宋 凱，湛立娜，章 靜，余劍波

《膿毒癥和膿毒癥休克的第三次國(guó)際共識(shí)定義》將膿毒癥定義為由宿主對(duì)感染反應(yīng)失調(diào)引起的危及生命的器官功能障礙[1]。肺極易在膿毒癥時(shí)發(fā)生損傷，常導(dǎo)致急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的發(fā)生[2]。膿毒癥相關(guān)急性肺損傷（ALI）/ARDS 進(jìn)展過(guò)程中，細(xì)胞因子可介導(dǎo)大量免疫細(xì)胞聚集、浸潤(rùn)入肺組織，激活多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。炎癥細(xì)胞不斷被激活，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致細(xì)胞因子風(fēng)暴,破壞肺泡-毛細(xì)血管內(nèi)皮屏障結(jié)構(gòu)的完整性，引起中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和彌漫性肺水腫[3-4]。然而，其確切發(fā)病機(jī)制尚不清楚。研究發(fā)現(xiàn)，在引發(fā)ARDS 的病因中，膿毒癥相關(guān)ARDS 患者的死亡率高于其他原因[5]。有學(xué)者認(rèn)為，膿毒癥相關(guān)ARDS 可能存在特異分子通路，并與如創(chuàng)傷、多次輸血等原因激活的分子通路不同。因此，了解導(dǎo)致膿毒癥相關(guān)肺損傷的分子機(jī)制至關(guān)重要。

1 Nrf2 信號(hào)通路

氧化應(yīng)激、免疫、炎癥及自噬在膿毒癥相關(guān)肺損傷的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，NF-E2 p45 相關(guān)因子2（NF-E2 p45-related factor 2, Nrf2）是一種生理上重要的轉(zhuǎn)錄因子[6]，在細(xì)胞中廣泛表達(dá)[7]，是細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子之一，相關(guān)信號(hào)通路與膿毒癥相關(guān)肺損傷緊密相關(guān)[8]。

因Nrf2 可觸發(fā)對(duì)代謝、氧化和炎癥應(yīng)激源的快速反應(yīng)，因此，以Nrf2 為靶標(biāo)對(duì)氧化應(yīng)激和炎癥疾病的研究具有重要意義。通過(guò)對(duì)新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）患者肺活檢的研究顯示，該病毒介導(dǎo)了Nrf2 的抑制，并限制了宿主的抗炎反應(yīng)[9]。Ma 等[10]發(fā)現(xiàn)，5-甲氧基色氨酸可通過(guò)Nrf2/HO-1 信號(hào)通路抑制NLRP3 炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，從而在體內(nèi)外減輕內(nèi)毒素誘導(dǎo)的急性肺損傷。Li 等[11]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可通過(guò)Nrf2/HO-1 信號(hào)通路減輕高爾基體應(yīng)激進(jìn)而減輕內(nèi)毒素性ALI。Nrf2 相關(guān)通路激活后M1 巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的促炎因子如腫瘤壞死因子（TNF）-α、白細(xì)胞介素（IL）-1β 和IL-6 也顯著減少[12]。

有學(xué)者認(rèn)為膿毒癥相關(guān)肺損傷與大量活性氧（ROS）產(chǎn)生密切相關(guān)，Nrf2 依賴(lài)的基因誘導(dǎo)可修復(fù)這種損傷[13]。采用小鼠尾靜脈給予脂多糖（LPS）建立肺損傷模型，Nrf2 缺陷小鼠比野生型小鼠肺部炎癥廣泛，對(duì)ARDS 的易感性顯著增強(qiáng)，與對(duì)照組相比，經(jīng)LPS 處理的Nrf2 缺陷小鼠的炎癥生物標(biāo)志物水平更高[14]。采用膿毒癥兔模型的研究表明，Nrf2 介導(dǎo)和蘿卜硫素誘導(dǎo)的機(jī)制對(duì)急性氧化性肺損傷具有保護(hù)作用，Nrf2 缺乏可增加ARDS 氧化性肺損傷的易感性，而Nrf2 激活劑可預(yù)防ARDS 相關(guān)氧化性損傷的發(fā)生[15-16]。此外，一些類(lèi)似Nrf2 激活劑，也被證明可以改善膿毒癥肺損傷，如Song 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，右美托咪定可通過(guò)激活Nrf2/HO-1 信號(hào)通路調(diào)節(jié)線粒體動(dòng)力學(xué)，從而減輕內(nèi)毒素性肺損傷。

2 PI3Ks 信號(hào)通路

磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3Ks） 是一種異二聚酶[18]，激活狀態(tài)的PI3Ks 影響炎癥反應(yīng)中的關(guān)鍵事件，如細(xì)胞周期、分化、衰老和代謝等多種生物學(xué)過(guò)程[19]。在膿毒癥相關(guān)ALI 的肺纖維化中，從炎癥反應(yīng)開(kāi)始至疾病發(fā)展的多個(gè)階段，多種介質(zhì)通過(guò)激活PI3K 通路引發(fā)致病性肺重塑[20-21]。

