高压氧与炎症关系的研究进展

麻华胆 韦 华

1 右江民族医学院附属医院高压氧治疗室（广西百色 533000）

2 右江民族医学院全科医学院（广西百色 533000）

高压氧以迅速改善组织缺氧为其主要治疗机制，并具有压缩体内气泡、促进体内一氧化碳排出和抗菌、抗肿瘤等多种特殊功能，被广泛用于减压病、厌氧菌感染、有害气体中毒、脑损伤、慢性创面等疾病的治疗。炎症以清除异物、限制感染的扩散和促进受损组织的修复为目的，但作为一把双刃剑，也可直接或间接造成组织或细胞损伤。在糖尿病足、溃疡性结肠炎等疾病中，慢性炎症被认为是疾病迁延不愈的主要原因之一，抑制炎症反应有利于改善患者的预后。高压氧对炎症具有重要的调节功能，本文将就高压氧与炎症的关系的进展作综述。

1 高压氧对炎症细胞的影响

1.1 高压氧对中性粒细胞功能的影响

中性粒细胞是炎症反应中最主要的炎症细胞，通过黏附、趋化游走、吞噬、脱颗粒和呼吸爆发等过程，在机体的非特异性免疫中发挥中流砥柱的作用。活性氧（reactive oxygen species，ROS）为高压氧条件下的必然产物，体外研究表明，高压氧导致的ROS富集可诱导中性粒细胞的凋亡，与此同时，巨噬细胞在TNF-α和IL-10的调节下，清除凋亡中性粒细胞的能力增强［1］。整合素是介导中性粒细胞黏附于内皮的受体，高压氧暴露后，中性粒细胞的β2整合素表达下调，并伴随细胞粘附功能的降低，表明高压氧具有拮抗整合素的作用，抑制中性粒细胞的黏附［2］，进一步研究认为，由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）介导的中性粒细胞CD18极化的阻断可能为中性粒细胞黏附受抑制的机制之一［3］。病原微生物感染作为炎症的主要触发因素，高压氧亦可通过其特有的抗菌作用来改善炎症。Schwartz等［4］报道高压氧具有显著的抗金黄色葡萄球菌的作用，同时深入阐明了其抗菌机制，即受高压氧刺激后中性粒细胞呼吸爆发能力增强，激活还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶并增加氧的消耗，导致大量ROS的产生，加速破坏内化的病原体。炎症细胞浸润为缺血再灌注损伤的主要病理改变，Lukiswanto等［5］报道兔后肢缺血再灌注可引发其肝脏形态学损伤，同时可引发中性粒细胞浸润和活性增加，经高压氧干预后中性粒细胞的活性受抑制，缺血再灌注引起的器官功能障碍减轻。此外，在慢性创面组织中，经高压氧干预后可见中性粒细胞和巨噬细胞的细胞密度降低，TNF-α和 IL-1β的表达减少，组织炎症显著改善［6］。值得注意的是，突发性耳聋作为高压氧治疗的Ⅰ类适应证，其发病机制被认为与炎症有关，突发性耳聋患者经高压氧治疗后中性粒细胞/淋巴细胞比值降低，听力改善［7］，表明高压氧对突发性耳聋的有益作用至少部分是通过减少炎症来介导的。可见，高压氧通过不同机制影响中性粒细胞的功能，既可促进中性粒细胞凋亡、抑制细胞活性和整合素的表达，又可增强中性粒细胞的呼吸爆发能力，表明高压氧在不同的病理生理条件下和不同的炎症反应阶段具有不同的调节机制，在控制感染和改善组织损伤中发挥积极的作用。

