胆碱能抗炎通路的调节作用与应用价值_25372

胆碱能抗炎通路的调节作用与应用价值_25372 胆碱能抗炎通路的调节作用与应用价值 [标签:来源] 【关键词】 炎症反应;胆碱能抗炎通路; 神经源性乙酰胆碱受体 严重创伤、休克及感染打击可迅速引起机体的应激反应，激活神经内分泌系统，接着动员全身的免疫系统参与应激。它们之间以网络机制相互影响，促进自身的反应机制和网络系统恢复平衡，以确保机体成功承受打击。如果忽视了神经内分泌及免疫之间的整体特性，不分时机地单一针对机体的某一方面进行调控，有可能出现新的人为的紊乱，结果适得其反。以往许多脓毒症干预治疗Ш期临床试验失败也证明了这一点。因此，充分认识机体反应的神经-内分泌-免疫网络机制，对于深入阐明脓毒症的发生与发展机制，寻求新的治疗具有十分重要的意义,1,。 机体在受到感染和损伤打击时，通过高度保守的内源性机制调节天然免疫反应程度，使致炎和抗炎反应趋于平衡，从而维持内环境稳定。炎症反应不足或过度均可引起病理性并发症。免疫缺陷时，缺乏适当的炎症反应会导致感染率增加或继发感染;而过度反应又会引起促炎介质大量释放，形成全身性炎症反应，导致严重的病理性并发症如脓毒症和自身免疫性疾病，从而对机体造成比原发打击本身更重的损伤。因此机体炎症反应的强度必须受到精细的调节。近年来发现，神经系统通过迷走神经能够显著、快速地抑制巨噬细胞肿瘤坏死因子(TNFα的释放，减轻全身性炎症反应。该生理机制被称为胆碱能抗炎通路(cholinergic antiinflammatory pathway)，通过抑制促炎细胞因子的合成反馈地监控和调节炎症反应,2, 3,。这一新确定的维护免疫稳态的生理机制提示，通过激活胆碱能抗炎通路有效地调节炎症反应，在免疫学和治疗学中有重要意义。 1 胆碱能抗炎通路的提出及受体效应 在过去的30年中，人们已认识到糖皮质激素和细胞因子作为内分泌、旁分泌和自分泌因子发挥的作用，即协调局部和全身炎症反应，保护宿主免于过度的免疫反应性损伤。关于神素的体液调节途径，而对于神经系统直接调节免疫细胞功能一直缺乏证据。近年来，Tracey等,2,发现副交感神经的主要递质乙酰胆碱 (acetylcholine，Ach)在体外能有效地抑制内毒素(LPS)刺激巨噬细胞释放TNFα的效应;刺激迷走神经传出支则可抑制大鼠内毒素血症时出现的全身炎症反应;在施行了颈迷走神经切断或假手术的大鼠，电刺激迷走神经传出支可显著降低血清和肝脏TNFα水平，并几乎可完全防止致死剂量LPS攻击所致的低血 压。这些结果首次证明了一个以往尚未被认识到的副交感神经抗炎途径，中枢神经能通过该途径调节全身性炎症反应,3,;于是胆碱能抗炎通路的概念首次被提出，为治疗过度炎症反应所引起的感染性疾病带来了曙光,4,。 在胆碱能抗炎通路中，自主神经系统是一条监测炎症刺激及细胞因子存在并调节其产生的生理途径。炎症刺激信号通过传入迷走神经传输到脑，激活反射反应。迷走神经分布于网状内皮系统中的巨噬细胞周围，由迷走神经末梢释放的Ach可与巨噬细胞上的神经源性乙酰胆碱受体(neuronal acetylcholine receptors，nAChRs)相互作用，抑制细胞因子合成与释放，使巨噬细胞失活。这种细胞因子产生的神经控制是除体液调节以外的另一条途径,1, 5,。与体液调节相比，神经调节具有快速、局部化和综合性的特点，而且不特异地依赖于变化相对缓慢的介质浓度梯度。 nAChRs属于神经递质受体大家族，在人类已经确认了组成nAChR的16种不同亚单位，它们形成多种同源或异源性五聚体受体，具有不同的结构和药理学特性。该受体家族的主要功能是在神经肌肉接头处及中枢和外周神经系统内为神经递质Ach传递信号。胆碱能神经递质的受体主要分成两大类:毒蕈碱样受体(M)和烟碱样(N)受体。用不同的胆碱能递质激动剂和拮抗剂体外作用于原代培养的巨噬细胞，发现胆碱能递质的抗炎效应主要通过N样受体介导。