细胞外组蛋白在急性呼吸窘迫综合征中的作用研究进展

性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）是常见的临床综合征，有着较高的发病率和致死率，发病机制错综复杂，主要发病机制为炎症反应的过度失控。目前临床上关于ARDS的治疗方法主要是呼吸支持，以改善低氧血症和呼吸困难等临床症状。组蛋白是一种阳离子蛋白，在物种间高度保守。组蛋白释放到细胞外空间，变成细胞外组蛋白，在细胞、组织和器官损伤中作为炎症介质发挥作用，其主要释放形式有：自由释放、作为与DNA结合的核小体、作为中性粒细胞胞外陷阱的一部分以及严重的细胞死亡（如败血症、创伤、缺血再灌注损伤和自身免疫性疾病）后等。目前许多研究显示细胞外组蛋白在ARDS的发生、发展中有着重要的作用。

1.1 概 述

ARDS是指由除了肺源性、心源性以外的各种由肺内外部致病菌和病理化学因素间的综合作用导致的急性非长期进行性的缺氧性呼吸衰竭。临床表现为难治性、进行性低氧血症和进行性呼吸困难。ARDS的致病因素可分为直接致病因素和间接致病因素，其中直接致病因素有肺部炎症、误吸等，间接致病因素包括感染以及机械通气等。ARDS的影像学表现是两肺非均一性渗出性病变。

1.2 ARDS的病理生理改变

ARDS基本病理生理改变是肺泡上皮和肺毛细血管内皮通透性增强、肺顺应性变差、肺容积缩小以及局部的高凝状态。由于通透性增加引起非心源性肺水肿、肺泡塌陷，导致通气/血流比例严重失调，尤其是肺内分流增加，从而产生严重的低氧血症。由于肺顺应性降低、肺容积减小造成呼吸阻力增加，肺功能残气量减少从而产生呼吸窘迫。

1.3 ARDS的肺组织病理学变化

肉眼可见肺组织表面皱缩严重，颜色变暗，呈红褐色。肺组织肿胀，充血明显，表面有淤血，呈片状，出血点较多，同时被膜明显僵硬，切面有少许渗出。

显微镜下可见肺组织结构紊乱，肺血管内可见淤血，肺泡结构破坏严重，肺泡相互融合，肺泡隔膜水肿增厚变宽，导致肺泡腔变小，腔内可见出血、渗液以及炎症细胞浸润。支气管管壁水肿增厚，气管周围和较大血管周围形成水肿套。

1.4 ARDS的治疗现状

ARDS的治疗已取得部分成效，但目前还没发现有效的特异性治疗方法。临床上的主要治疗方法有机械通气治疗、药物治疗、液体管理、干细胞治疗以及中草药治疗等，主要以治疗原发病、改善临床症状和肺顺应性为主。相信随着临床技术的发展以及对ARDS的不断研究，其诊治方法一定会取得突破性进展。

2 细胞外组蛋白

2.1 概 述

组蛋白含有较多的碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸），是一种碱性蛋白质，广泛存在于所有真核细胞胞核内，作为DNA缠绕的线轴与DNA结合组成染色质的基本组成单位——核小体，其中组蛋白H1在核小体形成过程中作为连接组蛋白发挥作用。组蛋白的基因高度保守。组蛋白的功能主要是蛋白质填充和染色质调控。组蛋白通常分为五类：H1、H2A、H2B、H3和H4，在ARDS的发生机制中组蛋白H3、H4发挥主要作用。细胞外组蛋白是指组蛋白释放到细胞外空间，是一种新的高度组织损伤产物，可作为一种内源性损伤相关分子模式，与Toll样受体（Toll‑like receptors, TLR）相互结合介导胞内信号转导途径，从而引起过度的炎症反应，诱导免疫应答。

2.2 细胞外组蛋白来源

生理情况下，机体中游离的细胞外组蛋白会被单核巨噬细胞迅速清除降解，一般情况下很难检测到；但在病理状态下，损伤的细胞大量增加，细胞外组蛋白的生成远超过机体清除的能力，从而导致细胞外组蛋白在体内大量蓄积，对机体产生不利的影响。

2.2.1 中性粒细胞胞外诱捕网（neutrophil extracellular traps, NETs）形成

Brinkmann等发现，当机体受到病原微生物感染时，中性粒细胞会释放一种纤维网状复合物，称为NETs。NETs的形成同时伴随中性粒细胞的死亡——NETosis。细胞外组蛋白是 NETs 含量多的蛋白质，约占70%。细胞外组蛋白在NETs致炎症反应过程中发挥主要作用，此为细胞外组蛋白主要的来源。

2.2.2 铁死亡

铁死亡是一种新发现的区别于细胞凋亡、坏死的细胞程序性死亡方式，是一种铁依赖性的细胞死亡，与脂质体过氧化和细胞内铁含量有关。铁死亡时细胞膜破裂、出泡，染色质不凝聚，组蛋白可与DNA发生解离，在细胞内通过出泡等方式被释放到细胞外，变为细胞外组蛋白发挥作用。

