異丙酚對中性粒細胞過度炎癥反應抑制作用范文
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1:中性粒細胞的趨化,黏附
當感染及創(chuàng)傷時,組織局部釋放各種因子(TNF-、IL-1、脂多糖等)使中性粒細胞表面的L-選擇素內皮表面的E-選擇素和P-選擇素進行糖基互補識別,可誘導中性粒細胞發(fā)生滾動和嵌塞,嵌塞的中性粒細胞與內皮細胞表達的炎癥分子(血小板活化因子及IL-8發(fā)生作用,使中性粒細胞活化,其表面?2整合素(CD11a&CD11b)表達上調[1]。趨化因子(chemokine)是細胞因子超家族成員中一類具有白細胞趨化作用的小分子蛋白多肽,分為CXC、CC、(和CX3C四類)[2]。在趨化因子(補體C3a,IL-8,LPS和激肽釋放酶等)和黏附分子作用下激活的PMN與血管內皮細胞(VEC)黏附并遷人炎癥組,趨化因子吸引特定的炎癥細胞浸潤于炎癥部位參與炎癥反應,它們使不同的細胞網絡之間產生相互作,使中性粒細胞表面整合素及CD64表達上調。在膿毒血癥、MODS及缺血再灌注損傷中中性粒細胞的黏附趨化能力有如下改變:黏附分子選擇素(CD2L)下調[3.4],?2整合素(CD11b)上調、下調、不變三種改變方式均有,?1整合素(VLA-4/CD49d)上調[5],黏附于上皮細胞的能力增強。中性粒細胞的趨化黏附一方面使中性粒細胞到達炎癥部位并激活中性粒細胞及其他炎癥細胞發(fā)揮后續(xù)的抗炎作用,另一方面過度的聚集使的毛細血管微動經脈堵塞,加重組織的缺血缺氧,炎性因子的釋放和炎性細胞的過渡活化,產生級聯(lián)放大反應和惡性循環(huán)。
2:中性粒細胞產生的炎性因子及呼吸爆發(fā)
炎癥反應時由循環(huán)因子致敏的中性粒細胞會釋放細胞溶解因子,其可損傷血管內皮細胞,增加血管通透性。在激活狀態(tài)下,中性粒細胞還能產生大量的超氧陰離子和活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),釋放蛋白水解酶與氧自由基。這些分子具有很高的反應性,可以與細菌的細胞膜、核酸分子及蛋白質發(fā)生氧化還原反應[6],因其過程需要消耗大量的氧而又被稱為呼吸爆發(fā)。在宿主防御及炎癥反應中中性粒細胞的呼吸爆發(fā)功能起著重要的作用,該反應起始于吞噬小體表面的NADPH氧化酶的活化,它將02還原成,隨后經歧化作用轉變成H202。在有CLˉ的情況下,髓過氧化物酶可以催化H202生成HOCI。HOCI是高效的殺菌劑,通過與鄰近的巰基、氨基反應發(fā)揮其殺傷毒性。呼吸爆發(fā)在清除微生物的同時也會對機體正常組織造成損傷,許多疾病的發(fā)生均與活性氧的代謝有關[7]。此外,中性粒細胞還是促炎癥細胞因子的重要來源,中性粒細胞產生的ROS可上調一些細胞因子及粘附分子如TNF.a、IL-1、ICAM.1的表達水平,放大炎癥效應,除直接殺傷病原體外,ROS還可參與細胞信號通路將活化信號由胞漿傳遞至核內,誘導炎癥相關基因的表達,進而上調機體炎癥反應,其促炎因子的表達的主要由NFκB調節(jié)[8]。
3:中性粒細胞的凋亡
