内毒素对血管内皮细胞损伤作用的研究进展医学论文.doc

内毒素对血管内皮细胞损伤作用的研究进展_医学论文 内毒素(LPS)是革兰氏阴性杆菌的主要致病因子，目前研究最多、最为明确的相关疾病是脓毒症和感染性休克尽管不断有新抗菌药物的成功研制和日益健全的医疗保健体系，但是革兰氏阴性杆菌性脓毒症仍然是一种严重威胁人类生命的疾病随着有创技术、免疫抑制剂、细胞毒化疗、以及广谱抗生素的大量使用，脓毒症和感染性休克的发病率自20世纪50年代以来一直呈增多趋势在美国，每年因其死亡的人数达17.5万-20万，儿童脓毒症病死率为10％-15％，成人高达40％对脓毒症及相关的合并症，例如急性呼吸窘迫综合症(ARDS)、多器官衰竭等，我们仍知之甚少，只知道这些疾病的发生与内皮细胸受损或功能异常有关所以，对LPS损伤内皮细胞的机制进行探讨，增加对LPS致病机理的认识，期望对临床治疗内毒素血症、脓毒症、感染性休克提供帮助 一、LPS的结构特点和生物学特性 1.LPS的结构特点 LPS是革兰氏阴性(G-)杆菌细胞壁的成份之一，主要由O特异性多糖链、核心多糖、脂质A三部分组成，其中脂质A是LPS中最为保守的部分、是LPS的毒性和生物学活性中心；核心多糖具有属特异性；O特异性多糖链的构成易变，导致了细菌的LPS分子量的绝对不一致性。

2.LPS的生物学活性 LPS具有多种生物学活性，(1)致热性；(2)激活凝血系统；(3)对代谢系统有明显影响；(4)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 人体肠道内分布大量G-杆菌，是巨大的内毒素库，但肠道上皮细胞存在相应的耐受机制，不被LPS激活正常情况下，仅有微量LPS通过肠道进入门静脉循环，且很快被肝内内皮细胞、枯否细胞和肝细胞清除，不会进入体循环但在一些病理情况下，如创伤、烧伤、放射损伤、失血性休克、化疗、心血管大手术等，肠道屏障功能或(和)肝正常清除机制受到破坏，肠道杆菌和LPS进入体循环形成内毒素血症 二、血管内皮细胞(VEC) 1.血管内皮细胞的特点与功能 血管内皮细胞铺陈于血液与血管内皮下组织之间，起到屏障的作用，但这使得血管内皮细胞总是暴露在循环介质中，容易受到循环中介质的损伤，LPS就是以血管内皮细胞为靶细胞的介质 血管内皮细胞具有以下主要生理功能，(1)参与血管舒张和收缩运动的调节，如释放内皮衍生曲舒张因子(EDRF)即一氧化氮(NO)，前列环素I2(PGI2)；血管收缩因子如内皮素(ET)，血栓素(TXA2)和超氧自由基等2)释放抗凝和促凝物质，如组织型纤溶酶原激活物，硫酸乙酰肝素，纤溶酶原激活物抑制剂等。

3)代谢作用，血管内皮细胞(VEC)具有脂蛋白脂肪酶，参与血浆脂蛋白代谢VEC表面的血管紧张素转化酶可促进血管紧张素转化为血管紧张素4)产生各种生长因子和细胞因子，如内皮细胞生长因子，IL-1，IL-6等5)保持血管壁完整性，防止血小板聚集和黏附6)调节血管通透性 LPS对血管内皮细胞造成损伤，势必对血管内皮细胞的生理功能产生影响，并引发相应的临床病理表现 2.血管内皮细胞受到LPS损伤时的病理表现 血管内皮细胞受到LPS损伤时的反应包括，(1)增加粘附分子的表达，如ICAM-1、VCAM-1；(2)增加产生和表达细胞因子和组织因子；(3)产生大量的炎症介质，如IL-1、IL-6、IL-8等4)诱导血管内皮细胞凋亡 LPS诱导血管内皮细胞凋亡，是脓毒症及合并症的重要发病机理之一通过对死于脓毒症和多器官衰竭的患者进行病理组织检验，发现器官和组织中的细胞凋亡数量有明显的增加，在动物的脓毒症模型上，也出现相似现象 3.细胞凋亡的检测方法 细胞凋亡又称程序化死亡，是受基因调控的主动死亡过程细胞凋亡对维持哺乳动物生长和内环境的稳态有重要意义，同时在许多疾病的病理改变中，细胞凋亡也扮演了重要的角色。

