教材：MolecularPathology（2ndEdition）
导读：吕社民博士
笔记整理：*璜、*芙萌、张婧
今天吕老师带领大家学习了MOLECULARPATHOLOGY这本书的第二个章节“AcuteandChronicInflammationInduces?DiseasePathogenesis“。?
致病性损伤可由多种机制识别并通过炎症反应进行清除，炎症反应最佳时，仅通过最小的的白细胞聚集和活化来清除刺激物，很少影响体内稳态。但当宿主识别系统障碍或病原破坏能力较强时，会引起强烈的炎症反应，宿主先天性免疫系统通过组织损伤和破坏，以试图清除刺激物，而这种急性炎症反应可能对组织功能产生长期甚至不可逆的影响。如果初期反应不足以清除外源性病原，则会转移为以病原特定残基为靶标的淋巴细胞聚集，引发更为复杂和有效的反应过程。通常这些反应协调且可控，且最小程度地改变组织的生理功能，但在失调时，会造成组织或器官的局部甚至全身性损害，从而引起正常生理功能下降。而失调的反应或未能清除的病原体可能导致慢性和渐进性的病原性应答。这些损伤反应都有特定且通常重叠的机制，而这些机制在急性和慢性炎症中通过白细胞聚集等导致组织结构内的损伤。
白细胞的黏附，迁移和活化
1.内皮细胞黏附分子的表达
?炎症反应最初阶段的特征是白细胞快速迁移至被感染组织。一系列黏附分子表达的上调促使白细胞可逆的结合在被炎症因子活化后的内皮细胞上。最初的黏附是由白细胞（L）-，内皮细胞（E）-，血小板(P)-选择素所介导，L-选择素通过介导活化内皮细胞上白细胞的滚动而促进白细胞减速。选择素介导的与活化内皮细胞的相互作用增强了白细胞被内皮表达的趋化因子进一步激活的可能性，这种趋化因子介导G蛋白偶联受体诱导的激活。趋化因子诱导白细胞粘附的机制依赖于肌动蛋白重组和白细胞表面β-整合素构象的改变。随后，这种牢固的粘附使白细胞沿着内皮细胞扩散，并在引导白细胞到达炎症部位的趋化梯度作用下开始向炎症组织中渗出。?
白细胞与E-，P-选择素的初始结合是通过与白细胞上表达的糖基化配体（最常见的是P-选择蛋白糖蛋白配体1（PSGL1））相互作用而介导的。将白细胞捕获到发炎的血管壁上的能力既取决于选择素相互作用迅速与其配体结合的能力，又取决于毛细血管后血管中白细胞的流速，其中较低的剪切速率可使产生的相互作用发生。磷酸化肌醇3-激酶-γ（PI3Kγ）在活化的内皮中的表达似乎对于将拴系的白细胞固定到血管壁至关重要，而酪氨酸激酶在结合的白细胞中向PSGL1下游发出信号并调节滚动过程。
除了选择素介导的白细胞滚动外，在许多情况下，特定的整联蛋白也可以参与白细胞滚动。中枢神经系统，肠道和肺即存在，使用体外流动分析，表达α4β7整联蛋白的细胞可以在固定的粘膜血管寻址蛋白细胞粘附分子1上滚动，该分子在肠道中高表达。VLA4，α4β1整合素支持体外单核细胞和淋巴细胞的滚动以及中枢神经系统中的淋巴细胞的滚动。虽然尚不清楚在什么情况下会发生整联蛋白介导的滚动，但当初始束缚事件不太重要时，它可能在低剪切流条件下起作用。在许多情况下，白细胞滚动需要选择素介导的和整合素介导的滚动和粘附的协同作用。
从白细胞滚动到牢固粘附的过渡取决于滚动白细胞中发生的几个不同事件。首先，整联蛋白需要通过G蛋白介导的信号转导进行修饰，以实现构象变化，从而暴露特定粘附分子的结合位点。其次，粘附分子表达的密度必须足够高，以允许白细胞沿着活化的内皮扩散并在白细胞表面上适当的整联蛋白聚集。最后，存在一种由外而内的信号传递现象，这对于通过几个重要的信号传递事件（包括FGR和HCL，两种SRC样蛋白酪氨酸激酶）加强粘附相互作用也是必要的。这些协同事件共同促进了白细胞通过内皮外渗进入发炎的组织。
白细胞的跨内皮细胞迁移需要经过许多潜在的障碍。在牢固地粘附于活化的内皮后，白细胞似乎沿边界扩散并爬行，直到它们到达内皮细胞连接处，该连接处已被发炎的环境适当打开。尽管尚未完全确定，但支持白细胞迁移的内皮细胞连接似乎表达了更高水平的粘附分子，从而使爬行细胞得以穿越。该机制已通过组织表达的趋化因子进行了优化，以介导爬行进入细胞连接区而不会损害内皮细胞边界。许多分子与这种迁移途径有关PECAM-1（CD31）似乎是在内皮细胞连接区靶向表达的过程中所需的功能分子。另一种蛋白质，连接粘附分子-A（JAM-A），也已显示出与通过血管内皮层紧密连接的细胞迁移有关，并发现在包括PMN在内的几种白细胞群体的表面。
另一种跨内皮迁移模式是通过跨细胞途径，已在中枢神经系统和其他组织的炎症反应过程中发现。这些通过内皮细胞膜和细胞质区域的迁移途径与囊泡-细胞器有关，被描述为膜相关的通道，可以使白细胞快速通过内皮迁移到发炎的组织腔中。提示这些机制可能发生在紧密粘附分子表达的条件下，触发了与caveolin-1相关的细胞内通道的形成。在某些情况下，例如在高剪切力下，细胞旁迁移可能更加困难，但它可能代表了一种重要的迁移形式。
