异丙酚对中性粒细胞过度炎症反应抑制作用范文

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1:中性粒细胞的趋化,黏附

当感染及创伤时,组织局部释放各种因子(TNF-、IL-1、脂多糖等)使中性粒细胞表面的L-选择素内皮表面的E-选择素和P-选择素进行糖基互补识别,可诱导中性粒细胞发生滚动和嵌塞,嵌塞的中性粒细胞与内皮细胞表达的炎症分子(血小板活化因子及IL-8发生作用,使中性粒细胞活化,其表面?2整合素(CD11a&CD11b)表达上调[1]。趋化因子(chemokine)是细胞因子超家族成员中一类具有白细胞趋化作用的小分子蛋白多肽,分为CXC、CC、(和CX3C四类)[2]。在趋化因子(补体C3a,IL-8,LPS和激肽释放酶等)和黏附分子作用下激活的PMN与血管内皮细胞(VEC)黏附并迁人炎症组,趋化因子吸引特定的炎症细胞浸润于炎症部位参与炎症反应,它们使不同的细胞网络之间产生相互作,使中性粒细胞表面整合素及CD64表达上调。在脓毒血症、MODS及缺血再灌注损伤中中性粒细胞的黏附趋化能力有如下改变:黏附分子选择素(CD2L)下调[3.4],?2整合素(CD11b)上调、下调、不变三种改变方式均有,?1整合素(VLA-4/CD49d)上调[5],黏附于上皮细胞的能力增强。中性粒细胞的趋化黏附一方面使中性粒细胞到达炎症部位并激活中性粒细胞及其他炎症细胞发挥后续的抗炎作用,另一方面过度的聚集使的毛细血管微动经脉堵塞,加重组织的缺血缺氧,炎性因子的释放和炎性细胞的过渡活化,产生级联放大反应和恶性循环。

2:中性粒细胞产生的炎性因子及呼吸爆发

炎症反应时由循环因子致敏的中性粒细胞会释放细胞溶解因子,其可损伤血管内皮细胞,增加血管通透性。在激活状态下,中性粒细胞还能产生大量的超氧阴离子和活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),释放蛋白水解酶与氧自由基。这些分子具有很高的反应性,可以与细菌的细胞膜、核酸分子及蛋白质发生氧化还原反应[6],因其过程需要消耗大量的氧而又被称为呼吸爆发。在宿主防御及炎症反应中中性粒细胞的呼吸爆发功能起着重要的作用,该反应起始于吞噬小体表面的NADPH氧化酶的活化,它将02还原成,随后经歧化作用转变成H202。在有CLˉ的情况下,髓过氧化物酶可以催化H202生成HOCI。HOCI是高效的杀菌剂,通过与邻近的巯基、氨基反应发挥其杀伤毒性。呼吸爆发在清除微生物的同时也会对机体正常组织造成损伤,许多疾病的发生均与活性氧的代谢有关[7]。此外,中性粒细胞还是促炎症细胞因子的重要来源,中性粒细胞产生的ROS可上调一些细胞因子及粘附分子如TNF.a、IL-1、ICAM.1的表达水平,放大炎症效应,除直接杀伤病原体外,ROS还可参与细胞信号通路将活化信号由胞浆传递至核内,诱导炎症相关基因的表达,进而上调机体炎症反应,其促炎因子的表达的主要由NFκB调节[8]。

