炎症与免疫调节反应在腹腔粘连形成中的作用

蒋丽杰 陈静 闫志文 陈泽 岳志伟 孙红

华北理工大学基础医学院，河北省慢性疾病重点实验室，唐山 063000

0 引 言

腹膜是由覆盖层的单层多角内皮细胞和下层松散结缔组织组成的封闭微环境，同时具有上皮和间充质特征，其排列在腹腔内并覆盖于腹腔内器官，包括胃肠道、肝脏等大部分内脏器官[1-2]。正常腹膜包括间皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞及单核吞噬细胞等多种细胞[3]，腹腔粘连（peritoneal adhesion，PA）主要由机械性损伤、外源性物质的植入引起异物反应、组织缺血缺氧、腹腔炎症反应和腹部放、化疗等各种因素使腹膜间皮细胞层受损，最终表现为相邻腹膜创面之间出现纤维性粘连带[4]。PA 是腹腔手术后最严重的并发症，会造成复发性肠梗阻、不孕、代谢紊乱等疾病，最终可能会成为发病率高且没有有效治疗方法的慢性粘连性疾病[5]。此外，如果通过反复手术进行粘连松解会导致感染风险加大进而引起多种并发症，不仅住院时间延长、增加临床负担，还会导致死亡率增加。PA 作为腹腔术后常见的并发症严重影响数百万人的生活质量，其发病机制较为复杂，临床上主要通过优化手术方案来进行预防，即使是目前广泛用于最小化腹膜创伤手术的微创手术技术也不能防止粘连的形成[6]。近年来，越来越多的具有良好生物相容性、可降解性能的生物材料如屏障固体片、聚合物溶液和水凝胶等在术后PA 的防治过程中表现出了积极的作用，但它们的安全性、有效性尚需进一步提高[7]。因此，防止术后PA 的发生是外科医学领域亟待解决的问题。

腹膜损伤后，腹膜伤口持续暴露于由腹膜液中的间皮细胞、炎性细胞、免疫细胞、伤口内各种其他细胞类型合成和释放的许多促炎及促纤维化因子中，这些因子的局部表达影响腹膜的愈合和术后PA的形成。对术后腹腔内粘连发病相关的候选生物标志物进行微阵列分析结果表明，腹部微环境中炎症免疫反应与PA 的形成有关[6]。

1 PA 形成的原因及修复过程

1.1 PA 形成的原因

腹腔是一个具有特定浓度的激素、细胞因子、生长因子、巨噬细胞、自然杀伤细胞和淋巴细胞等细胞成分和特定免疫系统的微环境[8]。因此，当腹膜暴露于各种应激事件，包括外科手术、意外伤害、病毒、细菌感染以及异物的存在，如缝线或网片植入物时会对腹膜造成原发性损伤，导致先天免疫细胞和炎性细胞的快速招募。这些细胞在损伤局部会释放组胺、细胞因子和生长因子启动局部组织炎症过程，从而引发包括凝血因子在内的血清及血浆液渗漏、巨噬细胞、成纤维细胞及其他细胞的招募，激活一系列级联反应，进而会导致术后PA 的形成[9-10]。粘连的形成涉及细胞因子和损伤区域附近细胞分泌的生长因子的相互作用，主要取决于纤维蛋白沉积和纤维蛋白溶解之间的平衡。正常情况下，腹膜能够去除近距离结构中的纤维蛋白沉积，主要通过位于间皮层的纤溶酶原激活物。如果纤维蛋白沉积物被纤溶酶完全降解则可能发生正常的腹膜愈合过程；然而，手术损伤引起的炎症级联反应的激活降低了纤溶酶原激活活性，从而破坏了正常的纤溶过程。因此，术后第3 天未完全降解的纤维蛋白沉积物被重组，而纤维蛋白母细胞的侵入导致胶原沉积，进一步加强粘连的形成。当这种临时的富含纤维蛋白的基质没有被及时清除时，它就成为组织修复细胞长入的支架导致胶原沉积增加和纤维化，最终导致成纤维细胞、毛细血管和神经的长入从而形成粘连[11-13]。

