急性呼吸窘迫综合征肺气血屏障损伤及治疗的研究进展

周 睿，佘林君，潘 盼，谢 菲

1 河南中医药大学第一附属医院 心血管内科，河南郑州 450000；2 解放军总医院 呼吸与危重症医学科，北京 100091

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是由严重感染、创伤等多种非心源性因素引起的急性弥漫性肺炎症损伤，以肺弥散功能障碍为特征，主要表现为肺血管通透性增加、肺顺应性降低、通气/血流比值失调和急性低氧性呼吸衰竭，氧合指数(PaO2/FiO2)＜300 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)。研究表明近两年随着新冠肺炎疫情的全球大流行，由新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)诱发的重度ARDS是临床上肺炎患者死亡的主要原因之一，死亡率达到30%以上[1]。ARDS发病机制复杂，主要病理生理紊乱包括：1)肺气血屏障功能障碍——病原菌等诱导炎症反应损害肺泡上皮和血管内皮，引发细胞广泛损伤和细胞连接断裂，破坏屏障稳定性和通透性；2)细胞因子风暴[2]；3)凝血纤溶异常与微血栓形成[3-4]；4)肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin-system，RAS)激活[5]。研究表明炎症风暴、微血栓、异常RAS系统和其他因素造成的损伤都是通过直接或间接影响肺气血屏障结构和功能促进ARDS发生发展的，故肺气血屏障结构和功能变化在ARDS进程中占据核心地位，目前已经成为潜在治疗靶点。因此，本文就ARDS进程中肺气血屏障变化和包括中医药在内的针对性治疗做一简要综述，以期为后续相关研究和临床诊疗提供一定的参考。

1 ARDS时肺气血屏障损伤机制

1.1 肺气血屏障的结构 肺气血屏障也称为肺泡毛细血管屏障，由肺表面液体层、肺泡上皮细胞层、上皮基膜、薄层结缔组织、毛细血管基膜和毛细血管内皮细胞层组成，是肺泡与肺毛细血管紧密相连的组织结构，保证气体正常交换并防止肺泡和间质水肿的形成[6]。

1.2 ARDS与肺泡表面活性物质 肺泡表面活性物质(pulmonary surfactant，PS)由90%的饱和磷脂和10%的表面活性蛋白(surface active protein，SP)组成，是构成肺表面液体层的主要成分。其中SP主要包含SP-A、SP-B、SP-C、SP-D四种亚型，并均由Ⅱ型肺泡上皮细胞(alveolar epithelial type Ⅱ cells，AEC Ⅱ)合成分泌，SP-A和SP-D主要参与宿主免疫防御，维持肺泡表面稳态[7]。在COVID-19诱发重度ARDS过程中，2019新型冠状病毒(2019 novel coronavirus，2019-nCoV)通过刺突蛋白(S)结合血管紧张素转换酶2(angiotensin converting enzyme-2，ACE2)受体侵入AEC Ⅱ并诱导其损伤，破坏肺上皮细胞层，促进ARDS发展。此时SP-D可结合病原体糖基化配体，促进巨噬细胞将病毒清除。此外，重组人表面活性蛋白D(recombinant human surface active protein D，rhSP-D)呈钙依赖性结合2019-nCoV的S蛋白形成蛋白桥，驱动病毒聚集形成团簇，提高巨噬细胞清除效率；同时阻断S蛋白与ACE2受体结合域的相互作用而抑制病毒复制、缩短病毒生命周期、减轻炎症反应以抑制ARDS进展[8]。SP-A可抑制肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)分泌和核因子NF-κB活化，抑制肺泡巨噬细胞产生一氧化氮，参与调节氧化反应；研究发现SP-A基因敲除小鼠感染肺炎克雷伯菌的概率更高，存活率降低，此外SP-A2变异体较SP-A1型能更好地促进吞噬细胞清除细菌，减轻肺部炎症反应[9]。另有研究证明，机械通气激活细胞释放的活性氧(reactive oxygen species，ROS)通过典型ERK途径激活AEC中mTOR复合物1(mTORC 1)以限制细胞外ATP的释放，AEC Ⅰ释放ATP结合AEC Ⅱ嘌呤能受体进而刺激相邻AEC Ⅱ释放PS的生理过程受到抑制，导致SP功能障碍，从而降低肺顺应性，破坏肺生理功能，促进ARDS发展[10]。

