化学趋化因子在慢性阻塞性肺疾病中的作用
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D()l:10.3760/cma.j.issn.1673—436X.2010.019.005 基金项目:湖北省自然科学基金(2008cdbl53) 作者单位:430022武汉。华中科技大学同济医学院附属协和 医院呼吸病研究室 通信作者:张劲农,Email:zjnwhhb@163.corn
万方数据
COPD的主要病理改变为小气道的慢性炎症及 其重塑,呼吸性细支气管和肺泡间隔结构炎性破坏, 最终导致肺气肿的形成。这些异常表现的形成可能 源于以下几种机制。①1964年,有学者报道肺气肿 的形成与at一抗胰蛋白酶的缺乏存在相关性;随后指 出al一抗胰蛋白酶可抑制中性粒细胞弹性蛋白酶对 组织的破坏作用【3]。于是,将导致COPD肺损伤的 最主要因素归为中性粒细胞弹性蛋白酶和巨噬细胞 基质金属蛋白酶(MMP)的过度释放和抗蛋白酶机 制不足或缺乏,尽管这一假定存在争议[4]。②由香 烟导致的氧化应激和诱导上皮细胞死亡的凋亡行为 也被提及[5]。③最近有研究指出肺气肿患者中存在
最近,两种CD4+T细胞亚型一Thl7与Treg的 研究引起了人们广泛关注。IL_17的主要来源为 Thl7细胞,其可促使气道上皮细胞和成纤维细胞释 放IL一6。同时,两种IL分别为促进黏膜下腺和气道 上皮杯状细胞分泌黏液的关键因子。此外,IL-17 还能诱导上皮产生PMN的趋化配其派生的MMP 在肺气肿形成过程中可能起更重要作用[8],肺组织 病理检查也显示巨噬细胞数量与该区域肺气肿的程 度呈正比,与肺泡壁的破坏程度密切相关[9]。甚至 出现MMP一12叫一小鼠能完全逃逸由香烟诱导的肺 气肿[1叫。肺泡巨噬细胞来源于外周血单核细胞。 CCL2[最P单核细胞趋化蛋白1(MCP一1)]是一种已 知的单核细胞/巨噬细胞趋化因子,大量表达于 COPD患者支气管肺泡灌洗液和肺组织[I妇;同时, 其相应受体CCR2也高表达于肺泡巨噬细胞表面。 这些发现暗示外周血单核细胞通过CCL2-CCR2形 式募集进入肺实质和气道并参入局部炎症反应[1 2’。 2中性粒细胞
[Key words]Chemokines;Inflammation;Chronic obstructive pulmonary diseases
慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,COPD)是引起人类患病和死亡 的主要因素之一。按世界卫生组织估算,COPD已 成为中国社会疾病负担的第一位[1]。最近的报道也 指出我国七省市40岁以上人群的COPD患病率为 8.2%[2]。所以,更深入的了解COPD并据此研发 新的药物是十分必要的。
【关键词】趋化因子;炎症;慢性阻塞性肺疾病
Role of chemokines in chronic obstructive pulmonary diseases HU Xiao-}ei.zHANG Jin—nong. Respiratory Research Laboratory,Union Hospital,Tongji Medical College of Huazhong University of Science and Tochnology,Wuhan 430022,atina Corresponding author:ZHANG Jin-nong,Email:zjnwhhb@163.oom
万方数据
CXCR2阻断剂则能减少PMN对肺组织的浸润[H]。 此外,MMpl2也被认为可促进中性粒细胞向肺组 织趋化。可以看出,以上两种细胞及其派生的蛋白 酶都可因过度降解弹性基质而造成组织损伤。 3 APCE树突状细胞(DC)]
最近,三种表型和功能各不相同的肺部DC亚 型被定义为:1型髓样DC(CDlc+)、2型髓样DC (CDl41+)和浆细胞样DC(CD303+,CDl23+)[1引。 关于烟雾长期暴露是怎样影响DC的数量和免疫功 能的问题仍存在争议。可能与定义DC特异性标记 物上的不同、样本解剖位点的不同、吸烟程度的不同 和个体遗传编码的不同有关。然而,CoPD患者小 气道中聚集大量未成熟DC以及T、B细胞的活化 (见下文)提示特异性免疫应答被启动。活化或损伤 的上皮细胞可通过释放CCL20(也称为MIP一3a)和 CCL2来作用于DC表面受体CCR6和CCR2,从而 将外周血中未成熟DC招募入肺组织[16]。一旦被 激活,活化的DC通过CCR7一CCLl9(也称为MIP—p) 方式向局部二级淋巴结迁移[171,并诱导T细胞向 Thl、Th2或调节性T辅助细胞(Treg)分化增殖。 DC具有启动和协调固有及适应性免疫反应的能 力,但其在COPD中的具体作用有待进一步研究。 4 T细胞