细胞凋亡的判定根据以下几点，(1)细胞镜下形态的改变；(2)出现DNA特征性梯带；(3)细胞核内组蛋白释放(4)细胞内水解酶改变，如caspase激活(5)多聚(ADP-核糖)聚合酶的裂解 细胞凋亡的检测技术有经典的透射电镜形态学观察、凝胶电泳检测DNA梯形带、标记细胞内降解DNA产生的3’-OH末端(TUNEL法)、定量DNA末端的标记量(TdT法)、流式细胞仪检测法其中既简单又特异的方法仍是经典的透射电镜形态学观察和凝胶电泳检测DNA梯形带，但其缺乏检测的灵敏度，而且难以定量；依赖形态学的透射电镜或TUNEL法定量凋亡细胞费时、效率低，重复性差；流式细胞仪检测细胞凋亡具有速度快，检测数量大，避免了细胞数少造成的偏差，既能定性又能定量，较容易进行凋亡和其他相关因素联合检测，在研究凋亡中具有其他方法无法比拟的优势 三、内毒素激活血管内皮细胞的分子机制 1.LPS作用于血管内皮细胞的分子结构基础 1.1CDl4分子 CD14分为可溶性CD14(sCD14)和膜CD14(mCD14)，大部分学者认为mCD14在内皮细胞与LPS结合过程中不起作用，但也有人认为mCD14在内毒素激活内皮细胞中扮演了关键的角色。

1.2Toll样受体4(TLR4) TLR4在内皮细胞膜上表达，是识别LPS的主要受体虽然有报道LPS诱导的内皮细胞激活是通过TLR2介导然而，进一步研究发现，他们使用的商品化LPS，含有一些与LPS特性不同的细菌脂蛋白与TLR2结合、并激活内皮细胞的是这些脂蛋白，并非LPS在遗传学方面取得的一些证据也表明，LPS的受体是TLR4 1.3辅助分子 血液中存在的辅助分子，如LBP(脂多糖结合蛋白)、sCD14(可溶性CD14)LBP能增敏LPS对各种细胞的激活作用，另一些血浆蛋白则发挥中和LPS的作用，如杀菌性通透性增强蛋白(BPI)研究表明，LPS进入体内，与LBP具有高亲和力，在LBP的作用下，LPS聚合物转换为单体，同时，LBP具有脂质转移作用，进而将LPS单体转递给血液内或细胞膜上其他模式分子，如sCD14或mCD14，从而使天然免疫系统更易识别和结合LPS 2.LPS激活血管内皮细胞的信号通路 与LPS激活血管内皮细胞有关的信号通路主要有，(1)NF-κB(核转录因子κB)信号通路NF-κB信号通路与机体的炎症反应关系最为密切，此通路控制了大多数免疫炎性基因的转录现已知该通路涉及以下信号传递分子，胚胎蛋白MyD88、IL-1受体相关激酶(IRAK)，肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF-6)、NF-κB诱导激酶(NIK)等。

2)MAPK信号通路研究者用LPS处理牛和人脑微血管内皮细胞(BBMEC和HBMEC)，发现LPS可诱导BBMEC和HBMEC上的有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)酪氨酸残基发生磷酸化，酪氨酸磷酸化程度与LPS呈剂量依赖性增加，而用酪氨酸抑制剂预处理内皮细胞，则可阻断LPS对BBMEC和HBMEC的细胞毒性反应因此认为LPS引起酪氨酸磷酸化是另一个重要的售号传导途径，即MAPK信号通路，该通路控制着细胞的生长、增殖和分化3)其他信号通路研究发现，LPS刺激血管内皮细胞后，可以快速诱导CREB(CREB)的磷酸化，活化的CREB与含CRE(CRE)序列的基因启动子结合，促进基因的转录，因此推测可能存在CREB信号通路LPS的结构与神经酰胺相似，可以直接活化神经酰胺活化的蛋白激酶(CAK)，因而有学者认为神经酰胺信号途径也可能参与了LPS的信号转导 总之，LPS可以通过多种信号通路激活不同部位的血管内皮细胞，这些通路间相互影响、相互作用，形成了一个信号网络系统但有关各信号通路传导LPS信号的确切机制还有待进一步研究 四、内毒素对不同器官内皮细胞的损伤 1.肺脏 革兰氏阴性细菌脓毒症很容易引起肺脏损伤，甚至进一步诱发ARDS。

