肺內外各種因素會導致低氧血癥性呼吸功能不全，甚至發展為急性呼吸窘迫綜合征的急性肺損傷（acute lung injury，ALI）。其發病率和死亡率均較高，發病機制的信號通路繁雜且治療手段有限。目前已有大量研究報道了核轉錄因子 κB（NF-κB）、磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）、有絲分裂原激活蛋白激酶（MAPK）、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、血管內皮生長因子（VEGF）、Janus 激酶/信號傳導及轉錄激活蛋白（JAK/STAT）信號通路均與ALI炎癥反應有關，其單獨或協同參與調節ALI的炎癥反應過程。本文就ALI發病機制的信號通路及其藥物干預的研究進展進行綜述，旨在為盡早干預肺損傷、優化供體庫使心臟死亡器官捐獻供體比例增加以及提供優質的供體保護條件等方面的研究提供參考。
引用本文： 楊思豪, 聶洪鑫, 孟輝. 急性肺損傷發病機制相關信號通路及其藥物干預的研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2024, 31(9): 1356-1362. doi: 10.7507/1007-4848.202211068 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《中國胸心血管外科臨床雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
由多種肺內和肺外因素導致氧合指數≤300 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）、引起低氧血癥性呼吸功能不全的急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是由歐美聯席會議于1994年首次提出，其嚴重者進展為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），甚至威脅患者生命。肺內主要因素有嚴重肺部感染、胃內容物誤吸、肺挫傷、有毒氣體吸入、淹溺及氧中毒；肺外因素有嚴重感染、嚴重非肺部創傷、急性重癥胰腺炎、大量輸血、體外循環、彌漫性血管內凝血等。ALI的病理生理變化主要表現為肺泡上皮細胞及微血管內皮細胞受損，造成肺泡-血管屏障通透性增加而引起非心源性肺水腫；肺泡水腫及塌陷造成嚴重通氣/血流比例失調，從而產生嚴重低氧血癥；肺血管痙攣和肺微小血栓形成導致肺動脈高壓；急性滲出期、肺組織修復重塑期和慢性期的病理過程。如今，有關諸如炎癥反應介導、凝血和纖溶系統紊亂、氧化和抗氧化失衡、細胞凋亡、水通道蛋白受損等ALI的發病機制已基本明確，但隨著更多ALI的發病機制相關信號通路被發現，有關ALI信號通路及其相關靶向藥物還有待進一步探索研究。本文就ALI發病機制的信號通路及其藥物干預的研究進展進行綜述。
1 核轉錄因子κB信號通路
核轉錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是B淋巴細胞中的一種二聚體轉錄因子，常見激活形式是p65/p50。NF-κB參與炎癥反應、細胞增殖、細胞分化和凋亡防御等過程。當機體受到外部刺激時，NF-κB誘導幾種炎癥前細胞因子基因的表達，這些促炎細胞因子以自分泌方式進一步激活NF-κB信號級聯放大炎癥反應。在膿毒癥誘導的ALI小鼠模型中，布托啡諾通過促進M2巨噬細胞極化和通過NF-κB通路抑制M1巨噬細胞極化，顯著降低了膿毒癥引起的肺組織損傷和死亡率[1]。M1巨噬細胞極化產生促炎因子，如活性氧物質和活性氮中間產物，以及腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白細胞介素（interleukin，IL）-6。M2巨噬細胞極化并產生抗炎細胞因子和其他物質，如IL-10、Mrc1（CD206）和精氨酸酶-1（Arg-1），這些物質參與傷口愈合和組織修復[2]。研究[3]發現，細胞外線粒體DNA可通過TLR9-p38有絲分裂原激活蛋白激酶（MAPK）-NF-κB途徑誘導NLRP3炎癥小體的啟動和激活，從而導致肺部炎癥和損傷。其下游激活的半胱天冬氨酸蛋白酶1（caspase-1）誘導IL-1β的分泌和成熟，從而促進細胞凋亡和炎癥反應，加重ALI。從脂多糖誘導的小鼠ALI模型中發現，柴胡皂苷A以劑量依賴性顯著抑制脂多糖誘導NF-κB活化和NLRP3表達，降低肺泡灌洗液中TNF-α和IL-1β表達以及髓過氧化物酶活性，減少肺組織中性粒細胞浸潤，從而減輕ALI[4]。雙氫青蒿素作為青蒿素的主要活性代謝物，通過上調下游核因子E2相關因子2（Nrf2）、超氧化物歧化酶（SOD）和血紅素氧合酶1（HO-1）的表達，負性調節脂多糖誘導ALI的NF-κB信號激活[5]。氧化應激是ALI的關鍵致病機制之一。當細胞對活性氧敏感時，Nrf2從復合體中釋放并移位到細胞核，促進抗氧化劑HO-1和SOD表達，在ALI的保護作用中發揮重要作用。隨著技術的發展，中藥在疾病機制的研究中越發廣泛，大承氣湯、兒茶和黃芩復合提取物及衢州枳殼提取物等均可通過抑制NF-κB和MAPK信號通路發揮抗炎及抗氧化應激作用，減輕ALI[6–8]。因此，抑制NF-κB通路誘導的炎癥因子風暴可能是治療靶點。