缺氧和氧化应激也是PA 形成的重要因素。腹部手术如结扎、电灼、切割等手术过程中不可避免地会损伤到血管，从而导致组织处于低氧血症的状态。缺氧会导致正常腹膜成纤维细胞不可逆转地获得黏附表型，转化为黏附肌成纤维细胞[14]。此外，缺氧还会影响细胞分化、增殖和凋亡的平衡，从而导致腹膜创伤修复过程受损[15]。缺氧会导致正常腹膜成纤维细胞凋亡指数增加，但会诱导黏附成纤维细胞增殖活性增加，从而促进胶原纤维的沉积，促进纤维化的形成[16]。此外，组织缺氧还会导致氧化应激，从而促进氧自由基的产生。氧自由基会导致粘连相关的因子如环氧化酶-2（COX-2）、白介素-6（IL-6）、转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）、Ⅰ型胶原、血管内皮因子等粘连相关因子的产生，进而导致炎症和纤维化的发生[17]。因此，在手术期间和手术后使细胞最小化地暴露于低氧环境中或增强有氧代谢，利用抗氧化剂保护细胞免受低氧诱导的影响，或利用具有抗氧化应激功能的可注射凝胶设计高性能抗粘连剂能够显著防止PA 的形成[14,18]。Ghadiri 等[19]研究结果表明，石榴皮提取物（PPEx）可通过增加抗氧化分子的同时减轻粘连评分，减轻炎症细胞因子和氧化应激参数如一氧化氮代谢物、丙二醛和谷胱甘肽的水平，减少PA 的形成。

1.2 PA 的修复过程

在组织修复过程中凝血、炎症、纤维蛋白溶解和其他事件的发展对粘连的形成有重要影响。腹膜损伤的修复受一系列级联反应控制，多种细胞参与PA 的修复过程。纤维蛋白溶解作为天然修复的重要组成部分也可诱导纤维蛋白过度沉积，导致PA 的形成[20]。正常生理情况下，腹膜受损后中性粒细胞（PMN）首先出现在伤口中，维持1～2 d。术后5～6 d巨噬细胞成为该部位的主要细胞，随着时间的推移黏附在创面表面的巨噬细胞开始向创面浸润。腹膜修复涉及正常静止的间皮细胞的增殖以响应早期受损细胞释放的炎症信号及炎性细胞，随后增生成为间皮细胞岛，从而形成正常的组织结构，此过程通常需要5～7 d[20-21]。当炎症因素未及时清除时，巨噬细胞增加其吞噬活性产生活性氧，募集并激活额外的间皮细胞和成纤维细胞以促进修复[22-24]。间皮细胞可通过“间皮-间质转化”现象更有效地增殖和迁移，促进修复[25]，但过量的“间皮-间质转化”会导致TGF-β1 依赖性的间皮来源的肌成纤维细胞上调α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）并表达Ⅰ型胶原，在细胞外基质（extracellular matrix, ECM）蛋白的积累和修复组织中起收缩作用从而确保有效的伤口愈合或促进纤维化，从而促进PA 的形成[26-33]。术后2 周成纤维细胞的含量增加会出现新生的血管结构及结缔组织和胶原纤维沉积，永久性粘连形成于术后3 周[34-35]。

2 炎症与免疫调节反应在腹腔粘连形成中的作用

腹膜是一个代谢活跃的器官，通过一系列复杂的免疫和炎症级联反应对损伤做出反应。腹膜在受到内源性或外源性损伤作用时间皮细胞和局部腹膜免疫细胞通过分泌各种介质来响应腹膜损伤，机体会动员炎性细胞发生一系列炎症反应。适当的炎症反应会调动机体的免疫系统对损伤因子进行调控从而防止PA 的形成；但过强的炎症反应会募集大量的免疫细胞至损伤部位，从而导致免疫抑制瘫痪，促进PA 的发展[36]。