膿毒癥相關(guān)肺損傷發(fā)病的一個(gè)重要病理變化是上皮/內(nèi)皮屏障完整性受損。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）可介導(dǎo)肺泡內(nèi)皮細(xì)胞的血管通透性，通過(guò)藥物抑制PI3K 可抵消這一影響[22]。PI3Kγ 的缺失可降低離體血管中AngII 的反應(yīng)，并使在體血管免受AngII 誘導(dǎo)的損傷[23]。膿毒癥相關(guān)肺損傷另一個(gè)重要的病理變化是肺泡內(nèi)纖維化和彌漫性肺泡損傷（DAD）。在COVID-19重癥患者中，ARDS 伴有不受控制的成纖維細(xì)胞增殖，并激活PI3K/AKT/mTOR 通路，該通路是細(xì)胞增殖的關(guān)鍵調(diào)控因子[24-25]。因此，肺成纖維細(xì)胞增殖、分化和細(xì)胞外基質(zhì)生成的關(guān)鍵啟動(dòng)子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β)信號(hào)可以通過(guò)抑制PI3Ks 進(jìn)行調(diào)節(jié)[25]。研究表明，通過(guò)抑制PI3Ks，特別是PI3Kγ 和PI3Kα，可以調(diào)節(jié)TGF-β 刺激的下游信號(hào)傳導(dǎo)，最終減少膿毒癥相關(guān)肺損傷引發(fā)的肺泡內(nèi)纖維化[26]。另外，余劍波教授團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt 通路可介導(dǎo)血紅素氧合酶-1 （HO-1）調(diào)節(jié)線粒體質(zhì)量控制并最終緩解內(nèi)毒素急性肺損傷[27-29]，但其是否與成纖維細(xì)胞增殖相關(guān)，仍需進(jìn)一步探索。

3 絲裂原活化蛋白激酶通路

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）廣泛存在于真核細(xì)胞中，是細(xì)胞中最重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)之一[30]。既往研究表明，MAPK通路可能在膿毒癥誘導(dǎo)的ALI/ARDS 相關(guān)炎癥過(guò)程中發(fā)揮重要的致病作用[31-33]。

MAPK 磷酸化可誘導(dǎo)核因子-κB (nuclear factor-kappaB，NF-κB)的核轉(zhuǎn)位并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[34]，同時(shí)誘導(dǎo)黏附因子的表達(dá)，刺激炎性因子產(chǎn)生，進(jìn)而啟動(dòng)和放大感染過(guò)程中微血管內(nèi)皮的炎癥反應(yīng)[35]。Hsieh 等[36]發(fā)現(xiàn)p38/MAPK 信號(hào)通路是介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)的重要系統(tǒng)，參與細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡。激活的p38/MAPK 可以通過(guò)增加體內(nèi)中性粒細(xì)胞的募集和趨化以及調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的免疫反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)肺組織的炎癥反應(yīng)[37]。Dong 等[38]發(fā)現(xiàn)，一氧化碳可經(jīng)p38/MAPK 信號(hào)通路調(diào)節(jié)線粒體融合蛋白，從而減輕脂多糖誘導(dǎo)的肺損傷。此外，p38/MAPK 通路的激活可以與ERK、JNK 和NF-κB 信號(hào)通路產(chǎn)生正反饋，并級(jí)聯(lián)放大炎癥反應(yīng)[39]。

通過(guò)阻斷MAPK 信號(hào)通路，可以有效降低肺組織的炎癥反應(yīng)，有效保護(hù)肺泡上皮細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞[40]。Wang 等[41]報(bào)道Maresin1 通過(guò)抑制MAPK/NF-κB 信號(hào)通路的激活改善膿毒癥相關(guān)的肺損傷。Chen 等[42]報(bào)道四逆湯通過(guò)調(diào)節(jié)ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸，抑制MAPK 信號(hào)通路改善膿毒癥引起的急性肺損傷。Chen 等[43]研究證明牛磺酸可減輕膿毒癥引起的肺損傷，其機(jī)制與抑制p38/MAPK 信號(hào)通路抑制炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激有關(guān)。

4 JAK2/STAT3 通路

酪氨酸激酶2/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（janus kinase-signal transducer and activitor of transcription, JAK2/STAT3）通路廣泛參與免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖和凋亡等多種生物學(xué)過(guò)程，是多種細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的常見(jiàn)通路[44-45]。在膿毒癥相關(guān)肺損傷過(guò)程中，JAK2/STAT3 通路參與肺組織損傷修復(fù)[46]。

