腫瘤壞死因子對(duì)體外循環(huán)肺損傷與保護(hù)機(jī)制的研究進(jìn)展

王鵬程 高銘鑫 于 洋

體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass, CPB)是將人體靜脈血經(jīng)人工管道引流體外至人工心肺機(jī)內(nèi)，進(jìn)行氧合和二氧化碳排出，再由血泵輸回體內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)，從而在實(shí)施心臟直視手術(shù)時(shí)，維持全身組織器官血液供應(yīng)，是心臟外科手術(shù)必不可少的生命支持技術(shù)。CPB是一種非生理性循環(huán)，對(duì)機(jī)體組織及器官有不同程度的損傷，肺臟是受到危害最大的靶器官[1]。盡管心臟手術(shù)后患者都會(huì)表現(xiàn)出肺功能不全，但與非體外循環(huán)下實(shí)施手術(shù)患者相比，CPB術(shù)后患者肺損傷程度顯著增加[2-3]。輕者表現(xiàn)為動(dòng)脈氧合不足等亞臨床性損傷，重者可并發(fā)急性呼吸窘迫綜合癥，病死率近50%[4]。而目前對(duì)CPB肺保護(hù)的相關(guān)措施，如肺保護(hù)性通氣、左心減壓等常規(guī)保護(hù)[5]不能解除CPB肺損傷的誘發(fā)因素，從根本上減輕肺實(shí)質(zhì)的損傷；CPB裝置改良[6]及藥物干預(yù)[7]等缺乏肺臟保護(hù)的特異性，臨床療效欠佳，一旦術(shù)后發(fā)生嚴(yán)重肺部并發(fā)癥，臨床醫(yī)生的救治往往顯得力不從心。因此，CPB相關(guān)肺損傷的發(fā)生機(jī)制及其防治是心臟外科亟待解決的臨床問題。

1.體外循環(huán)引起的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡導(dǎo)致肺損傷

CPB引起的系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致術(shù)后肺損傷的首要因素，其主要原因是血液成分與人工CPB管道非生理性界面接觸和缺血再灌注損傷[8]。補(bǔ)體系統(tǒng)激活，腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF-α)、白介素6(interleukin-6, IL-6)等多種炎癥因子釋放，中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞聚集、氧自由基損傷及肺組織水腫等多種因素參與CPB引起的炎癥反應(yīng)。此外，該炎癥反應(yīng)可進(jìn)一步引發(fā)肺組織細(xì)胞凋亡[9-10]，加重肺損傷。Huffmyer等[11]研究表明，在急性肺損傷中，肺臟炎癥反應(yīng)引加重了肺泡II型上皮細(xì)胞和肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡。

2.腫瘤壞死因子在體外循環(huán)引起的細(xì)胞凋亡和炎性肺損傷中發(fā)揮關(guān)鍵作用

TNF-α是由單核細(xì)胞產(chǎn)生的有效力的多肽細(xì)胞因子，其在體液反應(yīng)中有啟動(dòng)和觸發(fā)作用[12]。CPB過程中，TNF-α的升高主要是由于肺源性TNF-α產(chǎn)生增多。目前研究認(rèn)為，TNF-α與細(xì)胞凋亡關(guān)系密切[10,13]，其可通過NF-κB、MAPK等途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外，TNF-α還通過中性粒細(xì)胞依賴性和非中性粒細(xì)胞依賴性機(jī)制導(dǎo)致血管通透性增加，促進(jìn)中性粒細(xì)胞聚集，參與肺缺血再灌注損傷，誘發(fā)IL-6、IL-8等細(xì)胞因子的釋放等。因此，TNF-α在CPB引起的細(xì)胞凋亡和炎性肺損傷中占有中心地位。此外，Yang等[14]發(fā)現(xiàn)，肺動(dòng)脈低溫灌注抗腫瘤壞死因子抗體(tumor necrosis factor-αantibody, TNF-αAb)可顯著減少肺泡上皮細(xì)胞凋亡，但何種信號(hào)通路參與CPB肺損傷尚不清楚。

3.信號(hào)通路絲裂原活化蛋白激酶調(diào)控體外循環(huán)肺損傷

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)廣泛存在于細(xì)胞漿中，是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)傳遞者[15]，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，在炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡中起著至關(guān)重要的作用。MAPK家族的信號(hào)通路主要包括細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2 (extracellular signal regulated protein kinase 1/2, ERK1/2)、p38絲裂原活化蛋白激酶 (p38MAPK)、JNK/SAPK和ERK5/BMK1四條途徑。近年研究發(fā)現(xiàn)，ERK1/2和P38 MAPK信號(hào)通路參與調(diào)控CPB相關(guān)肺損傷，而JNK/SAPK通路參與遲發(fā)性肺損傷[16]，ERK5/BMK1的對(duì)肺臟的作用機(jī)制尚不清楚。因此，ERK和P38 MAPK是本綜述主要討論的信號(hào)通路。

