內(nèi)毒素對(duì)各種細(xì)胞的激活作用

在整體水平認(rèn)識(shí)到內(nèi)毒素（LPS）對(duì)機(jī)體損害作用的情況下，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從細(xì)胞水平研究LPS的致病機(jī)制成為當(dāng)今相關(guān)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)與熱點(diǎn)之一。現(xiàn)有研究證實(shí)，LPS可以激活多種細(xì)胞，從而影響細(xì)胞生理功能的正常發(fā)揮并產(chǎn)生明顯的病理?yè)p害，內(nèi)毒素血癥是誘發(fā)嚴(yán)重創(chuàng)傷、感染患者失控性炎癥反應(yīng)癥形成并最終導(dǎo)致死亡的重要原因之一。

一、巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞是白細(xì)胞中功能最為活躍的細(xì)胞，在機(jī)體的防御中起重要作用，對(duì)內(nèi)毒素具有強(qiáng)烈反應(yīng)性，是機(jī)體產(chǎn)生細(xì)胞因子及其他介質(zhì)的主要細(xì)胞。

有研究證實(shí)，體外培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞在遭受內(nèi)毒素攻擊時(shí)，細(xì)胞對(duì)病原體的吞噬功能顯著下降，而作為炎癥介質(zhì)的主要產(chǎn)生細(xì)胞，LPS刺激巨噬細(xì)胞可以引起一系列細(xì)胞因子、趨化因子的高水平釋放，與此同時(shí)，巨噬細(xì)胞還通過高水平表達(dá)的黏附分子介導(dǎo)其與其他細(xì)胞間的相互作用，啟動(dòng)炎癥反應(yīng)，巨噬細(xì)胞及其他細(xì)胞的過度激活可導(dǎo)致致炎因子的過度釋放從而引發(fā)失控性炎性反應(yīng)的形成，這些病理生理反應(yīng)在相關(guān)研究中已得到充分證實(shí)，在此不作過多闡述。

巨噬細(xì)胞常因其存在的器官不同而名稱各異，如在肝臟稱為庫(kù)普否細(xì)胞，在肺臟稱為肺巨噬細(xì)胞，肺巨噬細(xì)胞又可根據(jù)所處位置不同分為肺泡間質(zhì)細(xì)胞及肺泡巨噬細(xì)胞，新近有研究顯示，不同器官或同一器官不同部分的巨噬細(xì)胞對(duì)內(nèi)毒素的反應(yīng)性不盡相同，如肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞的反應(yīng)性明顯高于肺泡巨噬細(xì)胞，深入探討這些細(xì)胞對(duì)內(nèi)毒素反應(yīng)不同的機(jī)制及其病理生理學(xué)意義將有助于對(duì)臨床感染性疾病發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)并指導(dǎo)救治方案。

二、中性粒細(xì)胞

中性粒細(xì)胞（PMN）是功能較為活躍的白細(xì)胞之一，對(duì)于中性粒細(xì)胞在內(nèi)毒素血癥發(fā)生、發(fā)展中的作用與地位，人們很早就給予了充分的重視。

借由LBP等血清物質(zhì)的存在，LPS可以直接激活中性粒細(xì)胞，產(chǎn)生氧自由基與NO、釋放多種蛋白酶與細(xì)胞因子、誘導(dǎo)包括黏附分子在內(nèi)的多種基因的表達(dá)，并通過這些因素進(jìn)而引發(fā)炎性介質(zhì)級(jí)聯(lián)效應(yīng)，在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展中具有十分重要的地位。