同样,在COPD患者支气管肺泡灌洗液中也聚 集大量中性粒细胞,且与病情程度存在相关性[1引。 在小鼠模型中,基质的破坏需要中性粒细胞(可分泌 弹性蛋白酶及MMP一9等)参入。研究表明:在香烟 的诱导下,缺乏中性粒细胞弹性蛋白酶的小鼠肺组 织损伤程度下降近60%Ⅲ。与非吸烟者相比,表达 于中性粒细胞表面CXCR2的配体一CXCLl和 CXCL8(即IL-8)在唾液和支气管肺泡灌洗液中都 有升高[1引。CXCL8是一种有效的多形核细胞 (PMN)趋化物,其在支气管肺泡灌洗液中的浓度与 PMN聚集密度呈正相关,相对分子质量小的
与支气管哮喘不同,聚集在COPD患者气道和 肺组织中的T细胞主要为Thl/Tcl[1 8。。活化的T 细胞通过表达组织特异性趋化因子受体CXCR3、 CCR5和CXCR6而不是CCR3与CCR4向肺组织 趋化。这其中主要由CXCR3与7干扰素诱导释放 的CXCL9(也称为MIG)、CXCXI。10(也称为IP-10) 和CXCLl2(也称为I—TAC)三种配体介导完成m]。 与非吸烟者和吸烟非COPD相比,此三种配体大量 表达于COPD患者小气道上皮细胞。进入肺实质 的Th细胞在促进周围免疫细胞应答的同时也造成 了组织进一步损伤Lzo]。
抗弹性蛋白自身抗体而认为肺气肿是一种自身免疫 性疾病[6]。④另外可能的机制包括病毒感染和基因 遗传易感性。
COPD的本质即为遍布肺实质和气道的慢性炎 症反应,正如其定义所述说的。无论临床研究还是 动物实验都已表明在“烟雾”或有毒颗粒导致的异常 炎症反应中,大量炎性细胞,比如巨噬细胞、中性粒 细胞、T、B细胞和抗原递呈细胞(APC)浸润到肺部 后造成组织损伤和形态结构改变口]。其中,诱导炎 性细胞趋化和组织定位的化学趋化因子类在其中起 重要作用。根据分子的细胞外区近细胞膜部位之半 胱氨酸的排列,趋化性细胞因子分成4个亚组,即 CXC一、CC-、C_和CX。C一型。下面主要将CXC一和 CC-型趋化因子与各种炎性细胞的相互调节及其临 床应用价值作简单综述。 1巨噬细胞
垦瑟竖堡銎查!!!!芏!!旦整i!堂筮!!塑堡!』垦竺E生!Q!!!坠竺垫!!:!尘:!!:竖!:!!
·1171·
加肺泡巨噬细胞的敏感性,甚至促进TNF—a的生 成。在许多慢性炎症性和自身免疫性疾病中,比如 动脉粥样硬化和风湿性关节炎,CD4+CD25+Foxp3 调节性T细胞被视为关键的免疫调节剂[22],其可以 通过干扰抗原的递呈和分泌IL一10等来抑制其他 CD4+T效应细胞的能力[23]。调节性T细胞的缺乏 可消弱免疫系统对自身抗体的耐受能力,从而导致 炎症性疾患。与未吸烟者比,具有正常肺功能的吸 烟者气道中Treg数量明显增加;然而,在COPD或 肺气肿患者中Treg与Foxp3 mRNA则明显减 少[2引。这表明正常肺功能吸烟者中Treg起调节和 最小化炎症反应的作用,而在COPD中大量异常的 炎症反应占主导地位。至于以上两种细胞是怎样进 入肺组织以及其具体的调节机制有待更多的实验 报道。 5 B细胞与自身免疫性抗体
[Abstract] Chronic obstructive pulmonary diseases(COPD)is characterized by a limitation of airflow that is not fully reversible and is associated with an abnormal inflammatory response of the airway and lungs tO noxious particles and gases.There are also no effective disease-modifying therapies now.The molecular and cellular mechanisms that lead to chronic inflammation of small airways and lung parenchyma are not yet completely unraveled.However,there is nOW growing evidenee that the recruitment of these inflammatory cells in response to cigarette smoke is largely regulated by chemokines which acting as ligands for chemokine receptors.In this review we will focus mainly on the CX&and CC-family.Blocking chemokine receptors with selective antagonists to inhibit leukocyte recruitment and reduce the parenchymal destruction might be an effective antkinflammatory strategy in COPD.
