文摘
肺损伤尤其是急性呼吸窘迫综合征(ARDS)可以由不同的刺激引起的,包括脂肪酸和微生物。ARDS影响全世界成千上万的人每年,呈现高死亡率和经济影响。肺损伤的特点之一是与肺泡水肿形成洪水。动物模型是用来研究肺损伤。油的段肺损伤是一种广泛使用的模型类似人类疾病。油酸与代谢和炎症性疾病;在这里,我们专注于肺损伤。首先,我们简要讨论ARDS其次我们地址油酸引起肺损伤的机制和炎症。
1。介绍
尽管进步在过去几十年的知识和治疗急性呼吸窘迫综合征(ARDS)死亡率仍高得令人无法接受1),从27%到45%不等(2]。这里我们讨论诱导肺损伤和炎症机制由一个脂肪酸分子,油酸。,我们专注于细胞死亡的机制,水肿形成和肺泡肿胀,细胞,激活细胞内信号通路,和炎性介质的生产会导致严重肺损伤和损失函数。
2。急性呼吸窘迫综合征
肺的主要目标是多样的侮辱,包括,但不限于,微生物的感染,污染物、有毒气体、胃酸,自身抗体,脂肪栓子,游离脂肪酸(表1)。最初的肺损伤可以发展到严重的疾病称为急性呼吸窘迫综合征(ARDS) [3]。这种综合症的初始步骤之一是水肿形成之后,强烈的炎症反应导致肺功能和结构损伤和重症监护治疗ARDS患者的需求。
alveoli-endothelial障碍产生的上皮细胞衬薄液层含有分泌肽和蛋白质导致宿主防御和保护肺功能的主要运输有限公司2从血液到肺泡和O2从血液中(表的肺泡2)。肺泡肺功能单元,它们是由肺泡I型和II型细胞(图1)。肺泡I型细胞占大约90%的肺泡上皮细胞,剩下的10%是由立方形的II型处理表面活性剂分泌细胞和上皮细胞损伤后再生(表2)。
损伤肺泡毛细血管内皮和上皮细胞导致屏障破坏导致血浆蛋白漏和水肿形成描述渗出性阶段(4]。除了激活其他的效应器细胞如中性粒细胞、巨噬细胞、内皮和上皮细胞激活,血小板也导致肺泡损伤肺损伤(3]。在急性期,细胞因子和脂质被释放,导致alveolar-capillary屏障丧失和透明膜形成(5]。
ARDS是症状包括呼吸衰竭急性低氧血症和肺泡损伤继发于强烈的肺部炎症反应,不同类型的侮辱这并不主要是由于高血压左心室(6]。最近,一个新的定义(柏林定义)提出3互斥类ARDS基于血氧不足的程度,温和,温和,和严重2),因此,急性肺损伤(ALI)不再使用。
3所示。炎症细胞和介质
白细胞的发病率与肺泡水肿、出血,和透明膜形成表明一个夸张的炎症反应是肺ARDS的早期步骤的发病机理。识别危险分子模式(潮湿)肺上皮细胞和肺泡巨噬细胞是一种引人注目的力量诱导急性肺发炎(7)(表2)。不平衡的炎症反应,包括白细胞招募和/或他们的激活可能破坏上皮或内皮细胞层。中性粒细胞是第一个细胞迁移到肺和过度招聘有助于组织损伤和炎症(8)(图1(一)),因为它释放的蛋白酶和增加活性氧的生产和炎症介质3]。在老鼠身上,关键趋化因子嗜中性粒细胞招募到肺的趋化因子处于受控/ GROα(也称为KC)和趋化因子(C-X-C主题)配体2 (CXCL2)和CXCL5 [9]。细胞外ATP (eATP)在中性粒细胞招聘中也扮演了重要的角色10]。肺泡巨噬细胞(图1(b))作为哨兵引发免疫反应,产生趋化因子和炎症介质3]。血小板反应蛋白- 1,循环血浆糖蛋白中发现支气管肺泡灌洗ARDS患者的体液,扰乱了内皮屏障的酪氨酸kinase-dependent磷酸化zonula adherens蛋白(11]。
肿瘤坏死因子等细胞因子α主要和白细胞介素(il - 1β和il - 6)是重要的介质ARDS的发展,有助于增强血管通透性和器官功能障碍(12]。引起的肺水肿液水平高引发与受损有关ARDS患者的肺泡液体间隙(13]。
4所示。肺部水肿间隙
肺水肿结果两者的结合增加transepithelial Na的液体过滤和障碍+交通工具。肺泡液体间隙(亚)是由钠运输在气道上皮细胞,后者创建mini-osmotic梯度把水从肺泡开车到血液中。
