胆碱能抗炎通路机制与其在急性肺损伤的应用

胆碱能抗炎通路机制与其在急性肺损伤的应用

范宸颖1.2李双杰（通讯作者）

范宸颖1.2李双杰（通讯作者）

1南华大学儿科学院湖南长沙410007；2湖南省儿童医院感染科教研室湖南长沙410007

【摘要】胆碱能抗炎通路是近年来发现的对全身性炎症反应有调节作用的通路，可通过迷走神经抑制促炎细胞因子的合成从而抑制机体炎症反应。α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7nAChR）在胆碱能抗炎通路中起重要的作用。本文主要介绍α7nAChR的结构分布及其介导的抗炎作用机制，并对及胆碱能抗炎通路在治疗急性肺损伤的应用予以综述。

【关键词】胆碱能抗炎通路；α7烟碱型乙酰胆碱受体；急性肺损伤

Abstract：Thecholinergicanti-inflammatorypathway（CAP）isarecentlydiscoveredregulatorypath-wayofsystemicinflammatoryresponse．Itcaninhibittheinflammatoryresponsebysupressingthesynthesisofpro-inflammatorycytokinesthroughthevagusnerve．Alpha7nicotinicacetylcholinereceptor（α7nAChR）isthekeymemberinCAP.Itwillbeintroducedthatthestructure，distributionandanti-inflammatorymechanismofα7nAChRaswellastheCAPanditsapplicationinAcutelunginjury（ALI）inthisreview.

Keywords：cholinergicanti-inflammatorypathwayα7nAChRAcutelunginjury

胆碱能抗炎通路（Cholinergicanti-inflammatorypathway，CAP）是新发现的神经-免疫调节通路，它的激活可以有效减少多种促炎因子的释放，对局部和全身炎症具有明显的抑制作用，为调节细胞因子功能和炎症反应提供了新途径。在机体受到感染和损伤时，免疫系统被激活以释放促炎性细胞因子，如TNF-α、IL-1和HMGB1等，来介导细菌清除和促进组织修复，这些细胞因子在控制感染和促进组织修复中起重要作用。过度的反应导致各种炎症性损伤和自身免疫性疾病的发生。如急性肺损伤是由肺内外的各种原因引起的以进行性呼吸闲难和顽固性低氧血症为特征的机体过度炎症反应引起的急性综合征。在急性肺损伤的发病机制中，失控的炎症反应与细胞信号转导密切相关。根据胆碱能抗炎通路作用迅速有效的特点，推测其可应用于急性肺损伤的治疗。目前已有多项实验研究的结果表明：如电刺激迷走神经，药物如乙酰胆碱受体激动剂、胆碱酯酶抑制剂等均可有效抑制急性肺损伤的发展。

21世纪初，Tracey与其团队研究发现副交感神经递质乙酰胆碱（ACh）能显著抑制内毒素（LPS）刺激外周巨噬细胞释放炎性介质肿瘤坏死因子，对迷走神经传出支进行刺激还能抑制大鼠内毒素血症时的全身炎症反应[1]。2000年，Borovikova首次在Nature上提出“胆碱能抗炎通路”的概念[2]，当外周有炎症刺激，炎症信号通过传入迷走神经传导，在孤束核（NTS）换元，再由迷走神经运动背核（DMN）发出传出迷走神经节前纤维分布到全身各个脏器，通过一系列变化来控制炎症反应的调控方式即为胆碱能抗炎通路[3]。这种以迷走神经为主的调节方式起效迅速，定位精准，作用短暂，它不仅是一种重要的生理机制，而且有希望成为炎症性疾病治疗干预的靶点。

