中性粒細胞在炎癥反應中的作用及機制

李海鵬(綜述)，姚建華，孫天勝(審校)

(北京軍區(qū)總醫(yī)院骨科，北京 100700)

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中性粒細胞在炎癥反應中的作用及機制

李海鵬(綜述)，姚建華，孫天勝※(審校)

(北京軍區(qū)總醫(yī)院骨科，北京 100700)

摘要：炎癥反應是臨床常見的一個病理過程，是機體對于刺激的一種防御性反應。根據(jù)炎癥的發(fā)生是否與細菌感染有關可分為感染性炎癥和無菌性炎癥兩大類。無論在感染性炎癥還是在無菌性炎癥，炎癥反應的一個重要特征都是中性粒細胞的遷徙和聚集。中性粒細胞作為炎癥反應的一線細胞，在感染性炎癥中對于抵御入侵的病原體非常重要，而在無菌性炎癥中對于組織和傷口的修復愈合同樣重要，是炎癥反應的核心因素，其功能對于人體生命至關重要。

關鍵詞：炎癥反應；中性粒細胞；作用機制

炎癥反應是一個復雜的過程，涉及到諸多細胞和非細胞成分之間的相互作用[1-3]。中性粒細胞作為一種吞噬細胞，無論在感染性炎癥還是在無菌性炎癥的免疫調節(jié)方面均起重要作用[4-7]。研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞功能不全是導致患者發(fā)生感染性炎癥的重要原因，中性粒細胞功能缺失的程度和患者病死率之間存在相關性[8]。在無菌性炎癥中，組織損傷導致過度中性粒細胞激活進而致中性粒細胞不適當?shù)酿じ胶蛪勖娱L，如此惡性循環(huán)將導致炎癥反應加重[6]。中性粒細胞在炎癥反應中的作用涉及到中性粒細胞的激活、遷徙和對病原體及損傷組織的清除，現(xiàn)就此予以綜述。

1中性粒細胞的激活

正常情況下，中性粒細胞處于未激活狀態(tài)，在外周血循環(huán)中進行隨意沒有方向性的緩慢移動，半衰期僅6~7 h[7]。一旦機體受到刺激發(fā)生炎癥反應，將激活中性粒細胞，使其快速從中性粒細胞存儲池中釋放；同時，促使骨髓中中性粒細胞的形成，外周循環(huán)中被激活的中性粒細胞將向損傷部位進行趨向性移動[6-7]。中性粒細胞的激活可通過不同因素誘發(fā)，其中病原體所釋放的病原體相關分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs)和組織損傷所釋放的損傷相關分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)是激活中性粒細胞的主要因素[4,9]。中性粒細胞表達大量模式識別受體(包括Toll樣受體家族中除該受體3以外的所有受體)，這些受體可識別病原體本身產(chǎn)生的病原體相關分子模式(包括類脂、抗生物肽)而激活中性粒細胞[10]。甲酰肽受體是中性粒細胞另外一種典型的受體，其是一種7個跨膜的G偶聯(lián)蛋白受體，具有識別廣泛配體的能力[4]。細菌所合成的甲酰肽就是通過甲酰肽1受體誘發(fā)中性粒細胞的趨化作用和功能的激活；線粒體作為一種結構獨特的細胞器，可追溯到細菌的祖先，保留細菌學的特性，研究顯示線粒體DNA也可編碼甲酰肽[11]。Zhang等[12]認為，線粒體是一種特殊的DAMPs分子，組織損傷后將釋放線粒體DNA及線粒體碎片，這些線粒體DAMPs直接誘發(fā)內源性的免疫反應。組織損傷后釋放的線粒體DAMPs可以通過多種途徑模擬一些小分子作用激活中性粒細胞，改變中性粒細胞對趨化因子的作用，導致其遷移到組織損傷的部位[11]。組織損傷還可釋放其他的DAMPs(包括熱激蛋白、膜聯(lián)蛋白、防衛(wèi)素、S100蛋白和高遷移率族蛋白1)，通過中性粒細胞表面的一些其他受體激活中性粒細胞[13]。