2 磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶信號通路
磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）由調節亞基p85和催化亞基p110構成二聚體。PI3K可磷酸化改變蛋白激酶B（Akt），然后調節下游底物如半胱天冬氨酸蛋白酶9（caspase-9）、凋亡相關蛋白活性等，從而調控細胞的增殖、分化、凋亡以及遷移等表型。
PI3K/Akt信號通路參與ALI病理全過程。其中Akt的Ser473位點被磷酸化后通常介導炎癥反應[9]。當ALI誘導的肺泡和內皮屏障功能出現缺陷時，富含蛋白質的液體和炎癥介質由血管進入肺泡腔，導致炎癥細胞浸潤及肺上皮細胞凋亡[10]。此外，成熟的樹突狀細胞通過調控高遷移率族蛋白1（HGBM1）激活PI3K/Akt/mTOR信號通路，并上調PI3K、Akt和mTOR mRNA以及相應磷酸化蛋白的表達，從而加重肺部炎癥反應[11]。然而，腎缺血-再灌注肺損傷模型的研究[12]發現，A2B腺苷受體激活可明顯增加Akt的磷酸化，同時使肺組織濕重/干重比值、肺泡灌洗液中蛋白及炎癥因子濃度明顯降低，減輕肺組織炎癥反應，有效緩解ALI。
上皮細胞修復及再生對于ALI的治療至關重要。ALI增殖修復期時，肺泡Ⅱ型上皮細胞（AEC Ⅱ）作為肺泡上皮的祖細胞增殖，在裸露的基底層上擴散并轉化為AEC Ⅰ型細胞[13]。保護素DX通過調控PI3K/Akt信號通路刺激AEC Ⅱ增殖并修復上皮屏障，減輕脂多糖誘導的肺損傷[14]。炎癥早期下調細胞凋亡可能是治療ALI的有效策略。ALI未得到有效治療時可進展為肺纖維化。經脂多糖處理的人肺成纖維細胞MRC-5通過激活PI3K/Akt/mTOR通路，促進細胞增殖和膠原蛋白合成[15]。然而，許多研究[16-17]發現，激活PI3K/Akt信號通路可發揮抗氧化應激及抗凋亡作用。由于實驗方案的差異性，激活或抑制PI3K/Akt通路對ALI的轉歸存在較大爭議，如何平衡炎癥反應、細胞凋亡及抗氧化應激等方面仍需要進一步研究。
3 有絲分裂原激活蛋白激酶信號通路
MAPK是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族的成員，與細胞增殖、生長、凋亡等有關。其中細胞外信號調節激酶1/2（ERK1/2）信號通路調控細胞生長和分化，Jun N末端激酶（JNK）和p38信號轉導通路在炎癥與細胞凋亡等應激反應中發揮重要作用。脂多糖誘導大鼠發生ALI時，p-JNK蛋白表達水平顯著增加，通過氧化應激和內質網應激介導肺細胞凋亡[18]。研究[19]表明，過量的氧化應激與持續的內質網應激共同決定細胞凋亡。董超等[20]的研究發現，非諾貝特能夠抑制A549細胞活性氧升高及JNK的磷酸化，同時伴隨促凋亡蛋白Bax顯著減少和抗凋亡蛋白Bcl-2表達顯著增多，繼而減少脂多糖誘導的細胞凋亡。同樣，Hui等[21]發現，脂多糖誘導的ALI小鼠模型，肺血管內皮細胞中雙特異性磷酸酶12（DUSP12）水平降低。DUSP12敲除時小鼠的肺部炎癥和損傷加重。此外，DUSP12直接與凋亡信號調節激酶1（ASK1）結合，抑制JNK通路，減輕脂多糖造成的肺損傷。中性粒細胞胞外陷阱（NETs）是由中性粒細胞DNA組成的網狀染色質纖維，其嵌入組蛋白、髓過氧化物酶和中性粒細胞彈性蛋白酶，以結合和消除病原體。脂多糖是NETs形成的重要刺激物，過量的NETs產生大量的活性氧可導致ALI[22]。FK866可通過部分抑制JNK通路減少中性粒細胞活性氧產生[23]。另外，熱毒寧通過抑制ERK1/2的磷酸化及NETs的形成，改善ALI[24]。在ALI小鼠模型中，鈣網蛋白/p38 MAPK誘導M1亞型巨噬細胞發揮促炎作用[25]。然而，下調Toll樣受體4的表達，抑制ERK1/2和p38 MAPK的激活，可以抑制脂多糖誘導ALI的炎癥反應[26]。這表明膿毒癥可能通過誘導肺組織中ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化誘導ALI。ERK1/2和/或p38 MAPK的特定抑制劑可能部分阻斷MAPK信號傳導，提高血清抗炎因子水平，降低血清促炎因子水平。
