文摘
尽管管理的进步在过去的几十年,脓毒症和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)仍主要临床挑战和死亡的主要原因为重症监护病房(icu)患者由于对这些疾病的病理生理机制的理解不足。然而,最近的研究表明,组蛋白,也称为chromatin-basic结构蛋白质,可以释放到细胞外空间在严重的压力对身体和身体的挑战(例如,败血症和ARDS)。因其细胞毒性和促炎作用,细胞外的组蛋白会导致过度和压倒性的细胞损伤和死亡,从而导致败血症和ARDS的发病机制。此外,antihistone-based治疗(例如,中和抗体,活化蛋白C和肝素)显示保护作用,明显提高了老鼠患败血症和ARDS的结果。在这里,我们回顾相关研究脓毒症的病理组蛋白在上下文中的作用和ARDS和评估的潜在价值组蛋白生物标志物和治疗这些疾病的目标。
1。介绍
在过去的几十年中,严重脓毒症和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)危重患者死亡的最常见原因(1- - - - - -3]。这些年,越来越多的先进的干预措施和策略被应用于危重病人。药理干预措施,包括抗凝血酶III (4],tifacogin [5),作用于血管的药物(6,7),活化蛋白C (8),已被证明是有益的。此外,机械通气的策略是至关重要的。增加使用无创正压通气,潮汐的减少体积,增加应用呼气末正压通气(9),重症脓毒症和ARDS患者的死亡率逐渐下降在过去的十年里(9,10]。然而,死亡率仍然高得令人无法接受,与脓毒症(20 - 30%的死亡率11)和一个从ARDS死亡率超过40%12]。
尽管高级生命支持的发展管理(如通风、透析和体外膜肺氧合),这些干预措施不具体,阻止或针对这些疾病的致病过程。因此,综合治疗重大疾病应该包括不仅减轻疼痛,还针对潜在的病理机制。然而,ARDS和败血症的潜在机制在很大程度上仍未知。脓毒症和ARDS源于复杂的事件,如感染、创伤、燃烧,和酸的愿望13],它触发先天和适应性免疫反应。这些过程涉及补体系统激活的复杂性,中性粒细胞浸润,血管内皮系统损伤,促进凝血级联,和屏障功能障碍(14,15]。因此,对于更好地理解脓毒症的病理生理过程和ARDS,额外的分子机制需要探索。
它似乎普遍认为,调查的目标异常表达在危重患者和动物模型的前景对于识别新的潜在的分子机制。最近,据报道,组蛋白作为基本的和重要的核染色质的结构元素和基因转录的调控,可以被动地释放到细胞外空间当细胞接受严重损伤,导致免疫刺激性和毒性效应对脓毒症(16,17]和ARDS [18,19]。
之前释放到细胞外空间,组蛋白在真核细胞染色体的主要蛋白质发现原子核和跨物种是高度保守的。有五个家庭的组蛋白日期:H2A、H2B, H3和H4,这被称为“组蛋白核心,”和组蛋白H1及其同族体H5,这被称为链接器组蛋白(20.- - - - - -22]。组蛋白在核小体基本结构元素,其中包含一个H3和H4四聚物和两个H2A、H2B二聚体,而H1 nonnucleosomal DNA结合和促进众多核小体形成高阶染色质结构(20.,23]。即使在细胞核中组蛋白非常惰性,他们导致显著的致病作用以外的细胞。
从临床和实验数据越来越多的证据表明,细胞外组蛋白可以作为新成员有关的分子模式分子(抑制)24- - - - - -26]。结果患者和动物模型表明,循环组蛋白发挥着至关重要的作用在脓毒症和ARDS和可以作为新型生物标志物以及前途的治疗靶点[27,28]。因此,更深入地理解细胞外组蛋白的功能可能产生关键的见解败血症和ARDS的发病机理。在本文中,我们将专注于细胞外组蛋白的致病效果和临床意义,希望为未来的研究打下了基础。
2。细胞外组蛋白的来源
细胞外组蛋白的来源是复杂的。据报道,组蛋白被释放从垂死的细胞29日,30.]。在坏死,伴有破坏细胞的质膜,细胞内的组件被释放到细胞外空间,和一些(例如,HMGB1、DNA和组蛋白)有能力激活先天免疫和造成更多的伤害。虽然在沉默的凋亡细胞死亡没有膜解体(31日),他们也认为组蛋白释放由膜气泡泄漏(32和核小体33),它是由actin-myosin收缩在细胞凋亡。