細胞因子和趨化因子也是激活中性粒細胞的重要因素,趨化因子在調節(jié)中性粒細胞激活方面在過去的十年得到了很多的關注[4,9]。組織細胞和微生物產(chǎn)生的趨化劑對嗜中性粒細胞的趨化作用在機體對抗病原體感染的過程中發(fā)揮重要作用[14]。Beck-Schimmer等[2]在肺部損傷模型中發(fā)現(xiàn)，肺泡巨噬細胞消耗后出現(xiàn)了中性粒細胞數(shù)量的增加，并證實中性粒細胞的招募是腫瘤壞死因子α介導的；由此認為，腫瘤壞死因子α是炎癥反應過程中出現(xiàn)最早、最重要的炎性介質，能激活中性粒細胞和淋巴細胞，使血管內皮細胞通透性增加，調節(jié)其他組織代謝活性并促使其他細胞因子的合成和釋放。Reiker?s[15]認為，白細胞介素(interleukin，IL)6雖然不會直接激活中性粒細胞，但是會調節(jié)淋巴細胞的生長和分化，從而激活自然殺傷細胞和中性粒細胞；在創(chuàng)傷中，炎癥反應的強度和IL-6水平間存在關聯(lián)性，可作為預后判斷的有效指標之一。IL-8作為中性粒細胞最重要的趨化因子，在炎癥反應中可由多種細胞產(chǎn)生(包括單核細胞、巨噬細胞),產(chǎn)生的IL-8能激活中性粒細胞、T淋巴細胞和嗜酸粒細胞，啟動并增強中性粒細胞的功能，從而助長宿主的抵抗能力，促進中性粒細胞脫顆粒，釋放彈性蛋白酶，損傷內皮細胞[16-17]。Sears等[18]在肺組織損傷模型中發(fā)現(xiàn)，IL-8水平上升及中性粒細胞侵入肺組織與支氣管灌洗液中中性粒細胞的數(shù)量有關,提示IL-8是涉及中性粒細胞招募和中性粒細胞依賴的肺損傷主要調節(jié)因子。CXC型趨化因子是中性粒細胞另外一類最重要的趨化因子，Hoth等[19]在肺損傷模型中報道，肺部挫傷后CXCL1的水平升高，提示CXCL1、CXCL2/3和CXCR2參與了將中性粒細胞激活并招募到肺部導致炎癥反應的發(fā)生；而CXCL1和CXCL2/3 是小鼠中最主要的CXC趨化因子，被證實與人類IL-8具有同源性。

2中性粒細胞的遷徙

激活的中性粒細胞遷徙到機體受刺激部位對于炎癥反應來說是最重要的，這是一個多階段復雜的過程；在細胞移動中的一個重要事件就是中性粒細胞的趨化作用，這個趨化作用涉及到兩個獨立而又相關聯(lián)的過程，即流動性和方向性；這兩個過程均是由細胞外的趨化刺激因素所調節(jié)的，被認為是依賴于細胞因子(如IL-1β、腫瘤壞死因子α)表達的早期反應及趨化因子的產(chǎn)生(如補體5a和白三稀B4)[9,17-19]。中性粒細胞的遷徙過程涉及到滾動、激活和黏附，這些均發(fā)生在跨內皮細胞移動前，是由表達在中性粒細胞上的受體與表達在血管內皮上的配體相互作用的結果[5,17]。中性粒細胞在發(fā)生黏附之前首先通過中性粒細胞的L選擇素和內皮細胞P選擇素和E選擇素進行持續(xù)片刻的相互作用，這一短暫的過程被命名為滾動[20]。隨著中性粒細胞的激活，L選擇素迅速發(fā)生形變，而血管壁的表面由于炎性介質(如細菌脂多糖和細胞因子IL-1β和腫瘤壞死因子α)的影響將出現(xiàn)E選擇素，中性粒細胞在沿著毛細血管后微靜脈血管壁滾動的過程中將不斷搜尋結締組織、黏膜、骨骼、肌肉和淋巴器官所釋放的趨化因素情況，以便使中性粒細胞表面L選擇素與血管內皮表面的整合素進行接觸[17,19-21]。然后，中性粒細胞在內皮細胞表面的滾動被更加確切的黏附機制所替代，由內皮細胞的細胞間黏附分子1和中性粒細胞的整合素所調節(jié)[21]。在這個過程之后，在中性粒細胞表達的β2整合素和血管內皮細胞免疫球蛋白超家族細胞內黏附受體相互作用，中性粒細胞通過此作用而停留在上皮細胞表面，確切的黏附得以實現(xiàn)；細胞間黏附分子1除了在中性粒細胞的黏附方面起重要作用外，還涉及中性粒細胞從內皮細胞跨越進入間質以及從上皮細胞進入肺泡中,而跨越上皮細胞被認為是誘導炎癥反應的關鍵步驟[19]。盡管如此，中性粒細胞如何跨越內皮細胞，進入炎癥組織間質中的機制仍然不完全清楚[9]。在這一過程中一個重要的病理生理階段就是中性粒細胞黏附至毛細血管內皮細胞后溢出血管外,然后刺激釋放氧自由基和蛋白酶，導致血管壁損傷，致血管通透性增加，出現(xiàn)間質水腫[21]。