这种机制取决于水、位于上皮细胞钠离子通道(钠)和基底位于酶钠钾atp酶(NKA)。β肾上腺素能受体激动剂Na的明显的催化剂+渠道的肺泡上皮细胞改善流体间隙和水肿决议在实验ARDS模型(14]。此外,损害的酶在ARDS NKA不仅避免了肺部水肿的决议也加剧。在这方面,Na+运输和水肿间隙与败血症和ARDS患者更好的结果11]。
除了运输、钠氯运输通过囊性纤维化跨膜电导调节亚足联(雌性生殖道)是必要的。在囊性纤维化动物模型,缺乏囊性纤维化跨膜电导调节(雌性生殖道)、肺泡液体间隙是降低了。使用格列本脲(钾和雌性生殖道通道抑制剂)原位灌注和nonperfused老鼠肺部和体外人类肺部、流体间隙是受损(11]。
最后,水穿过肺泡上皮paracellularly通过紧密连接或transcellularly通过水通道蛋白(14]。水通道蛋白5 (AQP5)表达在顶端表面的细胞类型I和II(图1(c)),并负责将水从肺泡肺间质。显著降低airway-capillary透水性可见肺AQP5缺陷小鼠的15]。
除了肺泡液体,需要从肺泡蛋白质过度空间,白蛋白可以被multiligand肺泡上皮细胞的受体megalin(低密度脂蛋白内吞作用的受体家族)及其抑制导致白蛋白降低绑定和吸收层的主要肺泡II型和I型细胞培养的肺细胞(16]。
总的来说,肺泡液体运输的速度取决于博命的表达和活性,NKA和雌性生殖道开放。完成水肿再吸收离子运输、水通道和白蛋白运输也很重要。因此,内皮和上皮屏障的完整性是至关重要的优化液体平衡和细胞损伤和/或缺陷在病原体引起的离子运输或其他有害的化合物在亚足联降低(6]。小亚与长呆在重症监护室和患者死亡率增加。
5。肺动脉起源的侮辱
ARDS发病机制被归类为肺(肺细胞直接命中)或肺外(间接冲击,影响一个遥远的器官,导致系统性炎症反应)(17]。尽管侮辱应用于肺,通过航空公司或循环,最终结果是弥漫性肺泡损伤。然后,任何地方(如肺炎)或全身炎症(如胰腺炎)会导致肺功能的改变至关重要。一个广泛的损伤上皮和内皮细胞,透明膜形成,并增加数量的观察到凋亡中性粒细胞在肺的侮辱。在肺外损伤介质从肺外的位置释放到血液中的目标主要是内皮细胞,导致微血管堵塞,内皮细胞激活,血管通透性增加,间质水肿18]。
6。油酸
油酸(18:1 n - 9)是一种不饱和脂肪酸在植物和动物19,20.]。油酸是最常见的和丰富的脂肪酸在健康个体的身体。它存在于人血浆、细胞膜和脂肪组织21,22]。油酸不仅影响膜流动性,也促进了膜受体对接和活动的g蛋白耦合(GPCR)和相关信号分子(21]。
油酸对细胞的影响是通过细胞表面受体等机制介导的信号或核受体(23]。游离脂肪酸受体1和GPR120膜GPCR激活介质和自由的长链脂肪酸,油酸。游离脂肪酸受体1也称为FFAR1或GPR40 [24)主要表达在胰岛细胞,导致胰岛素分泌。其激活导致细胞内钙的增加+ +浓度和活化的细胞外signal-regulated激酶(ERK) 1/2在CHO细胞(23)(表3)。
Nonesterified血液中的脂肪酸(NEFA)进行绑定到白蛋白,从而避免他们的细胞毒性25]。表现出不同的细胞形态学特征脂肪酸暴露后的细胞凋亡和坏死(26]。脂肪酸也改变了膜结构、跨膜信号转导和细胞周期控制(27,28]。他们还可以修改细胞功能要求的参与过氧物酶体摘要受体(PPAR)。PPAR核受体调节脂质代谢、炎症、细胞生长和分化29日]。
改变循环脂肪酸水平与疾病如肥胖、糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化和癌症(30.]。更重要的是,败血症等疾病的严重性,钩端螺旋体病,胰腺炎,和子痫前期与增加血清脂肪酸水平和血浆白蛋白浓度的下降,表明脂肪酸的毒性(31日- - - - - -33]。
7所示。油的段肺损伤和炎症
油酸肺损伤呈现坏死和微血管血栓形成的早期阶段,其次是修复阶段II型细胞的增生和纤维化病灶在胸膜下区(34]。显微镜下,伤害是多病灶的和异构,从小型水肿区域与纤维蛋白沉积(出血性渗透35]。十八烯段肺损伤的组织学变化与功能变化。在ARDS,肺损伤后油酸挑战溢出的液体没有血管的空间和液体重吸收减少,从而导致血管外的肺积水。肺微血管通透性明显增加,与肺血管外的水积累和富含蛋白质的液体泄漏到空气空间(36)(图1(d))。