2.2.3 细胞凋亡、坏死

细胞在衰老等生理条件下发生凋亡，细胞形态学表现为核质浓缩、细胞核膜核仁破碎、细胞染色质的DNA降解，此时与DNA连接的组蛋白游离，但细胞膜结构仍然完整，组蛋白可随着细胞膜形成的小泡释放到细胞外空间，变成细胞外组蛋白发挥促炎等作用；细胞受到意外损伤时发生坏死，细胞发生肿胀变大，细胞质出现空泡，染色质不发生凝集，DNA随机降解，细胞膜破裂，细胞内物质（如组蛋白）向外释放，作为细胞外组蛋白发挥细胞毒性等作用。

3 细胞外组蛋白在ARDS中的可能作用机制

3.1 造成细胞损伤或凋亡

细胞外组蛋白本身具有细胞毒性。组蛋白H3、H4可直接引起肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞的损伤，细胞外组蛋白导致内皮细胞损伤后又促使其释放细胞外组蛋白，从而进一步加重内皮细胞的损伤，形成“恶性循环”。胱天蛋白酶（caspase）‑3作为细胞凋亡调控的重要因子，通常以无活性的酶原形式存在，caspase‑3的活化则标志着细胞凋亡进入不可逆阶段。细胞外组蛋白可以通过与TLR2受体识别并结合，诱发caspase‑3级联反应，从而促进肺泡上皮细胞和肺血管内皮细胞凋亡。

3.2 直接促炎作用

细胞外组蛋白可与TLR2和TLR4 激活髓样分化因子88结合促进IL‑6和TNF‑α等促炎因子的释放。细胞外组蛋白还可直接引起中性粒细胞在肺泡毛细血管内的黏附和聚集，引起炎症介质释放，引发肺水肿，加重组织损伤。炎症小体通路是一个潜在的免疫调节靶点，细胞外组蛋白还可作为NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD‑like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎症小体的激活剂，通过诱导细胞内的氧化应激来激活NLRP3，进而促使caspase‑1前体活化，从而促进IL‑1β、IL‑18等细胞因子的释放，诱导免疫细胞的浸润及其他细胞因子的产生，导致肺组织发生炎症损伤。

3.3 引起脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）释放，间接促进炎症反应

细胞外组蛋白为阳离子蛋白，带有正电荷，与带有负电荷的革兰阴性杆菌细胞壁结合，改变其渗透性，导致细菌死亡，引发LPS的释放。LPS可促进巨噬细胞和淋巴细胞分泌和释放大量炎症因子（如TNF、IL‑1、IL‑6）；此外，LPS还能够被TLR‑4特异性识别，通过髓样分化因子88依赖途径激活NF‑κB，诱导TLR4/髓样分化蛋白2‑NF‑κB信号通路活化，启动细胞内炎症信号的转导，从而促进炎症细胞分泌和释放炎症细胞因子，这些炎症细胞因子还可以反过来激活NF‑κB，导致炎症反应像多米诺骨牌一样逐级放大，使炎症反应失控，诱发ARDS。此外，LPS还可以促进NETs的形成，进而促进细胞外组蛋白的释放，二者之间形成正反馈循环。

3.4 凝血系统失衡，血栓形成

细胞外组蛋白通过引起内皮损伤，促进血小板活化和聚集，激活促凝功能，以及细胞外组蛋白诱导血栓调节蛋白的内皮表面表达降低，抑制血栓调节蛋白依赖性蛋白C的激活，这将损害激活蛋白C的抗凝、抗炎和细胞保护功能，破坏血栓调节蛋白‑激活蛋白C介导凝血的途径，造成凝血酶过多生成，破坏凝血系统平衡，从而引起微血管血栓的形成。此外，组蛋白H3、H4可作为血小板激活剂诱导血小板黏附、聚集，从而形成血栓，细胞外组蛋白还具有调节血栓稳定性的作用。细胞外组蛋白还可与血小板结合，引发钙离子内流增加，促进TLR识别结合LPS，从而刺激血小板分泌P选择素，进而导致血小板的大量聚集。

4 总结与展望

综上所述，ARDS是临床上常见的呼吸系统疾病，炎症反应过度失控是其主要的发病机制。ARDS发病快，病死率较高，目前临床上还没有特定有效的治疗措施，主要还是以针对低氧血症和呼吸窘迫等临床症状治疗为主。细胞外组蛋白是一种新的高度组织损伤产物，正常情况下在体内很难检测到，所以细胞外组蛋白含量的增高可以作为反映疾病活动状态下的新的重要指标。细胞外组蛋白在ARDS中的可能作用机制可能为人类未来对抗ARDS提供一种新的途径，靶向细胞外组蛋白可能为治疗ARDS提供一种有前途的方法，需要进一步研讨来指导将来的临床运用。