.综述.
化学趋化因子在慢性阻塞性肺疾病中的作用
胡小飞 张劲农
【摘要】慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,CoPD)是一组以气流受限,且 不完全可逆为特征的肺部疾病,认为与肺部对有害气体或有毒颗粒的异常炎症反应有关。目前仍缺乏 有效的治疗手段。其诱发慢性炎症的具体细胞分子学机制仍不清楚。然而,越来越多的证据表明香烟 诱导的炎症细胞的募集取决于趋化因子及其配体的调节。这里主要探讨CX&和CC一家族与各种炎性细 胞的相互调节,通过阻断趋化因子而减少COPD患者的炎性细胞浸润及实质破坏可能为一种有效的抗 炎策略。
’但在临床实际工作中,肺气肿患者在停止吸烟 数年后其炎症性质和功能参数都没有明显改变[7]。 最近,学者们不仅在肺气肿患者外周血中发现抗弹 性蛋白自身抗体£6],而且通过注射人脐静脉内皮细 胞可诱导兔子产生明显肺气肿表现心引。这都表明 自身免疫性反应在COPD发病机制中有重要作用。 然而,具有家族性是这些表现出自身免疫反应病例 的特点。研究表明,与COPD患者存在一级亲属关 系的吸烟者发生气流受限比例增高;孪生儿中吸烟 者与从不吸烟者的最大呼气量相似[2引。不是所有 吸烟者对抗原都有反应,即便有反应其程度也不一 致,这强烈暗示着潜在的基因易感性。所以整个自
据全球COPD防治指南(GoLDE)分期,3—4期 COPD患者小气道旁淋巴样滤泡组织明显多于0-2 期的患者[2引。无论是COPD患者还是小鼠肺气肿 模型,其气道和肺实质淋巴样滤泡组织中已证明有 大量B细胞聚集[7‘2引。活化的B细胞高表达 CXCR3,通过与上述T细胞类似的方式进行组织趋 化心71。对淋巴样滤泡中单个克隆B细胞进行重排 免疫球蛋白基因的序列分析揭示了同源B细胞存 在免疫球蛋白可变区域突变,即存在抗原介导的选 择过程。然而,淋巴样滤泡中缺乏细菌和病毒的产 物,也就是说这些单克隆B细胞的出现针对的是肺 部抗原一烟雾残渣或组织损伤成分等[2 6|。
万方数据
COPD的主要病理改变为小气道的慢性炎症及 其重塑,呼吸性细支气管和肺泡间隔结构炎性破坏, 最终导致肺气肿的形成。这些异常表现的形成可能 源于以下几种机制。①1964年,有学者报道肺气肿 的形成与at一抗胰蛋白酶的缺乏存在相关性;随后指 出al一抗胰蛋白酶可抑制中性粒细胞弹性蛋白酶对 组织的破坏作用【3]。于是,将导致COPD肺损伤的 最主要因素归为中性粒细胞弹性蛋白酶和巨噬细胞 基质金属蛋白酶(MMP)的过度释放和抗蛋白酶机 制不足或缺乏,尽管这一假定存在争议[4]。②由香 烟导致的氧化应激和诱导上皮细胞死亡的凋亡行为 也被提及[5]。③最近有研究指出肺气肿患者中存在
最近,两种CD4+T细胞亚型一Thl7与Treg的 研究引起了人们广泛关注。IL_17的主要来源为 Thl7细胞,其可促使气道上皮细胞和成纤维细胞释 放IL一6。同时,两种IL分别为促进黏膜下腺和气道 上皮杯状细胞分泌黏液的关键因子。此外,IL-17 还能诱导上皮产生PMN的趋化配其派生的MMP 在肺气肿形成过程中可能起更重要作用[8],肺组织 病理检查也显示巨噬细胞数量与该区域肺气肿的程 度呈正比,与肺泡壁的破坏程度密切相关[9]。甚至 出现MMP一12叫一小鼠能完全逃逸由香烟诱导的肺 气肿[1叫。肺泡巨噬细胞来源于外周血单核细胞。 CCL2[最P单核细胞趋化蛋白1(MCP一1)]是一种已 知的单核细胞/巨噬细胞趋化因子,大量表达于 COPD患者支气管肺泡灌洗液和肺组织[I妇;同时, 其相应受体CCR2也高表达于肺泡巨噬细胞表面。 这些发现暗示外周血单核细胞通过CCL2-CCR2形 式募集进入肺实质和气道并参入局部炎症反应[1 2’。 2中性粒细胞
[Key words]Chemokines;Inflammation;Chronic obstructive pulmonary diseases
慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,COPD)是引起人类患病和死亡 的主要因素之一。按世界卫生组织估算,COPD已 成为中国社会疾病负担的第一位[1]。最近的报道也 指出我国七省市40岁以上人群的COPD患病率为 8.2%[2]。所以,更深入的了解COPD并据此研发 新的药物是十分必要的。