2.1 中性粒细胞在PA 形成中的作用

炎症细胞早期涌入产生过多的生长因子和细胞因子，在ECM 的形成中发挥重要的调节作用。炎症反应参与术后PA 形成的全过程[37-38]，其随损伤的持续时间和程度而增加，最终决定粘连形成的严重程度[15]。腹部损伤后中性粒细胞在损伤部位迅速聚集，术后约6 h 达到峰值，然而巨噬细胞、T 细胞和B细胞没有在损伤部位积累；术后12 h，中性粒细胞在损伤部位逐渐减少。Uyama 等[39]研究结果发现，盲肠烧灼诱导的PA 模型中迁移至受损浆膜的嗜中性粒细胞可能产生TGF-β1，从而诱导间皮细胞衍生的肌成纤维细胞产生胶原蛋白并促进黏附形成，此外通过施用抗Ly6G 单克隆抗体消融中性粒细胞的小鼠在黏附诱导后表现出降低的黏附表型，从而证实了中性粒细胞在黏附表型发展中的关键作用。

TGF-β1 是一种具有广泛和多样生物活性的多效性生长因子，通过介导肌成纤维细胞的形成和刺激细胞外基质的产生以及免疫细胞的募集在纤维化疾病中起着关键作用[32,40-41]。TGF-β1 激活的复杂信号通路包括经典信号通路和非经典信号通路。在经典途径中，配体结合的TGF-β 受体Ⅱ（TβRII）招募并磷酸化TGF-β 受体Ⅰ（TβRI），然后通过受体激活的R-Smads、Smad2 或Smad3 将信号传至细胞核内。经TGF-β 受体激动剂磷酸化的Smad2/Smad3 会与Smad4 结合，形成一个跨核膜的复合物进入细胞核内。在细胞核中，Smad 复合物与辅激活剂和辅阻遏剂以及其他转录因子一起调节靶基因的表达。Smad2/Smad 3-Smad4 可以进入上皮细胞的细胞核并增加淋巴细胞增强结合因子1（LEF-1）的转录，与β-连环蛋白结合的T 细胞转录因子家族成员抑制上皮标记物（如E-钙黏蛋白）的转录，并促进间充质标记物（如波形蛋白和N-钙黏蛋白）的转录[42]。由非经典信号通路引起的关键的下游事件是丝裂原激活的蛋白激酶（MEK）激活Erk1/2，当Erk1/2 被磷酸化激活时，它进入细胞核并与其他因素一起介导促纤维化基因的转录和细胞周期调节蛋白[43]。Erk1/2的磷酸化与Smad2 连接区域的磷酸化高度相关，表明Erk1/2 在Smad2 连接区域的磷酸化中发挥了重要作用[44]。TGF-β1 通过磷酸化ERK1/2，进而磷酸化成纤维细胞Smad2 和Smad3 的连接处位点进一步传递信号，促进成纤维细胞的生长，胶原蛋白的分泌[45]。TGF-β1/Smad 信号通路与PA 的形成密切相关，Zeng 等[46]研究结果表明，在细胞水平上靶向R-Smad的siRNAs，通过抑制TGF-β 诱导的黏附组织成纤维细胞（ATFs）中过度的细胞外基质合成可预防粘连的形成，由此可以推断在动物水平上进行细胞转染也能成为一种可能的预防术后PA 的方法。