此外,组蛋白的释放也被认为是与中性粒细胞胞外陷阱(网)34]。网是由中性粒细胞释放DNA,死亡组蛋白,和细粒度的蛋白质,如中性粒细胞弹性蛋白酶和髓过氧物酶。通过这种方式,发布组蛋白发挥主导作用,进一步诱导上皮和内皮细胞死亡35]。因此,细胞外组蛋白也可以形成网发布的。另一个可能的组蛋白的来源是大量的凋亡和坏死细胞单核吞噬细胞的清除能力,从而使组蛋白进入循环系统(36]。
3所示。细胞外组蛋白的受体
toll样受体,包括toll样受体2、4、9 (TLR2、TLR4和TLR9识别),已被证明是受体细胞外组蛋白(25,30.,37- - - - - -39]。例如,组蛋白促进血浆凝血酶生成通过TLR2和TLR4激活(39]。此外,在急性肾损伤的环境中,组蛋白可以诱导白细胞积累,肾脏炎症,微血管渗漏TLR2和TLR4依赖机制(30.]。此外,细胞外组蛋白在chemical-induced炎性损伤和细胞死亡的介质损伤通过TLR2和TLR4信号(38]。此外,内生组蛋白调节无菌炎症小鼠肝损伤通过TLR9识别(37]。然而,艾布拉姆斯和他的同事们(18建议封锁TLR4和TLR2在相关肺损伤模型显示没有保护作用,表明TLR2和TLR4可能不是主要的激活途径对组蛋白毒性反应。总的来说,在不同的疾病模型,细胞外组蛋白可能激活不同的toll样受体,包括TLR2、TLR4和TLR9识别,调解各种致病性的影响。
然而,活化蛋白C (APC)和特定组蛋白抗体可以显著降低细胞毒性和脓毒性小鼠的死亡率通过水解或中和组蛋白,分别为(16,18]。此外,封锁TLR4的保护作用和TLR2仍有争议。徐的报告等。38]表明TLR4淘汰赛老鼠免受致命的组蛋白注入的影响,和Ekaney et al。17]表明,封锁TLR4减少细胞在内皮细胞细胞毒性。相比之下,艾布拉姆斯和他的同事们(18建议封锁TLR4和TLR2不能阻止钙流入时内皮细胞与组蛋白治疗。这些结果表明,TLR2和TLR4是组蛋白的受体。封锁TLR2和TLR4可能保护;然而,确切的机制可能不同在不同的疾病模型,并进一步研究是必要的。
4所示。在脓毒症病理细胞外的角色组蛋白
脓毒症是感染的系统性炎症反应(40]。在过去的二十年里,这仍是一个重要的临床挑战在重症监护室(ICU)和死亡的主要原因之一41)由于一个不完整的理解的病理生理机制。领域的大量研究脓毒症已经确定主机响应,先天免疫、凝血异常,和之间的平衡proinflammation脓毒症和抗炎的重要因素。最近,徐et al。16)和Ekaney et al。17]表明,细胞外组蛋白是通过细胞毒性内毒素和感染性休克的主要介质,过度的炎症,凝血功能障碍。
4.1。细胞毒性作用
高水平的细胞外组蛋白是细胞毒性上皮和内皮细胞(16,18,19,35,42]。徐et al。16)对内皮细胞,特别是EA.hy926,纯化混合组蛋白和五个人组蛋白的混合物。他们发现这些细胞组蛋白是细胞毒性和毒性作用主要是由于组蛋白H3和H4。此外,艾布拉姆斯和他的同事们(18)表明,患者的血清对培养的内皮细胞有毒害作用一旦组蛋白水平超过了50岁μ克/毫升。直接从脓毒症患者血清诱导histone-specific心肌细胞死亡,这进一步导致心脏损伤的发展,心律失常,和左心室功能障碍(43]。细胞外H1,有趣的是,但不是H2A、H2B, H3和H4,是神经毒素,引发戏剧性的神经元死亡(44]。
然而,细胞外组蛋白的毒性作用的机制尚不完全清楚。据报道,带正电的组蛋白可以绑定到带负电荷磷脂质膜(18,45),导致增加跨膜电导(46,47),膜中断(18),最后,钙流入(18,48,49]。此外,淋巴细胞组蛋白在脓毒症诱导细胞凋亡依赖p38磷酸化和线粒体通透性转换50]。进一步的研究发现,血清脓毒性休克的幸存者能够专门诱导树突状细胞(DC)凋亡caspase-dependent途径,并从nonsurvivors血清能诱导DC-regulated坏死,这可能被废除antihistone疗法(51]。
4.2。在脓毒症引发和促进炎症