4 腺苷酸活化蛋白激酶信號通路
腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是一種調節細胞能量狀態的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在缺血、缺氧等條件下，AMPK通過上游激酶的多重磷酸化而激活，并作用于下游靶蛋白和信號轉導途徑，以調節分解代謝過程。NLRP3炎性小體在細菌引起的肺損傷期間高度表達[27]。有研究[28]顯示，脂多糖通過TLR4激活NF-κB，然后啟動NLRP3表達。達格列凈通過激活AMPK而抑制NF-κB及NLRP3活性從而發揮抗炎、抗氧化作用[29]，而二甲雙胍可能通過AMPK信號通路抑制ALI誘導NLRC4炎癥小體的轉錄激活[30]。Nrf2是AMPK下游抗氧化應激作用非常重要的轉錄因子，AMPK介導的Nrf2及下游效應因子HO-1激活而減少活性氧的生成。半乳糖凝集素-1通過AMPK-Nrf2途徑改善脂多糖誘導的小鼠ALI[31-32]。
肺血管內皮屏障可以防止白細胞、蛋白質和液體的滲出，在ALI中起至關重要的作用。黏附連接主要由血管內皮鈣黏蛋白的細胞外段組成，是影響內皮屏障的關鍵因素。ALI中激活多形核細胞和巨噬細胞產生活性氧的積累可以通過磷酸化人血管內皮鈣黏蛋白（VE-cadherin）破壞黏附連接，導致肺血管通透性增加[33]。研究[34]發現，Apelin-13激活AMPK調節線粒體生物發生和自噬，產生新的線粒體并降解受損的線粒體，導致線粒體能量和功能上調并改善脂多糖引起的內皮細胞黏附連接損傷。肺泡微血管屏障主要由上皮細胞、內皮細胞和緊密連接組成。受損的屏障失去完整性和清除肺泡液體的能力，從而導致肺水腫。正常情況下，肺泡上皮屏障比內皮屏障密度更大，其能有效防止液體進入肺泡腔并且更耐感染和創傷。因此，穩定的肺上皮屏障可能是ALI潛在的治療途徑。SIRT1是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依賴性組蛋白脫乙酰酶，具有抗炎和抗凋亡作用。AMPK具有SIRT1依賴的抗炎活性，激活SIRT1可通過降低緊密連接通透性減輕肺水腫[35]。研究[36]證實，鳶尾苷通過抑制炎癥和凋亡改善脂多糖誘導的肺泡屏障損傷，這種保護作用可能是通過激活AMPK/SIRT1途徑介導（圖1）。
圖1
急性肺損傷發病機制相關信號通路途徑
LPS：脂多糖；VEGFR-2：血管內皮細胞生長因子受體2；Akt：蛋白激酶B；ERK1/2：細胞外信號調節激酶1/2；JNK：Jun N末端激酶；STAT：信號傳導及轉錄激活蛋白；ROCK：Rho激酶；Nrf2: 核紅細胞2相關因子2；mTOR：雷帕霉素靶蛋白；NETs：中性粒細胞胞外陷阱；NLRP3：NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3；eNOS：內皮型一氧化氮合酶；HO-1：血紅素氧合酶 1；HIF-1α：缺氧誘導因子-1α；ERs：內質網應激；OS：氧化應激；Casp1：半胱天冬氨酸蛋白酶1；ROS：活性氧；IL：白細胞介素；endothelial cell：內皮細胞；apoptosis：凋亡
5 血管內皮生長因子信號通路
血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factors，VEGF）屬于血小板源性生長因子超基因家族，在血管和淋巴管生成的調控中起著核心作用。血管生成的主要因子VEGF-A與內皮細胞兩種酪氨酸激酶受體VEGFR-1和VEGFR-2結合，調節內皮細胞增殖、遷移、血管通透性、分泌等功能。VEGFR-2對促血管生成信號表現出強烈的酪氨酸激酶活性，控制許多組織中血管的形成[37]。近年來，越來越多的研究表明VEGF參與ALI的病理過程。嚴重膿毒癥時血漿VEGF及其受體的水平明顯增加，且VEGF與嚴重程度和死亡率相關，主要通過一氧化氮信號通路介導。在油酸誘導脂肪栓塞ALI大鼠模型中，肺部VEGF表達和磷酸化的MAPK顯著增加，鼠的肺濕/干重比值及血漿中炎性細胞因子（如IL-1β）水平均明顯升高。VEGFR-2阻斷劑SU1498通過抑制MAPK磷酸化、IL-1β釋放和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）過度生成，顯著減輕脂肪栓塞性肺損傷[38]。可溶性VEGFR-1（sFlt-1）作為內源性VEGF抑制劑，可以維持ARDS小鼠模型中呼吸膜的正常結構和功能[39]。然而，全身應用sFlt-1可能會降低血管通透性，并影響肝臟和腎臟等器官的功能，臨床表現為無尿、不適甚至死亡[40-41]。Zhang等[42]的研究通過sFlt-1靶向微泡注射到血液循環中，然后用超聲波照射肺部，使載藥微泡破裂，幫助藥物釋放到靶肺組織，顯著降低肺損傷評分及肺濕/干重比，并降低7 d死亡率。
