內毒素對各種細胞的激活作用

在整體水平認識到內毒素（LPS）對機體損害作用的情況下，隨著(zhù)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從細胞水平研究LPS的致病機制成為當今相關(guān)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)與熱點(diǎn)之一?，F有研究證實(shí)，LPS可以激活多種細胞，從而影響細胞生理功能的正常發(fā)揮并產(chǎn)生明顯的病理?yè)p害，內毒素血癥是誘發(fā)嚴重創(chuàng )傷、感染患者失控性炎癥反應癥形成并最終導致死亡的重要原因之一。

一、巨噬細胞

巨噬細胞是白細胞中功能最為活躍的細胞，在機體的防御中起重要作用，對內毒素具有強烈反應性，是機體產(chǎn)生細胞因子及其他介質(zhì)的主要細胞。

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

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

二、中性粒細胞

中性粒細胞（PMN）是功能較為活躍的白細胞之一，對于中性粒細胞在內毒素血癥發(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胞，產(chǎn)生氧自由基與NO、釋放多種蛋白酶與細胞因子、誘導包括黏附分子在內的多種基因的表達，并通過(guò)這些因素進(jìn)而引發(fā)炎性介質(zhì)級聯(lián)效應，在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展中具有十分重要的地位。

在內毒素血癥早期，末梢血中性粒細胞的明顯減少，與LPS對中性粒細胞以及其他細胞如血管內皮細胞的激活密切相關(guān)，激活的中性粒細胞與內皮細胞間的黏附能力異常增強，導致中性粒細胞聚積在毛細血管網(wǎng)尤其是肺毛細血管網(wǎng)中。有研究證實(shí)，粒細胞在肺部的過(guò)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，而粒細胞對骨髓粒細胞的活化所引起的凝血活性增高與彌漫性血管內凝血可能具有一定內在聯(lián)系。

值得一提的是，作為機體的一種主要防御細胞，中性粒細胞在內毒素清除過(guò)程中也發(fā)揮了重要作用。中性粒細胞對于原發(fā)性?xún)榷舅匮Y具有一定的防御作用，PMN可以通過(guò)直接吞噬內毒素或者清除遭受內毒素攻擊而滯留于血管璧周?chē)难“宥g接吞噬內毒素，更有研究顯示，中性粒細胞還可防御因為繼發(fā)性?xún)榷舅匮Y而對機體產(chǎn)生的損害，應用放射線(xiàn)照射破壞中性粒細胞的小鼠對由腸道吸收的內毒素的抵抗力明顯減弱。

三、血小板

血小板上存在有LPS受體，對進(jìn)入血循環(huán)的LPS具有清除作用，并運載到網(wǎng)狀內皮系統。有研究證實(shí)，內毒素血癥時(shí)，血小板上結合有較多的LPS，給大鼠腹腔注射血小板對內毒素反應具有明顯的抑制作用。作為哺乳動(dòng)物體內對LPS最敏感的有形成分之一，LPS可以通過(guò)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，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。

四、血管內皮細胞

近年來(lái)對血管內皮細胞的功能有了新的認識，血管內皮細胞不單是具有機械屏障及對營(yíng)養物質(zhì)具有通透作用的半透膜功能，在外源性物質(zhì)的刺激下，內皮細胞可以直接參與炎癥反應或對炎癥反應具有放大作用。

近年來(lái)，越來(lái)越多的體外實(shí)驗數據證實(shí)，LPS可以直接激活血管內皮細胞，激活細胞內多條信號通路，介導在炎癥反應中發(fā)揮重要作用的多種細胞因子、黏附分子及其他炎癥相關(guān)因子的表達，與此同時(shí)，細胞形態(tài)結構發(fā)生明顯改變，細胞變形、細胞間連接損害，屏障功能顯著(zhù)受損，此外，LPS還可直接誘導內皮細胞凋亡。