既往研究表明，JAK2/STAT3 信號(hào)通路可被一系列細(xì)胞因子激活，包括TNF-α、IL-1β、IL-6 等[47]。IL-6 是細(xì)胞因子風(fēng)暴的核心和重要標(biāo)志物，它的分泌引發(fā)了一系列放大的炎癥反應(yīng)。多項(xiàng)研究表明，IL-6 通過(guò)JAK/STAT 途徑與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，激活JAK，磷酸化其下游的STAT3，從而啟動(dòng)STAT3 靶基因的轉(zhuǎn)錄[48-49]。在膿毒癥相關(guān)肺損傷的小鼠模型中，機(jī)體可能通過(guò)IL-6 激活STAT3 通路，促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)展[50]。

在LPS 誘導(dǎo)的內(nèi)毒素血癥ALI 模型中，STAT3的激活有助于肺保護(hù)[51-52]。有研究指出，STAT3 抑制劑可增強(qiáng)NF-κB 的活化，最終逆轉(zhuǎn)右美托咪定對(duì)肺的保護(hù)作用，表明STAT3 激活參與DEX 對(duì)膿毒性ALI 的保護(hù)機(jī)制[53]。宮麗榮等[54]研究發(fā)現(xiàn)，電針刺可通過(guò)α7nAChR 激活JAK2/STAT3 信號(hào)通路減輕大鼠內(nèi)毒素性急性肺損傷。然而，也有研究證明，抑制STAT3 通路對(duì)肺損傷具有保護(hù)作用。例如，烏司他丁抑制JAK/STAT3 通路與降低炎癥介質(zhì)水平相關(guān)，從而減少大鼠敗血癥期間的肺組織壞死和腫脹[55]。因此，JAK2/STAT3 通路對(duì)膿毒癥誘導(dǎo)的ALI/ARDS進(jìn)展可能具有雙重調(diào)節(jié)作用。

5 mTOR 途徑

哺乳動(dòng)物類(lèi)雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一種廣泛表達(dá)的細(xì)胞內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過(guò)調(diào)節(jié)許多細(xì)胞過(guò)程發(fā)揮重要作用，如細(xì)胞增殖、翻譯、轉(zhuǎn)錄和自噬[56]。

研究表明，mTOR 通路對(duì)膿毒癥相關(guān)ALI 調(diào)控具有兩面性。自噬是一個(gè)重要的細(xì)胞內(nèi)過(guò)程，其在膿毒癥相關(guān)ALI 中的作用存在爭(zhēng)議，通過(guò)mTOR 通路上下游調(diào)節(jié)因子既可以抑制自噬，也可以激活自噬，從而表現(xiàn)出不同的生理作用。有學(xué)者認(rèn)為mTOR通路可以抑制自噬、減少促炎細(xì)胞浸潤(rùn)，對(duì)ALI 發(fā)揮保護(hù)作用[57-58]。研究表明，鐵死亡可以通過(guò)阻斷mTOR 信號(hào)和自噬來(lái)減弱膿毒癥引起的ALI[59]。近期在對(duì)大鼠的膿毒癥模型(CLP)研究中發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt/mTOR 途徑激活后可顯著減少炎癥因子釋放、抑制細(xì)胞造成的自噬損傷和細(xì)胞凋亡，從而減輕肺水腫，提高存活率[60-61]。與之相反，也有學(xué)者認(rèn)為mTOR 信號(hào)通路激活可以誘發(fā)自噬，促使細(xì)胞凋亡以及炎癥因子風(fēng)暴的形成，從而導(dǎo)致肺損傷加重[62-63]。然而， 最近的一項(xiàng)研究表明， 間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell, MSC）外泌體通過(guò)mTOR 信號(hào)通路激活自噬顯著改善內(nèi)毒素誘導(dǎo)的ALI[64]。由此可見(jiàn)，雖然不同研究表明在膿毒癥相關(guān)ALI 中mTOR 通路起到的作用可能相反，但在不同的上下游分子調(diào)節(jié)下，該通路可降低炎癥因子水平。

6 小結(jié)

膿毒癥所致ALI/ARDS 發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，涉及多種細(xì)胞因子和信號(hào)通路，如本文所述，膿毒癥相關(guān)肺損傷有多個(gè)信號(hào)通路被激活。通過(guò)研究信號(hào)通路分析不同蛋白質(zhì)和基因之間的相互作用，以及不同信號(hào)通路之間的關(guān)聯(lián)性，能夠加深研究者對(duì)相關(guān)機(jī)制的理解，對(duì)膿毒癥相關(guān)肺損傷的診斷和治療具有重要意義，也為開(kāi)發(fā)治療膿毒癥引起的ALI/ARDS 相關(guān)研究提供理論依據(jù)和啟發(fā)。