(1)活化的P38 MAPK通路引發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)效應(yīng)，加重CPB肺損傷 P38 MAPK信號(hào)通路主要參與應(yīng)激條件下細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞凋亡過程。缺血再灌注損傷及炎癥反應(yīng)可激活P38 MAPK，在細(xì)胞核內(nèi)通過磷酸化作用進(jìn)一步激活多種炎癥轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)炎癥因子表達(dá)[17]。TNF-α是其主要調(diào)控因子[18]。同時(shí)，P38 MAPK可通過誘導(dǎo)Bax轉(zhuǎn)位、介導(dǎo)Fas/FasL途徑來調(diào)控細(xì)胞凋亡[19-20]。當(dāng)炎癥反應(yīng)激活P38 MAPK途徑，P38 MAPK途徑上調(diào)TNF-α轉(zhuǎn)錄因子，使TNF-α合成和釋放增加，增多的TNF-α與細(xì)胞膜TNF受體結(jié)合，進(jìn)一步激活P38 MAPK，作用于下游底物，從而在肺內(nèi)形成一個(gè)正反饋，逐級(jí)放大炎癥效應(yīng)和細(xì)胞凋亡。

(2)活化的MAPK/ERK通路抑制細(xì)胞凋亡，減輕臟器損傷 細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)是MAPK家族中的一個(gè)亞族，廣泛參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡等多種生理病理過程，作為一個(gè)重要的第二信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路影響細(xì)胞的增殖。Dong等[21]報(bào)道，保護(hù)性給予心臟停跳供體一氧化碳吸入處理，檢測(cè)到激活的ERK，可減輕移植大鼠肺缺血再灌注損傷。Yang等[22]研究表明，缺血預(yù)處理大鼠腸上皮細(xì)胞可活化MAPK/ERK途徑，減輕腸細(xì)胞凋亡，對(duì)腸損傷有保護(hù)作用。這說明活化的MAPK/ERK通路可抑制細(xì)胞凋亡，減輕臟器損傷。

4.經(jīng)氣管或肺動(dòng)脈灌注抗腫瘤壞死因子抗體可以減輕體外循環(huán)肺損傷

新進(jìn)的研究工作已經(jīng)證實(shí)[14,23-25]：①CPB引起的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡導(dǎo)致了肺組織損傷，TNF-α在其中起關(guān)鍵作用；②Fas/FasL和Bax/Bcl-2途徑參與CPB相關(guān)肺組織細(xì)胞凋亡的發(fā)生；③經(jīng)氣管或肺動(dòng)脈灌注TNF-αAb可明顯減輕CBP相關(guān)炎性肺損傷和細(xì)胞凋亡；④發(fā)現(xiàn)經(jīng)肺動(dòng)脈低溫灌注TNF-αAb可從轉(zhuǎn)錄水平降低肺組織TNF-α表達(dá)。因此，可以從機(jī)制入手，利用抗體等拮抗TNF-α的同時(shí)，阻斷或減弱炎癥及凋亡的瀑布效應(yīng)，達(dá)到肺保護(hù)的效果。

5.新近研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子預(yù)處理可發(fā)揮臟器保護(hù)作用[26]

新近研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α不僅在機(jī)體免疫和炎癥反應(yīng)中具有重要作用，而且參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡的調(diào)控，甚至對(duì)組織器官發(fā)揮保護(hù)作用，這可能與其激活不同的受體和細(xì)胞信號(hào)通路有關(guān)。Feng等[27]研究表明，少量TNF-α預(yù)處理可以小鼠肝臟細(xì)胞，可以減輕肝臟細(xì)胞的缺血再灌注損傷。Parody等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在給予小鼠致死劑量D-氨基半乳糖+TNF-α前0.5h，行TNF-α預(yù)處理，可延長(zhǎng)小鼠存活時(shí)間。Roberts等[29]報(bào)道，用TNF-α預(yù)處理肝細(xì)胞，可激活MPAK/ERK通路，使轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡減少50%，提示TNF-α預(yù)處理可抑制細(xì)胞凋亡。以上說明單純少量TNF-α作用于小鼠肝臟細(xì)胞及活體小鼠，不但沒有致壞死作用，反而具有保護(hù)作用。這進(jìn)一步提示TNF-α可能只使無防御能力的細(xì)胞發(fā)生壞死，而TNF-α本身即能激活細(xì)胞的防御機(jī)制，且MAPK/ERK在其中發(fā)揮重要作用。

6.小結(jié)

心臟外科手術(shù)的順利進(jìn)行離不開體外循環(huán)技術(shù)的有力支持，但體外循環(huán)過程中引起炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡導(dǎo)致肺損傷影響著患者的術(shù)后生存率。新近研究表明，CPB引起的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡是導(dǎo)致肺損傷的重要原因，TNF-α在CPB引起肺損傷中發(fā)揮關(guān)鍵作用，而信號(hào)通路MAPK調(diào)控CPB肺損傷：活化的P38 MAPK通路引發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)效應(yīng)，加重CPB肺損傷；活化的MAPK/ERK通路抑制細(xì)胞凋亡，減輕臟器損傷。目前包括體外循環(huán)管路材料的改進(jìn)和肺保護(hù)藥物的應(yīng)用等措施都是在干預(yù)炎癥反應(yīng)下游，總結(jié)以上TNF-α參與體外循環(huán)肺損傷與保護(hù)的機(jī)制，從發(fā)病機(jī)制入手，將治療關(guān)口前移，為體外循環(huán)肺保護(hù)提供新思路，相信可以取得更好的肺保護(hù)效果。