【关键词】趋化因子;炎症;慢性阻塞性肺疾病
Role of chemokines in chronic obstructive pulmonary diseases HU Xiao-}ei.zHANG Jin—nong. Respiratory Research Laboratory,Union Hospital,Tongji Medical College of Huazhong University of Science and Tochnology,Wuhan 430022,atina Corresponding author:ZHANG Jin-nong,Email:zjnwhhb@163.oom
万方数据
CXCR2阻断剂则能减少PMN对肺组织的浸润[H]。 此外,MMpl2也被认为可促进中性粒细胞向肺组 织趋化。可以看出,以上两种细胞及其派生的蛋白 酶都可因过度降解弹性基质而造成组织损伤。 3 APCE树突状细胞(DC)]
最近,三种表型和功能各不相同的肺部DC亚 型被定义为:1型髓样DC(CDlc+)、2型髓样DC (CDl41+)和浆细胞样DC(CD303+,CDl23+)[1引。 关于烟雾长期暴露是怎样影响DC的数量和免疫功 能的问题仍存在争议。可能与定义DC特异性标记 物上的不同、样本解剖位点的不同、吸烟程度的不同 和个体遗传编码的不同有关。然而,CoPD患者小 气道中聚集大量未成熟DC以及T、B细胞的活化 (见下文)提示特异性免疫应答被启动。活化或损伤 的上皮细胞可通过释放CCL20(也称为MIP一3a)和 CCL2来作用于DC表面受体CCR6和CCR2,从而 将外周血中未成熟DC招募入肺组织[16]。一旦被 激活,活化的DC通过CCR7一CCLl9(也称为MIP—p) 方式向局部二级淋巴结迁移[171,并诱导T细胞向 Thl、Th2或调节性T辅助细胞(Treg)分化增殖。 DC具有启动和协调固有及适应性免疫反应的能 力,但其在COPD中的具体作用有待进一步研究。 4 T细胞
同样,在COPD患者支气管肺泡灌洗液中也聚 集大量中性粒细胞,且与病情程度存在相关性[1引。 在小鼠模型中,基质的破坏需要中性粒细胞(可分泌 弹性蛋白酶及MMP一9等)参入。研究表明:在香烟 的诱导下,缺乏中性粒细胞弹性蛋白酶的小鼠肺组 织损伤程度下降近60%Ⅲ。与非吸烟者相比,表达 于中性粒细胞表面CXCR2的配体一CXCLl和 CXCL8(即IL-8)在唾液和支气管肺泡灌洗液中都 有升高[1引。CXCL8是一种有效的多形核细胞 (PMN)趋化物,其在支气管肺泡灌洗液中的浓度与 PMN聚集密度呈正相关,相对分子质量小的
与支气管哮喘不同,聚集在COPD患者气道和 肺组织中的T细胞主要为Thl/Tcl[1 8。。活化的T 细胞通过表达组织特异性趋化因子受体CXCR3、 CCR5和CXCR6而不是CCR3与CCR4向肺组织 趋化。这其中主要由CXCR3与7干扰素诱导释放 的CXCL9(也称为MIG)、CXCXI。10(也称为IP-10) 和CXCLl2(也称为I—TAC)三种配体介导完成m]。 与非吸烟者和吸烟非COPD相比,此三种配体大量 表达于COPD患者小气道上皮细胞。进入肺实质 的Th细胞在促进周围免疫细胞应答的同时也造成 了组织进一步损伤Lzo]。
抗弹性蛋白自身抗体而认为肺气肿是一种自身免疫 性疾病[6]。④另外可能的机制包括病毒感染和基因 遗传易感性。
COPD的本质即为遍布肺实质和气道的慢性炎 症反应,正如其定义所述说的。无论临床研究还是 动物实验都已表明在“烟雾”或有毒颗粒导致的异常 炎症反应中,大量炎性细胞,比如巨噬细胞、中性粒 细胞、T、B细胞和抗原递呈细胞(APC)浸润到肺部 后造成组织损伤和形态结构改变口]。其中,诱导炎 性细胞趋化和组织定位的化学趋化因子类在其中起 重要作用。根据分子的细胞外区近细胞膜部位之半 胱氨酸的排列,趋化性细胞因子分成4个亚组,即 CXC一、CC-、C_和CX。C一型。下面主要将CXC一和 CC-型趋化因子与各种炎性细胞的相互调节及其临 床应用价值作简单综述。 1巨噬细胞
垦瑟竖堡銎查!!!!芏!!旦整i!堂筮!!塑堡!』垦竺E生!Q!!!坠竺垫!!:!尘:!!:竖!:!!