3中性粒細胞作用方式

3.1吞噬作用炎癥反應中處于第一梯隊的中性粒細胞一旦到達炎性刺激區(qū)，與產(chǎn)生趨化因子的異物接觸后其周圍胞質將隆起形成偽足，將入侵刺激物包圍在局部；中性粒細胞黏附到特殊細胞表面的受體，這些受體連接著敏感性G蛋白，可導致細胞內鈣離子移動、細胞遷徙、胞吐作用和生物活性類脂或活性氧的產(chǎn)生；由于中性粒細胞內含有大量溶酶體酶，中性粒細胞可以開始快速非特異性的吞噬反應，將吞噬入細胞內的細菌和組織碎片分解；被包埋的微生物將遭受到諸多細胞內毒性分子(如超氧化物、羥自由基、次氯酸、氮酸、抗菌陽離子蛋白、多肽和溶菌酶)的作用，這種吞噬過程對于清除入侵的微生物非常重要，可以防止病原微生物在體內擴散[4,6]。

3.2脫顆粒作用除了吞噬作用，中性粒細胞聚集至相應的組織部位獲得激活后，還將導致中性粒細胞數(shù)量增加和外形改變,產(chǎn)生脫顆粒效應,引起“細胞呼吸爆發(fā)”, 釋放超氧化物和溶酶體酶,進而清除入侵的病原體[8]。研究表明,N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine(fMLF)能刺激吞噬性中性粒細胞白發(fā)生一系列生理變化,如細胞形狀改變、趨向性移動、黏附至血管壁、噬菌、釋放超氧陰離子和脫顆粒反應[6]。另有證據(jù)顯示,fMLF可激活核轉錄因子核因子κB,促使中性粒細胞分泌炎性因子,這些都是機體在抵御病原微生物入侵時的特征性反應；在積極對抗感染的同時,中性粒細胞亦產(chǎn)生大量超氧陰離子和蛋白水解酶會損傷到周圍的正常組織[14]。

3.3中性粒細胞誘捕網(wǎng)作用最近中性粒細胞作用的第3條途徑被發(fā)現(xiàn)，即通過釋放中性粒細胞誘捕網(wǎng)殺滅致病微生物[22]。中性粒細胞誘捕網(wǎng)最早在2004年由Brinkmann所發(fā)現(xiàn)，其采用IL-8、佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯或脂多糖刺激中性粒細胞，通過電子顯微鏡和免疫熒光雙重可視化觀察發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞可形成既往沒有報道過的網(wǎng)狀結構，于是將這種網(wǎng)狀結構命名為中性粒細胞誘捕網(wǎng)[23]。通過對中性粒細胞誘捕網(wǎng)的結構分析發(fā)現(xiàn)，這種網(wǎng)狀結構是由中性粒細胞核內組分釋放到胞外空間形成的, 其結構非常復雜，是由超過30種不同的中性粒細胞蛋白質組成的濃縮染色質網(wǎng)狀結構；主要成份包括解聚的染色體、網(wǎng)狀結構和鑲嵌的顆粒蛋白，具有誘捕入侵的微生物的能力，可以捕捉、中和并殺死多種微生物；這些大的胞外結構同時提供了一個物理屏障，以防止微生物傳播和增加抗菌效應的局部濃度，中性粒細胞誘捕網(wǎng)這一新穎的結構和功能,越來越引起人們的關注[22,24-25]。

4小結

炎癥反應是一個復雜的過程，中性粒細胞是炎癥反應中研究最為廣泛的細胞，又是功能最為復雜的細胞。在整個炎癥反應過程中，中性粒細胞的作用涉及到中性粒細胞的激活、遷徙及對病原體和損傷組織的清除。中性粒細胞通過表面模式識別受體與相關分子模式作用而得到激活，然后其受體與表達在血管內皮上的配體相互作用進行遷徙，最終通過吞噬作用和脫顆粒作用對病原體及損傷組織進行清除。最新研究顯示，中性粒細胞誘捕網(wǎng)在此過程中也起重要作用?？傊行粤＜毎谘装Y反應的作用細節(jié)及復雜的相互關系仍是需要進一步研究的課題。

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The Role and Mechanism of Neutrophils in Inflammation ResponseLIHai-peng,YAOJian-hua,SUNTian-sheng.(DepartmentofOrthopedics，BeijingArmyGeneralHospital，Beijing100700，China)

Abstract:Inflammation is a common clinical pathological process,is a defensive reaction of the body to stimulation. According to inflammation with or without bacterial infection,inflammation can be divided into two categories,infectious and aseptic inflammation.Neutrophil migration and aggregation is an important feature of inflammation.Neutrophil is the first line in the inflammatory reaction.In the infectious inflammation,it is very important against invading pathogens,and in aseptic inflammation it is important for wound healing and tissue repair,which is essential factor of inflammation,playing a vital role for human life.

Key words:Inflammatory response； Neutrophil； Mechanism

收稿日期：2014-06-17修回日期：2014-09-18編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.015

中圖分類號:R364.5

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)09-1576-03