VEGF既是一種生長因子，又是一種通透性因子，有關VEGF促進肺組織修復或是加劇肺水腫的問題仍然存在較大爭議。Li等[43]的實驗發現，在體內ALI模型及體外巨噬細胞中mTOR磷酸化顯著增加，伴HIF-1α和VEGF上調，而抑制mTOR/HIF-1α/VEGF通路的激活可改善ALI的炎癥反應。然而，Fan等[44]在腦缺血-再灌注大鼠模型中發現，HIF-1α上調VEGF表達并促進血管生成，修復肺泡上皮-內皮屏障，減少炎性細胞因子滲出，改善肺組織缺血狀態。關于研究結論的矛盾，部分原因考慮是研究設計中的方法存在差異，很難從不同ALI動物模型研究中得出一般性結論。此外，也有VEGF/VEGFR-2參與肺纖維化病理過程的報道[45]。
6 Janus激酶/信號傳導及轉錄激活蛋白信號通路
Janus激酶（JAK）/信號傳導及轉錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路是一種保守的信號途徑，受多種細胞因子、干擾素、激素和生長因子的調節。JAK/STAT信號通路參與許多炎癥和自身免疫性疾病的發病機制。膿毒癥小鼠ALI模型中，JAK/STAT通路激活，造成肺濕/干重比、肺部炎癥及細胞凋亡增加，加重脂多糖誘導的肺組織破壞[46]。七氟烷通過下調STAT1，減少炎癥細胞因子的表達，抑制細胞凋亡和氧化應激，并誘導ALI大鼠肺組織的細胞活力，減輕肺部病理損傷[47]。目前JAK和/或STAT抑制劑治療ALI的研究鮮有報道，因此，JAK/STAT信號通路的抑制劑為治療ALI提供了一種新思路（表1）。
表1
急性肺損傷發病機制相關信號通路及治療藥物
7 RhoA/Rho激酶信號通路
Rho激酶（ROCK）是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，已被證實為小GTP結合蛋白RhoA的第一個下游靶點。RhoA/ROCK通過控制細胞收縮和激動蛋白-細胞骨架組裝來調節細胞增殖、遷移和黏附等功能。RhoA通路的激活，可以增加脂多糖刺激肺血管內皮細胞的通透性、應力纖維形成、肌動蛋白收縮和細胞旁間隙的形成來破壞ALI小鼠的肺屏障功能[48]。抑制RhoA/ROCK通路的激活，明顯降低肺血管通透性[49]。內皮細胞的緊密連接對平衡肺通透性的正常屏障形成具有關鍵作用。RhoA基因敲除不僅抑制應力纖維的組裝和收縮性，還防止內皮細胞中凝血酶誘導的黏附分子和緊密連接的解體。此外，ROCK是脂多糖暴露期間磷酸化內皮型一氧化氮合酶（eNOS）的主要激酶，阻斷eNOS活性可以降低NF-κB炎癥信號傳導[50]。法舒地爾（ROCK抑制劑）預處理可減輕肺損傷，減少炎性細胞因子、下調肺eNOS表達，減少中性粒細胞向肺組織浸潤[51]。
8 Wnt/β-catenin信號通路
Wnt是一種高度進化保守的分泌型糖蛋白家族，Wnt/β-catenin作為經典信號通路調控細胞增殖、分化和遷移等過程。β-catenin在脂多糖誘導ALI細胞和動物模型中的生物學功能存在異議。熊杰等[52]發現，膿毒癥大鼠組肺組織中β-catenin mRNA基因及效應蛋白表達上升，且大鼠肺內結構嚴重破壞及肺間質中大量炎癥細胞浸潤，而XAV939組通過抑制Wnt/β-catenin信號通路可改善膿毒癥引起的肺損傷。而其他研究持相反意見，Lin等[53]的研究發現，β-catenin的表達在脂多糖處理后下降，在與骨髓間充質干細胞（BMSCs）共培養后上升，而BMSCs又表現出對血管內皮細胞的治療作用。此外，Wnt/β-catenin信號通路可以促進干細胞遷移和定植到ALI大鼠肺組織，對干細胞移植到復雜的體內環境起到積極的保護作用，減少影響干細胞存活的不利因素[54]。
9 小結與展望
綜上所述，ALI涉及發病機制信號通路多樣且彼此之間聯系復雜。NF-κB、PI3K/Akt、MAPK、AMPK、VEGF、JAK/STAT信號通路均與ALI炎癥反應有關；PI3K/Akt信號通路參與ALI病理全過程；VEGF及RhoA/ROCK信號通路主要調節肺泡-血管內皮屏障功能；PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信號通路的激活或抑制對ALI的轉歸存在較大爭議。部分信號通路通過協同作用加重ALI，但大部分信號通路之間的相互作用機制尚未完全闡明。