細胞凋亡又稱程序性細胞死亡過程.是由基因控制下的細胞的主動死亡。中性粒細胞功能的正常的發(fā)揮還有賴于其正常的凋亡。正常PMN在成熟后24h內啟動凋亡控制程序,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不發(fā)生細胞膜的破裂,完整的被吞噬而不釋放其毒性細胞內容物,最終被吞噬細胞吞噬而從炎癥局灶清除,此外,吞噬細胞一旦吞噬了凋亡的PMN,它們產生趨化因子和細胞因子的能力就大大減弱[10],這樣就減少了炎癥細胞向炎癥局灶的聚集而使炎癥得以收斂,從而在炎癥反應中可以減少機體組織損傷,促進炎癥消散。凋亡被認為是機體清除具有潛在損害活性的PMN有效的生理調節(jié)機制,中性粒細胞主要存在兩大凋亡途徑:外源性死亡受體通路和內源性(線粒體或應激)細胞死亡通路。外源性通路由腫瘤壞死因子(TNF)受體家族的死亡受體激活。這種相互作用導致胞內死亡誘導信號復合物(DISC)的組裝,然后這一復合物啟動一系列凋亡相關蛋白酶,如激活的caspase作用于另外caspase的前體,使其激活,形成caspase的級聯(lián)反應。在細胞內caspase作用于DNA修復蛋白和細胞骨架蛋白,從而導致細胞凋亡[11]。兩大主要死亡配體TNF—а和Fas配體(FasL)都強有力地加速PMN的凋亡。PMN以自分越和旁分泌的方式表達Fas和FasL,調控自身凋亡,保持數(shù)量的穩(wěn)定[12]。內源性通路涉及與Bcl一2家族蛋白和caspase關聯(lián)的線粒體。Bcl一2家族蛋白由抗凋亡蛋白或促凋亡蛋白組成,被認為是調節(jié)線粒體的完整性,從而間接調節(jié)caspase的活動。線粒體可能釋放特定蛋白到胞質溶膠中,促進caspase的級聯(lián)反應。PMN在自發(fā)或加速凋亡時,線粒體變形,形成核周團塊[13]。而且,與機體其他細胞一樣,可見Bax蛋白結合到PMN的線粒體上。Bax蛋白線粒體的融合使線體外膜滲透性增加,從而導致線粒體促凋亡蛋白的釋放[14]。
中性粒細胞凋亡的異常引發(fā)膿毒血癥、SIRS、ARDS、MODS等失控性炎癥反應,中性粒細胞的過多過早凋亡使得機體防御病原菌的能力下降,感染不能被控制,引起膿毒血癥。PMN凋亡延遲或障礙,意味著其存活時間延長,作用時間的延長,毒性產物或氧自由基生成增多,而吞噬和殺傷能力下降,導致炎癥遷延及組織損傷加重[15]。同時PMN分泌大量細胞因子啟動級聯(lián)放大作用造成組織的損傷,使炎癥進一步加重[15]。
許多細胞因子如可以促進或抑制中性粒細胞凋亡。白介素(IL)-I、2、6、8、15及干擾素(IFN)一7、粒一巨噬細胞集落刺激因子(GM—CSF)、粒細胞集落刺激因子(G-CSF)等可以抑制PMN的自發(fā)性凋亡,其中GM-CSF對PMN自發(fā)性凋亡的抑制作用最強【16】脂多糖(LPS)雖然是PMN強有力的凋亡抑制劑,然而PMN吞噬細菌以后其凋亡的進程可以被極大的促進【17】。可溶性免疫復合物可以抑制PMN的凋亡;相反,非可溶性免疫復合物卻可以促進PMN的凋亡【18】?；ㄉ南┧岬拇x產物前列腺素E(PGE一2)通過提高細胞內環(huán)磷酸腺苷(cAMP)的水平而對PMN的自發(fā)性凋亡具有抑制作用【19】。晚期膿毒癥患者抗炎細胞因子lL一4及IL一10分泌增加,JL一4及JL一10是Th2淋巴細胞分泌的代表性細胞因子,具有抑制細胞免疫、促進粒細胞凋亡的作用。核轉錄因子xB(NuclearfactorB,NF—xB)是一種重要的轉錄因子,參與眾多基因信號的調控它的活化可誘導中性粒細胞凋亡延遲而使其生命周期延長,數(shù)量增加。當被外界信號刺激活化時NF-к進入細胞核,與特定基因的促進子和增強子上的кB序列結合,從而使中性粒細胞凋亡延遲而使其生命周期得以延長【20.21】
