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内毒素对各种细胞的激活作用

发布时间: 2024-03-11  点击次数: 180次

在整体水平认识到内毒素(LPS)对机体损害作用的情况下,随着分子生物学技术的发展,从细胞水平研究LPS的致病机制成为当今相关研究领域的重点与热点之一。现有研究证实,LPS可以激活多种细胞,从而影响细胞生理功能的正常发挥并产生明显的病理损害,内毒素血症是诱发严重创伤、感染患者失控性炎症反应症形成并最终导致死亡的重要原因之一。

一、巨噬细胞

巨噬细胞是白细胞中功能最为活跃的细胞,在机体的防御中起重要作用,对内毒素具有强烈反应性,是机体产生细胞因子及其他介质的主要细胞。

有研究证实,体外培养的巨噬细胞在遭受内毒素攻击时,细胞对病原体的吞噬功能显著下降,而作为炎症介质的主要产生细胞,LPS刺激巨噬细胞可以引起一系列细胞因子、趋化因子的高水平释放,与此同时,巨噬细胞还通过高水平表达的黏附分子介导其与其他细胞间的相互作用,启动炎症反应,巨噬细胞及其他细胞的过度激活可导致致炎因子的过度释放从而引发失控性炎性反应的形成,这些病理生理反应在相关研究中已得到充分证实,在此不作过多阐述。

巨噬细胞常因其存在的器官不同而名称各异,如在肝脏称为库普否细胞,在肺脏称为肺巨噬细胞,肺巨噬细胞又可根据所处位置不同分为肺泡间质细胞及肺泡巨噬细胞,新近有研究显示,不同器官或同一器官不同部分的巨噬细胞对内毒素的反应性不尽相同,如肺间质巨噬细胞的反应性明显高于肺泡巨噬细胞,深入探讨这些细胞对内毒素反应不同的机制及其病理生理学意义将有助于对临床感染性疾病发病机制的认识并指导救治方案。

二、中性粒细胞

中性粒细胞(PMN)是功能较为活跃的白细胞之一,对于中性粒细胞在内毒素血症发生、发展中的作用与地位,人们很早就给予了充分的重视。

借由LBP等血清物质的存在,LPS可以直接激活中性粒细胞,产生氧自由基与NO、释放多种蛋白酶与细胞因子、诱导包括黏附分子在内的多种基因的表达,并通过这些因素进而引发炎性介质级联效应,在脓毒症的发生发展中具有十分重要的地位。

在内毒素血症早期,末梢血中性粒细胞的明显减少,与LPS对中性粒细胞以及其他细胞如血管内皮细胞的激活密切相关,激活的中性粒细胞与内皮细胞间的黏附能力异常增强,导致中性粒细胞聚积在毛细血管网尤其是肺毛细血管网中。有研究证实,粒细胞在肺部的过度聚集与活化是肺部血液循环障碍及呼吸障碍乃至休克产生的重要原因之一,而粒细胞对骨髓粒细胞的活化所引起的凝血活性增高与弥漫性血管内凝血可能具有一定内在联系。

值得一提的是,作为机体的一种主要防御细胞,中性粒细胞在内毒素清除过程中也发挥了重要作用。中性粒细胞对于原发性内毒素血症具有一定的防御作用,PMN可以通过直接吞噬内毒素或者清除遭受内毒素攻击而滞留于血管璧周围的血小板而间接吞噬内毒素,更有研究显示,中性粒细胞还可防御因为继发性内毒素血症而对机体产生的损害,应用放射线照射破坏中性粒细胞的小鼠对由肠道吸收的内毒素的抵抗力明显减弱。

三、血小板

血小板上存在有LPS受体,对进入血循环的LPS具有清除作用,并运载到网状内皮系统。有研究证实,内毒素血症时,血小板上结合有较多的LPS,给大鼠腹腔注射血小板对内毒素反应具有明显的抑制作用。作为哺乳动物体内对LPS最敏感的有形成分之一,LPS可以通过活化血小板酶、前列腺素环化酶直接激活血小板,引起凝集反应,并释放血小板凝集促进剂ADP与血管活性物质如5-羟色胺等,加速血小板血凝块的形成,促进凝血反应。

四、血管内皮细胞

近年来对血管内皮细胞的功能有了新的认识,血管内皮细胞不单是具有机械屏障及对营养物质具有通透作用的半透膜功能,在外源性物质的刺激下,内皮细胞可以直接参与炎症反应或对炎症反应具有放大作用。

近年来,越来越多的体外实验数据证实,LPS可以直接激活血管内皮细胞,激活细胞内多条信号通路,介导在炎症反应中发挥重要作用的多种细胞因子、黏附分子及其他炎症相关因子的表达,与此同时,细胞形态结构发生明显改变,细胞变形、细胞间连接损害,屏障功能显著受损,此外,LPS还可直接诱导内皮细胞凋亡。

五、肠上皮细胞

肠上皮细胞( intestinal epithelial cell,IEC)在机体中所处部位特殊,在肠道屏障中具有极其重要的作用。既往一直认为上皮细胞是一类CD14阴性细胞,对LPS不具有反应性或反应低下,但目前部分实验数据支持LPS可以激活IEC的结论。体外实验显示,不同系的肠上皮肿瘤细胞对LPS的反应性存在明显差异,如癌性肠上皮T84、CaCo-2细胞对LPS不具有反应性,而癌性肠上皮细胞SW620、HT29在 LPS的刺激下能分泌IL-8,大鼠IEC-6细胞系在LPS刺激下能诱导细胞因子如IL-6、趋化因子如MCP-1及NO等的产生,也有研究显示LPS刺激也不能诱导人源性原代培养IEC产生IL-6、I1.-1 beta、TNF-alpha等细胞因子。总之,IEC对LPS的反应性问题还有待进一步研究,深入阐明肠上皮细胞对LPS的反应性/耐受性及其调节机制对于认识内毒素激活细胞的分子机制具有十分重要的意义。

