M2极化作用的影响及机制,麻醉学论文.docx

麻醉药对巨噬细胞M1/M2极化作用的影响及机制,麻醉学论文摘 要： 巨噬细胞在免疫系统中具有可塑性强、功能多样化的特点。在免疫信号和微生物产物作用下，会被特异性激活，构成功能独特的M1/M2型巨噬细胞。M1型能够释放促炎因子，去除病原体，毁坏肿瘤组织。M2型能发挥抗炎、促进组织重建和伤口愈合作用，也会使肿瘤细胞增殖、侵袭和转移。近年来发现麻醉药对巨噬细胞极化产生影响，本文就麻醉药对巨噬细胞M1/M2极化作用的影响及机制进行综述。 本文关键词语 : 麻醉药;巨噬细胞;极化; 巨噬细胞广泛分布于组织和器官中，是免疫系统中重要组成部分1,它既能够启动固有免疫又能够作为固有免疫和适应免疫的接口发挥重要作用2。巨噬细胞极化是指巨噬细胞在特定时间和空间点被激活的经过，由于巨噬细胞具有极强的可塑性，能够整合来自微生物、受损组织和正常组织环境的多种信号，因而它的极化不是一成不变的。不同类型的巨噬细胞极化对围手术期患者产生的影响不同，M1型巨噬细胞分泌促炎因子不利于非肿瘤患者术后康复，但对于肿瘤患者M1型巨噬细胞具有的抗肿瘤活性，可抑制肿瘤生长、复发或转移，有益于患者预后。M2型巨噬细胞有抗炎、促进伤口愈合、组织重建作用有利于患者康复，但其促进肿瘤生长和转移这一特性却不利于肿瘤患者预后。因而，要了解麻醉药对巨噬细胞极化的影响，就需要将不同极化巨噬细胞相关的特定细胞和分子途径与其特定功能联络在一起作为研究的主要目的。 1、 巨噬细胞极化的分型及功能 单核-巨噬细胞系长期以来被以为是高度分化的细胞，它们在效应功能、细胞外表受体表示出和细胞因子产生方面存在差异。一般情况下，巨噬细胞能够极化为两种状态：经典活化/炎性(M1)巨噬细胞和替代活化/再生(M2)巨噬细胞3。M1和M2型巨噬细胞的原始定义源自与它们各自极化相关的Th1和Th2细胞因子4。研究发现刺激巨噬细胞M1极化除了标志性Th1细胞因子(如IFN- )外，还被细胞内病原体、脂多糖(LPS)、Toll样受体(TLR)诱导，导致白介素(IL)-1 、IL-2、IL-6、IL-12、IL- 18、IL-23、肿瘤坏死因子- (TNF- )、高活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)及华而不实间体一氧化氮合酶2(NOS-2)和活性氧中间体(ROI)分泌，高表示出CD38、CD68、CD80和CD86等，促进Th1反响，呈高抗原活性，有效杀死病原体和肿瘤细胞，导致组织损伤并引发炎症反响4,5,6,7,8。M2极化除了Th2细胞因子(IL-4、IL-10和IL-13)外，真菌病原体、寄生虫、免疫复合物、补体系统成分、凋亡细胞、转化生长因子(TGF- )、糖皮质激素都可激活，分泌转化生长因子- (TGF- )、IL-10、血管内皮生长因子(VEGF)和趋化因子配体18 (CL -18),高表示出精氨酸酶-1 (Arg1)、甘露糖受体(CD206)、CD163、过氧化物酶体增殖剂激活受体 (PPAR )和MERTK等，表现出较强的吞噬能力，具有抑制炎症、促进组织重建及免疫调节作用，也会促进寄生虫引起的晚期慢性感染和肿瘤生长，引起过敏性反响5,6,7,9。 2 、巨噬细胞M1/M2极化的不同通路 信号分子、转录因子、转录后调控因子和表观遗传机制的网络构成了巨噬细胞极化的不同形式。当巨噬细胞被LPS、肿瘤坏死因子(IFNs)和TLR信号刺激时，能够通过核因子 B(NF- B)、STAT1、细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)和Notch信号通路，使IL-1 、IL-2、IL-6、TNF- 、ROS、NO等释放增加，巨噬细胞极化趋向于M1表型6,10。当被IL-4、IL-10、IL-13刺激时，巨噬细胞极化则通过STAT3/STAT6信号通路、TGF- 信号通路以及抑制TAK1及其下游途径的p38 / JNK /ERK1/2 / p65,使IL-1 、IL-6、TNF- 等表示出降低，TGF- 、IL-10等表示出升高，使巨噬细胞极化趋向于M2表型6,11,12。WEI Y等13研究发现，程序性死亡配体1(PD-L1)可通过ERK/Akt/mTOR途径与PD-1受体结合，高表示出CD206,但不影响CD86表示出，表示清楚可通过该途径促进M2极化。磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)途径能够通过诱导STAT6磷酸化来促进巨噬细胞M2极化，可以通过PI3K/Akt信号通路促进ERK1/2激活使巨噬细胞趋于M1极化14,15。 