·1171·
加肺泡巨噬细胞的敏感性,甚至促进TNF—a的生 成。在许多慢性炎症性和自身免疫性疾病中,比如 动脉粥样硬化和风湿性关节炎,CD4+CD25+Foxp3 调节性T细胞被视为关键的免疫调节剂[22],其可以 通过干扰抗原的递呈和分泌IL一10等来抑制其他 CD4+T效应细胞的能力[23]。调节性T细胞的缺乏 可消弱免疫系统对自身抗体的耐受能力,从而导致 炎症性疾患。与未吸烟者比,具有正常肺功能的吸 烟者气道中Treg数量明显增加;然而,在COPD或 肺气肿患者中Treg与Foxp3 mRNA则明显减 少[2引。这表明正常肺功能吸烟者中Treg起调节和 最小化炎症反应的作用,而在COPD中大量异常的 炎症反应占主导地位。至于以上两种细胞是怎样进 入肺组织以及其具体的调节机制有待更多的实验 报道。 5 B细胞与自身免疫性抗体
[Abstract] Chronic obstructive pulmonary diseases(COPD)is characterized by a limitation of airflow that is not fully reversible and is associated with an abnormal inflammatory response of the airway and lungs tO noxious particles and gases.There are also no effective disease-modifying therapies now.The molecular and cellular mechanisms that lead to chronic inflammation of small airways and lung parenchyma are not yet completely unraveled.However,there is nOW growing evidenee that the recruitment of these inflammatory cells in response to cigarette smoke is largely regulated by chemokines which acting as ligands for chemokine receptors.In this review we will focus mainly on the CX&and CC-family.Blocking chemokine receptors with selective antagonists to inhibit leukocyte recruitment and reduce the parenchymal destruction might be an effective antkinflammatory strategy in COPD.
.综述.
化学趋化因子在慢性阻塞性肺疾病中的作用
胡小飞 张劲农
【摘要】慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,CoPD)是一组以气流受限,且 不完全可逆为特征的肺部疾病,认为与肺部对有害气体或有毒颗粒的异常炎症反应有关。目前仍缺乏 有效的治疗手段。其诱发慢性炎症的具体细胞分子学机制仍不清楚。然而,越来越多的证据表明香烟 诱导的炎症细胞的募集取决于趋化因子及其配体的调节。这里主要探讨CX&和CC一家族与各种炎性细 胞的相互调节,通过阻断趋化因子而减少COPD患者的炎性细胞浸润及实质破坏可能为一种有效的抗 炎策略。
’但在临床实际工作中,肺气肿患者在停止吸烟 数年后其炎症性质和功能参数都没有明显改变[7]。 最近,学者们不仅在肺气肿患者外周血中发现抗弹 性蛋白自身抗体£6],而且通过注射人脐静脉内皮细 胞可诱导兔子产生明显肺气肿表现心引。这都表明 自身免疫性反应在COPD发病机制中有重要作用。 然而,具有家族性是这些表现出自身免疫反应病例 的特点。研究表明,与COPD患者存在一级亲属关 系的吸烟者发生气流受限比例增高;孪生儿中吸烟 者与从不吸烟者的最大呼气量相似[2引。不是所有 吸烟者对抗原都有反应,即便有反应其程度也不一 致,这强烈暗示着潜在的基因易感性。所以整个自
据全球COPD防治指南(GoLDE)分期,3—4期 COPD患者小气道旁淋巴样滤泡组织明显多于0-2 期的患者[2引。无论是COPD患者还是小鼠肺气肿 模型,其气道和肺实质淋巴样滤泡组织中已证明有 大量B细胞聚集[7‘2引。活化的B细胞高表达 CXCR3,通过与上述T细胞类似的方式进行组织趋 化心71。对淋巴样滤泡中单个克隆B细胞进行重排 免疫球蛋白基因的序列分析揭示了同源B细胞存 在免疫球蛋白可变区域突变,即存在抗原介导的选 择过程。然而,淋巴样滤泡中缺乏细菌和病毒的产 物,也就是说这些单克隆B细胞的出现针对的是肺 部抗原一烟雾残渣或组织损伤成分等[2 6|。