六、肝细胞

肝脏是机体极为重要的器官之一,在内毒素血症时,肝受到损害,尤其是代谢障碍是以肝损伤为中心发生的。先前研究显示,发生肝损害的机制是LPS作用于炎症相关细胞其中包括肝星状细胞后导致多种炎症介质的释放,这些炎症介质反过来作用于肝实质细胞引发肝损伤。与此同时也有相当多的关于LPS直接作用于肝实质细胞而引起肝损伤的证据,LPS可以诱导离体培养肝细胞的凋亡、上调诱导型一氧化氮合酶的表达与NO的产生及一些相关酶学指标的异常改变,但也有一些体外实验数据显示LPS并不能对肝细胞造成直接损害,如LPS单独刺激并不能造成离体肝细胞的脂质过氧化损伤,仅在有D-氨基半乳糖的共同作用下或有库普弗细胞共同培养的情况下才出现明显的肝细胞损害等,关于肝细胞是否是LPS的直接靶细胞的争论至今仍在争论,有待于更进一步的确切证据来证明。

七、肌细胞

大量实验数据证实,内毒素血症时机体肌肉系统包括骨骼骨、心肌及平滑肌发生明显的病理生理改变,这些病理生理改变包括代谢的紊乱﹑结构的重塑、基因表达的改变等。长久以来,人们一直认为,LPS对肌细胞的激活是通过活化其他免疫细胞导致细胞因子释放以及激活补体等途径而间接发挥作用的。

但近年来的研究显示,LPS可以直接活化肌细胞,如微量LPS激活平滑肌细胞c-myc 、c-fos及hsp70等基因的表达、促进其增殖,而较高剂量的LPS则可以直接影响肌细胞的多种代谢过程如氧利用与脂质代谢等,抑制其增殖并降低其生存能力,肌细胞收缩能力也明显受抑。近年在脓毒症情况下骨骼肌过度分解的机制研究上有所突破,即TNF-alpha等炎性介质可以活化肌细胞内蛋白酶小体,从而导致肌细胞的过度降解,而作为IPS活化细胞的主要信号通路NF-kappa B,其激活同样存在蛋白酶小体的过度活化,在此情况下,LPS刺激可否直接引起骨骼肌的降解目前尚未得到证明。

八、成纤维细胞

作为一种实质细胞,成纤维细胞在维持组织结构及参与损伤修复中具有无-可-替-代的作用,早期体外研究显示,受LPS攻击后的纤维母细胞可消耗葡萄糖,摄取大量的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖,增加细胞数量,合成透明质酸的功能也明显增强,这些研究提示创伤条件下LPS与创伤组织的修复以及瘢痕形成有关。

近年来的研究显示成纤维细胞的生物学意义远不止如此,它在炎症反应过程中可能也起到非常重要的作用,多种刺激因子均可以激活成纤维细胞,LPS能以血清依赖的方式直接激活成纤维细胞,活化的成纤维细胞与其他炎症细胞一样能够表达多种细胞因子、趋化因子从而启动或扩大炎症反应。

九、肥大细胞

肥大细胞同样在炎症反应过程中发挥重要作用。既往认为,LPS主要是通过激活其他靶细胞导致炎症因子的产生而间接作用于肥大细胞,如被LPS激活的补体在被消耗的同时裂解出C3a、C5a等,这些成分可以刺激肥大细胞释放组织胺﹑缓激肽、Р物质等,使血管通透性增强,末梢血流减少,是多脏器功能衰竭的启动机制之一。

近年来有实验证实,与巨噬细胞等细胞一样,肥大细胞细胞膜上同样存在LPS受体如TLR4等分子,LPS可以通过这些分子的介导直接活化肥大细胞,导致肥大细胞脱颗粒﹑释放组织胺等,并影响多种细胞因子如IL-1beta、TNF-alpha、IL-6等的表达,这些细胞因子的产生一方面可以促使肥大细胞杀灭入侵病原,另一方面也可以作用于其他细胞如中性粒细胞等导致细胞因子释放的级联反应,在失控性炎症反应的发生、发展过程中发挥重要作用。

十、造血干细胞

早在20世纪50年代就有学者发现,反复注射细菌性致热物质的小鼠照射致死剂量的X线仍可生存下来,此后,Smith及其合作者(1958)证实,Ⅹ线照射前24h给大鼠(Hamster)或小鼠注射LPS,在给予致死剂量Ⅹ线照射后动物仍可存活。以末梢血中血红蛋白量、粒细胞数、淋巴细胞数、血小板数﹑骨髓被动员白细胞人末梢血的能力及骨髓象细胞数等为观察指标,发现预先注射LPS的动物,Ⅹ线损伤轻,尤其是损伤后恢复速度快。这提示LPS能明显激活造血细胞,促进造血,从而促进放射线造成的血液系统障碍的恢复。

体外实验已充分证明LPS注射动物后能短暂增加脾细胞、血细胞的细胞集落形成单元,其机制可能与LPS激活其他细胞如T淋巴、B淋巴细胞、单核-巨噬细胞等产生造血生长因子最终活化造血干细胞有关,目前尚未有明确证据显示LPS可以直接激活造血干细胞,对内毒素血症时造血细胞活化的病理生理意义也有待进一步认识。

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