1.2 高压氧对巨噬细胞功能的影响

巨噬细胞由单核细胞分化而来，主要通过吞噬病原微生物、组织碎片和释放细胞因子参与炎症反应。经高压氧暴露后的巨噬细胞，其吞噬作用明显增强［1］，并向病变组织聚集，通过改善局部组织的炎症而发挥修复损伤的作用［8］。巨噬细胞为炎症因子的主要来源细胞，相关研究表明，暴露于高压氧后，巨噬细胞中细胞因子TNF-α、IL-6 和 IL-10的表达明显降低［9］，有利于改善炎症。在高压氧的抗炎机制中，巨噬细胞功能的改变亦起关键作用，Lima等［10］观察到高压氧可在体外增强亚胺培南对铜绿假单胞菌的杀菌作用，同时监测到受感染的巨噬细胞活性氧产生增多，表明高压氧促进巨噬细胞产生超氧阴离子，并可能通过氧化机制杀死细菌。在炎症反应过程中往往伴随着巨噬细胞的功能极化，M1极化状态下，炎症因子产生增多，吞噬功能增强，而M2极化时则表现出抗炎和促进组织修复的功能。有学者观察到，在脊髓压迫损伤大鼠模型中，高压氧通过将巨噬细胞表型从M1转变为M2来改变炎症环境，进一步促进轴突延伸和神经功能的恢复［11］。类似地，Boersema等［12］报道高压氧可促进Wistar大鼠结直肠吻合口的愈合，与对照组相比，高压氧组吻合口裂开率和粘连程度明显降低，同时，在高压氧组中，术后第3天观察到吻合口CD206+细胞（M2型巨噬细胞）明显增多，表明高压氧在一定程度上通过改变巨噬细胞的极化来影响创口的愈合。显然，高压氧对巨噬细胞的影响是多方面的，通过不同的机制共同调节机体的炎症反应。但高压氧对巨噬细胞生成的影响，在不同的实验中，研究结论不尽一致。在一项关于高压氧对硅胶假体包膜挛缩发生的影响实验中，研究者发现，乳房硅胶假体植入后进行高压氧治疗，假体周围组织成纤维细胞、中性粒细胞和巨噬细胞计数降低，包膜挛缩的发生率亦显著降低［13］。而在急性运动性轴索型神经病兔模型中，经高压氧干预后，神经元肿胀缩小，巨噬细胞数量更多，运动功能优于对照组［14］。可见，在不同的组织细胞、不同的病理生理条件下，巨噬细胞受高压氧刺激后出现不同的反应性变化。

2 高压氧对炎症介质的影响

2.1 高压氧对炎症细胞因子的影响

炎症细胞因子主要由单核巨噬细胞合成分泌，是炎症反应的主要调节分子。根据作用机制不同，分为促炎细胞因子和抗炎细胞因子，前者主要有IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18和TNF-α、IFN-γ，后者以IL-4、IL-13为代表，值得注意的是，IL-6、TNF-α等部分炎症细胞因子兼有促炎和抗炎效应，在不同的情况下发挥截然不同的功能。炎症细胞因子的合成释放与合成细胞的活性状态密切相关，高压氧对炎症细胞因子表达的影响主要是通过调节合成细胞的功能来实现。综合文献报道，几乎一致认为高压氧对促炎细胞因子的表达起负向调节作用，在慢性创面［6］、脓毒症［9］、突发性耳聋［15］等与炎症相关的疾病或病理生理过程中，高压氧干预后可明显减少促炎细胞因子的分泌。相反，高压氧对抗炎细胞因子的表达起正向调节作用，在脊髓损伤大鼠模型中，经高压氧治疗后，观察到在促炎细胞因子TNF-α和IFN-γ水平降低的同时，抗炎细胞因子IL-4和IL-13水平显著升高［11］。可见，高压氧对炎症细胞因子的表达发挥重要的调节作用，借以减轻炎症反应。

2.2 高压氧对趋化因子的影响

趋化因子是机体固有免疫系统中重要的细胞因子，通过与G蛋白偶联受体结合发挥作用。趋化因子的主要作用是趋化炎症细胞迁移，同时具有刺激血管形成，促进细胞成熟等功能。CXC趋化因子配体1（CXC chemokine ligand 1，CXCL1）和CXCL2的氨基酸同源性为90%，同为趋化因子CXC亚家族成员，CXC受体2（CXC receptor 2，CXCR2）为CXCL1的受体，二者相互作用后对中性粒细胞起趋化作用，在神经炎症中扮演重角色。研究指出，在创伤性颅脑损伤大鼠模型的脑组织中，观察到 CXCL1 和CXCR2的表达增加，高压氧治疗下调磷酸化的细胞外调节蛋白激酶（phosphorylated-extracellular regulated protein kinases，p-ERK）、磷酸化的c-Jun氨基末端激酶（phosphorylated-c-Jun N-terminal kinase，p-JNK）、磷酸化的核因子-κB（nuclear factor kappa-B，p-NF-κB）、CXCL1和CXCR2的表达，减少神经细胞凋亡，改善创伤性颅脑损伤大鼠的神经功能，最终缓解继发性损伤，推断高压氧治疗可能通过调节创伤性颅脑损伤后NF-κB/MAPKs（JNK和ERK）-CXCL1炎症通路发挥神经保护作用［16］。趋化因子受体CXCR4是基质细胞衍生因子1（stromal cellderived factor，SDF1）的特异性受体，二者在人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）入侵和肿瘤发生中发挥重要作用。最新研究认为，SDF1-CXCR4 轴参与高压氧治疗介导的脑缺血性损伤大鼠神经元向缺血半影区迁移，促进受损神经网络的重建并恢复运动功能［17］。CC趋化因子配体2（CC chemokine ligand 2，CCL2）为CC趋化因子亚族成员，负责趋化单核细胞、T淋巴细胞和树突状细胞向炎症组织迁移，亦可介导损伤组织的血管形成。糖尿病足溃疡患者经高压氧治疗后，观察到血管生成增加，CXCL8、CCL2的表达上调，进一步研究指出，高压氧治疗促进中性粒细胞趋化因子CXCL8的表达，后者进一步诱导CCL2的释放，CCL2的高表达被认为与血管生成增加有关［18］。

