胸外伤合并肺损伤的免疫变化研究进展

何存裕 伍火志

遵义医科大学第五附属(珠海)医院心胸外科，广东省珠海市 519041

胸外伤(Chest trauma)约占所有创伤的10%，死亡率为10%～60%，随着交通运输业的不断向前发展，胸部创伤的发生也越来越多见。常见的有肋骨骨折、肺挫伤或裂伤、连枷胸、心脏、大血管损伤等形式，会出现胸痛、胸闷、咳嗽、血痰、呼吸困难、发绀等症状，重者危及患者生命[1-2]，这些患者免疫功能往往会处于抑制状态，再加上免疫调节失控，加重肺损伤的程度。本文就胸外伤引起急性肺损伤的免疫学机制、如何减轻肺损伤的肺保护免疫机制(Immune mechanisim)等进展进行综述。

1 急性肺损伤免疫机制

急性肺损伤(Acute lung injury，ALI)和急性呼吸窘迫综合征(Acute respiratory distress syndrome，ARDS)的特点是肺内炎症反应过度，肺泡毛细血管屏障破坏和肺水肿导致气体交换严重受损。肺损伤后的局部和全身炎症反应包括：免疫受体的激活、各种炎症介质的产生以及炎症细胞向损伤肺的聚集等。Hong[3]利用小鼠肺挫伤模型，证明先天性免疫Toll样受体2和4(TLR2和TLR4)介导了肺损伤的炎症反应，其中肺组织中的骨髓源性以及非髓样细胞都以特异性的方式参与了损伤后TLR依赖性炎症反应，与气道上皮细胞的凋亡以及凋亡基因表达的增加有关，这为肺挫伤的免疫治疗提供特异性靶点。Lukas等人[4]通过研究猪严重创伤模型发现单核细胞的吞噬能力与它们的TLR2表达有关。单核细胞作为天然免疫的特异性效应细胞，在炎症反应中起着至关重要的作用，利用其模式识别受体，特别是Toll样受体(TLR)，识别病原体和/或病原体相关分子模式并组织清除。Jiurong Liang等人[5]认为2型肺泡上皮细胞(AEC2s)是成人肺中参与肺修复过程的干细胞，天然免疫受体Toll样受体4(TLR4)和细胞外基质糖胺聚糖透明质酸(HA)在AEC2s上的表达对AEC2的更新、肺损伤的修复和纤维化程度的限制具有重要意义，表面活性蛋白C阳性的AEC2s中TLR4或其合成酶(HA合酶2)等的缺失都会导致更新能力受损、严重纤维化和死亡。

急性肺损伤患者体内大量多形核细胞(PMN)被激活，造成弥漫性肺泡损伤，包括肺泡上皮完整性丧失以及基底膜的脱落，随着肺水肿和富含纤维蛋白膜的增加，肺动脉存在微血栓，导致严重毛细血管和内皮损伤[6]。在细胞成分中，中性粒细胞在介导ALI中起着重要作用。当中性粒细胞作用于感染/炎症部位时，它们发挥各种有益的功能(如吞噬作用、活性氧和一氧化氮的产生以及溶解酶的脱颗粒)，在良好的免疫调节下，这些功能可以清除入侵的病原体。然而，当这些功能失调并指向其他正常宿主组织时，激活的PMN的聚集可能是有害的，最终导致损伤和器官损伤。在ARDS患者的肺组织和支气管肺泡灌洗液中可以观察到早期PMN积聚。活化的PMN的迁移和通过内皮细胞的过程是通过黏附分子调节的[7]。Annette Palmer等人[8]认为钝性胸外伤可增强巨噬细胞的吞噬功能，而另一方面，肺部的高碳酸血症可能会显著促进PMN的清除。

还有一些学说认为，从基因分子学角度看，胸外伤等引起急性肺损伤(即急性呼吸窘迫综合征)，由于高刺激反应导致肺泡腔缩小，氧化应激直接影响机体的免疫功能(Immune function)，导致组织损伤和DNA损伤，患者的肺组织修复需要酶促DNA修复机制的参与，以维持基因组的稳定性，从而有助于细胞的生存和内环境的稳定。这也为基因调节及免疫调节提供理论依据[9]。

