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CXCL10/CXCR3轴在急性呼吸窘迫综合征中的作用

2024-05-31 7 上传者：管理员

摘要：CXC趋化因子配体10(CXCL10)/CXC趋化因子受体3(CXCR3)信号轴是介导Th1型免疫反应的重要通路，通过放大炎性风暴广泛参与急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的发生发展，同时促进血管内皮凋亡、抑制修复可增加肺血管血栓形成的可能，此外也因可调节细胞迁移、限制细胞外基质沉积发挥抗肺纤维化的保护作用。本文系统讨论了CXCL10/CXCR3信号轴在ARDS发生发展作用中的不同调节机制，为ARDS的诊治提供新思考和潜在可能性。

关键词：
CXCL10/CXCR3
急性呼吸窘迫综合征
炎性反应
肺纤维化
肺血管栓塞
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急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是危重症患者常见的并发症和死因，由于其管理高难度一直是临床的严峻挑战。时至今日，病死率仍高达30%～50%[1]。ARDS重要的病理改变包括肺部炎性反应[2]、肺微血管血栓形成[3]和间质纤维化[4]。其发生归因于细胞因子系统的失调，趋化因子在其中发挥重要作用。临床发现ARDS患者血清中CXC趋化因子配体10(CXC chemokine ligand-10, CXCL10)水平异常增高，本文就CXCL10及其受体CXCR3 (CXC receptor-3, CXCR3)在ARDS发病机制中的相关研究进行综述。

1、趋化因子CXCL10与其受体CXCR3的简要介绍

1.1 CXCL10的结构及产生

CXCL10属于趋化因子CXC家族，又称γ-干扰素诱导蛋白10(interferon-γ inducible protein-10, IP-10),该蛋白基因定位于染色体4q21,是一种10.8 ku的小分子蛋白，分泌过程中可被肽酶切割成8.7 ku的生物活性蛋白。CXCL10主要由IFN-γ诱导单核巨噬细胞、树突细胞、NK细胞和内皮细胞等产生。但除IFN-γ外，脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)及炎性细胞因子如α-干扰素(interferon-α, IFN-α)、β-干扰素(interferon-β, IFN-β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白介素6(interleukin 6,IL-6)和白介素1β(interleukin 1β,IL-1β)也是CXCL10的上游信号[5]。其主要通过JAK/STAT及PI3K/AKT [6]这两条经典信号通路发挥作用，其中JAK/STAT是IFN-γ的主要作用通路。此外，在抗细菌和抗病毒天然免疫反应中均起重要作用的TLR4-NF-κB信号通路也是介导CXCL10产生的重要上游，不仅可以诱导TNF-α、IFN-γ、IL-6和白介素8(interleukin 8,IL-8)等炎性因子间接促进CXCL10产生，还可以不通过其他细胞因子直接释放CXCL10 [7]。CXC家族根据是否含有ELR结构域(Glu-Leu-Arg 三肽序列)进一步细分为两大亚族：ELR(+)亚族如CXC趋化因子配体1(CXC chemok-ine ligand-1,CXCL1)、CXC趋化因子配体7(CXC chemokine ligand-7,CXCL7)、CXC趋化因子配体8(CXC chemokine ligand-8,CXCL8),和ELR(-)亚族如CXC趋化因子配体9(CXC chemokine ligand-9,CXCL9, 又称Mig)、CXCL10、CXC趋化因子配体11(CXC chemokine ligand-11,CXCL11, 又称I-TAC)。ELR(+)CXC趋化因子被认为对中性粒细胞有强烈的趋化活性，且与促进血管生成作用相关；ELR(-)CXC趋化因子被认为对单核、淋巴细胞有趋化作用，但不能趋化中性粒细胞，在血管生成中起抑制作用。CXCL10 属于 ELR(-) CXC趋化因子，但有研究发现CXCL10不仅可以趋化中性粒细胞，且肺损伤后肺中 CXCL10 水平的升高很大程度上源于中性粒细胞的浸润[8]。此外，CXCL10还在抑制血管生成、调节肿瘤及贴壁细胞增殖和迁移中发挥功能。

1.2 CXCR3的表达及调控

CXCR3属于7次跨膜的G蛋白偶联受体家族(G protein-coupled receptors, GPCRs),又称CD183,基因定位于染色体Xp13,相对分子质量为41 ku, 是CXCL10的唯一受体。由于末端氨基不同，人体中有3种不同剪接变异体——CXCR3A、CXCR3B、CXCR3-alt。CXCR3A和CXCR3B可受CXCL9(Mig)、CXCL10(IP-10)、CXCL11(I-TAC)调控，而CXCL11是截短变体CXCR3-alt的唯一配体。目前3A和3B研究较多，CXCR3-alt在体内仅以低水平表达且常与CXCR3-A共表达[9]。CXCR3A和CXCR3B具有两种截然相反的作用。3A主要存在于免疫细胞如活化的T淋巴细胞、NK细胞、中性粒细胞等表面，结合异源三聚体G蛋白Gi 或 Gq将信号传至胞内，通过激活PI3K/AKT 或 MAPK(ERK、JNK)等途径，诱导细胞迁移、增殖和存活，这也与CXCL10促进免疫细胞迁移、助力细胞因子风暴相符合；而3B主要存在于未成熟的血管内皮细胞和成纤维细胞，结合Gs蛋白传递信号，通过激活cAMP/PKA通路等，抑制细胞增殖、迁移并激活细胞凋亡 [10],从而在血管生成、肿瘤的发生发展中起调控作用。