3:中性粒细胞的凋亡

细胞凋亡又称程序性细胞死亡过程.是由基因控制下的细胞的主动死亡。中性粒细胞功能的正常的发挥还有赖于其正常的凋亡。正常PMN在成熟后24h内启动凋亡控制程序,并很快死亡【9】。因此血液中的PMN的半衰期只有6~8h。凋亡的PMN不发生细胞膜的破裂,完整的被吞噬而不释放其毒性细胞内容物,最终被吞噬细胞吞噬而从炎症局灶清除,此外,吞噬细胞一旦吞噬了凋亡的PMN,它们产生趋化因子和细胞因子的能力就大大减弱[10],这样就减少了炎症细胞向炎症局灶的聚集而使炎症得以收敛,从而在炎症反应中可以减少机体组织损伤,促进炎症消散。凋亡被认为是机体清除具有潜在损害活性的PMN有效的生理调节机制,中性粒细胞主要存在两大凋亡途径:外源性死亡受体通路和内源性(线粒体或应激)细胞死亡通路。外源性通路由肿瘤坏死因子(TNF)受体家族的死亡受体激活。这种相互作用导致胞内死亡诱导信号复合物(DISC)的组装,然后这一复合物启动一系列凋亡相关蛋白酶,如激活的caspase作用于另外caspase的前体,使其激活,形成caspase的级联反应。在细胞内caspase作用于DNA修复蛋白和细胞骨架蛋白,从而导致细胞凋亡[11]。两大主要死亡配体TNF—а和Fas配体(FasL)都强有力地加速PMN的凋亡。PMN以自分越和旁分泌的方式表达Fas和FasL,调控自身凋亡,保持数量的稳定[12]。内源性通路涉及与Bcl一2家族蛋白和caspase关联的线粒体。Bcl一2家族蛋白由抗凋亡蛋白或促凋亡蛋白组成,被认为是调节线粒体的完整性,从而间接调节caspase的活动。线粒体可能释放特定蛋白到胞质溶胶中,促进caspase的级联反应。PMN在自发或加速凋亡时,线粒体变形,形成核周团块[13]。而且,与机体其他细胞一样,可见Bax蛋白结合到PMN的线粒体上。Bax蛋白线粒体的融合使线体外膜渗透性增加,从而导致线粒体促凋亡蛋白的释放[14]。

中性粒细胞凋亡的异常引发脓毒血症、SIRS、ARDS、MODS等失控性炎症反应,中性粒细胞的过多过早凋亡使得机体防御病原菌的能力下降,感染不能被控制,引起脓毒血症。PMN凋亡延迟或障碍,意味着其存活时间延长,作用时间的延长,毒性产物或氧自由基生成增多,而吞噬和杀伤能力下降,导致炎症迁延及组织损伤加重[15]。同时PMN分泌大量细胞因子启动级联放大作用造成组织的损伤,使炎症进一步加重[15]。

许多细胞因子如可以促进或抑制中性粒细胞凋亡。白介素(IL)-I、2、6、8、15及干扰素(IFN)一7、粒一巨噬细胞集落刺激因子(GM—CSF)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)等可以抑制PMN的自发性凋亡,其中GM-CSF对PMN自发性凋亡的抑制作用最强【16】脂多糖(LPS)虽然是PMN强有力的凋亡抑制剂,然而PMN吞噬细菌以后其凋亡的进程可以被极大的促进【17】。可溶性免疫复合物可以抑制PMN的凋亡;相反,非可溶性免疫复合物却可以促进PMN的凋亡【18】。花生四烯酸的代谢产物前列腺素E(PGE一2)通过提高细胞内环磷酸腺苷(cAMP)的水平而对PMN的自发性凋亡具有抑制作用【19】。晚期脓毒症患者抗炎细胞因子lL一4及IL一10分泌增加,JL一4及JL一10是Th2淋巴细胞分泌的代表性细胞因子,具有抑制细胞免疫、促进粒细胞凋亡的作用。核转录因子xB(NuclearfactorB,NF—xB)是一种重要的转录因子,参与众多基因信号的调控它的活化可诱导中性粒细胞凋亡延迟而使其生命周期延长,数量增加。当被外界信号刺激活化时NF-к进入细胞核,与特定基因的促进子和增强子上的кB序列结合,从而使中性粒细胞凋亡延迟而使其生命周期得以延长【20.21】

异丙酚对中性粒细胞的作用:

1.抑制中性粒细胞的趋化,黏附聚集

吕湘琪【22】等在异丙酚对肺缺血再灌注大鼠中性粒细胞的影响的研究中显示当肺I/R时,局部内皮细胞和PMN被受损组织中产生的大量炎性介质,如IL-1、TNF.a、IL-8等激活,使CD11b/CD18及ICAM.1表达迅速增加,导致PMN和内皮细胞黏附,随后PMN游出血管外。其中PMNCD18在肺I/R后的表达是明显增强的,而异丙酚组表达则是明显下调,由此可以说明异丙酚可以通过抑制黏附分子的表达而抑制PMN与血管内皮细胞的黏附。Hofauer【23】等研究表明异丙酚能够明显降低自细胞迁移过单层内皮细胞的数量,并且有剂量依赖性。异丙酚除了直接抑制黏附分子的表达外还可以通过抑制促进黏附分子表达的细胞因子来发挥其抑制PMN聚集的作用,如有研究显示异丙酚可减少血液中CDl1b产生,反映了异丙酚可预防或减轻PMP的黏附与浸润,及异丙酚可通过抑制细胞外钙内流或细胞内钙释放以及影响细胞内钙震荡等来抑制血小板的聚集,减少PMN的聚集、黏附等作用【24】

2.抑制炎性因子的释放及呼吸爆发

异丙酚在化学结构上与内源性抗氧化剂维生素E和已知的抗氧化剂丁化羟基甲苯十分相似,均具有一种酚羟基结构,可直接与氧自由基反应形成稳定的2-6-二异丙酚基苯氧集团而清除氧自由基[25]。在主动脉手术时研究发现异丙酚可降低IL-6,减少氧自由基的脂质过氧化反应来减弱炎症反应的同时不改变白细胞的功能[26]。异丙酚减弱中性粒细胞的渗出降低血浆炎性因子的水平和氧自由基的产生,降低髓质过氧化反应和诱生型NO的反应。GILLILAND证实给予异丙酚后能显着增加心脏瓣膜置换术后抗炎性细胞因子的产生,认为异丙酚能减轻手术所致的过度炎性反应的发生[27.],经异丙酚处理后,患者NFкB、bcl-2表达明显降低,提示异丙酚可抑制中性粒细胞NF—aB的活化。由此推测,异丙酚可能通过抑制NFкB、bcl-2的活化而减少炎性介质、氧自由基等的合成[28]。这与前述的中性粒细胞促炎因子的表达由NFкB调节相符。MDA&SOD是反应呼吸爆发的两个主要物质,MDA是氧自由基作用于多聚不饱和脂肪酸的脂质过氧化代谢产物,其含量可反映机体内脂质过氧化的程度,间接的反映出细胞氧化损伤的程度。SOD是体内主要的抗氧化酶,能清除氧自由基,防止细胞膜脂质过氧化。当自由基大量生成时,组织内源性抗氧化酶系统由于参与抗氧化而大量消耗,SOD活性下降。有人发现异丙酚具有很好的抑制氧自由基介导的脂质过氧化的作用。

Mushy[29.30.]等认为异丙酚主要是干扰了脂质过氧化的夺氢过程,形成的酚基进一步与脂质过氧化基反应形成更稳定的无活性产物而中断脂质过氧化的链式反应。Kokita等[31]发现临床麻醉浓度异丙酚即可减轻过氧化氢引起的脂质过氧化,微量血浆浓度异丙酚就可以保护细胞膜,而且在与血浆蛋白结合的状态下仍能发挥其抗氧化作用。另外,异丙酚具有良好的脂溶性,能积聚在细胞膜的脂质双分子膜上,提高细胞抗氧化损伤的能力。也有研究表明,异丙酚具有保护细胞线粒体抵御过氧化脂质侵袭的作用。有报道[24]异丙酚6~8mg/(kg·h)静注或异氟醚吸入,应用脑血管畸形手术各15例,异丙酚麻醉2小时和4小时后可以降低PMN呼吸爆发(RB)。CorcoranTB[32]还研究了在冠状动脉搭桥手术中异丙酚与中性粒细胞氧化反应的时效关系显示:异丙酚在1、3、5分钟时降低冠状窦血浆MDA浓度,在灌注60分钟后更显着,血浆IL-6增加水平异丙酚组明显低于对照组,白细胞功能没有显着变化。异丙酚降低氧自由基介导的脂质过氧化反应。同时,异丙酚不仅抑制了呼吸爆发产生的氧化损伤,而且抑制了其产物MDA等带来的后续的对黏附聚集,凋亡异常的影响