最重要的靶器官肺油酸静脉接种后,保留了约85%的游离脂肪酸。初始损伤发生早在5分钟后管理(37和去年至少24小时38]。油酸注入肺也诱导中性粒细胞积聚(36]。增加肿瘤坏死因子α和引发水平油酸注射后(39),以及il - 6、il - 1β和趋化因子MIP-1α(36),据报道。因此,油酸诱导合成的主要炎症介质参与临床ARDS(表3和数字1和2)。
脂质体数量增加细胞参与炎症和免疫过程(40]。脂质体功能特权网站生成脂质介质LTB4和铂族元素2(41]。油酸气管内的滴剂增强脂质体数字和LTB4(42)和铂族元素2水平(42,43]。的静脉注射油酸脂质增加身体形成和提高铂族元素2水平在支气管肺泡灌洗液(BALF) [38)(表3和图1)。值得注意的是,LTB的崛起4和铂族元素2在人类之前样品ARDS受伤的腹部钝伤患者(44),表明实验模型之间的相似特性使用油酸和临床事件。类似于十八烯段肺损伤,出血可能出现严重ARDS患者看到复杂的钩端螺旋体病(36,45)(图1)。
肺水肿的形成可以代表一种危及生命的情况如果不适当删除。油酸是NKA抑制剂(46)和Na+肺部通道抑制剂(47导致内皮渗透性显著增加。我们开发了一个试验,可以让研究人员研究的重要性NKA活动使用OA和乌本苷(一种古典NKA抑制剂)作为prove-of-concept控制(48)(图1)。我们表明,油酸抑制NKA在活的有机体内通过测量铷的吸收由油酸肺组织,进一步抑制是类似于乌本苷。这个动物模型可以用来分析NKA抑制不仅在十八烯段肺损伤,还在使用其他分子(48]。
钩端螺旋体组件glycolipoprotein分数(GLP)细胞毒性的活动,和GLP的油酸是一个主要组成部分49]。此外,我们表明,GLP脂质含量处理NKA抑制表明油酸具有至关重要的作用在NKA抑制单独或作为一个大分子复杂的一部分。最近我们表明GLP诱导肺损伤类似于乌本苷和油酸50]。因此,油酸防止水肿,可以触发富含蛋白质的水肿形成静脉或气管内的路线(36,38]。
细胞内途径激活在十八烯段肺损伤和炎症。油酸可能触发不同的细胞内途径改变细胞功能。这里我们讨论关键通路油酸影响引起的肺损伤。
蛋白质磷酸酶和tensin同系物删除10号染色体上(PTEN)是磷脂酰肌醇的主要抑制3-kinase (PI3K) /蛋白激酶B(一种蛋白激酶)信号,一个至关重要的生存途径在肺细胞(图2)。PTEN抑制由bpV(苯酚的)增加肺组织水平的phospho-Akt和ERK和减少的严重程度十八烯段ARDS小鼠(51)(表3)。ERK通路参与chemoattractant-induced嗜中性粒细胞趋化性和呼吸爆发以及LPS-induced ARDS [52]。在肺泡巨噬细胞,抑制p38和ERK1/2诱导抑制细胞因子释放的53]。ERK1/2抑制了中性粒细胞迁移、水肿、脂质体形成,il - 6生产在十八烯段肺损伤的小鼠模型36]。
丝氨酸/苏氨酸激酶哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)是一个关键的信号激酶与多种细胞功能包括免疫和炎症反应。抑制mTOR减少炎性细胞因子在有限合伙人/油的段肺损伤模型(54]。
组织Apelin是一组小肽来源于一个共同的前体,preproapelin。所有组织apelin肽发挥其生物效应通过绑定G-protein-coupled受体已受体,导致生物反应(55]。在组织损伤组织apelin和已受体是调节(56,57]。最近的一份报告表明,抑制apelin-APJ减轻肺部炎症和氧化损伤和改善油的段肺损伤(58]。