胆碱能抗炎通路是一种内源性的神经反馈调节机制：首先，中枢收到免疫刺激的信息，然后将信号投射到各迷走神经核团，传出迷走神经纤维被激活，从而引起外周神经末梢释放ACh，各种免疫细胞膜上的尼古丁α7受体（α7nAChR）与ACh结合而被激活，经过一系列细胞内信号转导途径而减少免疫细胞多种促炎细胞因子的释放，达到抑制炎症反应、减少炎症造成的损伤和抗休克的作用。

α7nAChR的结构

α7nAChR是烟碱型胆碱能受体的一员，通过研究分布在神经元中的α7nAChR，发现其为五个7亚基构成的同源聚合体，属于配体门控离子通道。7亚基由包含10个外显子的基因编码，经过翻译后修饰，5个亚基在Ric-3蛋白的协助下组装成有功能的同源聚合体α7nAChR[4]。每个亚基含有502个氨基酸，包括四个跨膜结构域、一个胞外配体结合位点和三个胞外糖基化位点。跨膜区由4个a-螺旋构成，在细胞膜围成了一个亲水的中央通道，开放时可以高度通过钠离子和钙离子；两个相邻亚基的连接处是配体结合位点，由多个折叠而成的环状肽链构成，结合配体时环状肽链间的相互作用可以改变离子通道的开关状态，从而使离子可以通过；胞外结构域的N末端是α7nAChR的选择性拮抗剂-银环蛇毒素的结合位点；胞内环形结构域上的Tyr-386和Tyr-442有自身负调控的作用，Src超家族激酶能使其磷酸化，抑制α7nAChR的活性[5]。

α7nAChR的分布

α7nAChRs在神经系统分布的主要区域为：大脑灰质、海马、基底神经节、丘脑、视叶及视网膜等，其分布的具体位置主要包括脑区海马星形胶质细胞、成熟树突状细胞、小胶质细胞、人神经胶质瘤细胞H4、神经母细胞瘤细胞[6]等，此外，α7nAChR在全身多种细胞中均有表达，包括T淋巴细胞、B淋巴细胞、树突状细胞、单核细胞、中性粒细胞、小胶质细胞、上皮细胞、内皮细胞等，有研究显示它在这些细胞上直接参与抗炎作用[7]。在激活状态下，抑制部分促炎因子产生及介导的趋化作用，抑制黏附分子的表达，并且它们的结构和功能与神经节上的神经元α7nAChR相似，并在神经、循环、呼吸、免疫系统中的广泛分布，表明α7nAChRs很可能与多种疾病之间存在联系。

a7nAChR的功能

α7nAChR通过其在突触后膜、突触前膜、突触周围或突触外等部位的作用而发挥其功能。突触前膜α7nAChR兴奋后，能通过增强囊泡和突触前膜的融合、胞吐及钙内流兴奋电压依赖性钙通道使突触前膜去极化，而增加或激发一系列递质的释放，包括谷氨酸、多巴胺、去甲肾上腺素、乙酰胆碱及7-氨基丁酸（GABA）等的释放。突触后膜α7nAChR的兴奋除了能使突触后膜去极化直接兴奋神经元外，还能调节GABA的释放[8]。因此，α7nAChR具有调节神经元兴奋性的功能，可使神经元处于一种合适的生理状态，维持正常的行为反应，尤其是认知过程。

急性肺损伤的发病机制与α7nAChR胆碱能抗炎通路的联系

急性肺损伤的发病机制较多，多由细菌内毒素引起。内毒素的活性成分脂多糖（LPS）是ALI的重要致病因子，LPS进入机体后被LBP（脂多糖结合蛋白）识别，然后与CD14结合，形成LPS/LBP/CD14，其通过信号转导通路活化炎症细胞释放大量炎症因子的过程错综复杂。而α7nAChR被激活后明显影响核因子κB（NF-κB）通路和Jak2/STAT3通路，从而抑制下游炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、高迁移率族蛋白B1（HMGB1）等促炎因子的产生，这是α7nAChR介导抗炎作用的主要机制。