1.抑制中性粒細胞的趨化,黏附聚集
呂湘琪【22】等在異丙酚對肺缺血再灌注大鼠中性粒細胞的影響的研究中顯示當肺I/R時,局部內皮細胞和PMN被受損組織中產生的大量炎性介質,如IL-1、TNF.a、IL-8等激活,使CD11b/CD18及ICAM.1表達迅速增加,導致PMN和內皮細胞黏附,隨后PMN游出血管外。其中PMNCD18在肺I/R后的表達是明顯增強的,而異丙酚組表達則是明顯下調,由此可以說明異丙酚可以通過抑制黏附分子的表達而抑制PMN與血管內皮細胞的黏附。Hofauer【23】等研究表明異丙酚能夠明顯降低自細胞遷移過單層內皮細胞的數(shù)量,并且有劑量依賴性。異丙酚除了直接抑制黏附分子的表達外還可以通過抑制促進黏附分子表達的細胞因子來發(fā)揮其抑制PMN聚集的作用,如有研究顯示異丙酚可減少血液中CDl1b產生,反映了異丙酚可預防或減輕PMP的黏附與浸潤,及異丙酚可通過抑制細胞外鈣內流或細胞內鈣釋放以及影響細胞內鈣震蕩等來抑制血小板的聚集,減少PMN的聚集、黏附等作用【24】
2.抑制炎性因子的釋放及呼吸爆發(fā)
異丙酚在化學結構上與內源性抗氧化劑維生素E和已知的抗氧化劑丁化羥基甲苯十分相似,均具有一種酚羥基結構,可直接與氧自由基反應形成穩(wěn)定的2-6-二異丙酚基苯氧集團而清除氧自由基[25]。在主動脈手術時研究發(fā)現(xiàn)異丙酚可降低IL-6,減少氧自由基的脂質過氧化反應來減弱炎癥反應的同時不改變白細胞的功能[26]。異丙酚減弱中性粒細胞的滲出降低血漿炎性因子的水平和氧自由基的產生,降低髓質過氧化反應和誘生型NO的反應。GILLILAND證實給予異丙酚后能顯著增加心臟瓣膜置換術后抗炎性細胞因子的產生,認為異丙酚能減輕手術所致的過度炎性反應的發(fā)生[27.],經異丙酚處理后,患者NFкB、bcl-2表達明顯降低,提示異丙酚可抑制中性粒細胞NF—aB的活化。由此推測,異丙酚可能通過抑制NFкB、bcl-2的活化而減少炎性介質、氧自由基等的合成[28]。這與前述的中性粒細胞促炎因子的表達由NFкB調節(jié)相符。MDA&SOD是反應呼吸爆發(fā)的兩個主要物質,MDA是氧自由基作用于多聚不飽和脂肪酸的脂質過氧化代謝產物,其含量可反映機體內脂質過氧化的程度,間接的反映出細胞氧化損傷的程度。SOD是體內主要的抗氧化酶,能清除氧自由基,防止細胞膜脂質過氧化。當自由基大量生成時,組織內源性抗氧化酶系統(tǒng)由于參與抗氧化而大量消耗,SOD活性下降。有人發(fā)現(xiàn)異丙酚具有很好的抑制氧自由基介導的脂質過氧化的作用。
Mushy[29.30.]等認為異丙酚主要是干擾了脂質過氧化的奪氫過程,形成的酚基進一步與脂質過氧化基反應形成更穩(wěn)定的無活性產物而中斷脂質過氧化的鏈式反應。Kokita等[31]發(fā)現(xiàn)臨床麻醉濃度異丙酚即可減輕過氧化氫引起的脂質過氧化,微量血漿濃度異丙酚就可以保護細胞膜,而且在與血漿蛋白結合的狀態(tài)下仍能發(fā)揮其抗氧化作用。另外,異丙酚具有良好的脂溶性,能積聚在細胞膜的脂質雙分子膜上,提高細胞抗氧化損傷的能力。也有研究表明,異丙酚具有保護細胞線粒體抵御過氧化脂質侵襲的作用。有報道[24]異丙酚6~8mg/(kg·h)靜注或異氟醚吸入,應用腦血管畸形手術各15例,異丙酚麻醉2小時和4小時后可以降低PMN呼吸爆發(fā)(RB)。CorcoranTB[32]還研究了在冠狀動脈搭橋手術中異丙酚與中性粒細胞氧化反應的時效關系顯示:異丙酚在1、3、5分鐘時降低冠狀竇血漿MDA濃度,在灌注60分鐘后更顯著,血漿IL-6增加水平異丙酚組明顯低于對照組,白細胞功能沒有顯著變化。異丙酚降低氧自由基介導的脂質過氧化反應。同時,異丙酚不僅抑制了呼吸爆發(fā)產生的氧化損傷,而且抑制了其產物MDA等帶來的后續(xù)的對黏附聚集,凋亡異常的影響