在外周循环及组织中巨噬细胞、白细胞、内皮细胞及上皮细胞中可检测到能与α金环蛇毒素特异结合的N受体中α7亚单位(α7 nAChR)的达;在神经系统，神经元及不同的神经胶质细胞中均有α7 nAChR表达，从而认为这些细胞是胆碱能抗炎作用的靶标。体内外实验证实，α7 nAChR是胆碱能递质抑制巨噬细胞释放TNFα所必需的受体，系胆碱能抗炎通路下调细胞因子合成的关键受体亚单位,6,。因此，开发靶向α7 nAChR的激动剂，用于抑制炎症性疾病中TNFα和其他致炎细胞因子释放具有重要意义。 2 胆碱能抗炎通路的作用机制 目前认为，胆碱能抗炎通路主要通过以下几个方面发挥作用:?抑制细胞因子、趋化因子的产生与释放;?阻断核因子(NFκB活化;?阻止T细胞的分化和成熟;?抑制中性粒细胞和单核细胞的杀伤功能。 2.1 对炎症介质合成与释放的影响 刺激迷走神经和使用烟碱激动剂作用于α7 nAChR，能阻止脓毒症和内毒素血症早期介质TNFα的合成、释放。Ach是主要的副交感神经递质，作用于LPS处理的巨噬细胞后抑制TNFα、白细胞介素(IL1、IL6和IL18的释放，但未发现其影响抗炎细胞因子IL10的产生。胆碱能递质还参与其他细胞因子及趋化因子合成与释放的调控,2,。例如，致死性内毒素血症时，电刺激迷走神经远端，在减轻休克发生的同时，能有效降低血清和肝组织TNFα水平;当切断迷走神经而不进行电刺激时，内毒素血症大鼠血清TNFα水平升高并迅速发展为休克，表明完整的迷走神经对TNFα释放起张力性抑制作用。 烟碱激动剂还可抑制脓毒症晚期介质高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein,HMGB1)的释放。我们新近的研究显示，HMGB1不仅是体内重要的晚期促炎因子，而且与机体细胞免疫功能紊乱有关，HMGB1很可能是介导创伤脓毒症病理过程中失控性炎症反应和免疫功能障碍的重要调节因子,7,。通过对HMGB1进行干预的研究，将为寻求调节严 重创伤后炎症反应与免疫应答过程的可能提供新思路。有资料证实，烟碱能抑制HMGB1从核内向胞质的转移及向胞外的释放，并与NFκB的活化相关。在小鼠内毒素血症模型中，LPS处理前30分钟和处理后20小时给予烟碱可以明显提高小鼠存活率。进一步实验发现，烟碱延迟给药(严重腹腔感染24小时)可明显减轻脓毒症的症状和体征，血清HMGB1水平降低60%，并显著改善动物预后,8,。烟碱不仅减少LPS介导HMGB1的释放，还以浓度依赖方式抑制TNFα激活巨噬细胞释放HMGB1。这些结果给我们两方面的启示:?NFκB途径活化介导TNFα合成和HMGB1的释放是炎症反应的关键环节，因此胆碱能激动剂——烟碱不仅对内毒素血症及多种细菌感染所致脓毒症有效，也可阻断其他相关的炎症反应失控，如风湿性关节炎和溃疡性结肠炎中TNFα生成和HMGB1释放。实际上烟碱已用于溃疡性结肠炎的治疗，随机、对照临床试验显示疗效明显。?烟碱可以在TNFα产生后给予，应用其救治已经发生的脓毒症具有较适宜的时间窗。 2.2 胆碱能抗炎的信号通路 在已经确定的细胞内信号转导通路中，NFκB、丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase, MAPK)及JAK激酶/信号转导和转录激活子(signal transducer and activator of transcription,STAT)通路与脓毒症发生、发展中促炎介质的表达密切相关，其中MAPK和NFκB是巨噬细胞活化的重要途径,9,。 许多炎症反应的效应分子及细胞因子的作用都集中在NFκB的活化，同时NFκB也是调控众多细胞因子及其他炎症介质表达的转录因子，在脓毒症及自身免疫性疾病中起核心作用。有资料证实，LPS刺激后巨噬细胞NFκB 与DNA的结合活性增加，但该效应明显受到胆碱能N受体激动剂烟碱的抑制。由于α7 nAChR的特异性抑制剂可恢复NFκB的活性，因此认为这一作用是通过α7 nAChR介导的。