2.3 高压氧对脂类炎症介质的影响

花生四烯酸（arachidonic acid，AA）代谢产物前列腺素（prostaglandin，PG）、血栓烷（thromboxane，TX）、脂氧素、消退素和保护素是重要的脂类炎症介质，在炎症反应中发挥主导作用。环氧酶（cyclooxygenase，COX）是重要的AA代谢相关酶，目前发现有COX-1和COX-2两种同工酶，COX-2为诱生型酶，受炎症刺激后高表达，在炎症反应中的作用最为引人注目。研究证实，高压氧对神经损伤具有重要的保护作用，坐骨神经横断后经高压氧处理的大鼠中检测到caspase-3和COX-2表达减弱，表明高压氧可通过对炎症的调节发挥神经保护作用［19］。蜘蛛唾液含有大量厌氧菌，且其毒液中富含组织溶解毒素，蜘蛛咬伤后极易引起组织坏死，因此，蜘蛛咬伤被列高压氧治疗的Ⅱ类适应证。据报道，在蜘蛛毒液中毒的大鼠模型中，高压氧干预后肺与肾脏的损伤减轻，COX-1和COX-2表达降低，进一步研究认为，高压氧可抑制COX途径，减少PG和TX的合成而减轻组织损伤［20］。慢性炎症与肿瘤的发生、发展密切相关，高压氧改变了肿瘤内部的低氧微环境，从而抑制癌细胞的存活，有研究指出，高压氧可抑制p-NF-κB/COX-2通路，进而抑制结直肠癌的发生［21］。

2.4 高压氧对黏附分子的影响

黏附分子主要由血管内皮细胞和中性粒细胞表达，在炎症反应过程中介导中性粒细胞与内皮细胞的黏附。现已有大量证据表明高压氧对黏附分子起重要的调节作用。研究认为，高压氧改善烧伤创面的愈合与其对细胞间黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）的调节有关，高压氧干预可显著降低ICAM-1 mRNA的表达和ICAM-1血清水平，且高压氧治疗的次数与ICAM-1血清水平密切相关［22］。此外，在经高压氧处理后的人脑内皮细胞，亦观察到 ICAM-1的表达明显减少［23］，进一步揭示了高压氧改善神经炎症的机制。缺血再灌注损伤是器官移植后最为棘手的问题之一，研究指出，在肾移植后肾缺血再灌注损伤的大鼠模型中，高压氧可通过抑制黏附分子ICAM-1，血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）的过表达而对肾脏功能产生保护作用［24］。

3 高压氧与炎症反应的启动

3.1 高压氧对损伤相关模式分子表达的影响

损伤相关模型分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）由坏死的组织细胞或活化的炎症细胞在感染、创作、缺血等病理情况下分泌，被相应受体识别而启动炎症。高迁移率族蛋白1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）由单核巨噬细胞和树突状细胞分泌，是主要的DAMPs。研究发现，HMGB1、Toll样受体（Tolllike receptors，TLRs）和晚期糖基化终产物受体（advanced glycation end product receptor，RAGE）在骨关节炎软骨中高表达，而微RNA（microRNA，miRNA）107表达下调，高压氧显著增强了软骨修复，诱导了miR-107的表达上调，而下调了HMGB1、TLR2、TLR4、RAGE和诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）的mRNA和蛋白表达，同时降低了NF-κB的核转位，下调了丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）的磷酸化，证实高压氧通过上调人骨关节炎软骨细胞中miR-107的表达来抑制 HMGB1/RAGE 信号相关通路［25］。S100蛋白为酸性钙结合蛋白，广泛表达于中枢神经、横纹肌、心脏和肾脏组织，是重要的DAMPs［26］。S100β主要由胶质细胞和施旺细胞分泌，是中枢神经系统损伤特异而又灵敏的标志物。研究指出，创伤性颅脑损伤的患者，经高压氧治疗后意识和认知功能明显改善，S100β的表达低于对照组［27］，提示高压氧对中枢神经系统特异性的DAMPs的表达起抑制作用。S100A9在股骨头坏死患者中高表达，被认为与缺血性损伤有关，通过减少血管生成加速股骨头恶化，经高压氧治疗的股骨头坏死大鼠模型，骨坏死组织病理学明显改善，血清S100A9水平降低［28］，进一步证实高压氧对S100蛋白的表达及其介导的炎症起重要的调节作用。