1.3 ARDS与肺泡上皮细胞 AEC由鳞状AEC Ⅰ和立方体AEC Ⅱ组成，其中AEC Ⅰ主要参与构成气-血屏障的上皮结构，维持气体交换，而AECⅡ主要合成和分泌PS，并作为肺泡干细胞分化为AEC Ⅰ参与肺组织损伤后修复[11]。2019-nCoV以其S蛋白结合ACE2受体和TMPRSS2酶入侵宿主细胞。Zhao等[12]发现人体ACE2主要在AEC Ⅱ中表达，且研究表明AEC Ⅱ能促进人冠状病毒(human coronaviruses，HCoVs)在肺组织中的复制，进一步证明AEC Ⅱ是2019-nCoV的主要靶细胞。病理研究显示2019-nCoV感染AEC后，在胞内大量增殖并激活CD4+T细胞，诱发细胞因子风暴，直接或间接损伤肺泡上皮细胞和肺微循环；且实验发现2019-nCoV会引起细胞紧密连接破坏、上皮细胞大量凋亡、上皮基底完整性破坏[13]，更是从细胞水平上证实病毒对上皮细胞的直接损伤和对肺气血屏障结构的严重损害。脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)通过激活Fas/Fas配体信号通路引发AEC凋亡，并同时过度活化中性粒细胞，释放大量细胞因子以损伤上皮细胞，从而促进小鼠ARDS进程[14]。研究表明脓毒症相关的ARDS与AEC Ⅱ凋亡存在紧密联系。AEC Ⅱ被激活后诱导趋化因子释放，增加损伤部位免疫细胞富集，并通过干扰素β(interferon-β，IFN-β)释放TNF相关凋亡配体引起上皮细胞凋亡[15]；且中性粒细胞迁移时释放过量ROS损伤上皮，破坏细胞间E-cadherin连接，导致肺上皮细胞坏死和剥落，增加上皮通透性[16]。急性肺损伤(acute lung injury，ALI)小鼠模型证实，作为上皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)配体的双调蛋白(amphiregulin，Areg)表达显著上调，通过EGFR途径直接抑制TNF-α诱导的AEC损伤，减轻LPS诱导的肺气血屏障损伤[17]。

1.4 ARDS与肺微血管内皮细胞 目前发现肺微血管内皮细胞可以通过改变血管屏障完整性、诱导血管炎症和介导炎症细胞浸润促进ARDS发生发展[18]。COVID-19诱发ARDS过程中，病毒直接侵袭微血管内皮细胞引发内皮广泛炎症反应，导致内皮细胞溶解和坏死。2019-nCoV结合ACE2受体进入微血管内皮细胞，降低ACE2活性并间接激活激肽释放酶-缓激肽通路；同时活化中性粒细胞产生ROS、诱导炎性细胞聚集，增强内皮细胞收缩，破坏内皮间连接，增加血管通透性[19]。微血管内皮细胞死亡和血管完整性的破坏暴露基膜，激活凝血级联过程；同时微血管内皮细胞释放营养性细胞因子，增加血小板生成，上调组织因子表达，促进血栓生成，介导内皮细胞广泛破坏[20]。Ackermann等[21]发现ARDS患者出现严重微血管内皮损伤、广泛血栓形成和肺气血屏障破坏，证实2019-nCoV在诱发ARDS过程中对内皮细胞的破坏。在脓毒症引发ARDS及器官衰竭过程中，LPS结合TLR4诱导微血管内皮细胞过度活化，降低Yes相关蛋白(yes-associated protein，YAP)水平，抑制其通过K48泛素化促进肿瘤坏死因子受体相关分子6(TNF receptor associated factor 6，TRAF6)降解，减少K63连接泛素化，阻止负反馈调节NF-κB的激活，诱发过度免疫应答而破坏血管内皮和肺泡上皮[22]，扩大肺部炎症反应而加速ARDS进展。血管内皮钙黏蛋白(vessel endothelial cadherin，VE-cadherin)是内皮黏附连接的核心成分，介导内皮连接完整性，其缺失可直接诱导内皮细胞凋亡[23]。研究表明，LPS诱导的脓毒症并发ARDS时，巨噬细胞产生的IL-1β与内皮细胞受体IL-1R1结合，降低可溶性腺苷酸环化酶(soluble adenylate cyclase，SAC)活性，减少微血管内皮细胞中环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMPresponse element binding protein，CREB)的分泌，促使cAMP-CREB-VE-cadherin轴下调，从而降低VE-cadherin表达[24]，促进微血管内皮细胞破坏和凋亡，加重炎症性肺损伤。