3.异丙酚对中性粒细胞凋亡的影响

异丙酚可抑制创伤、感染等情况下中性粒细胞的凋亡障碍,其主要作用是通过抑制促凋亡因子的产生,作用进而影响中性粒细胞内源性和外源性两条凋亡途径。创伤应激、血细胞破坏、脏器的再灌注损伤等可导致补体激活、TNF-a、IL-8等促炎性细胞因子释放增加,这些因子均可使PMN的NF-кB活化,凋亡减少[33].白细胞介素(IL一6)可抑制中性粒细胞的凋亡,延长中性粒细胞的寿命,而IL-10和异丙酚则可以对抗IL-6的这种作用,最终通过对抗caspase一3的激活来减弱PMN的凋亡延迟[34.35.36]。Tsuchiya[37]等还发现异丙酚还可直接诱导HL-60细胞内caspase一3的激活,促进其凋亡。FanningNF、BifflWl[38]等以其前面提到IL一6可导致中性粒细胞凋亡障碍,而异丙酚明显有对抗IL一6的作用,但IL一6所引起中性粒细胞凋亡障碍的分子机制尚无报道,异丙酚对IL一6作用的对抗作用的机制尚需进一步研究。此外,异丙酚复合麻醉患者可以使PMN凋亡延迟较轻,其机制与PMNBcl-2基因上调程度有关[39]。核转录因子xB(NuclearfactorB,NF—xB)是一种重要的转录因子,参与众多基因信号的调控,因此异丙酚对NF—xB的抑制不仅抑制了中性粒细胞促炎因子的表达,还抑制了其诱导中性粒细胞的凋亡延迟。

4.其他

异丙酚是脂溶性麻醉药物,它们的分子可插入到细胞脂质膜中导致膜膨胀,引起膜结构排列紊乱,降低了离子通道的稳定性,从而干扰细胞的功能。还可能通过抑制细胞间信号转导中PKC(蛋白激酶c)及其后续的途径实现调节[40]..

作为现在比较普及使用的镇静麻醉药,异丙酚除了其麻醉功效外,还因其抗氧化、清除氧自由基的作用而广泛用于有缺血再灌注的手术过程中。异丙酚对器官的保护作用越来越被关注和研究。由于中性粒细胞在炎症反应过程中有很重要的地位,通过大量的对中性粒细胞与异丙酚的相互关系的研究中我们可以发现,异丙酚的器官保护功可能和其对中性粒细胞从黏附聚集,呼吸爆发到最后的凋亡转归等各方面的影响有关。在其相关的作用中以其抗氧化,清除自由基的作用为基础,进一步发挥抑制PMN黏附聚集,促炎作用和凋亡延迟。在其一系列的机制研究中我们可以注意的IL-6、IL-8、IL-10和NFкB、bcl-2、caspase一3在其炎症的发生和中性粒细胞的凋亡延迟中地位比较重要。但其之间的相互关系及基因分子方面的机制还需进一步明确。此外,如何在临床中恰当的使用异丙酚来调节中性粒细胞的作用,使其即发挥抗炎作用又不发生过度炎症反应造成组织损伤。随着异丙酚与中性粒细胞关系的明确,相信异丙酚将在更广泛的治疗领域发挥作用,不仅主要用于麻醉,还应用于ICU及各种脓毒症、MODS等严重疾病的治疗。