造成细胞损伤的直接绑定油酸生物膜可能在十八烯acid-mediated肺损伤的关键。油酸触发细胞内途径最终在肺细胞死亡。它直接毒性在肺内皮细胞(37),导致坏死和诱导毛细管堵塞和间质/ intra-alveolar水肿[35)(图1)。油酸诱导坏死为主,但也引发细胞凋亡通过减少凋亡标记bcl - 2和显著增加proapoptotic标记坏59]。油酸也还存在激活3和6(图2),增强活性氧的生成,诱导大量线粒体去极化和细胞凋亡在白细胞60- - - - - -62年]。
油酸可能作为一个特定的监护人,调节心脏苷之间的相互作用与油酸的NKA因此改变等离子体水平会改变乌本苷的影响(63年]。的NKA与不同的蛋白质信号形成一个蛋白质复合物称为signalosome [64年]。NKA信号转导和离子泵功能在独立工作方式(65年]。十八烯段肺部炎症可能开始NKA激活(38]。油酸肺触发细胞内途径,我们加强NKA的关键作用十八烯段肺损伤的炎症。
8。十八烯段肺损伤的动物模型
肺损伤的动物模型是在试图模仿人类ARDS。ARDS动物模型可以帮助我们理解ARDS的机制。不幸的是,没有动物模型模拟人类ARDS。尽管如此,动物的研究可以使人类的肺损伤的关键因素。在这方面,动物模型可以作为病人和实验室研究之间的桥梁。
油酸模型被开发成一种试图重现ARDS由于脂肪栓塞(66年]。变化的结果,这种模式很可能的结果变化的制备油酸注入,可以避免注射油酸盐形式(42),避免副作用的乙醇,DMSO,或在血液乳化脂肪栓塞引起的。
油酸诱导早期、快速、可逆的稀疏炎性肺损伤与渗透率变化和气体交换不足和肺力学。这个模型的一个优势是它的再现性。油酸接种提供了一个极好的模型来研究通气策略,肺力学和通气/灌注比例分布在大型和小型动物肺损伤(35,39,67年]。
一个缺点是专业知识的要求在静脉注射老鼠之类的小动物。另一个可能的模型的缺点是人类疾病的相关性十八烯段ARDS。这里我们强烈提倡的高相关性脂质代谢改变与ARDS:特别是,但不限于,败血症,严重的钩端螺旋体病,子痫前期和胰腺炎32,68年- - - - - -71年]。进一步,我们显示,老鼠通过十八烯段肺损伤肺和肺外的路线,类似于ARDS (36,38]。此外,ARDS患者提出油酸水平升高在血液和肺68年),这一事实支持油酸在ARDS发病机理有重要作用(图1)。
即使没有人类疾病动物模型完全模拟发现,研究利用动物ARDS模型忍受一个至关重要的生物工具研究的病理生理学和测试新的治疗干预措施。它很容易可再生的和可靠的,因此,一个强大的模型来研究肺损伤机制和假定的候选人在ARDS治疗。
9。结论
十八烯段肺损伤是一个相关的模型来研究ARDS因为这脂肪酸直接作用于肺肺细胞或内皮和触发器激活不同的先天免疫受体。它会导致细胞的激活、炎性介质生产和细胞死亡(表3),从而密切模仿人类ARDS。此外,NKA抑制由油酸可能在肺损伤中扮演着一个关键的角色在高油酸等离子体水平条件,如败血症、钩端螺旋体病、胰腺炎、子痫前期。ARDS的几个关键特性可以探索在十八烯段肺损伤的动物模型。油酸浓度在等离子体和/或BALF的病人是ARDS发展的一个关键指标或结果,因此,它可以被用作生物标记疾病的严重性。因此,油酸模型可能适用于研究ARDS的病理生理学。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
毛罗·Velho Castro-Faria和雨果Caire Castro-Faria-Neto同样有助于这项工作。
确认
这项工作是支持由Fundacao卡洛斯恰加斯球场德帕罗尽管Estado里约热内卢(FAPERJ),做慰问Nacional de Desenvolvimento Cientifico e学府(CNPq),而Estrategico de Apoio尽管em Saude FIOCRUZ (pap),和项目持有尽管达大学联邦弗洛米嫩塞(FOPESQ /风浪的)。作者承认TARKINAID资助:这项工作收到欧盟第七框架计划的资金(fp7 - 2007 - 2013)之下赠款协议下健康- f4 - 2011 - 282095。