1.5 ARDS与肺气血屏障通透性 在病毒感染诱发COVID-19并发ARDS过程中，2019-nCoV上调血管内皮生长因子和细胞黏附因子表达，破坏肺多糖包被，增加屏障通透性[25]；同时病毒对机体固有免疫的破坏使病原菌更易侵袭机体，释放的LPS诱导过氧亚硝酸盐生成，引起Rho A激活并硝化RAC 1抑制其活性，重排细胞骨架，造成屏障通透性增加，从而加剧肺部炎症反应，进一步诱发肺泡弥漫性损伤、血管屏障破坏，促进ARDS发展[26]。另外，病毒侵入机体后激活作为一类鸟苷5'-三磷酸酶(GTPase)的RAP1所介导的信号通路，通过动态重组肌动蛋白细胞骨架增加VE-cadherin介导的内皮细胞连接以增强血管屏障功能，降低屏障通透性，由此减少中性粒细胞扩散，从而抑制ARDS进展[27]。脓毒症小鼠并发ARDS实验中，骨髓激酶(bone marrow X-linked kinase，BMX)负调控蛋白酶激活受体(protease activated receptor 1，PAR1)，通过磷酸化PAR1促进细胞内吞并使凝血酶-PAR1信号失活，屏障通透性因此降低，血管渗漏减少，细胞因子分布局限，从而有效抑制肺部炎症进展至ARDS[28]。在ARDS小鼠模型的研究中，血管内皮细胞高表达受体相互作用蛋白激酶3(receptor-interacting protein kinase 3，RIPK3)促进VE-cadherin分解和肌动蛋白细胞骨架重塑，使得屏障的完整性受损、通透性增加，由此促进肺组织中性粒细胞浸润和内皮功能障碍，加重肺部炎症反应，加速ARDS发展[29]。

2 药物治疗ARDS

2.1 糖皮质激素(glucocorticoid，GC)治疗ARDS

失控的炎症反应是ARDS的核心变化，GC能有效阻断炎症风暴，减少肺上皮和血管内皮细胞结构破坏，减轻临床症状。在治疗ARDS的一项多中心、随机对照试验中，早期静脉注射地塞米松(dexamethasone，DEX)组相比于常规治疗组，28 d内机械通气时间更少、60 d内死亡率更低(21%vs36%)；其中DEX可通过减轻肺部和全身炎症以避免肺气血屏障结构破坏，从而减少中重度ARDS患者的机械通气时间和总死亡率[30]。回顾性观察研究证实，在COVID-19相关ARDS患者的治疗中，GC治疗组患者血清C反应蛋白较对照组明显降低，且住院60 d内生存率要远高于未使用激素组患者[31]；即GC能显著抑制体内炎症反应从而保护肺气血屏障结构和功能，以增加ARDS患者生存率。上述临床试验数据表明GC可以明显抑制包括病毒在内的多种病因引发的严重炎症反应，减少炎症因子对肺气血屏障结构的破坏，进而降低需要呼吸支持的ARDS患者死亡率，为临床治疗ARDS提供了有力证明。