2、CXCL10/CXCR3轴在ARDS发生发展中的新近研究进展

2.1 CXCL10/CXCR3轴在炎性反应作用中的作用

“破坏性细胞因子风暴”是诱发ARDS的根本原因。首先，CXCL10通过参与细胞因子风暴直接放大炎性反应，引发肺部损伤。先天免疫细胞通过表达多种模式识别受体(pattern recognition receptor, PRR),如Toll样受体 (toll-like receptor, TLR)、维甲酸诱导基因I样受体 (rig-I-like receptors, RLR)、NOD样受体 (nod-like receptors, NLRs)等识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)或损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns, DAMPs),免疫细胞也可通过吞噬病毒感染的细胞进行识别激活或直接识别病原体产生促炎细胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、单核细胞趋化因子-1(monocyte chemotactic protein-1, MCP-1)和IL-8等以及趋化因子(如CXCL10)。其次，CXCL10可招募免疫细胞(嗜中性粒细胞、单核巨噬细胞及活化T淋巴细胞)到感染部位，进一步释放促炎因子和趋化因子，从而建立促炎性的正反馈通路，促进ARDS的发生发展。

CXCL10是介导巨噬细胞迁移至肺部感染部位的关键因素，敲除CXCR3基因后巨噬细胞迁移能力降低[11]。此外CXCL10还参与促进肺巨噬细胞的M1型极化[12],加强炎性反应。CXCL10作为ELR(-)亚族趋化因子，既往被认为不能趋化中性粒细胞，而中性粒细胞是介导爆发性肺部炎性反应的重要免疫细胞。但有发现肺损伤发生后，肺泡浸润的中性粒细胞表面会表达独特的ELR(-)亚族受体(即CXCR3,CXCL10的唯一且特异性受体),说明CXCL10可招募CXCR3+的中性粒细胞。CXCL10还会以自分泌方式作用于活化的中性粒细胞，进一步促进其聚集至发炎部位[7]。此外，CXCL10在血管内皮损伤和修复延迟的影响也会有助于促炎细胞的迁移。肺泡上皮细胞(alveolar epithelial cells, AEC)和血管内皮细胞在TNF-α、IL-1β,INF-γ等细胞因子的作用下也可释放CXCL10进入炎性反应环[13],参与免疫细胞的募集和激活。激活状态下的中性粒细胞在NADPH氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase)的作用下会产生活性氧 (reactive oxygen species, ROS), 从而损伤肺泡上皮-肺泡微血管内皮屏障；中性粒细胞胞外杀菌网络(neutrophil extracellular traps, NETs)的形成也可诱导覆盖肺泡绝大部分面积的 Ⅰ 型肺泡上皮细胞(alveolar epithelial cells Ⅰ, AEC-Ⅰ)凋亡[13],造成肺泡上皮受损，进一步放大炎性反应。

2.2 CXCL10/CXCR3轴在肺微血管血栓形成中的作用

CXCL10可促进血管内皮凋亡、抑制其修复，增大肺血管血栓形成的可能性 [14]。在ARDS早期，巨噬细胞和中性粒细胞被激活，促炎介质(如TNF-α、IF-1β和IL-6等)的大量产生可诱导内皮细胞凋亡和坏死，中性粒细胞趋化累积后释放的细胞毒性介质(活性氧、脂质介质、蛋白水解酶和颗粒酶等)也会引起内皮细胞连接破坏和肺毛细血管膜受损，而血管内皮损伤是血栓形成的必要先决条件。血管内皮损伤的机制为：1)CXCL10与CXCR3B结合后，通过激活腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase, AC)将三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)转化为环磷酸腺苷(cyclic 3′,5′-adenosine monophosphate, cAMP),cAMP可刺激蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)磷酸化下游的p38/MAPK,从而诱导热休克蛋白27(heat shock proteins-27, HSP-27)表达 [15],促进内皮细胞凋亡；2)CXCL10-CXCR3B还可诱导细胞周期抑制因子p21cip1表达进而使得细胞无法进入S期 [16],通过抑制DNA合成来影响内皮细胞修复；3)CXCL10可与内皮生长因子竞争性结合内皮细胞表面硫酸乙酰肝素蛋白聚糖，直接阻碍内皮生长因子受体激活 [14],导致内皮修复延迟；4)CXCL10还可募集周细胞消除未成熟的血管 [9]。