先天免疫系统在脓毒症的病理生理学中起着至关重要的作用,导致系统性炎症通过释放多种炎症介质反应热烈入侵病原体(14,52]。此外,组蛋白可以提供有关分子模式分子(53)参与系统性炎症的加重。最近的研究表明,组蛋白的释放导致的大量生产sepsis-associated细胞因子,如肿瘤坏死因子-α、il - 6和引发,以及il - 1β,并导致细胞激素风暴17,54]。有几个原因,详细如下。
首先,组蛋白可以与TLR2和TLR4受体配体和直接激活骨髓分化主要反应gene88 (MyD88)启动炎症30.,38]。然而,组蛋白之间可能会有一些差异和TLR9识别交互。TLR9识别是一种细胞内DNA分子功能的受体(55,56),因此,组蛋白与DNA结合,然后进入细胞内空间提高DNA-activated TLR9识别信号级联(37]。
第二,组蛋白可以激活monocyte-derived树突细胞通过NLRP3 inflammasome诱导il - 1的生产β(45,57,58]。脂多糖(LPS)预处理,其次是组蛋白,显示显著放大il - 1的生产β从野生型巨噬细胞而不是NLRP3-defected巨噬细胞,表明组蛋白激活了NLRP3 inflammasome在巨噬细胞诱导释放il - 1β(59]。激活NLRP3 inflammasome与组蛋白可以促进中性粒细胞的招聘和额外的组蛋白释放到细胞外空间,建立了一个恶性循环,增强炎症(59,60]。
第三,histone-induced炎症可以放大DNA和多磷酸盐(37,61年]。细胞外组蛋白可以增强TLR9-mediated炎症通过与DNA相互作用[37]。此外,多磷酸盐放大H4-mediated人类脐静脉内皮细胞炎症专门为先进的糖化通过与受体相互作用的终端产品(愤怒)和P2Y1 [61年]。
最后,电荷本身可能有促炎作用[45]。组蛋白与高正电荷负责细胞毒性和屏障功能障碍charge-charge互动(18]。在这方面,几何、拓扑结构、电荷密度可能决定免疫活动(45),但还需要进一步的调查。
4.3。凝固在脓毒症和血栓形成
脓毒症几乎是不可避免地与激活凝血(血凝过快)和系统性凝血凝血酶和纤维蛋白的形成,最终导致血小板的消费和播散性血管内凝血(DIC) [36,62年,63年]。最近的报告表明,细胞外组蛋白引起血小板聚集和凝血在体内和体外都39,64年- - - - - -67年]。因此,消费的血小板,histone-treated老鼠显示血小板减少,凝血酶原时间延长,降低纤维蛋白原、纤维蛋白沉积微脉管系统,和DIC出血[65年,68年]。
越来越多的证据表明,组蛋白对上述反应的影响不仅是相关费用(69年),但也介导的激活TLR2和TLR4信号通路(例如,ERK, Akt、p38和NF -κB)、钙流入的感应和纤维蛋白原招聘(39,67年]。此外,组蛋白可以增加血浆凝血酶生成减少蛋白C激活(70年]。封锁TLR2和TLR4与抗体减少血小板激活血小板及凝血酶生成(39]。Histone-related血小板激活是可以预防的体外和体内通过与低剂量肝素预处理,直接对抗组蛋白而不是导致抗凝(71年]。其他疗法也被证明是有效的包括APC (16)、白蛋白(66年球状C1q受体(P33) [],72年),重组thrombomodulin (rTM) [68年),硫酸软骨素(CS)和高分子量透明质酸(HMW-HA)与interalpha抑制剂相关蛋白质(IAIP) [73年]。
显然,上述阻滞剂,包括肝素,白蛋白,IAIP HMW-HA,携带负电荷。他们可以显著降低细胞毒性和血小板活化与组蛋白中和正电荷和绑定。因此,我们发现它合理的推测,带负电荷的分子自然可以有力antihistone能力,这是有前途的药物治疗的发展histone-related疾病(表1)。
5。病理细胞外的角色组蛋白在ARDS
尽管管理的进步在过去的几十年,急性呼吸窘迫综合征(ARDS)仍然是一个重要的临床挑战由于不完全了解的病理生理机制。最近,越来越多的证据表明,细胞外组蛋白导致ARDS的发病机制。组蛋白出现在支气管肺泡灌洗液体(BALF)和等离子体后ARDS患者的创伤和酸的愿望18,19]。通过仔细研究这些结果,确定肺是最敏感的器官,高水平的循环组蛋白(18]。