3 、麻醉药对巨噬细胞极化的影响 体内巨噬细胞M1/M2极化是一个特别复杂的经过，受诸多因素影响。当毁坏M1/M2型巨噬细胞之间平衡时，疾病的发生或发展会随之改变。近年来研究表示清楚，麻醉药能够调节巨噬细胞极化状态，对术后患者预后产生影响。 3.1、 静脉麻醉药 3.1.1 、丙泊酚 丙泊酚是一种广泛用于临床麻醉诱导和维持的静脉麻醉药，它的构造类似于含酚的生育酚和丁基化羟基甲苯，通过下调过氧化氢，超氧化物和羟基自由基的量而具有抗氧化作用16。研究发现17丙泊酚对与M2极化相关的IL-10,TGF- 1,CD206 mRNAs表示出没有影响，但通过与 -氨基丁酸A型(GABAA)受体结合诱导Nrf2的核易位显着降低M1巨噬细胞IL-6和IL-1 mRNA表示出，发挥抗炎作用。丙泊酚还能显着降低LPS刺激小鼠巨噬细胞释放高迁移率族蛋白B1(HMGB1),抑制HMGB1 mRNA表示出，阻断NF-kB通路18,使巨噬细胞趋于M2极化，减少TNF- 、IL-1等促炎因子释放。丙泊酚也能通过抑制TLR-2和TLR-4受体介导的NF- B通路降低iNOS mRNA和TNF- mRNA表示出，减少巨噬细胞中NO、ROS和TNF- 的生成19,20,能够部分解释其在巨噬细胞极化中趋于M2型，发挥抗炎、抗氧化和免疫抑制作用。上述均为动物实验研究结果，为丙泊酚使巨噬细胞极化偏向M2型，减少炎症反响提供根据，但临床研究相对较少，丙泊酚能否抑制内毒素诱导的全身炎症反响，保卫机体免受多器官功能障碍影响，仍需在临床应用中加以验证。 3.1.2 、依托咪酯 依托咪酯是临床实践中常用的非巴比妥类静脉麻醉药，主要与GABAA受体 2和 3亚基结合发挥镇静、催眠和遗忘作用。LPS能与TLR-4受体结合，上调CD14表示出并触发髓样细胞-1(TREM-1),激活NF-kB信号传导促进炎性因子表示出。研究发现21依托咪酯抑制巨噬细胞CD14和TREM-1表示出以及NF- B活化，减少LSP上调的炎性因子TNF- 、 IL-6产生。巨噬细胞表示出包含 2和 3亚基的GABAA受体，依托咪酯主要与含 2和 3亚基的GABAA受体结合，依托咪酯可能是与GABAA受体结合进而下调CD14和TREM-1表示出以及NF-kB激活使巨噬细胞M2极化。 3.1.3、 氯胺酮 氯胺酮作为N-甲基-D天冬氨酸受体拮抗剂(NMDAR),是一种具有稳定血流动力学特性的静脉麻醉药，可用于危重患者的麻醉诱导。氯胺酮通过下调TLR2介导的ERK1/2磷酸化抑制NF- B激活以及从细胞质到细胞核的移位和下调TLR4依靠的JNK激活以及激活蛋白1(AP-1)易位和反式激活来减少巨噬细胞中TNF- 、IL-6、ROS和NO的表示出，在机体中发挥抗炎作用22,23。还可通过NMDAR和mTOR途径增加CD163和MERTK基因的表示出使巨噬细胞极化偏向M2型，并且抑制巨噬细胞M1型极化，使炎性因子TNF- ,IL-6和IL-12生成减少24。 3.1.4、 咪达唑仑 咪达唑仑是水溶性的苯二氮卓类药物，其镇静和催眠作用主要依靠于GABAA受体调节，GABAA受体因而被称为中枢苯二氮卓类药物受体。转运蛋白(Translocator protein, TSPO)是外周苯二氮卓类受体，作为一种跨膜蛋白，在全身的外周组织中广泛表示出，主要与苯二氮卓类药物结合。TSPO减少巨噬细胞促炎性细胞因子产生，是巨噬细胞内炎症介质的内源性负调控因子25。Horiguchi Y等26发现，咪达唑仑可剂量依靠性地通过TSPO抑制NF- B/AP-1和促丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)通路的激活，对LPS刺激的巨噬细胞发挥抗炎作用，进而降低CD80、IL-6、TNF- 和NO的表示出。因而，咪达唑仑对巨噬细胞极化的影响可能更偏向于M2极化而非M1极化。 3.2 、吸入麻醉药 3.2.1、 七氟烷 七氟烷常用于成人和儿童全身麻醉诱导和维持，因无刺激性、诱导迅速、麻醉深度易把握，是当前最常用的吸入麻醉药之一。七氟烷在体内外可通过抑制TLR4/NF- B途径和降低Akt和ERK1/2磷酸化水平，减少IL-1、IL-6、TNF- 、IL-8产生，减轻肺炎性损伤27,28。七氟烷不仅可减少促炎性细胞因子释放，可以加强抗微生物诱导型一氧化氮合酶的产生。研究发现七氟烷降低ERK磷酸化并加强NF- B活化，导致诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的表示出加强29。但ERK是激活NF- B激酶抑制剂的上游蛋白激酶，ERK激活后NF- B抑制剂- (I B )磷酸化。