另据报道，烟碱减少人脐静脉内皮细胞在TNFα作用15分钟后NFκB的核转移，进一步观察证实烟碱可增加胞质中IκBα和IκBε水平。目前已有的证据表明，胆碱能激动剂烟碱依赖α7 nAChR，抑制LPS所致NFκB信号转导途径活化，但不影响MAPKs系统，因为LPS激活MAPKs是通过与Toll样受体相互作用而实现的，而刺激迷走神经传出纤维并不能阻断由Toll样受体识别的病原体相关分子模式(微生物的产物)引起的炎症反应,6,。由于调节NFκB通路是干预免疫反应的关键环节，因此也是调控几种炎症反应性疾病的药理学靶标。 3 胆碱能抗炎通路对失控炎症反应的调控作用及应用前景 生理性抗炎机制是通过进化选择的有效控制炎症的反应体系，能调控与防止机体炎症反应异常。在动物实验中，已有较多的证据说明刺激迷走神经能通过胆碱能抗炎通路有效干预失控的炎症反应性疾病;在临床患者中，刺激迷走神经也已经被安全用于控制癫痫发作。由于TNFα已经被确认为风湿性关节炎和Crohn′s病的药物靶点，有理由认为，不论是采取直接的药理学策略，还是通过增加迷走神经活性，靶向烟碱样α7 AChR可通过下调TNFα的合成与释放从而发挥治疗炎症性疾病的作用。 3.1 电刺激迷走神经 动物实验显示，双侧颈迷走神经切断的大鼠对随后注射LPS的反应比假手术组动物更敏感:迷走神经切断动物更快地发展成为内毒素休克，并表现出更强烈的全身性炎症反应。电刺激迷走神经则可减少内毒素血症和脓毒症时TNFα及HMGB1的产生，并防止脓毒性休克 的病理过程，显著改善动物预后,3, 10,。我们的实验观察到，迷走神经刺激组血浆和肝脏TNFα含量明显低于单纯注射LPS组及迷走神经切断后注射LPS组;同时血中丙氨酸转氨酶水平及肝组织脂质过氧化物含量也显著低于单纯LPS组和迷走神经切断后LPS组。该结果表明，迷走神经兴奋能显著抑制内毒素血症大鼠体内促炎细胞因子的释放，减少肝组织氧自由基生成，对肝脏具有潜在保护作用,11,。有趣的是，电刺激迷走神经也能减轻局部炎症反应模型中动物炎症程度。这些结果为我们认识迷走神经在调节脓毒症时天然免疫反应中的意义提供了依据。 电刺激迷走神经时，用以激活胆碱能抗炎通路的电压和频率参数低于激活心迷走神经的域值，表明在人类疾病中刺激迷走神经可能作为调节炎症反应的一种实用而有效的方式。由于迷走神经刺激器是临床上允许用于治疗耐受其他治疗的癫痫和抑郁症的设施，因此这项调节全身或局部炎症反应的策略在临床治疗上有实用价值。 3.2 α7 nAChR激动剂的应用 在炎症性疾病中，另一种促进胆碱能抗炎通路发挥作用的治疗策略是使用特异性激活α7 nAChR的胆碱能激动剂，动物实验模型中证明了该方法的有效。给予α7 nAChR激动剂烟碱，可显著提高内毒素血症及脓毒症动物的存活率，并抑制实验性溃疡性结肠炎和皮肤炎症的发展。随机、对照临床试验显示，在溃疡性结肠炎加重时，烟碱治疗可明显缓解病情。然而，烟碱抗炎效果的确切机制尚未在人类疾病中证实，目前仅有细胞培养和动物实验的资料表明，烟碱可以通过减少细胞因子的释放发挥保护效应,12,。值得指出的是，烟碱用于临床患者的治疗受限于其毒副作用，因此开发低毒性α7 nAChR特异性激动剂是胆碱能抗炎药物应用于临床治疗的重要环节。CAP55是筛选出来的胆碱能类化合物的先导物，其治疗剂量(12 mg/kg)远低于LD50(40 mg/kg)，因此使用更安全。CNI1493是一个四价鸟苷腙(guanylhydrazone)新药，能抑制全身性炎症反应，已进入Crohn′s病的?期临床试验。临床前试验显示CNI1493对多种炎症反应性疾病动物模型具有保护作用，包括内毒素休克、急性呼吸窘迫综合征、脓毒症、胰腺炎、实验性过敏性脑炎、脑卒中、风湿性关节炎及硫酸葡聚糖肠炎等。近年来，对CNI1493的全身性抗炎效应是否通过激活中枢胆碱能抗炎通路进行了研究，初步结果支持CNI1493通过中枢发挥抗炎效应，从而为开发新的中枢性全身抗炎药物提供了依据,13,。 