3.異丙酚對中性粒細胞凋亡的影響
異丙酚可抑制創(chuàng)傷、感染等情況下中性粒細胞的凋亡障礙,其主要作用是通過抑制促凋亡因子的產生,作用進而影響中性粒細胞內源性和外源性兩條凋亡途徑。創(chuàng)傷應激、血細胞破壞、臟器的再灌注損傷等可導致補體激活、TNF-a、IL-8等促炎性細胞因子釋放增加,這些因子均可使PMN的NF-кB活化,凋亡減少[33].白細胞介素(IL一6)可抑制中性粒細胞的凋亡,延長中性粒細胞的壽命,而IL-10和異丙酚則可以對抗IL-6的這種作用,最終通過對抗caspase一3的激活來減弱PMN的凋亡延遲[34.35.36]。Tsuchiya[37]等還發(fā)現(xiàn)異丙酚還可直接誘導HL-60細胞內caspase一3的激活,促進其凋亡。FanningNF、BifflWl[38]等以其前面提到IL一6可導致中性粒細胞凋亡障礙,而異丙酚明顯有對抗IL一6的作用,但IL一6所引起中性粒細胞凋亡障礙的分子機制尚無報道,異丙酚對IL一6作用的對抗作用的機制尚需進一步研究。此外,異丙酚復合麻醉患者可以使PMN凋亡延遲較輕,其機制與PMNBcl-2基因上調程度有關[39]。核轉錄因子xB(NuclearfactorB,NF—xB)是一種重要的轉錄因子,參與眾多基因信號的調控,因此異丙酚對NF—xB的抑制不僅抑制了中性粒細胞促炎因子的表達,還抑制了其誘導中性粒細胞的凋亡延遲。
4.其他
異丙酚是脂溶性麻醉藥物,它們的分子可插入到細胞脂質膜中導致膜膨脹,引起膜結構排列紊亂,降低了離子通道的穩(wěn)定性,從而干擾細胞的功能。還可能通過抑制細胞間信號轉導中PKC(蛋白激酶c)及其后續(xù)的途徑實現(xiàn)調節(jié)[40]..
作為現(xiàn)在比較普及使用的鎮(zhèn)靜麻醉藥,異丙酚除了其麻醉功效外,還因其抗氧化、清除氧自由基的作用而廣泛用于有缺血再灌注的手術過程中。異丙酚對器官的保護作用越來越被關注和研究。由于中性粒細胞在炎癥反應過程中有很重要的地位,通過大量的對中性粒細胞與異丙酚的相互關系的研究中我們可以發(fā)現(xiàn),異丙酚的器官保護功可能和其對中性粒細胞從黏附聚集,呼吸爆發(fā)到最后的凋亡轉歸等各方面的影響有關。在其相關的作用中以其抗氧化,清除自由基的作用為基礎,進一步發(fā)揮抑制PMN黏附聚集,促炎作用和凋亡延遲。在其一系列的機制研究中我們可以注意的IL-6、IL-8、IL-10和NFкB、bcl-2、caspase一3在其炎癥的發(fā)生和中性粒細胞的凋亡延遲中地位比較重要。但其之間的相互關系及基因分子方面的機制還需進一步明確。此外,如何在臨床中恰當?shù)氖褂卯惐觼碚{節(jié)中性粒細胞的作用,使其即發(fā)揮抗炎作用又不發(fā)生過度炎癥反應造成組織損傷。隨著異丙酚與中性粒細胞關系的明確,相信異丙酚將在更廣泛的治療領域發(fā)揮作用,不僅主要用于麻醉,還應用于ICU及各種膿毒癥、MODS等嚴重疾病的治療。