ型肺泡上皮细胞肿胀变圆，心肌内有少量的炎性细胞浸润[8]。说明PRRSV感染可能直接作用于肺内的巨噬细胞，复制后经血液循环到达其他组织，如淋巴结和心脏，诱发炎症反应。

2 炎症反应

炎症反应是急性肺损伤发生时的典型病理学变化。不论直接或间接损伤因素导致急性肺损伤发生时，都表现有肺内炎性细胞大量增多，包括中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞等。发生病毒感染时，病毒首先会作用于肺内的靶细胞，如单核巨噬细胞、肺泡上皮细胞和血管内皮细胞，靶细胞被激活后会合成释放很多的炎性因子，如大量促炎细胞因子和趋化细胞因子。这些细胞因子能进一步激活单核巨噬细胞、多型核白细胞和肺毛细血管内皮细胞，刺激内皮细胞表达E-选择素和P-选择素，诱导白细胞表达β-2整合素，趋化白细胞迁移至肺内并聚集，从而诱发一系列损伤级联反应。研究发现，肺作为禽流感病毒感染的主要靶器官，H5N1病毒感染后可引发急性肺损伤和呼吸窘迫综合征，表现为弥散性肺泡损伤，间质内浸润有大量的炎性细胞，并有细支气管炎和肺充血等[9]。流感病毒感染后肺内炎性细胞密度增加明显，包括巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞和淋巴细胞等，参与急性肺损伤的细胞主要以巨噬细胞和中性粒细胞为主[10]。PRRSV感染后肺组织病理学变化程度不一，但都表现有间质性肺炎，伴有单核巨噬细胞和淋巴细胞浸润，肺泡腔充盈大量坏死细胞碎片。而且免疫组化检测病毒抗原发现，阳性物质主要位于肺内巨噬细胞，肺泡上皮细胞也有少量阳性物质表达[11]。说明PRRSV感染巨噬细胞和上皮细胞后会诱导趋化免疫细胞，迁移至损伤部位参与炎症反应。

增多的炎性细胞主要通过释放各种细胞因子、氧化代谢产物等各种介质导致急性肺损伤的发生。研究发现，肺巨噬细胞在ALI发生的始动环节具有重要作用，感染早期巨噬细胞被激活，激活的巨噬细胞可产生炎性因子，如IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α，这些因子诱导趋化血液中的单核细胞和中性粒细胞并使其激活[12]。中性粒细胞在肺内大量激活，通过释放多种介质加重肺损伤。首先可产生和释放多种自由基，直接氧化细胞膜脂质损伤细胞，还可损伤毛细血管基底膜等，增加通透性，造成肺水肿，还可作用线粒体酶等抑制酶活性，引起蛋白硝化，造成DNA链断裂，引起肺组织的广泛损伤，另外还可作用血管内皮细胞，使细胞间紧密连接断裂，减弱屏障功能[13]。其次，释放弹性蛋白酶等多种蛋白酶，分解弹力纤维，并降解胶原、纤维蛋白原、纤维连接蛋白和蛋白多糖等多种结缔组织成分，造成肺纤维网状支架塌陷，肺毛细血管膜通透性增加，引起肺不张[14]。

3 细胞凋亡

细胞凋亡在急性肺损伤的发展过程中也发挥重要作用。正常的巨噬细胞具有吞噬病原、清除体内感染细胞产生的凋亡小体等作用，如果病毒感染后通过直接或间接作用促使巨噬细胞凋亡增加，将会严重影响巨噬细胞的正常清除和免疫功能，加重肺部坏死凋亡细胞，进一步加剧组织损伤。有研究发现，H5N1感染的病人肺泡上皮细胞中能够观察到凋亡现象，提示凋亡可能通过破坏肺泡上皮细胞从而导致肺损伤的发生[15]。细胞因子也能诱导细胞发生凋亡，如TNF-α作为一种重要的炎症细胞因子，在发生禽流感病毒感染时肺内表达增加，参与炎症反应，而TNF-α又是细胞凋亡的重要介质。有实验显示TNF-α诱导内毒素所致肝损伤大鼠早期肝细胞发生凋亡[16]。TNF-α可促进肺损伤早期巨噬细胞、上皮细胞和内皮细胞等多种细胞凋亡，细胞凋亡反过来又促进急性肺损伤时的炎症反应[17]。研究证实PRRSV感染后能够诱发肺组织内细胞凋亡的发生，而且发生凋亡的细胞并不全是PRRSV感染阳性细胞[18]，说明PRRSV感染可以直接诱导细胞凋亡发生，同时也存在其他通路诱导肺内细胞凋亡的发生。