為了達到改善ALI炎癥及低氧血癥、提高患者生存率的目的，有必要對各通路之間的相互聯系進一步研究。新技術的開發，如CRISPR/Cas、單細胞測序、空間轉錄組學等已在基礎研究中普及，使醫學研究進入新的時代，這有助于對這些信號通路之間的相互聯系進一步研究，并且針對信號通路上的關鍵靶點開發特異性藥物，更加精準地對ALI進行治療。此外，關于信號通路靶向藥物輸送，解決基因編輯干細胞肺部定植轉化效率低，植入基因不穩定和致瘤性，避免肝、腎、胃、腸等組織毒副作用以及提高干細胞移植成功率，是未來研究的熱點。
利益沖突：無。
作者貢獻：楊思豪負責收集、整理文獻，文章撰寫與修改；聶洪鑫負責收集文獻與審閱文章；孟輝負責審閱與修改文章。
由多種肺內和肺外因素導致氧合指數≤300 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）、引起低氧血癥性呼吸功能不全的急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是由歐美聯席會議于1994年首次提出，其嚴重者進展為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），甚至威脅患者生命。肺內主要因素有嚴重肺部感染、胃內容物誤吸、肺挫傷、有毒氣體吸入、淹溺及氧中毒；肺外因素有嚴重感染、嚴重非肺部創傷、急性重癥胰腺炎、大量輸血、體外循環、彌漫性血管內凝血等。ALI的病理生理變化主要表現為肺泡上皮細胞及微血管內皮細胞受損，造成肺泡-血管屏障通透性增加而引起非心源性肺水腫；肺泡水腫及塌陷造成嚴重通氣/血流比例失調，從而產生嚴重低氧血癥；肺血管痙攣和肺微小血栓形成導致肺動脈高壓；急性滲出期、肺組織修復重塑期和慢性期的病理過程。如今，有關諸如炎癥反應介導、凝血和纖溶系統紊亂、氧化和抗氧化失衡、細胞凋亡、水通道蛋白受損等ALI的發病機制已基本明確，但隨著更多ALI的發病機制相關信號通路被發現，有關ALI信號通路及其相關靶向藥物還有待進一步探索研究。本文就ALI發病機制的信號通路及其藥物干預的研究進展進行綜述。
1 核轉錄因子κB信號通路
核轉錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是B淋巴細胞中的一種二聚體轉錄因子，常見激活形式是p65/p50。NF-κB參與炎癥反應、細胞增殖、細胞分化和凋亡防御等過程。當機體受到外部刺激時，NF-κB誘導幾種炎癥前細胞因子基因的表達，這些促炎細胞因子以自分泌方式進一步激活NF-κB信號級聯放大炎癥反應。在膿毒癥誘導的ALI小鼠模型中，布托啡諾通過促進M2巨噬細胞極化和通過NF-κB通路抑制M1巨噬細胞極化，顯著降低了膿毒癥引起的肺組織損傷和死亡率[1]。M1巨噬細胞極化產生促炎因子，如活性氧物質和活性氮中間產物，以及腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白細胞介素（interleukin，IL）-6。M2巨噬細胞極化并產生抗炎細胞因子和其他物質，如IL-10、Mrc1（CD206）和精氨酸酶-1（Arg-1），這些物質參與傷口愈合和組織修復[2]。研究[3]發現，細胞外線粒體DNA可通過TLR9-p38有絲分裂原激活蛋白激酶（MAPK）-NF-κB途徑誘導NLRP3炎癥小體的啟動和激活，從而導致肺部炎癥和損傷。其下游激活的半胱天冬氨酸蛋白酶1（caspase-1）誘導IL-1β的分泌和成熟，從而促進細胞凋亡和炎癥反應，加重ALI。從脂多糖誘導的小鼠ALI模型中發現，柴胡皂苷A以劑量依賴性顯著抑制脂多糖誘導NF-κB活化和NLRP3表達，降低肺泡灌洗液中TNF-α和IL-1β表達以及髓過氧化物酶活性，減少肺組織中性粒細胞浸潤，從而減輕ALI[4]。雙氫青蒿素作為青蒿素的主要活性代謝物，通過上調下游核因子E2相關因子2（Nrf2）、超氧化物歧化酶（SOD）和血紅素氧合酶1（HO-1）的表達，負性調節脂多糖誘導ALI的NF-κB信號激活[5]。氧化應激是ALI的關鍵致病機制之一。當細胞對活性氧敏感時，Nrf2從復合體中釋放并移位到細胞核，促進抗氧化劑HO-1和SOD表達，在ALI的保護作用中發揮重要作用。隨著技術的發展，中藥在疾病機制的研究中越發廣泛，大承氣湯、兒茶和黃芩復合提取物及衢州枳殼提取物等均可通過抑制NF-κB和MAPK信號通路發揮抗炎及抗氧化應激作用，減輕ALI[6–8]。因此，抑制NF-κB通路誘導的炎癥因子風暴可能是治療靶點。
2 磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶信號通路
磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）由調節亞基p85和催化亞基p110構成二聚體。PI3K可磷酸化改變蛋白激酶B（Akt），然后調節下游底物如半胱天冬氨酸蛋白酶9（caspase-9）、凋亡相關蛋白活性等，從而調控細胞的增殖、分化、凋亡以及遷移等表型。
PI3K/Akt信號通路參與ALI病理全過程。其中Akt的Ser473位點被磷酸化后通常介導炎癥反應[9]。當ALI誘導的肺泡和內皮屏障功能出現缺陷時，富含蛋白質的液體和炎癥介質由血管進入肺泡腔，導致炎癥細胞浸潤及肺上皮細胞凋亡[10]。此外，成熟的樹突狀細胞通過調控高遷移率族蛋白1（HGBM1）激活PI3K/Akt/mTOR信號通路，并上調PI3K、Akt和mTOR mRNA以及相應磷酸化蛋白的表達，從而加重肺部炎癥反應[11]。然而，腎缺血-再灌注肺損傷模型的研究[12]發現，A2B腺苷受體激活可明顯增加Akt的磷酸化，同時使肺組織濕重/干重比值、肺泡灌洗液中蛋白及炎癥因子濃度明顯降低，減輕肺組織炎癥反應，有效緩解ALI。
上皮細胞修復及再生對于ALI的治療至關重要。ALI增殖修復期時，肺泡Ⅱ型上皮細胞（AEC Ⅱ）作為肺泡上皮的祖細胞增殖，在裸露的基底層上擴散并轉化為AEC Ⅰ型細胞[13]。保護素DX通過調控PI3K/Akt信號通路刺激AEC Ⅱ增殖并修復上皮屏障，減輕脂多糖誘導的肺損傷[14]。炎癥早期下調細胞凋亡可能是治療ALI的有效策略。ALI未得到有效治療時可進展為肺纖維化。經脂多糖處理的人肺成纖維細胞MRC-5通過激活PI3K/Akt/mTOR通路，促進細胞增殖和膠原蛋白合成[15]。然而，許多研究[16-17]發現，激活PI3K/Akt信號通路可發揮抗氧化應激及抗凋亡作用。由于實驗方案的差異性，激活或抑制PI3K/Akt通路對ALI的轉歸存在較大爭議，如何平衡炎癥反應、細胞凋亡及抗氧化應激等方面仍需要進一步研究。
3 有絲分裂原激活蛋白激酶信號通路
MAPK是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族的成員，與細胞增殖、生長、凋亡等有關。其中細胞外信號調節激酶1/2（ERK1/2）信號通路調控細胞生長和分化，Jun N末端激酶（JNK）和p38信號轉導通路在炎癥與細胞凋亡等應激反應中發揮重要作用。脂多糖誘導大鼠發生ALI時，p-JNK蛋白表達水平顯著增加，通過氧化應激和內質網應激介導肺細胞凋亡[18]。研究[19]表明，過量的氧化應激與持續的內質網應激共同決定細胞凋亡。董超等[20]的研究發現，非諾貝特能夠抑制A549細胞活性氧升高及JNK的磷酸化，同時伴隨促凋亡蛋白Bax顯著減少和抗凋亡蛋白Bcl-2表達顯著增多，繼而減少脂多糖誘導的細胞凋亡。同樣，Hui等[21]發現，脂多糖誘導的ALI小鼠模型，肺血管內皮細胞中雙特異性磷酸酶12（DUSP12）水平降低。DUSP12敲除時小鼠的肺部炎癥和損傷加重。此外，DUSP12直接與凋亡信號調節激酶1（ASK1）結合，抑制JNK通路，減輕脂多糖造成的肺損傷。中性粒細胞胞外陷阱（NETs）是由中性粒細胞DNA組成的網狀染色質纖維，其嵌入組蛋白、髓過氧化物酶和中性粒細胞彈性蛋白酶，以結合和消除病原體。脂多糖是NETs形成的重要刺激物，過量的NETs產生大量的活性氧可導致ALI[22]。FK866可通過部分抑制JNK通路減少中性粒細胞活性氧產生[23]。另外，熱毒寧通過抑制ERK1/2的磷酸化及NETs的形成，改善ALI[24]。在ALI小鼠模型中，鈣網蛋白/p38 MAPK誘導M1亞型巨噬細胞發揮促炎作用[25]。然而，下調Toll樣受體4的表達，抑制ERK1/2和p38 MAPK的激活，可以抑制脂多糖誘導ALI的炎癥反應[26]。這表明膿毒癥可能通過誘導肺組織中ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化誘導ALI。ERK1/2和/或p38 MAPK的特定抑制劑可能部分阻斷MAPK信號傳導，提高血清抗炎因子水平，降低血清促炎因子水平。
4 腺苷酸活化蛋白激酶信號通路
腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是一種調節細胞能量狀態的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在缺血、缺氧等條件下，AMPK通過上游激酶的多重磷酸化而激活，并作用于下游靶蛋白和信號轉導途徑，以調節分解代謝過程。NLRP3炎性小體在細菌引起的肺損傷期間高度表達[27]。有研究[28]顯示，脂多糖通過TLR4激活NF-κB，然后啟動NLRP3表達。達格列凈通過激活AMPK而抑制NF-κB及NLRP3活性從而發揮抗炎、抗氧化作用[29]，而二甲雙胍可能通過AMPK信號通路抑制ALI誘導NLRC4炎癥小體的轉錄激活[30]。Nrf2是AMPK下游抗氧化應激作用非常重要的轉錄因子，AMPK介導的Nrf2及下游效應因子HO-1激活而減少活性氧的生成。半乳糖凝集素-1通過AMPK-Nrf2途徑改善脂多糖誘導的小鼠ALI[31-32]。