五、腸上皮細胞

腸上皮細胞（ intestinal epithelial cell，IEC）在機體中所處部位特殊，在腸道屏障中具有極其重要的作用。既往一直認為上皮細胞是一類(lèi)CD14陰性細胞，對LPS不具有反應性或反應低下，但目前部分實(shí)驗數據支持LPS可以激活I(lǐng)EC的結論。體外實(shí)驗顯示，不同系的腸上皮腫瘤細胞對LPS的反應性存在明顯差異，如癌性腸上皮T84、CaCo-2細胞對LPS不具有反應性，而癌性腸上皮細胞SW620、HT29在 LPS的刺激下能分泌IL-8，大鼠IEC-6細胞系在LPS刺激下能誘導細胞因子如IL-6、趨化因子如MCP-1及NO等的產(chǎn)生，也有研究顯示LPS刺激也不能誘導人源性原代培養IEC產(chǎn)生IL-6、I1.-1 beta、TNF-alpha等細胞因子?？傊?，IEC對LPS的反應性問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究，深入闡明腸上皮細胞對LPS的反應性/耐受性及其調節機制對于認識內毒素激活細胞的分子機制具有十分重要的意義。

六、肝細胞

肝臟是機體極為重要的器官之一，在內毒素血癥時(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)生肝損害的機制是LPS作用于炎癥相關(guān)細胞其中包括肝星狀細胞后導致多種炎癥介質(zhì)的釋放，這些炎癥介質(zhì)反過(guò)來(lái)作用于肝實(shí)質(zhì)細胞引發(fā)肝損傷。與此同時(shí)也有相當多的關(guān)于LPS直接作用于肝實(shí)質(zhì)細胞而引起肝損傷的證據，LPS可以誘導離體培養肝細胞的凋亡、上調誘導型一氧化氮合酶的表達與NO的產(chǎn)生及一些相關(guān)酶學(xué)指標的異常改變，但也有一些體外實(shí)驗數據顯示LPS并不能對肝細胞造成直接損害，如LPS單獨刺激并不能造成離體肝細胞的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷，僅在有D-氨基半乳糖的共同作用下或有庫普弗細胞共同培養的情況下才出現明顯的肝細胞損害等，關(guān)于肝細胞是否是LPS的直接靶細胞的爭論至今仍在爭論，有待于更進(jìn)一步的確切證據來(lái)證明。

七、肌細胞

大量實(shí)驗數據證實(shí)，內毒素血癥時(shí)機體肌肉系統包括骨骼骨、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﹑結構的重塑、基因表達的改變等。長(cháng)久以來(lái)，人們一直認為，LPS對肌細胞的激活是通過(guò)活化其他免疫細胞導致細胞因子釋放以及激活補體等途徑而間接發(fā)揮作用的。

但近年來(lái)的研究顯示，LPS可以直接活化肌細胞，如微量LPS激活平滑肌細胞c-myc 、c-fos及hsp70等基因的表達、促進(jìn)其增殖，而較高劑量的LPS則可以直接影響肌細胞的多種代謝過(guò)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，肌細胞收縮能力也明顯受抑。近年在膿毒癥情況下骨骼肌過(guò)度分解的機制研究上有所突破，即TNF-alpha等炎性介質(zhì)可以活化肌細胞內蛋白酶小體，從而導致肌細胞的過(guò)度降解，而作為IPS活化細胞的主要信號通路NF-kappa B，其激活同樣存在蛋白酶小體的過(guò)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、成纖維細胞

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

近年來(lái)的研究顯示成纖維細胞的生物學(xué)意義遠不止如此，它在炎癥反應過(guò)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胞，LPS能以血清依賴(lài)的方式直接激活成纖維細胞，活化的成纖維細胞與其他炎癥細胞一樣能夠表達多種細胞因子、趨化因子從而啟動(dòng)或擴大炎癥反應。

九、肥大細胞

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

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

十、造血干細胞

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

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