一旦I B 被磷酸化，就会被降解，NF- B不再被抑制，进而加强NF- B活性。因而，NF- B表示出增加与抑制ERK磷酸化无关，而是七氟烷和NF- B直接作用，但其机制尚不清楚，七氟烷对巨噬细胞极化的影响也需进一步研究。 3.2.2、 异氟烷 异氟烷是一种很少在体内进行生物转化，麻醉清醒时能以95%原型从呼吸道排出，可控性好的吸入麻醉药。异氟烷对损伤肺组织具有保卫作用，能够通过抑制大鼠细胞内NF- B的活化，降低IL-8、TNF- 、IL-1、IL-6表示出30。异氟烷也能改善电磁场引起的神经损伤，小胶质细胞是大脑中的巨噬细胞，异氟烷通过上调小胶质细胞中细胞因子信号转导抑制因子1(SOCS1)抑制TLR4/MyD88/NF B途径，减少NF B的活化和易位，使小胶质细胞从促炎性(M1)表型向抗炎性(M2)表型转变，减少IL-1 ,IL-6和TNF- 产生。因而，异氟烷使巨噬细胞极化偏向于M2型31。 3.3 、局部麻醉药 3.3.1 、利多卡因 利多卡因是酰胺类局麻药(LA),一种电压敏感的Na+通道阻滞剂，除具有局部镇痛、控制室性心律失常外，还具有使巨噬细胞极化趋于M2型发挥抗炎作用，抑制TNF- 、IL-2、IL-6等炎性物质表示出。高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一种染色质结合蛋白，能与细胞外表受体如TLR2或TLR4结合介导各种细胞应答，引起NF- B信号通路激活和促炎性细胞因子释放。利多卡因能剂量依靠性地降低HMGB1mRNA表示出并通过NF- B信号通路减少HMGB1和NF- B从细胞质转移到细胞核，发挥抗炎作用32。外源性间充质干细胞能抑制Janus激酶/信号转导及转录活化因子(JAK/STAT)通路下调HMGB1的表示出，减轻对肾脏的损伤33,但利多卡因对巨噬细胞中JAK/STAT通路与HMGB1之间的影响还需进一步研究。 3.3.2 、罗哌卡因 罗哌卡因是一种较新的LA,属于以外消旋体形式存在的氨基酰胺类化合物，临床上除了用于外科手术区域阻滞和椎管内麻醉，其抗炎特性也被以为比常规的非甾体类抗炎药(NSAIDs)或类固醇药物更有效。罗哌卡因能引起LPS激活的RAW 264.7巨噬细胞通过抑制NF- B和MAPKs(p38、JNK、ERK)激活使iNOS和COX-2表示出减弱，显着抑制NO、TNF- ,IL-6和IL-1 生成及其合成酶表示出34。伍小敏等35还发现，局部浸润罗哌卡因可促进小鼠损伤皮肤愈合，并且增加粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)的表示出，而在卵巢癌微环境中GM-CSF表示出升高可诱导M2型巨噬细胞的极化和浸润，进而促进癌细胞的侵袭、转移36。因而，当前研究表示清楚罗哌卡因使巨噬细胞极化更偏向于M2型。 3.3.3 、布比卡因 布比卡由于酰胺类长效局部麻醉药，同利多卡因与罗哌卡因一样，除具有局麻药特性，还具有抗炎作用。可显着抑制内毒素激活的巨噬细胞COX-2表示出和细胞因子TNF- ,IL-6,IL-10产生37。当前显示能够通过TLR、NF-kB、MAPKs几种途径在败血症期间调节COX-2表示出和细胞因子产生，但布比卡因在脓毒症巨噬细胞中能否通过抑制上述上游调节途径影响巨噬细胞M2极化尚无定论，需更进一步研究。 4 、小结 围术期手术操作往往会诱发炎症反响，导致术后伤口愈合障碍、吻合口漏、感染等并发症，严重者可导致败血症和多器官功能衰竭，抑制围手术期炎症反响可减少这些术后并发症。因而，围术期调控巨噬细胞趋向于M2极化在控制炎症和促进伤口愈合中是一种重要策略。当前研究发现麻醉药具有调控巨噬细胞M1/M2极化作用，并且多项结果显示其偏向于M2型巨噬细胞极化。但是对于肿瘤患者，围术期应当抑制巨噬细胞M2极化，促进M1极化，毁坏肿瘤细胞，抑制肿瘤生长及转移。但当前这方面研究较少，需进一步探究麻醉药对肿瘤患者术后产生的最近或远期影响。麻醉药对细胞极化调控确实切分子机制也不特别清楚明晰明确，仍需对麻醉药介入M1/M2极化调节的关键分子途径进行深切进入探究。 以下为参考文献 1 GORDON S,MARTINEZ F 0.Alternative activation of macrophages: mechanism and functions ImmunityJ.2018,32(5):593-604. 2 MOWAT A M,SCOTT C L,BAIN C C. 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