除了凋亡外，最近又发现了新的死亡形式，包括自噬。有报道指出，H5N1病毒感染可以通过诱导细胞自噬参与肺损伤，如果通过抑制细胞自噬可以明显的增加动物存活率，并且明显改善病毒感染诱发的急性肺损伤。研究发现，PRRSV感染同样会诱导宿主细胞发生自噬，并且通过诱导细胞发生自噬能够增加培养细胞中的病毒滴度，相反如果抑制细胞自噬的发生，会降低培养细胞中的病毒滴度[19]。病毒在体内感染时很可能也通过诱导细胞自噬来利于自我复制，同时通过诱导细胞自噬的发生减少抗病毒因子IFN的产生来逃避宿主免疫效应。

4 肺纤维化

急性肺损伤发生后在临床上可表现为ARDS，致死率可达40%～60%。而通过组织病理学观察发现ARDS恢复期时伴有肺纤维化的出现，增生的胶原纤维可以破坏肺的正常组织结构，随时间延长而增加死亡的风险[20]。很多病毒感染都可诱发ARDS并伴有纤维化的出现，这些病理变化可能与机体的死亡相关，如SARS病毒和禽流感病毒等[21]。目前尚未见PPRSV感染后诱发肺纤维化的报道，但是高致病性PRRSV感染后可以诱发肺脏发生水肿、出血和炎症反应，并且造成猪的高死亡率，对于发生病毒感染而未死亡的猪肺脏是否存在纤维化还不是很清楚，如果存在纤维化病变，很可能会因其他病原感染而加重猪的死亡。

5 肺微血管内皮细胞与肺损伤

血管内皮细胞呈单层连续性衬在血管腔内面，其在炎症反应、损伤及免疫应答时能够募集血液中循环的中性粒细胞向组织和器官中发生迁移。研究发现在炎症反应过程中，内皮细胞可由病毒或细菌内毒素激活，通过调节自身黏附因子的表达和相关细胞因子的生成，而调节循环中性粒细胞的黏附和迁移。最近研究显示，各种组织中的内皮细胞并不是单一的，因其所在的各种血管床和器官的不同而呈现出不同的细胞学和生化特性以适应局部环境的需要[22]。肺微血管内皮细胞是保证肺组织行使正常气体交换功能的关键组成结构，它和肺泡上皮细胞的损伤是诱发ALI的发病基础和重要的病理生理特征。

有研究发现，微血管内皮细胞是SARS病毒感染的主要靶细胞之一，并且与SARS作用的受体血管紧张素转换酶在肺泡上皮细胞和血管内皮细胞均有较高水平的表达[23]，并且免疫组化的结果显示另一受体CD209L在Ⅱ型肺泡上皮细胞和内皮细胞上也有表达[24]。说明SARS病毒可以直接作用于血管内皮细胞，诱导肺损伤。

大量文献资料表明，发生肺损伤时伴有多种的炎性细胞因子表达上调，如TNF、IL-1、IL-6和IL-8等[25]。研究发现，IL-1β能激活肺微血管内皮细胞表达细胞黏附因子，介导内皮细胞与中性粒细胞和单核细胞黏附、浸润。同时诱导巨噬细胞产生多种趋化因子如单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、IL-8等，趋化单核巨噬细胞和中性粒细胞到达炎症局部，在局部释放溶酶体酶和产生多种细胞因子。还可以激活中性粒细胞，使其细胞表面表达蛋白分化抗原CD11/CD12水平增高[26]。通过其上述作用，使白细胞与内皮细胞间相互作用，从而促进中性粒细胞的聚集、黏附，释放炎性介质破坏结缔组织，成纤维细胞等释放胶原酶分解胶原蛋白，加重微血管内皮细胞损伤，使微血管壁完整性破坏，造成水和大分子蛋白成分等渗出，诱发肺水肿。