核因子-κB是促进炎因子的转录因子，它在激活后可转录IL-6、iNOS等多种促炎因子，NF-κB由未磷酸化的NF-κB抑制蛋白（NF-kBinhibitor，IκB）所抑制，炎症条件下，NF-κB抑制蛋白激酶（IκBkinase，IKK）被激活，使IκB分子磷酸化，磷酸化的IκB对NF-κB的抑制作用消失，NF-κBp65/p50核转位，与启动原件结合，转录多种炎症因子，产生大量的促炎因子释放到外周血中。研究表明，IKK/I-κB/NF-κB信号通路是活化NF-κB的重要通路[9]，LPS刺激后启动信号转导，激活NF-κB，从而发挥作用。NF-κB的持续活化与肺损伤的严重程度有关。若α7nAChR被激活，可迅速抑制IKK的活性，阻止IκB被磷酸化，从而保持它对NF-κB的抑制性，进而抑制促炎因子的产生[10]。NF-κB的活化正是胆碱能抗炎通路与急性肺损伤的关键点。α7nAChR激活后不仅能够抑制促炎因子的产生。

内毒素诱导产生的细胞因子主要有IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-a、iNOS和IL-10（保护作用）[11]等。这些细胞因子不仅可以直接导致肺损伤，还可以激活其他信号通路，促进炎症因子的表达，导致肺损伤，下调促炎因子或上调抗炎因子的产生，使其保持平衡，可使肺内环境由促炎反应向抗炎反应转变，从而阻止肺内反应继续进展。烟碱可抑制巨噬细胞活性，并通过α7nAChR介导的Janus激酶信号转导和转录激活子（ianuskinase／signaltransducerandactivatoroftranscription，JAK／STAT）信号转导通路减少促炎细胞因子释放。烟碱与α7nAChR结合可激活JAK2，JAK2激活是α7nAChR介导抗炎作用的第一步，它能够顺序激活其下游的效应子，进而激活STAT3[12]，还可以同时促进抗炎因子（如IL-10）的生成。因此，对信号转导系统的调控，是治疗急性肺损伤的新方向。

胆碱能抗炎通路（CAP）对急性肺损伤（ALI）的应用前景

CAP的提出，为ALI的治疗提供了新思路。激活胆碱能抗炎通路主要有两种途径，一是通过药物作用，二是直接兴奋迷走神经。

1.2研究者目前已经找到了一些受体的特异激动药，α7nAChR激动剂GTS-21胆碱酯酶抑制剂可改善脓毒症致急性肺损伤.机械通气和临床相关呼吸机装置导致肺部及全身炎症反应。刺激GTS-21的类胆碱抗炎通路可减少机械通气诱发的肿瘤坏死因子-α，还可减少有关的肺损伤[13]。肺泡巨噬细胞和嗜中性粒细胞的免疫调节胆碱α7nAChR的通路阻断LPS-和大肠杆菌诱导的ALI通过降低趋化因子产生和嗜中性粒细胞的迁移[14].

1.2.大鼠遭受盲肠结扎穿孔法（CLP）术后，血浆中TNF-α显著升高，直接动脉压（MAP）进行性下降。肺脏功能明显破坏，同时组织出现明显炎性病理改变。而电刺激迷走神经兴奋胆碱能通路后，MAP下降趋势减缓，血浆中TNF-α含量显著降低，肺组织的呼吸功能明显改善，同时炎性病理改变也明显减轻，表明电刺激迷走神经可减轻感染性休克时肺组织的损伤，具有潜在的保护肺脏的作用[15]。

已证实α7nAChR可在中枢神经系统和外周脏器中介导多种抗炎作用，众多的动物实验和临床试验都表明应用α7nAChR激动剂治疗炎症有其独特的优点，为抗炎治疗提供了一个全新的视角，因此，通过胆碱能抗炎通路的神经反馈调节作用，从炎症反应本质上入手，可能成为未来治疗急性肺损伤的新方向。

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