脓毒症患者肺损伤治疗靶点研究进展

任梦涵 秦海东 沈华

脓毒症是由机体对感染的反应失调引起的包括生理、生物和生化异常的临床综合征。其可导致多器官功能障碍和死亡,治疗难度大,致死率高,严重的脓毒症死亡率高达 30.8%～42%[1],严重威胁人类健康。

肺是脓毒症中最脆弱的器官[2],既是脓毒症攻击的靶点,也会引发炎症因子风暴,加重脓毒症,甚至威胁生命[3]。因此在脓毒症的患者中,呼吸系统是极其有潜力的治疗靶点。但目前临床上对于脓毒症肺损伤尚无有效的治疗方法[4]。因此该文对脓毒症患者肺损伤治疗靶点研究进展予以综述,希望对脓毒症肺损伤的治疗提供帮助。

一、基因相关

基因组学表示,脓毒症患者出现炎症反应和免疫抑制等表现后,大多数基因的表达水平发生变化,其中一些基因已被确定为脓毒症患者器官衰竭治疗的潜在靶点。

环状RNAWDR33可通过靶向微RNA ( microRNA,miRNA/miR)-217-5p/ 应激相关内质网蛋白1轴缓解脓毒症相关急性肺损伤中的人肺微血管内皮细胞损伤[5]。敲低环状RNAPalm2可通过miR-450b-5p/ROCK1(Rho Associated Coiled-Coil Containing Protein Kinase 1)轴减轻脂多糖诱发的肺微血管内皮细胞凋亡和炎症,该内源RNA网络可能参与脓毒症肺损伤并有望成为治疗脓毒症肺损伤的有效靶点[6]。环状RNAVMA21通过靶向microRNA-497-5p/CD2相关蛋白轴改善脓毒症大鼠肺损伤[7]。长链非编码RNA(long non-codingRNA, lncRNA) MEG3抑制可通过上调miR-93阻断Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)4/髓样分化因子88/核因子κB(nuclear factor kappa B, NF-κB)通路来抑制脓毒症引起的肺损伤的进展[8]。

二、NF-κB相关

NF-κB是一种重要的转录因子控制基因,与NF-κB抑制蛋白结合后以非活性形式存在于细胞质中,激活可参加细胞内信号级联反应。当脂多糖等物质的刺激使NF-κB抑制蛋白激酶被激活时,NF-κB抑制蛋白可激活和降解,使NF-κB激活并易位至细胞核,促进炎症介质的转录,加重炎症反应[9]。因此NF-κB是一个有吸引力的治疗靶点。

由麻黄、苦杏仁、甘草等草药制作的化湿败毒方可通过下调TLR4/NF-κB通路和上调磷脂酰肌醇-3-激酶( phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K) /蛋白激酶 B ( protein kinase B, PKB /Akt)通路,抑制细胞因子风暴,对脓毒症肺损伤发挥治疗作用[10]。热休克因子1通过上调肿瘤坏死因子受体相关因子3的表达抑制NF-κB信号通路,保护脓毒症引起的急性肺损伤[11]。人间充质基质细胞小细胞外囊泡通过调节氧化应激和NF-κB通路的作用减轻小鼠脓毒症引起的急性肺损伤[12]。硫化氢供体GYY4137 通过抑制血小板衍生生长因子受体β/Akt/NF-κB/NOD 样受体蛋白 3 (NOD-like receptor protein 3, NLRP3)通路减轻脓毒症引起的小鼠急性肺损伤[13]。在巨噬细胞中表达的Ⅱ型跨膜糖蛋白CD38,通过激活含src同源2结构域酪氨酸磷酸酶2和导致布鲁顿酪氨酸蛋白激酶去磷酸化来抑制布鲁顿酪氨酸蛋白激酶激活,从而阻止下游靶标NF-κB和NLRP3的激活,预防脂多糖所致急性肺损伤。表明上调CD38活性和抑制TLR4激活下游的布鲁顿酪氨酸蛋白激酶是预防肺损伤的潜在策略[14]。

三、NLRP3相关

NLRP3炎性体是一种高分子量胞质蛋白复合物,由 NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白 (apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD, ASC )和效应蛋白半胱氨酸蛋白酶-1前体组成,其与过度炎症反应密切相关。在外源性或内源性刺激下,它可以通过 ASC 的 CARDs 结构域募集 ,从而导致半胱氨酸蛋白酶-1前体的切割和激活,随后白介素-1β前体和白介素-18前体被加工成它们的活动形式,引发炎症反应[15]。抑制NLRP3炎性体复合物的激活,可抑制促炎细胞因子的释放,恢复脓毒症患者肺功能。故抑制NLRP3炎症小体信号可成为新型药物靶点。

S100钙结合蛋白A9阻断可部分通过抑制NLRP3通路预防脂多糖诱导的肺损伤[16], 妥珠单抗是白介素-6受体抑制剂,可通过降低S100钙结合蛋白A12/NLRP3轴,改善脓毒症肺损伤[17]。血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1, HO-1)表达增加可通过调节自噬通量的激活,抑制NLRP3炎症小体的水平,减轻肺损伤[18]。4-苯-吲哚衍生物1,2-二醇通过破坏 NLRP3-NIMA相关蛋白激酶7(NIMA-ralated kinase1, NAK7) 相互作用和随后的 NLRP3 炎性体组装和激活来抑制 NLRP3 炎症小体[19]。LBH通过抑制炎症和NLRP3炎性体减轻脓毒症肺损伤小鼠模型的肺损伤[20]。