2.2 巨噬细胞在PA 形成中的作用

机体正常生理情况下巨噬细胞、少量脱落的间皮细胞和淋巴细胞构成腹膜免疫的一线细胞[36]。腹膜损伤后24 h 炎性细胞主要是巨噬细胞[1]，巨噬细胞参与炎症和纤维蛋白沉积的发生、发展和消化。巨噬细胞极化是调节炎症反应的重要机制，干扰素-γ（IFN-γ）和脂多糖（LPS）诱导的M1 表型巨噬细胞作为急性和慢性炎症的细胞介质[47-49]，白介素-4（IL-4）和白介素-13（IL-13）诱导的M2 表型巨噬细胞发挥抗炎和促愈合作用，并随着疾病的进展减少纤维化的形成[50-51]。此外，巨噬细胞在手术损伤后过度分泌TGF-β1 也通过激活Smad2/Smad3 信号通路在黏附形成中起重要作用[46]。Iwasaki 等[52]研究结果发现，腹膜损伤后使用干细胞动员剂AMD3100 和低剂量FK-506（AF）的联合作用将内源性骨髓来源干细胞带入腹膜损伤部位，增加腹膜表面损伤部位表达肝细胞生长因子（HGF）的M2 型巨噬细胞的数量，可以促进巨噬细胞M2 极化，促进损伤腹膜表面的愈合，而且有助于避免腹膜瘢痕形成，可以显著降低粘连形成。Zhao 等[53]研究结果表明，活血通腑方（HXTF）可以通过诱导巨噬细胞M2 极化和调节SOCS/JAK2/STAT/PPAR-γ 通路来减少PA 的形成。

2.3 淋巴细胞在PA 形成中的作用

腹膜中的T 淋巴细胞包括帮助调节免疫反应的T 辅助细胞、能够特异性杀伤目的细胞的细胞毒性T 细胞以及下调免疫应答的Treg 细胞等。T 淋巴细胞在协调和调节各种炎症组织疾病的趋化反应中起着关键作用，包括心肌梗死后心肌修复、慢性移植物抗宿主病、实验性自身免疫性脑脊髓炎、炎症性肠病和急性肺损伤[2,54-55]。研究结果表明，T 细胞衍生的细胞因子和趋化因子是控制适当炎症反应的主要因素。免疫反应在PA 形成的早期发挥着重要作用，其比适应性免疫系统对急性炎症反应更早，如Th1 CD4+αβT 细胞对于术后和感染后粘连的形成至关重要。Tzianabos等[56]研究结果表明，手术和感染后粘连形成需要CD4+αβT 细胞，在盲肠磨损后活化的CD4+T 细胞进入腹膜腔协调趋化因子的产生和白细胞的运输然后回到发生粘连的部位，此外，Th1 细胞对转录因子T-bet 呈阳性并产生细胞因子IFN-γ。IFN-γ 是PA 形成的一个诱因，Wang 等[57]研究结果发现，在小鼠盲肠磨损模型中，中和IFN-γ减少了损伤部位炎症细胞的聚集，进一步阻止了白介素-17（IL-17）的黏附促进作用。Chung 等[2]研究结果表明，在啮齿动物盲肠磨损手术模型和实验性腹腔脓毒血症相关的粘连模型中，通过T 细胞耗竭和过继转移实验证明粘连的形成依赖CD4+αβT 细胞，盲肠磨损手术后6 h，腹膜腔内活化的T 细胞明显增多，并在PA 的形成过程中发挥重要的地位。

综上所述，这些细胞类型均有助于黏附形成的发生。这些细胞在促进粘连相关因子和相关信号通路的表达中具有重要作用。目前尚需进一步对这些细胞进行化学和基因特异性标记，然后在诱导黏附后示踪这些细胞，以便进一步研究它们的具体功能和对黏附表型的贡献。

3 结 语

炎症免疫反应是术后PA 形成的重要因素，多种炎症介质和炎症免疫细胞参与了PA 形成的发病机制。因此，为了达到有效地预防术后PA 的目的，进一步探究炎症免疫细胞在支持黏附发展的细胞和体液机制中的特殊作用，需从炎症免疫反应发生的源头进行干预，调节促炎因子和靶向免疫细胞，在腹腔手术后立即给予相关药物进行治疗，减少术后PA 的形成。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突