3.3 胆碱能抗炎通路对中枢神经系统疾病的作用 近年来的研究发现，α7 nAChR的激活对有些神经退化性疾病的认知维持起重要作用。流行病学资料显示，吸烟能预防阿尔茨海默病、帕金森病及其他类型痴呆的发展，提示慢性吸入烟碱可以减缓这些神经退行性变的进展或增强阿尔茨海默病患者的认知能力。已报道不同类型的痴呆患者伴有nAChRs缺失，特别是已经检测到阿尔茨海默病和帕金森病脑组织样本中nAChR数量减少。在动物模型及临床观察中，使用烟碱受体的配体可增强认知能力，并对神经毒剂有神经保护作用,14,。进一步观察发现，胆碱酯酶抑制剂用于控制阿尔茨海默病患者的症状时，可通过增加特异性烟碱受体亚单位(包括α7)发挥有益的疗效，这一作用可能与α7 nAChR的抗炎效应有关。 3.4 卡巴胆碱的保护作用及其机制 卡巴胆碱是一种胆碱能激动剂，作用于M样和N样胆碱受体，其N样作用强于目前临床上使用的其他拟胆碱药，也比生理性胆碱能神经递质Ach的N样作用强，且在体内不易被水解、半衰期长。同时具有促进胃肠动力、增加腺体分泌等作用，其效应可用于防治过度全身性炎症反应和改善肠功能障碍。我们曾观察到卡巴胆碱全身给药能抑制肠缺血再灌注损伤动物血浆TNFα水平的升高，减轻全身炎症反应，但同时对呼吸、心率有一定的抑制作用。考虑到卡巴胆碱全身给药在临床应用受到一定的限制，故我们尝试从肠内给药，探讨卡巴胆碱对炎症介质合成与释放的影响，为临床用于控制由肠缺血再灌注引起的过度炎症反应奠定基础,15,。 我们采用空肠袋给药，观察卡巴胆碱对肠缺血再灌注大鼠全身和肠道局部炎症反应的影响。结果表明，卡巴胆碱肠道给药能抑制肠缺血再灌注大鼠全身促炎细胞因子的产生，减轻肠道局部炎症反应，而对抗炎细胞因子的释放及呼吸、循环功能影响轻微。因此，卡巴胆碱在防治失控性炎症反应和脓毒症中具有潜在临床应用前景。我们还在离体实验中观察了卡巴胆碱对受到LPS攻击的正常和烧伤患者外周血单个核细胞人白细胞抗原(HLADR mRNA和蛋白表达的调节作用，发现卡巴胆碱可减轻LPS诱导HLADR下降的程度，并上调HLADR mRNA表达，提示卡巴胆碱对单个核细胞免疫功能具有调理作用。 4 问与展望 胆碱能抗炎通路的发现证明了中枢神经系统可直接调节机体对炎症刺激的反应，该内源性神经机制的确认对炎症性疾病的治疗具有广泛意义,2,。直接电刺激迷走神经对临床患者有抗炎作用;局部应用胆碱能激动剂如烟碱，能直接结合组织中巨噬细胞和天然免疫系统其他细胞上的Ach受体，体现出胆碱能抗炎通路调节免疫反应的应用价值。如烟碱已经用于有效地治疗溃疡性结肠炎患者，这是一种与胃肠道过度产生促炎细胞因子有关的疾病。虽然烟碱治疗溃疡性结肠炎的确切作用机制还不甚清楚，但已经注意到烟碱样胆碱能受体在治疗此类疾病中的潜在价值。 据报道，胆碱能抗炎通路信号传递存在缺陷的动物对炎症性疾病表现出剧烈的炎症反应，提示这一神经通路提供了免疫平衡的紧张性调节。临床上，自主神经功能紊乱与炎症性疾病密切相关，如风湿性关节炎、Crohn′s病、狼疮、糖尿病和脓毒症等;其功能失常是否由于这些疾病的炎症反应成分所致，或实际上潜在着其他原因，目前所知甚少。在一项大规模、多中心临床试验中观察到，具有异常神志状况的脓毒症患者病死率是神志正常者的两倍;心率失常、自主神经功能失常也与脓毒症病死率增加有关。 胆碱能抗炎通路在进化上相对保守，是控制自身免疫反应的内源性通路，该发现在基础和临床免疫领域是一个令人兴奋的新进展。随着我们对这一领域的更多了解与认识，将有可能采用刺激迷走神经、α7 nAChR激动剂和其他药物增强胆碱能神经通路的信号传递，通过生物反馈来治疗细胞因子过度产生所诱发的多种疾病,1, 2, 5, 16,。 【参考文献】 ,1, 姚咏明,刘 辉, 盛志勇. 提高对神经-内分泌-免疫网络与创伤脓毒症的认识,J,. 中华创伤杂志, 2006, 22(8): 561-564. ,2, Tracey KJ. 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