且LPS在体内与体外均能诱导肺内皮细胞凋亡有人给大鼠注射LPS后1h，观察肺内皮细胞损伤性改变的形态，发现内皮细胞局灶性肿胀，胞浆电子密度下降或电子透明，内皮胞饮小泡增多此种早期损害被认为是可逆的LPS注射3-6h可见内皮细胞弥漫性肿胀，或出现水肿空泡，有的内皮细胞薄部呈小的串珠状或断裂缺失，细胞连接增宽，构成了通透性增加的超微结构基础，由此造成血浆水、盐和蛋白质的漏出至12h，内皮细胞病变加重，有的胞质过度肿胀致质膜破裂形成大的空泡，有的核固缩，核周间隙增宽，此时为细胞的不可逆损害可见内毒素血症临床治疗应尽早，以免错过最佳时间，造成严重后果 2.肝脏 内毒素血症可造成各种不同形式的肝损害枯否细胞被内毒素激括后，产生各种细胞因子如TNF-α、IL-1等，这些细胞因子一方面能诱导肝窦内皮细胞表达ICAM-1，从而使白细胞黏附增加，破坏肝细胞；另一方面又可损伤内皮细胞，激活内源性凝血系统，引起肝微循环障碍此外，内毒素可直接损伤肝窦内皮细胞，促进肝脏微循环障碍的发生，加重肝组织缺血、缺氧，引起大量肝实质细胞坏死后者活化储脂细胞(FSC)，启动肝纤维化内毒素血症时，肝窦内皮细胞分泌储脂细胞和纤维母细胞生长抑制因子的功能降低，也可促进肝纤维化。

内毒素激活肝窦内皮细胞后还可产生ET-1(内皮素-1)，NO，PGl2(前列环素12)等，其中ET-l在肝纤维化过程中也发挥了重要作用而NO，PGI2则参与了重症肝病患者全身高动力循环的形成另外，LPS刺激内皮细胞分泌星状细胞和纤维母细胞生长抑制因子，促进肝纤维化 3.心血管系统 LPS激活血管内皮细胞引起的形态学改变和一些细胞因子的释放，是动脉粥样硬化的促进因素动脉粥样硬化是动脉壁对各种损害因素的炎症-增殖性反应，血管内皮细胞激活是血管炎症的始动阶段，在AS发病中可能起着重要的作用病原体感染可改变内皮细胞功能，并可增加急性心肌梗死和急性脑猝中的风险，其间LPS所起的具体作用有待进一步阐明 4.肾脏 肾脏是内毒素血症的早期靶器官一项前瞻性研究显示，脓毒血症急性肾衰发生率为19％，严重脓毒血症急性肾衰发生率为23％，而脓毒血症休克患者急性肾衰发生率升高致51％大量的临床和试验研究表明，脓毒血症急性肾衰发生机制涉及多种炎症介质和神经内分泌机制，这些途径的相互作用导致严重的肾脏低灌注，这是发生急性肾衰的主要因素；不过内毒素的非血流动力学反应对急性肾功能不全的发生也具有重要作用内毒素使其血管内皮细胞分泌ET-1、TXA2(血栓索)增加，从而使肾血管强烈收缩，肾血管阻力增加，肾血流量和肾小球滤过率减少，出现肾功能不全；另外，肾血管收缩后，肾内血流重新分布，肾皮质缺血，引起肾交感神经兴奋性增高，血管加强收缩，肾脏缺血缺氧加重，严重者导致肾功能衰竭。

肾血管收缩后，肾小管周围组织和肾血管内纤维蛋白的沉积，也加速了肾功能衰竭 内毒素血症不仅能引起多器官的衰竭，而且许多疾病都与内毒素血症关系密切，如ARDS、严重烧伤、严重创伤等，在这些疾病的发生发展过程中，LPS对内皮细胞的损伤是重要的发病基础目前尚无既能杀菌又能中和内毒素的抗菌药物，许多研究证明，不同种类和浓度的抗菌药物诱导杆菌释放LPS的效果不同因此临床治疗内毒索血症、脓毒症、脓毒性休克十分困难深入研究LPS对内皮细胞的作用机制，可以为临床治疗。