2.2 抗感染治疗ARDS ARDS往往继发于脓毒症甚至感染性休克，因此需要使用抗生素对症治疗。目前临床使用的抗生素有青霉素类、氨基糖苷类、四环素类和大环内酯类等，需根据患者不同病原学情况选择针对性抗生素。最新研究表明大环内酯类抗生素(macrolide antibiotics，MA)除具有抗感染作用外，还可以通过抑制中性粒细胞释放炎性细胞因子[32]、破坏TLRs介导的信号转导从而抑制促炎细胞因子的产生和释放[33]，发挥免疫调节作用，减少AEC的免疫性损伤，有利于ARDS时肺气血屏障的保护。MA治疗脓毒症相关ARDS患者的临床试验中，确诊后ARDS后24 h内接受治疗的患者死亡率降低，机械通气使用时间减少，且60 d内生存率增加[34]。其中，阿奇霉素以其强效免疫调节、杀菌和抗炎作用可明显缩短患者机械通气停止时间并降低ARDS患者90 d内住院死亡率，辅助治疗ARDS疗效显著[35]。此外，对于病毒诱发的ARDS，瑞德西韦作为一种核苷酸类似物的前体药物，可竞争性结合病毒RNA链阻止病毒复制并抑制病毒侵袭AEC Ⅱ，减轻肺泡上皮损伤，抑制肺部炎症反应。其最早用于抗击埃博拉病毒，但近期研究发现瑞德西韦治疗冠状病毒感染也有良好疗效[36]。有关感染2019-nCoV的动物实验发现，瑞德西韦治疗组动物肺叶炎症浸润更少，肺部病毒载量明显降低，临床症状和肺部炎症得到大幅减轻，结果支持瑞德西韦可有效抑制ARDS进程[37]。研究表明MA和瑞德西韦除了可直接抗击病原体感染以减少肺组织结构破坏外，还可通过抑制肺部炎症反应，减轻AEC损伤，保护肺气血屏障结构，对ARDS患者有显著治疗效果。

2.3 免 疫 治 疗ARDS 1)干 扰 素 治 疗ARDS：2019-nCoV感染机体后抑制IFN产生，阻止IFN抗病毒免疫反应，触发炎症和ARDS[38]。体外实验中，药物IFN-λ-1a可以有效抑制2019-nCoV在人气道上皮细胞中的复制并减少病毒滴度；且小鼠适应性2019-nCoV研究模型也支持IFN-λ-1a对ARDS患者的疗效[39]。另外有研究表明IFN-β-1a可上调肺内皮细胞上的分化簇73(CD73)，增加细胞外腺苷浓度以减少血管渗漏，维持内皮屏障功能。在一项随机临床试验中，接受IFN-β-1a静脉注射6 d的中度或重度ARDS患者相比安慰剂治疗组，28 d内死亡率和无呼吸机时间无统计学差异[40]。目前虽然尚未确定IFN-β-1a的临床疗效，但其作为一种实验性干预措施，在延缓ARDS进程中有着显著作用，未来可对其进行进一步前瞻性评估。研究表明IFN可有效抑制病毒对AEC的感染和对血管内皮细胞的破坏，同时还可调节细胞外腺苷浓度以保护肺内皮屏障功能，干预机体ARDS进程，对ARDS患者有一定治疗效果。2)单克隆抗体类药物治疗ARDS：病原体感染机体激活免疫细胞释放IL-6等促炎细胞因子，介导细胞因子风暴诱发全身炎症损害。托珠单抗(tocilizumab)是一类重组人源化IL-6受体单克隆抗体，特异性结合IL-6受体以阻断炎症级联反应，减轻AEC的免疫性损伤，在ARDS患者的治疗中发挥重要作用[41]。治疗21例冠状病毒诱发ARDS患者的疗效观察中，Xu等[42]发现常规治疗基础上加用托珠单抗的患者发热症状在1 d内得到缓解，90.5%患者肺部病灶明显缩小，85%患者外周血淋巴细胞百分率下降，84.2%患者C反应蛋白数值显著降低，肺部炎症得到有效控制，即托珠单抗可减轻肺部炎症，避免肺泡上皮层的炎症性损伤以保护肺气血屏障，进而减缓ARDS进展。更大样本的研究中，使用托珠单抗可有效改善患者临床症状，抑制病情恶化，提高ARDS患者的生存概率[43]。临床证据表明托珠单抗可有效控制肺部及全身炎症性反应，减少AEC免疫性损伤以保护肺气血屏障结构，抑制ARDS发生发展。

2.4 间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSC)治疗ARDS MSC是一类成体干细胞，参与修复受损的AEC Ⅱ和内皮细胞、中断炎症级联反应并促进肺功能恢复。对ARDS患者进行探索性治疗，成功移植MSC的重症患者生存率提高，临床症状在1个月内得到明显改善[44]，其中MSC通过阻断促炎细胞因子破坏AEC Ⅱ从而保护肺气血屏障，改善ARDS患者临床症状。Matthay等[45]对比观察MSC的临床疗效时发现，开始输注MSC 6 h后的MSC组血浆Ang Ⅱ浓度下降程度远大于安慰剂组，患者体内炎症反应明显减轻，死亡率降低。而且MSC通过过表达旁细胞分泌因子抑制ARDS状态下免疫失衡，减少肺结构破坏，保护肺气血屏障以减轻肺损伤[46]，进一步证明MSC治疗ARDS的显著疗效。此外，H7N9流感病毒诱发ARDS的临床研究表明，MSC可修复病毒破坏的AEC Ⅱ和内皮细胞，增强肺气血屏障保护功能；经过MSC移植治疗的患者临床症状明显改善，且死亡率远低于对照组(17.6%vs54.5%)[47]。上述研究结果支持以MSC为基础的免疫治疗可有效应对病原体感染，避免炎症反应破坏肺气血屏障结构和功能，对ARDS患者起到积极的治疗作用。