肺血管內皮屏障可以防止白細胞、蛋白質和液體的滲出，在ALI中起至關重要的作用。黏附連接主要由血管內皮鈣黏蛋白的細胞外段組成，是影響內皮屏障的關鍵因素。ALI中激活多形核細胞和巨噬細胞產生活性氧的積累可以通過磷酸化人血管內皮鈣黏蛋白（VE-cadherin）破壞黏附連接，導致肺血管通透性增加[33]。研究[34]發現，Apelin-13激活AMPK調節線粒體生物發生和自噬，產生新的線粒體并降解受損的線粒體，導致線粒體能量和功能上調并改善脂多糖引起的內皮細胞黏附連接損傷。肺泡微血管屏障主要由上皮細胞、內皮細胞和緊密連接組成。受損的屏障失去完整性和清除肺泡液體的能力，從而導致肺水腫。正常情況下，肺泡上皮屏障比內皮屏障密度更大，其能有效防止液體進入肺泡腔并且更耐感染和創傷。因此，穩定的肺上皮屏障可能是ALI潛在的治療途徑。SIRT1是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依賴性組蛋白脫乙酰酶，具有抗炎和抗凋亡作用。AMPK具有SIRT1依賴的抗炎活性，激活SIRT1可通過降低緊密連接通透性減輕肺水腫[35]。研究[36]證實，鳶尾苷通過抑制炎癥和凋亡改善脂多糖誘導的肺泡屏障損傷，這種保護作用可能是通過激活AMPK/SIRT1途徑介導（圖1）。
圖1
急性肺損傷發病機制相關信號通路途徑
LPS：脂多糖；VEGFR-2：血管內皮細胞生長因子受體2；Akt：蛋白激酶B；ERK1/2：細胞外信號調節激酶1/2；JNK：Jun N末端激酶；STAT：信號傳導及轉錄激活蛋白；ROCK：Rho激酶；Nrf2: 核紅細胞2相關因子2；mTOR：雷帕霉素靶蛋白；NETs：中性粒細胞胞外陷阱；NLRP3：NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3；eNOS：內皮型一氧化氮合酶；HO-1：血紅素氧合酶 1；HIF-1α：缺氧誘導因子-1α；ERs：內質網應激；OS：氧化應激；Casp1：半胱天冬氨酸蛋白酶1；ROS：活性氧；IL：白細胞介素；endothelial cell：內皮細胞；apoptosis：凋亡
5 血管內皮生長因子信號通路
血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factors，VEGF）屬于血小板源性生長因子超基因家族，在血管和淋巴管生成的調控中起著核心作用。血管生成的主要因子VEGF-A與內皮細胞兩種酪氨酸激酶受體VEGFR-1和VEGFR-2結合，調節內皮細胞增殖、遷移、血管通透性、分泌等功能。VEGFR-2對促血管生成信號表現出強烈的酪氨酸激酶活性，控制許多組織中血管的形成[37]。近年來，越來越多的研究表明VEGF參與ALI的病理過程。嚴重膿毒癥時血漿VEGF及其受體的水平明顯增加，且VEGF與嚴重程度和死亡率相關，主要通過一氧化氮信號通路介導。在油酸誘導脂肪栓塞ALI大鼠模型中，肺部VEGF表達和磷酸化的MAPK顯著增加，鼠的肺濕/干重比值及血漿中炎性細胞因子（如IL-1β）水平均明顯升高。VEGFR-2阻斷劑SU1498通過抑制MAPK磷酸化、IL-1β釋放和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）過度生成，顯著減輕脂肪栓塞性肺損傷[38]。可溶性VEGFR-1（sFlt-1）作為內源性VEGF抑制劑，可以維持ARDS小鼠模型中呼吸膜的正常結構和功能[39]。然而，全身應用sFlt-1可能會降低血管通透性，并影響肝臟和腎臟等器官的功能，臨床表現為無尿、不適甚至死亡[40-41]。Zhang等[42]的研究通過sFlt-1靶向微泡注射到血液循環中，然后用超聲波照射肺部，使載藥微泡破裂，幫助藥物釋放到靶肺組織，顯著降低肺損傷評分及肺濕/干重比，并降低7 d死亡率。