在內(nèi)毒素血癥早期，末梢血中性粒細(xì)胞的明顯減少，與LPS對(duì)中性粒細(xì)胞以及其他細(xì)胞如血管內(nèi)皮細(xì)胞的激活密切相關(guān)，激活的中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞間的黏附能力異常增強(qiáng)，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞聚積在毛細(xì)血管網(wǎng)尤其是肺毛細(xì)血管網(wǎng)中。有研究證實(shí)，粒細(xì)胞在肺部的過度聚集與活化是肺部血液循環(huán)障礙及呼吸障礙乃至休克產(chǎn)生的重要原因之一，而粒細(xì)胞對(duì)骨髓粒細(xì)胞的活化所引起的凝血活性增高與彌漫性血管內(nèi)凝血可能具有一定內(nèi)在聯(lián)系。

值得一提的是，作為機(jī)體的一種主要防御細(xì)胞，中性粒細(xì)胞在內(nèi)毒素清除過程中也發(fā)揮了重要作用。中性粒細(xì)胞對(duì)于原發(fā)性內(nèi)毒素血癥具有一定的防御作用，PMN可以通過直接吞噬內(nèi)毒素或者清除遭受內(nèi)毒素攻擊而滯留于血管璧周圍的血小板而間接吞噬內(nèi)毒素，更有研究顯示，中性粒細(xì)胞還可防御因?yàn)槔^發(fā)性內(nèi)毒素血癥而對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的損害，應(yīng)用放射線照射破壞中性粒細(xì)胞的小鼠對(duì)由腸道吸收的內(nèi)毒素的抵抗力明顯減弱。

三、血小板

血小板上存在有LPS受體，對(duì)進(jìn)入血循環(huán)的LPS具有清除作用，并運(yùn)載到網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)。有研究證實(shí)，內(nèi)毒素血癥時(shí)，血小板上結(jié)合有較多的LPS，給大鼠腹腔注射血小板對(duì)內(nèi)毒素反應(yīng)具有明顯的抑制作用。作為哺乳動(dòng)物體內(nèi)對(duì)LPS最敏感的有形成分之一，LPS可以通過活化血小板酶、前列腺素環(huán)化酶直接激活血小板，引起凝集反應(yīng)，并釋放血小板凝集促進(jìn)劑ADP與血管活性物質(zhì)如5-羥色胺等，加速血小板血凝塊的形成，促進(jìn)凝血反應(yīng)。

四、血管內(nèi)皮細(xì)胞

近年來(lái)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能有了新的認(rèn)識(shí)，血管內(nèi)皮細(xì)胞不單是具有機(jī)械屏障及對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有通透作用的半透膜功能，在外源性物質(zhì)的刺激下，內(nèi)皮細(xì)胞可以直接參與炎癥反應(yīng)或?qū)ρ装Y反應(yīng)具有放大作用。

近年來(lái)，越來(lái)越多的體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，LPS可以直接激活血管內(nèi)皮細(xì)胞，激活細(xì)胞內(nèi)多條信號(hào)通路，介導(dǎo)在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用的多種細(xì)胞因子、黏附分子及其他炎癥相關(guān)因子的表達(dá)，與此同時(shí)，細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，細(xì)胞變形、細(xì)胞間連接損害，屏障功能顯著受損，此外，LPS還可直接誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。

五、腸上皮細(xì)胞

腸上皮細(xì)胞（ intestinal epithelial cell，IEC）在機(jī)體中所處部位特殊，在腸道屏障中具有極其重要的作用。既往一直認(rèn)為上皮細(xì)胞是一類CD14陰性細(xì)胞，對(duì)LPS不具有反應(yīng)性或反應(yīng)低下，但目前部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持LPS可以激活I(lǐng)EC的結(jié)論。體外實(shí)驗(yàn)顯示，不同系的腸上皮腫瘤細(xì)胞對(duì)LPS的反應(yīng)性存在明顯差異，如癌性腸上皮T84、CaCo-2細(xì)胞對(duì)LPS不具有反應(yīng)性，而癌性腸上皮細(xì)胞SW620、HT29在 LPS的刺激下能分泌IL-8，大鼠IEC-6細(xì)胞系在LPS刺激下能誘導(dǎo)細(xì)胞因子如IL-6、趨化因子如MCP-1及NO等的產(chǎn)生，也有研究顯示LPS刺激也不能誘導(dǎo)人源性原代培養(yǎng)IEC產(chǎn)生IL-6、I1.-1 beta、TNF-alpha等細(xì)胞因子?？傊琁EC對(duì)LPS的反應(yīng)性問題還有待進(jìn)一步研究，深入闡明腸上皮細(xì)胞對(duì)LPS的反應(yīng)性/耐受性及其調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)于認(rèn)識(shí)內(nèi)毒素激活細(xì)胞的分子機(jī)制具有十分重要的意義。