5.1。感应C5aR / C5L2 ARDS和要求
补充组件C5a显示诱导炎症炎症效力最高(77年),这被认为是参与ARDS的感应42,78年,79年]。正如所料,在实验小鼠模型有限合伙人或C5a呼吸道沉积后,细胞外组蛋白出现在BALF和等离子体(42]。然而,细胞外组蛋白的存在显著降低小鼠时淘汰C5a受体(C5aR和C5L2)或损耗的中性粒细胞和巨噬细胞(42]。有趣的是,一旦组蛋白存在于细胞外空间,细胞因子的生产、上皮细胞损伤,屏障功能障碍,凝血级联激活,诱导组蛋白,是独立C5a受体(42]。在一起,这些数据表明,细胞外组蛋白的外观要求C5aR / C5L2。然而,没有补体激活中性粒细胞积聚有时发生感染。据报道,C3的缺失或C5影响中性粒细胞在肺的积累和外表在呼吸道沉积在肺泡空间LPS-induced ALI模型(80年,81年]。
5.2。关键作用的NLRP3 Inflammasome在阿里
的NLRP3 inflammasome是激活caspase-1 multiprotein复杂,形成成熟的促炎细胞因子,包括il - 1β地震,感应pyroptosis [82年,83年]。最近的一项研究表明一个重要的角色NLRP3 inflammasome实验发展的阿里,NLRP3或caspase-1淘汰赛老鼠明显减少了大量嗜中性粒细胞浸润和白蛋白漏在不同型号的阿里59]。此外,细胞外组蛋白可以直接激活NLRP3 inflammasome通过活性氧的生成以及的挤压和细胞内的高程浓度(57- - - - - -59]。此外,NLRP3和caspase-1也需要在阿里(细胞外组蛋白的存在59),表示积极的反馈和一个潜在的炎症机制传播。这些发现揭示动态互动NLRP3 inflammasome和细胞外组蛋白有助于阿里。
5.3。屏障功能障碍和渗透率变化引起的细胞外组蛋白
ARDS的病理特征是一种急性炎症反应与中性粒细胞的压倒性的招聘和积累,纤维蛋白沉积,肺泡出血,肺水肿液(13,84年,85年]。最近的研究表明,细胞外组蛋白负责肺水肿,特点是增加内皮和上皮通透性(18,42,86年]。体内,气道管理小牛胸腺组蛋白导致剂量依赖性破坏肺泡通透性屏障在阿里,观察肺泡白蛋白漏和组织学检查显示明显的肺部水肿(18,42]。体外,而控制,transwells镀内皮细胞通过与组蛋白预处理表明FITC-labeled井低白蛋白明显升高,这表明histone-induced内皮通透性增加(18,86年]。此外,重组寄生虫组蛋白也通过charge-dependent机制诱导内皮通透性的差别,导致对这些结蛋白(86年]。综上所述,这些数据表明,细胞外组蛋白在阿里屏障功能障碍中扮演着重要的角色。然而,除了charge-dependent机制,TLR2和TLR9识别受体TLR4,组蛋白(30.,37,38),也可能会导致渗透率的变化,应该作进一步的调查(图1)。
6。临床相关性血浆及BALF组蛋白
高浓度的等离子体组蛋白已发现在脓毒症患者16,17]和ARDS [18,87年),可能与这些疾病的严重性或预后不良(19,88年]。所观察到的Ekaney et al。17),在败血症的患者中,大量的组蛋白明显与内生APC水平较低有关,血小板减少,需要肾脏替代治疗(RRT)。细胞外还发现了组蛋白预测ICU 28天脓毒症患者的死亡率,和曲线下的面积(AUC) 0.744 ()的组蛋白截断值75μ克/毫升(敏感性60%,特异性86.1%)(43]。此外,高水平的循环发生在败血症患者组蛋白与最近诊断为左心室功能障碍的患病率更高和心律失常(AUC = 0.865,和AUC = 0.813,职责。)43]。类似地,在创伤患者,组蛋白水平升高与急性肺损伤相关,更多天的机械通风,器官功能衰竭的发生率较高,甚至更高的死亡率。增加组蛋白水平从抵达到入学后6 h是一个多变量预测死亡率(危险比为1.005,)[88年]。此外,细胞外组蛋白表明患者高死亡率胃aspiration-induced ARDS [19]。然而,细胞外组蛋白只检测到50%的ARDS患者的支气管肺泡灌洗液(BALF)从0到10天后诊断。较低的组蛋白存在于BALF样本收集诊断(> 10天后42),这表明组蛋白可能只存在于早期样本。这可能导致治疗肝素在ICU患者中,尤其是当他们收到RRT [17]。肝素是一种高度带负电荷的分子,可能与带正电的组蛋白结合,以减少他们的细胞毒性和细胞外组蛋白的数量89年,90年]。总的来说,细胞外组蛋白明显升高严重疾病,如败血症和ARDS,并能反映严重程度和死亡率,可能使他们一个有用的和有前途的生物标志物和治疗的目标。