补体的作用：Hoth等人[10]通过小鼠实验发现在肺挫伤动物的支气管细胞灌洗液中，C5a的水平在伤后24h内显著升高，并在伤后持续72h，而且C5a的水平与凝血酶原水平呈正相关，证明凝血酶诱导的细胞活化是肺挫伤后细胞活化的主要途径，表明凝血系统和补体系统之间的互相作用会诱导肺挫伤后的免疫启动。

2 急性肺损伤的肺保护(Lung protection)免疫机制

2.1 分子及细胞学 主要介绍一些信号通路、干细胞、蛋白结构等。

2.1.1 PECAM1：急性肺损伤患者中，由于内皮损伤，导致肺泡毛细血管通透性增加，从而形成富含蛋白质的肺水肿。PECAM1是一种跨膜蛋白，属于黏附分子免疫球蛋白超家族，表达于连接相邻的内皮细胞处，在维持并恢复肺毛细血管屏障中非常重要。其通过调节炎症反应、白细胞迁移和血管反应，减轻肺水肿，减少白细胞浸润及改善低氧血症[11]。通过调控PECAM1也为肺损伤的靶向治疗提供一种思路。

2.1.2 Wnt信号通路：Wnt信号通路由一个高度进化保守的分泌糖蛋白家族组成，它触发许多信号通路，这些信号通路控制细胞增殖、分化和迁移等过程。Wnt信号通过基质金属蛋白酶(MMPs)以及其他基因产物如细胞周期蛋白D1(cyclin D1)和血管内皮生长因子(VEGF)刺激肺组织重构。McCauley等人[12]的实验证明Wnt信号是小鼠和人诱导的多能干细胞的有效调节因子，这些祖细胞可以分化为内皮细胞和血管平滑肌细胞。因此，Wnt信号可以被利用，使干细胞作为自我更新的肺上皮细胞和内皮细胞进行增殖。利用Wnt信号通路途径有助于早期肺修复，对肺组织的抑制作用减弱，减缓肺损伤，改善肺功能，促进肺泡上皮细胞表面标志物的表达，其传导功能下降与肺损伤修复受损密切相关。

2.1.3 间充质干细胞(Mesenchymal stem cells，MSC)：MSC作为一种具有多向分化潜能以及自我更新能力的一种干细胞，在肺损伤的修复方面起到了重要的作用。Willis等人[13]通过小鼠实验发现骨髓间充质干细胞所产生的外分泌体(MSC-exos)可以使肺组织细胞重塑，改善肺功能，肺血管重塑减少，肺动脉高压改善，并减轻肺纤维化，减轻肺挫伤。其作用机制与肺巨噬细胞的调节有关。通过对肺mRNA测序发现，MSC-exo治疗对高氧环境下诱导的炎症和免疫反应相关的基因表达具有多效性作用。在体外和体内，MSC-exos调节巨噬细胞表型，抑制促炎状态并增强抗炎状态。Zhonghua Lu等人[14]通过小鼠实验发现MSCs可以通过旁分泌肝细胞生长因子(HGF)诱导树突状细胞(mDCs)分化为调节性树突状细胞(DCregs)，其特征是MHCII、CD86、CD40分子低表达，吞噬功能强，并能抑制T细胞增殖。MSC降低了肺树突状细胞聚集和成熟，减轻了肺病理损伤，减轻了早期肺损伤。而肝细胞因子诱导的mDCs分化为DCregs的机制与Akt通路的激活有关。

2.2 药物对肺保护的免疫机制 主要介绍有糖皮质激素、抗凝剂、中草药制剂以及其他药物等一些研究成果。

2.2.1 抗凝剂：肺泡巨噬细胞在急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的发生、发展中起关键作用，调节肺部炎症反应和凝血级联反应。抗凝剂可能有助于ARDS的治疗。Chimenti等人[15]通过建立LPS诱导的急性肺损伤(ALI)动物模型中进行研究，通过分析肺组织、支气管肺泡灌洗液(BALF)和肺泡巨噬细胞，发现在肺组织中，雾化肝素通过减少促凝(组织因子、凝血酶—抗凝血酶复合物、纤维蛋白降解产物)和促炎症(白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α)途径减弱ALI。在肺泡巨噬细胞中，雾化肝素可降低促凝基因的表达，降低转化生长因子β和核因子κB的作用。肝素雾化吸入可部分通过调节肺泡巨噬细胞，减轻肺部凝血和炎症反应。