此外，CXCL10-CXCR3在募集中性粒细胞等免疫细胞时产生的IL-6和TNF-α均可促进血小板活化[17],参与凝血过程。CXCL10还可促进Ⅱ型肺泡上皮细胞(alveolar epithelial cells Ⅱ, AEC-Ⅱ)上调组织因子(tissue factor, TF)活性，从而促进肺毛细血管血栓形成；此外用LPS刺激AEC-Ⅱ细胞时，不仅TF分泌增多，肺泡内TF的生理抑制剂组织因子途径抑制剂(tissue factor pathway inhibitor, TFPI)含量也会增加，但TFPI大都处于截短的无活性形式，全长TFPI的水平不足以阻断肺泡内TF的促凝活性，肺血管血栓形成的可能性仍会增加[18]。

2.3 CXCL10/CXCR3轴在抗肺纤维化中的作用

由于成纤维细胞(fibroblast, FB)的积累以及胶原蛋白和其他细胞外基质(extracellular matrix, ECM)在肺中的过度和不稳定沉积，肺泡结构遭到破坏和重塑[17],ARDS后期面临肺纤维增生的间质性病变。CXCL10/CXCR3可限制肺纤维化。肺纤维化的发生仍与免疫反应密切相关，1995年提出的肺纤维化Th2优势学说[19]:Th1/Th2平衡如果向Th2发生偏移，发展为肺纤维化的风险增高。Th2型细胞分泌IL-4、IL-6和IL-13等刺激成纤维细胞分泌胶原蛋白发挥促纤维化作用，而Th1型细胞分泌的TNF-α和INF-γ等细胞因子则发挥抗纤维化作用。CXCL10通过介导Th细胞向Th1型免疫反应分化，抑制成纤维细胞的增殖和活化、减少胶原蛋白的产生从而限制肺纤维化。CXCL10还可抑制成纤维细胞迁移，在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中CXCL10表达减少，抑制CXCL10或其受体CXCR3会增加肺纤维化[20],而该研究认为CXCL10/CXCR3可通过限制成纤维细胞迁移从而抑制肺纤维化的进程，具体机制为CXCL10与受体CXCR3结合后通过抑制钙蛋白酶2(m-calpain, CAPN2)的激活，阻止生长因子诱导的成纤维细胞迁移至肺部[9]。CXCL10还可增加抗纤维化调节性免疫细胞 [21],通过减少细胞外基质沉积从而减少纤维增生。此外，以上针对于血管内皮的机制也会阻碍血管新生，从而影响肺纤维化的进程，已有研究证实CXCL10在特发性肺纤维化中因血管抑制作用而有一定的抗纤维化作用 [22]。

3、问题与展望

近年来在ARDS中，趋化因子CXCL10作为介导Th1型免疫反应的主要趋化因子之一，因广泛参与促进炎性反应的发生发展颇受重视，也被认为是预测ARDS发生的潜在标志物之一。除此之外，受体CXCR3的拮抗剂AMG487被证明可缓解急性肺损伤(acute lung injury, ALI)/ARDS的炎性反应，且目前已进入临床试验阶段[23];而麻醉广泛使用的镇静剂右美托嘧啶，因可抑制CXCR3的多种信号通路的激活(如PI3K、MAPK/P38等)从而减轻脂多糖诱导的急性肺损伤，现也成为治疗ARDS的辅助用药[24]。而CXCL10/CXCR3轴功能众多，在ARDS的发生发展中远不止局限于参与炎性反应，其在血管内皮损伤造成微血管血栓以及抗纤维化发展的双重作用被严重低估：既可促进炎性发生和肺血管血栓形成，又能抑制肺纤维化的发展。由此阻断CXCL10/CXCR3可出现以下矛盾的现象：虽能抑制炎性风暴、降低肺血管血栓形成，但可增加ARDS后期肺纤维化发展的风险。此后果对患者的预后仍不理想。临床上对患者的治疗应是全方面、长期及持续关注，在致力于通过抑制炎症风暴缓解ARDS急性期的同时，是否促进肺纤维化这一远期预后也需引起足够重视。然而值得注意的是，肺纤维化的发生与炎性反应、血栓形成存在一定的时间差：后两者发生于ARDS早期，并贯穿全病程，甚至炎性反应可以被认为是ARDS发生的始动因素；而纤维化的形成较滞后，多出现在中后期，且早期有力的抗炎治疗一定程度上可减少或避免肺纤维化的发生发展。因此，在治疗上适时的阻断CXCL10/CXCR3,并关注阻断的具体时间长短，有望达到抑制炎性反应和血栓形成以及不过度增加肺纤维化的效果，为ARDS治疗提供新方向和新思考。

基金资助:重庆市卫生适宜技术推广项目(2022jstg021);

文章来源:盛琪,童瑾.CXCL10/CXCR3轴在急性呼吸窘迫综合征中的作用[J].基础医学与临床,2024,44(06):892-896.