六、肝細(xì)胞

肝臟是機(jī)體極為重要的器官之一，在內(nèi)毒素血癥時(shí)，肝受到損害，尤其是代謝障礙是以肝損傷為中心發(fā)生的。先前研究顯示，發(fā)生肝損害的機(jī)制是LPS作用于炎癥相關(guān)細(xì)胞其中包括肝星狀細(xì)胞后導(dǎo)致多種炎癥介質(zhì)的釋放，這些炎癥介質(zhì)反過來(lái)作用于肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞引發(fā)肝損傷。與此同時(shí)也有相當(dāng)多的關(guān)于LPS直接作用于肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞而引起肝損傷的證據(jù)，LPS可以誘導(dǎo)離體培養(yǎng)肝細(xì)胞的凋亡、上調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)與NO的產(chǎn)生及一些相關(guān)酶學(xué)指標(biāo)的異常改變，但也有一些體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示LPS并不能對(duì)肝細(xì)胞造成直接損害，如LPS單獨(dú)刺激并不能造成離體肝細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化損傷，僅在有D-氨基半乳糖的共同作用下或有庫(kù)普弗細(xì)胞共同培養(yǎng)的情況下才出現(xiàn)明顯的肝細(xì)胞損害等，關(guān)于肝細(xì)胞是否是LPS的直接靶細(xì)胞的爭(zhēng)論至今仍在爭(zhēng)論，有待于更進(jìn)一步的確切證據(jù)來(lái)證明。

七、肌細(xì)胞

大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，內(nèi)毒素血癥時(shí)機(jī)體肌肉系統(tǒng)包括骨骼骨、心肌及平滑肌發(fā)生明顯的病理生理改變，這些病理生理改變包括代謝的紊亂﹑結(jié)構(gòu)的重塑、基因表達(dá)的改變等。長(zhǎng)久以來(lái)，人們一直認(rèn)為，LPS對(duì)肌細(xì)胞的激活是通過活化其他免疫細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)胞因子釋放以及激活補(bǔ)體等途徑而間接發(fā)揮作用的。

但近年來(lái)的研究顯示，LPS可以直接活化肌細(xì)胞，如微量LPS激活平滑肌細(xì)胞c-myc 、c-fos及hsp70等基因的表達(dá)、促進(jìn)其增殖，而較高劑量的LPS則可以直接影響肌細(xì)胞的多種代謝過程如氧利用與脂質(zhì)代謝等，抑制其增殖并降低其生存能力，肌細(xì)胞收縮能力也明顯受抑。近年在膿毒癥情況下骨骼肌過度分解的機(jī)制研究上有所突破，即TNF-alpha等炎性介質(zhì)可以活化肌細(xì)胞內(nèi)蛋白酶小體，從而導(dǎo)致肌細(xì)胞的過度降解，而作為IPS活化細(xì)胞的主要信號(hào)通路NF-kappa B，其激活同樣存在蛋白酶小體的過度活化，在此情況下，LPS刺激可否直接引起骨骼肌的降解目前尚未得到證明。