2.2.2 糖皮质激素：糖皮质激素对严重肺挫伤患者炎性细胞因子有抑制作用，降低过激的免疫反应，抑制炎症介质如IL-6、TNF-α的产生, 可降低肺挫伤后肺血管的阻力, 改善肺组织的微循环, 减少肺挫伤面积，减轻细胞内水肿和肺间质水肿[16]。Du等人[17]研究通过实验分析表明，同时给予常山酮和地塞米松可显著降低促炎性细胞因子的水平，并增加抗炎细胞因子的水平。此外，通过免疫荧光测定发现，两者通过抑制脂多糖(LPS)诱导的人肺泡上皮细胞和肺组织中P65的磷酸化，有效地降低核因子 -κB的活性，缓解LPS诱导的急性肺损伤，减轻肺纤维化，减轻肺血管周围炎症、肺泡充血和水肿的程度。Mokra等人[18]通过对动物进行布地奈德气道给药，观察实验组和对照组肺组织形态学变化以及肺细胞凋亡情况，同时测定炎症和肺损伤标志物(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、IFNγ、esRAGE、caspase-3)的变化，发现布地奈德可抑制炎症和肺损伤标志物的产生，减轻肺水肿，降低肺湿/干重比，降低肺炎性细胞浸润和上皮细胞凋亡，并降低肺和血液中促炎症标志物的浓度，改善肺功能。

2.2.3 中药制剂：近年来中药制剂对急性肺损伤的肺保护作用越来越受到关注。比如连芩解毒剂是一种中药，临床上常用于抗病毒。有研究证实其对急性肺损伤有改善作用，Guiming Deng等人[19]发现连芩解毒剂对LPS诱导的炎症大鼠具有保护作用，原理是通过阻断肺组织TLR4/NF-κBp65信号的激活，抑制TLR4和NF-κBp65的表达，降低细胞因子TNF-α和IL-6水平，减轻肺损伤。唐松草属科植物是一种药用植物，Rentsen Badamjav等人[20]通过实验发现其可提高LPS诱导肺损伤小鼠的支气管肺泡灌洗液中超氧化物歧化酶(SOD)活性，降低TNF-α、IL-1β及NO的释放，其原理可能与mapks p38-nlrp3/caspase-1信号通路、cox2信号通路、ampk-nrf2/keap信号通路以及细胞凋亡和自噬相关的氧化损伤机制有关。

2.2.4 其他药物：比如一些氧自由基清除剂，可以降低LPS诱导的细胞内白细胞介素-6(IL-6)的产生和环氧合酶-2(COX-2)的表达，明显减轻LPS所致的肺损伤，包括肺组织学异常、多形核白细胞(PMN)浸润和外渗等[21]。还有一些血管舒张剂，如卡维地洛，通过选择性阻滞α-1肾上腺能受体而扩张血管，研究[22]发现其通过降低活化核因子κB(NF-κB)表达，显著降低肺组织中促炎性细胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6、转化生长因子(TGF)-β1和单核细胞趋化蛋白(MCP)-1的水平，降低丙二醛(MDA)、羰基蛋白、髓过氧化物酶(MPO)和一氧化氮(NO)水平，通过抑制炎症和氧化应激双重作用来减轻肺损伤。

3 总结

胸部外伤只是导致急性肺损伤的其中一种形式，肺损伤的免疫学机制复杂，机体内各种细胞因子分泌变化规律受许多因素影响，可能和创伤程度、伤后不同时段、患者年龄、受伤部位等因素有关，故临床上患者得到及时治疗可减轻应激反应的过强表现，减缓病情发展，稳定机体免疫系统[23]。以上一些减轻急性肺损伤有关的免疫学方面研究成果值得我们去思考和总结，对临床治疗有着重大意义，未来相信随着免疫机制研究的深入会有更有效的治疗方法。