7所示。细胞外组蛋白作为治疗靶点
尽管大量的研究为脓毒症的分子机制和治疗试验和ARDS,明确和可靠的疗效仍然有限。然而,越来越多的证据表明,histone-related败血症和ARDS histone-neutralizing抗体可以抑制27,30.,38,91年]。例如,LG2-1承认体内的一种肽组蛋白H3, LG2-2 aminoterminus H2B的反应,BWA3结合H2A和H4 (92年]。最近Kusano等人的研究表明,一种新型antihistone H1单克隆抗体,然而单克隆抗体(然而mAb),不仅可以与组蛋白结合H1也表现出对组蛋白H3和H4(大93年]。此外,争胜活动TLR2、TLR4 TLR9识别,NLRP3 inflammasome也可能提供一个潜在的方法来治疗目标组蛋白(30.,37,38,57- - - - - -59]。此外,细胞外组蛋白的外观要求C5aR / C5L2,,因此,中和C5a或封锁C5aR / C5L2可能是一个有效的目标,限制了组蛋白的释放42,76年]。由于放大histone-mediated炎症通过多磷酸盐与愤怒和P2Y1互动,针对多磷酸盐,愤怒,和P2Y1也可能有良好的前景61年]。此外,针对正电荷的组蛋白可能是至关重要的和有益的,因为大量的研究表明,带负电荷的分子,包括肝素(19,89年,90年)、白蛋白(66年],c反应蛋白(CRP) [94年),内皮细胞表面蛋白/ gC1q受体(P33) [72年],CS IAIP有关,和HMW-HA [73年,95年),可以直接与组蛋白结合并废除histone-related病理学。看来带负电荷的分子自然可以有力antihistone能力,这是一种很有前途的和积极的目标,需要进一步调查。此外,pentraxin 3 (PTX3)也对脓毒症产生保护作用,体内和体外,由于其coaggregation与组蛋白(96年]。重组thrombomodulin (rTM)可以绑定到细胞外的组蛋白,抑制histone-induced血小板聚集和中和组蛋白的凝血作用68年]。最后,尽管fda重组APC已经撤出市场由于缺乏疗效降低脓毒症的死亡率的随机对照试验(97年],APC的确切作用确定了水解和组蛋白的失活和显示了巨大的利益在许多实验研究[16,30.,86年,98年]。因此,适当的和安全使用的APC可能仍然承诺在脓毒症和ARDS的早期阶段。然而,需要更多的动物模型和临床随机对照试验(表2)。
8。结论和观点
总之,组蛋白,作为主要结构元素,最近发现在细胞外空间和参与多种细胞过程,包括细胞毒性,proinflammation, procoagulation,屏障功能障碍。因此,细胞外组蛋白可以帮助诊断,预测预后,反映重要疾病的严重程度,包括败血症、ARDS、septic-ARDS。Antihistone-based治疗策略被认为是有用的,并承诺。然而,仍有许多悬而未决的问题关于如何以及何时应该使用histone-blocking代理和结合不同的添加剂影响histone-targeted代理。因此,适当的和安全的使用不同的antihistone-based代理还需要进一步调查。此外,更好的理解子结构、修改模式,和监管和功能组蛋白在细胞外空间仍然是必要的。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究得到了国家自然科学基金(没有。81400060也没有。81361128003)、科技项目的广州,中国(没有。201400000002),中国博士后科学基金会(没有。2014 m562158)。作者还特别感谢吴Jieyu,广州医科大学第一附属医院的同事,对她有价值的建议的建设和写作研究。