八、成纖維細(xì)胞

作為一種實(shí)質(zhì)細(xì)胞，成纖維細(xì)胞在維持組織結(jié)構(gòu)及參與損傷修復(fù)中具有無(wú)-可-替-代的作用，早期體外研究顯示，受LPS攻擊后的纖維母細(xì)胞可消耗葡萄糖，攝取大量的3H-胸腺嘧啶脫氧核糖，增加細(xì)胞數(shù)量，合成透明質(zhì)酸的功能也明顯增強(qiáng)，這些研究提示創(chuàng)傷條件下LPS與創(chuàng)傷組織的修復(fù)以及瘢痕形成有關(guān)。

近年來(lái)的研究顯示成纖維細(xì)胞的生物學(xué)意義遠(yuǎn)不止如此，它在炎癥反應(yīng)過程中可能也起到非常重要的作用，多種刺激因子均可以激活成纖維細(xì)胞，LPS能以血清依賴的方式直接激活成纖維細(xì)胞，活化的成纖維細(xì)胞與其他炎癥細(xì)胞一樣能夠表達(dá)多種細(xì)胞因子、趨化因子從而啟動(dòng)或擴(kuò)大炎癥反應(yīng)。

九、肥大細(xì)胞

肥大細(xì)胞同樣在炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用。既往認(rèn)為，LPS主要是通過激活其他靶細(xì)胞導(dǎo)致炎癥因子的產(chǎn)生而間接作用于肥大細(xì)胞，如被LPS激活的補(bǔ)體在被消耗的同時(shí)裂解出C3a、C5a等，這些成分可以刺激肥大細(xì)胞釋放組織胺﹑緩激肽、Р物質(zhì)等，使血管通透性增強(qiáng)，末梢血流減少，是多臟器功能衰竭的啟動(dòng)機(jī)制之一。

近年來(lái)有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，與巨噬細(xì)胞等細(xì)胞一樣，肥大細(xì)胞細(xì)胞膜上同樣存在LPS受體如TLR4等分子，LPS可以通過這些分子的介導(dǎo)直接活化肥大細(xì)胞，導(dǎo)致肥大細(xì)胞脫顆粒﹑釋放組織胺等，并影響多種細(xì)胞因子如IL-1beta、TNF-alpha、IL-6等的表達(dá)，這些細(xì)胞因子的產(chǎn)生一方面可以促使肥大細(xì)胞殺滅入侵病原，另一方面也可以作用于其他細(xì)胞如中性粒細(xì)胞等導(dǎo)致細(xì)胞因子釋放的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，在失控性炎癥反應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

十、造血干細(xì)胞

早在20世紀(jì)50年代就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，反復(fù)注射細(xì)菌性致熱物質(zhì)的小鼠照射致死劑量的X線仍可生存下來(lái)，此后，Smith及其合作者（1958）證實(shí)，Ⅹ線照射前24h給大鼠（Hamster）或小鼠注射LPS，在給予致死劑量Ⅹ線照射后動(dòng)物仍可存活。以末梢血中血紅蛋白量、粒細(xì)胞數(shù)、淋巴細(xì)胞數(shù)、血小板數(shù)﹑骨髓被動(dòng)員白細(xì)胞人末梢血的能力及骨髓象細(xì)胞數(shù)等為觀察指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)預(yù)先注射LPS的動(dòng)物，Ⅹ線損傷輕，尤其是損傷后恢復(fù)速度快。這提示LPS能明顯激活造血細(xì)胞，促進(jìn)造血，從而促進(jìn)放射線造成的血液系統(tǒng)障礙的恢復(fù)。

體外實(shí)驗(yàn)已充分證明LPS注射動(dòng)物后能短暫增加脾細(xì)胞、血細(xì)胞的細(xì)胞集落形成單元，其機(jī)制可能與LPS激活其他細(xì)胞如T淋巴、B淋巴細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞等產(chǎn)生造血生長(zhǎng)因子最終活化造血干細(xì)胞有關(guān)，目前尚未有明確證據(jù)顯示LPS可以直接激活造血干細(xì)胞，對(duì)內(nèi)毒素血癥時(shí)造血細(xì)胞活化的病理生理意義也有待進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。