2.5 中药治疗ARDS 炎症反应和氧化应激反应在ARDS进程中起核心作用。多种中药制剂以其抗炎、抗病毒作用可参与控制炎症反应进展，近年来在抗击非典型肺炎、新冠肺炎疫情和治疗ARDS中得到了广泛研究。中医药治疗特点是整体观和辨证论治，在ARDS的治疗中具有潜在的优势和支持作用。中医学没有明确关于ARDS的记载。《黄帝内经》曰“五疫之至，皆相染易，无问大小，病状相似”，故现代学者将由病毒感染诱发的ARDS归属于“湿毒疫”范畴[48]，而对于其他病因诱发的ARDS，可根据患者气短、高烧等表现将其归属于“喘脱”“暴喘”范围。由麻杏石甘汤等4个经方组合而成的清肺排毒汤是治疗COVID-19的通用方剂，该方剂通过调控与ACE2相关的蛋白和信号通路发挥消除炎症和减轻上皮损伤的作用，有效减缓ARDS发展[49]。张伯礼在宣肺败毒散中加入马鞭草，化瘀利水解毒的同时发挥抗微血栓作用，减少病毒对气血屏障的破坏，抑制肺部炎症进一步扩大[48]。研究发现双黄连口服液可减少病毒损伤肺泡上皮以保护肺气血屏障，进而局限炎症反应，避免ARDS进展；治疗病毒相关性肺炎时，治疗组第7天、第14天肺部炎症病灶密度降低程度都明显高于对照组，且能减少包括ARDS在内的严重不良事件发生率[50]。已被证明对流感有效的连花清瘟胶囊可有效抑制IL-1β、TNF-α表达，并能明显缩短患者发热、咳嗽和疲劳症状恢复时间，减轻炎症反应，安全参与ARDS患者的治疗[51]。研究发现，平肺宁血汤可有效减少IL-1β、IL-6表达，减轻肺部炎症并降低血管通透性，维护肺气血屏障完整性从而显著抑制ARDS发展[52]；另外四逆汤能通过减少肺组织中炎症因子水平影响ACE2表达，进而避免气血屏障结构破坏，降低ARDS患者死亡率[53]。此外，热毒宁注射剂[54]、益气复脉注射液[55]、黄连的活性成分小檗碱[56]和穿心莲内酯磺酸盐[57]等均能明显抑制肺组织炎症反应，对于LPS和颗粒物诱导的ARDS有明确治疗效果。以上研究证据明确指出中药制剂能够阻滞炎症反应，有效减轻肺气血屏障损伤程度，改善临床症状，在ARDS治疗中具有良好应用前景。

3 结语

目前研究已证实肺气血屏障结构和功能的改变在ARDS发生发展中起到一定作用，这为包括糖皮质激素、免疫药物、间充质干细胞和中药制剂等在内的多种中、西医治疗方案应用于临床提供了思路。由于炎症风暴、微血栓、异常RAS系统激活和其他因素所致损伤等各种病理生理紊乱都会影响肺气血屏障的结构和功能，最终加重ARDS进展，因此肺气血屏障的结构和功能变化在ARDS进程中占据核心地位。以肺气血屏障为精准靶向的治疗，未来可能成为ARDS治疗的核心；而肺气血屏障中的肺泡Ⅰ型、Ⅱ型上皮细胞、肺血管内皮细胞和多糖包被等更是可能成为治疗的靶点，为患者的精准化、个体化治疗提供理论基础。此外，现阶段中医药通过直接或间接改善气血屏障功能治疗ARDS的报道越来越多，并在新冠肺炎的预防和诊治过程中发挥了关键作用，未来中医药的治疗和保护机制可为ARDS诊疗提供更多可能，值得我们进一步探索。