VEGF既是一種生長因子，又是一種通透性因子，有關VEGF促進肺組織修復或是加劇肺水腫的問題仍然存在較大爭議。Li等[43]的實驗發現，在體內ALI模型及體外巨噬細胞中mTOR磷酸化顯著增加，伴HIF-1α和VEGF上調，而抑制mTOR/HIF-1α/VEGF通路的激活可改善ALI的炎癥反應。然而，Fan等[44]在腦缺血-再灌注大鼠模型中發現，HIF-1α上調VEGF表達并促進血管生成，修復肺泡上皮-內皮屏障，減少炎性細胞因子滲出，改善肺組織缺血狀態。關于研究結論的矛盾，部分原因考慮是研究設計中的方法存在差異，很難從不同ALI動物模型研究中得出一般性結論。此外，也有VEGF/VEGFR-2參與肺纖維化病理過程的報道[45]。
6 Janus激酶/信號傳導及轉錄激活蛋白信號通路
Janus激酶（JAK）/信號傳導及轉錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路是一種保守的信號途徑，受多種細胞因子、干擾素、激素和生長因子的調節。JAK/STAT信號通路參與許多炎癥和自身免疫性疾病的發病機制。膿毒癥小鼠ALI模型中，JAK/STAT通路激活，造成肺濕/干重比、肺部炎癥及細胞凋亡增加，加重脂多糖誘導的肺組織破壞[46]。七氟烷通過下調STAT1，減少炎癥細胞因子的表達，抑制細胞凋亡和氧化應激，并誘導ALI大鼠肺組織的細胞活力，減輕肺部病理損傷[47]。目前JAK和/或STAT抑制劑治療ALI的研究鮮有報道，因此，JAK/STAT信號通路的抑制劑為治療ALI提供了一種新思路（表1）。
表1
急性肺損傷發病機制相關信號通路及治療藥物
7 RhoA/Rho激酶信號通路
Rho激酶（ROCK）是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，已被證實為小GTP結合蛋白RhoA的第一個下游靶點。RhoA/ROCK通過控制細胞收縮和激動蛋白-細胞骨架組裝來調節細胞增殖、遷移和黏附等功能。RhoA通路的激活，可以增加脂多糖刺激肺血管內皮細胞的通透性、應力纖維形成、肌動蛋白收縮和細胞旁間隙的形成來破壞ALI小鼠的肺屏障功能[48]。抑制RhoA/ROCK通路的激活，明顯降低肺血管通透性[49]。內皮細胞的緊密連接對平衡肺通透性的正常屏障形成具有關鍵作用。RhoA基因敲除不僅抑制應力纖維的組裝和收縮性，還防止內皮細胞中凝血酶誘導的黏附分子和緊密連接的解體。此外，ROCK是脂多糖暴露期間磷酸化內皮型一氧化氮合酶（eNOS）的主要激酶，阻斷eNOS活性可以降低NF-κB炎癥信號傳導[50]。法舒地爾（ROCK抑制劑）預處理可減輕肺損傷，減少炎性細胞因子、下調肺eNOS表達，減少中性粒細胞向肺組織浸潤[51]。
8 Wnt/β-catenin信號通路
Wnt是一種高度進化保守的分泌型糖蛋白家族，Wnt/β-catenin作為經典信號通路調控細胞增殖、分化和遷移等過程。β-catenin在脂多糖誘導ALI細胞和動物模型中的生物學功能存在異議。熊杰等[52]發現，膿毒癥大鼠組肺組織中β-catenin mRNA基因及效應蛋白表達上升，且大鼠肺內結構嚴重破壞及肺間質中大量炎癥細胞浸潤，而XAV939組通過抑制Wnt/β-catenin信號通路可改善膿毒癥引起的肺損傷。而其他研究持相反意見，Lin等[53]的研究發現，β-catenin的表達在脂多糖處理后下降，在與骨髓間充質干細胞（BMSCs）共培養后上升，而BMSCs又表現出對血管內皮細胞的治療作用。此外，Wnt/β-catenin信號通路可以促進干細胞遷移和定植到ALI大鼠肺組織，對干細胞移植到復雜的體內環境起到積極的保護作用，減少影響干細胞存活的不利因素[54]。
9 小結與展望
綜上所述，ALI涉及發病機制信號通路多樣且彼此之間聯系復雜。NF-κB、PI3K/Akt、MAPK、AMPK、VEGF、JAK/STAT信號通路均與ALI炎癥反應有關；PI3K/Akt信號通路參與ALI病理全過程；VEGF及RhoA/ROCK信號通路主要調節肺泡-血管內皮屏障功能；PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信號通路的激活或抑制對ALI的轉歸存在較大爭議。部分信號通路通過協同作用加重ALI，但大部分信號通路之間的相互作用機制尚未完全闡明。
為了達到改善ALI炎癥及低氧血癥、提高患者生存率的目的，有必要對各通路之間的相互聯系進一步研究。新技術的開發，如CRISPR/Cas、單細胞測序、空間轉錄組學等已在基礎研究中普及，使醫學研究進入新的時代，這有助于對這些信號通路之間的相互聯系進一步研究，并且針對信號通路上的關鍵靶點開發特異性藥物，更加精準地對ALI進行治療。此外，關于信號通路靶向藥物輸送，解決基因編輯干細胞肺部定植轉化效率低，植入基因不穩定和致瘤性，避免肝、腎、胃、腸等組織毒副作用以及提高干細胞移植成功率，是未來研究的熱點。
利益沖突：無。
作者貢獻：楊思豪負責收集、整理文獻，文章撰寫與修改；聶洪鑫負責收集文獻與審閱文章；孟輝負責審閱與修改文章。