3.2 高压氧对模式识别受体表达的影响

模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）主要表达于天然免疫细胞表面，在病原体入侵或非感染性损伤时，通过识别病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）或DAMPs，启动下游信号通路，引起炎症反应。在此过程中，PRRs的表达和活性状态对炎症反应的影响较为突出。TLRs是一类定位于细胞膜和内体模上的PRRs，是先天免疫反应的关键组成部分。由酵母聚糖诱导的多器官功能障碍综合征 （multiple organ dysfunction syndrome，MODS）大鼠模型中，观察到TLRs信号通路的激活和多器官功能障碍，高压氧暴露显著减少了肺、肝和肠损伤的发展，同时降低了TLR2和TLR4的表达、NF-κB 激活和细胞因子产生，表明高压氧通过干扰TLRs通路，对全身性炎症引起的组织损伤发挥保护作用［29］。清道夫受体亦为定位质膜上的PRRs，特定情况下，其表达亦受高压氧的调节。据报道，阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）老年小鼠经高压氧治疗后清道夫受体A表达增强，神经炎症得到改善，淀粉样蛋白负荷和Tau磷酸化减轻，并改善了其行为缺陷［30］。NOD样受体（NOD-like receptors，NLRs）是炎症小体的重要组成部分，通过调节IL-1β、IL-18和IL-22的成熟参与炎症反应。研究认为，NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎性小体在脑梗死出血转化中发挥重要作用，高血糖促进大脑中动脉闭塞大鼠模型的出血转化，同时伴随NLRP3的高表达，而高压氧预处理可通过调控ROS/TXNIP/NLRP3通路，减弱出血转化［31］。可见，高压氧治疗对适应证内不同疾病转归的影响是一致的，即均有缓解病情的作用，但在不同病理状态下对不同PRRs表达的影响却不尽一致，高压氧下调了MODS大鼠模型TLRs和脑梗死大鼠模型NLRP3的表达，而促进AD小鼠清道夫受体A的高表达，据此体现高压氧具有精细、复杂的调控炎症反应的功能，以适应不同的病理生理环境，从而改善预后。

3.3 高压氧对炎症信号通路的调节作用

NF-κB为炎症反应下游信号分子，受PRRs活性状态的调节，激活后引起细胞因子和趋化因子的表达。在突发性耳聋患者中，高压氧治疗在改善听力的同时，外周血TLR4、NF-κB和TNF-α的水平降低，表明高压氧可通过抑制TLR4/NF-κB信号诱导的炎症反应来减轻突发性耳聋患者的听力损失［15］。MAPKs信号通路是真核细胞生物体中重要的信息传递链，与炎症密切相关。有学者观察到AD大鼠模型经高压氧治疗后学习和记忆功能障碍得到明显改善，海马组织中p38 MAPK磷酸化率低于对照组［32］，提示p38 MAPK的磷酸化调节在高压氧改善AD大鼠模型神经功能中起关键作用。热休克蛋白32（heat shock protein 32，HSP32）具有抗氧化作用，对神经元起重要保护作用［33］。在脊髓损伤的大鼠模型中，经高压氧处理后ROS、NO、p38 MAPK、核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2）高表达，进一步研究证实，高压氧通过ROS/p38 MAPK/Nrf2通路诱导HSP32的表达，从而发挥神经保护作用［34］。类似地，相关研究认为高压氧治疗可通过调节创伤性颅脑损伤后p38 MAPK-CCL2信号通路来改善神经炎症，进而改善神经和认知功能［35］。

4 高压氧与细胞焦亡

细胞焦亡是最新发现的细胞程序性死亡方式，经典细胞焦亡途径借助NLRP3激活caspase-1，进一步裂解焦亡执行蛋白GSDMD，造成细胞穿孔，同时裂解IL-1β和IL-18的前体，形成成熟的IL-1β和IL-18，引发炎症反应［36］。神经干细胞（neural stem cell，NSC）程序性死亡是脑卒中后神经再生的不利因素之一，Ye等［37］在研究NSC焦亡与神经再生关系的体外实验中发现，氧-糖剥夺（oxygen glucose deprivation，OGD）增加NLRP3的表达以诱导NSC的焦亡，而高压氧治疗逆转了上述改变，并上调长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）-H19的表达。lncRNA-H19作为miR-423-5p的分子海绵，在OGD后靶向NLRP3导致NSC焦亡，证实高压氧通过抑制 lncRNA-H19/miR-423-5p/NLRP3轴减轻NSC的焦亡，改善NSC的增殖和神经元分化。

5 小结与展望

综上所述，高压氧对炎症反应的诸多环节起重要的调节作用。然而，炎症反应的调节机制极其复杂，迄今为止，对高压氧调控炎症反应的具体分子机制的认识仍十分有限。此外，不同的高压氧治疗压力、不同的吸氧时间以及不同的治疗次数是否对炎症反应起不同的调节作用尚不得而知，有待深入研究。相信随着研究的不断深入，高压氧调节炎症反应的机制将会更加明朗，高压氧在临床上的应用前景将更加广阔。