四、核因子E2相关因子2(nuclear factor-E2-related factor 2, Nrf2)相关

在外源刺激(如氧化和异物应激)下,多效性转录因子Nrf2作为一种重要的氧化还原敏感因子,可从其抑制物Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1, Keap1)中解离,转位到细胞核中,与抗氧化反应元件结合,并驱动抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶的基因表达,如HO-1等[21],激活Nrf2可以降低脂多糖诱导的炎症反应和死亡率,以Nrf2为基础的治疗可以作为一个有吸引力的靶点。

Nrf2通过调节自噬和 NF-κB/过氧化物酶体增殖物激活受体γ介导的巨噬细胞极化,在脓毒症引起的肺损伤和炎症中发挥保护作用[22]。阿齐沙坦通过Nrf2/HO-1信号通路减弱脂多糖诱导的急性肺损伤[23]。骨髓间充质干细胞通过上调 Nrf2/HO-1通路,下调NLRP3发挥对脂多糖诱导的肺损伤的保护作用[24]。5-甲氧基黄酮通过促进Nrf2介导的抑制支气管上皮细胞中的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4/TLR4/NF-κB/p38丝裂原活化蛋白激酶轴和巨噬细胞中的M1极化来减轻脂多糖介导的肺损伤。表明5-甲氧基黄酮可能适用于开发治疗肺损伤的新药[25]。

五、铁死亡相关

铁死亡是一种新的细胞死亡方式,铁平衡稳态受到破坏,引发芬顿反应使细胞内过氧化,引发细胞死亡。与此同时抗氧化系统被激活,可抑制铁死亡。抑制脓毒症期间铁死亡被认为是治疗脓毒症的有效疗法。

脓毒症时肺组织细胞中跨膜糖蛋白Mucin1抑制,使肌动蛋白Keap1表达增加,糖原合成激酶-3β的磷酸化水平降低,抑制Nrf2进入细胞核,谷胱甘肽过氧化物酶4的表达水平下降,导致铁死亡,Mucin1可作为脓毒症肺组织铁死亡的治疗靶点[26]。损伤相关分子模式细胞外冷诱导RNA结合蛋白,可通过降低谷胱甘肽过氧化物酶4和增加脂质活性氧类诱导脓毒症肺内铁死亡[27]。铁死亡脂质过氧化可以促进核转录因子c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK) 的作用,激活铁蛋白自噬。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1是自噬过程中的调控因子,硫化氢通过阻断哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路,减轻脓毒症所致急性肺损伤的铁死亡[28]。

六、焦亡相关

细胞焦亡是细胞程序性死亡的方式之一,可通过炎性小体识别病原体和损伤相关分子模式,促进半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1激活,诱导GSDMD(Gasdermin D)的裂解产生N-末端片段,使成熟的白介素-1β和白介素-18分泌,随后细胞裂解[29]。近年研究发现,细胞焦亡在肺部炎症和损伤中发挥重要的作用,可作为脓毒症肺损伤治疗的关键靶点。

肝素治疗可以通过阻断脂多糖诱导的胱天蛋白酶11激活来抑制肺内皮细胞的焦亡,阻断胱天蛋白酶11依赖的炎症反应[30]。降糖药丁福明通过AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)依赖性途径抑制NLRP3介导的细胞焦亡,上调自噬和Nrf2蛋白水平,减轻脓毒症引起的急性肺损伤[31]。福多司坦通过硫氧还蛋白相互作用蛋白/NLRP3/GSDMD通路抑制细胞焦亡,减轻脓毒症小鼠的急性肺损伤[32]。

七、中性粒细胞相关

中性粒细胞作为抵抗感染的第一道屏障,可通过吞噬、脱颗粒和中性粒细胞胞外陷阱的形成来消灭病原体[33]。研究发现,在肺损伤过程中,中性粒细胞的大量浸润加重肺水肿。因此抑制中性粒细胞损伤可作为治疗脓毒症肺损伤的有效靶点。

耳迷走神经刺激通过抑制中性粒细胞浸润和中性粒细胞胞外陷阱形成来减轻脂多糖诱导的急性肺损伤,因此迷走神经刺激术是治疗各种炎症性疾病的一种有前景的方法[34]。肿瘤坏死因子相关蛋白6通过使细胞外信号调节激酶通路失活抑制中性粒细胞胞外陷阱形成,改善脓毒症肺损伤,肿瘤坏死因子相关蛋白6可能是脓毒症相关肺损伤的潜在靶点[35]。P2Y12 受体抑制剂坎格雷洛抑制肺组织中G蛋白偶联受体17的表达,从而调节肺炎症反应和中性粒细胞募集,并改善脓毒症期间肺损伤, 坎格雷洛可能是脓毒症引起的肺损伤的潜在治疗药物[36]。

脓毒症肺损伤的发生率高,其治疗至关重要。此综述总结了目前在基因、蛋白及细胞方面对脓毒症肺损伤治疗的研究,提示新的治疗靶点与方案。未来有望通过新的靶点研制有效药物,缓解脓毒症急性肺损伤。但新型靶点的研究还处在动物实验阶段,应用于临床还需要进一步提供有效证据。与此同时,各种信号通路虽有自己独特的信号级联,也互相交错,互相影响。如抑制Nrf2通路可以导致NLRP3的激活。因此脓毒症肺损伤的治疗路径错综复杂,仍需进一步研究和探索。