白细胞在从血管进入组织之前穿过的最终障碍是基底膜。金属蛋白酶（MMP）被激活以降解基底膜细胞外基质（ECM），使白细胞能够向炎症部位渗透。最近，研究表明白细胞利用低表达区域（LER），该区域表达减少了基底膜成分的表达。MMP和嗜中性粒细胞弹性蛋白酶已与LER的重塑有关。
2.化学趋化
在炎症过程中，最容易获得的介体类别可能是补体系统。这些蛋白质存在于循环中，或者可以在细胞刺激后从头产生。激活后，细菌产物或免疫复合物通过替代途径或经典途径介导C3和/或C5裂解为C3a和C5a，可以提供立即有效的趋化性诱导中性粒细胞和单核细胞激活。C3a作为预防剂的作用说明了这种早期激活事件对肥大细胞生物学的重要性。另外，C5a刺激中性粒细胞氧化代谢，颗粒排出和对血管内皮的粘附。
第二个参与早期白细胞迁移的是白三烯，它们是在肥大细胞中形成的脂质介体，或通过5-LO诱导的花生四烯酸途径快速生成的脂质介体。白三烯B4（LTB4）特别涉及中性粒细胞迁移的早期诱导，但在炎症过程中也会产生长期问题。病原体产物刺激后，吞噬细胞（PMN和巨噬细胞）可以迅速合成LTB4。此外，LTB4受体与介导慢性炎症性疾病的淋巴细胞的募集有关，包括哮喘和关节炎的啮齿动物模型以及移植排斥模型。特别是，在过敏反应期间，LTB4受体BLT1与Th2型T淋巴细胞的优先募集有关。因此，除了在急性炎症事件中作为嗜中性粒细胞趋化剂的有效功能外，LTB4和BLT1在慢性免疫反应中也起重要作用。因此，它们现在被认为是慢性免疫应答治疗的靶标。除LTB4以外，半胱氨酰白三烯，LTC4，D4和E4也似乎具有一定的趋化活性，这表明靶向将花生四烯酸转化为白三烯途径通常可能是有益的。
第三种是趋化因子，由超过50种多肽分子组成，基于N端半胱氨酸残基，趋化因子分为四类。大多数趋化因子被归类为CC或CXC，少数被归类为XC或CX3C。在应答期间募集哪些白细胞群体到特定组织的确定是由诱导的趋化因子配体和在白细胞的特定受体决定的。在急性炎症反应期间，例如在细菌感染中，当细胞浸润主要是中性粒细胞，并且是CXCR结合趋化因子的产生介导了这一过程时。同样，当急性炎症无法控制感染过程时，免疫细胞因子（例如干扰素（IFN）-γ和白介素（IL）-4）往往会促进趋化因子的产生，从而促进单核细胞，巨噬细胞和淋巴细胞募集到感染部位。这使得可以发展出更复杂的免疫反应来清除病原体。除了结合细胞受体的能力外，趋化因子还能够结合糖胺聚糖。与补体和脂质趋附剂不同，趋化因子可长期积累于组织内和内皮上，而不会被各种生物过程冲走或清除。就长期维持发炎组织中的化学趋化剂梯度而言，这提供了多个优点，并且在炎症部位保持了最强烈的信号。趋化因子介导与选择素相关的白细胞牢固粘附滚动以将其β整联蛋白激活至激活的内皮细胞，然后将这些细胞直接迁移至炎症部位。最后，趋化因子在较高浓度下（例如在炎症部位发现）会诱导白细胞活化，从而发挥效应功能。因此，白细胞从活化血管中的内皮细胞边界到它们到达炎症部位的进行性运动依赖于趋化因子和粘附分子的协同表达和相互作用。
趋化因子激活白细胞的过程是通过G蛋白偶联受体途径通过共同的信号级联介导的。这些途径可以通过分别由Gα和Gβ/γ亚基介导的钙动员和细胞迁移来监测。通过这些亚基发出的信号导致重要的下游途径（包括PI3K，MAPK和FAK）的激活。PI3K途径依赖于P亚基α，β和γ，一旦激活，PI3K似乎与p85衔接子蛋白偶联介导其他途径的激活，包括rac，rho和Cdc42GTPases导致肌动蛋白聚合。这些PI3K诱导的反应可以通过PTEN来积极调节，并参与定向感应。因此，该系统的激活通过调节肌动蛋白和其他结构蛋白的关键信号分子的差分细胞定位，明显调节了白细胞的定向运动。
急性炎症和发病机制
对入侵病原体的快速固有免疫应答的启动对于抑制微生物的定殖或隔离有*、有害的物质至关重要。一旦发生病原体感染，它们便具有了繁殖和扩展的能力，其速度也可能超过宿主清除的能力。与此同时，机体会产生许多机制来抑制病原菌。主要机制是水肿和局部体液的释放以清洁被感染的组织，同时，补体系统早期激活，?C3和C5等被裂解。这些早期的炎症调节因子促进了PMN和单核吞噬细胞快速、有效地向感染部位的浸润。募集来的吞噬细胞吞噬入侵的病原菌，并迅速激活并产生LTB4和细胞因子（例如IL-1和TNF），以增强吞噬作用和杀伤性。然而，在炎症刺激强烈的情况下，急性炎症反应可能会破坏性地上调。在这种情况下，当以不受调节的方式产生炎症介体时，即使最初的损伤可能非常局限，宿主也可能很快遭受到全身性炎症反应地攻击。
在受影响的组织中发生的细胞因子风暴是由一系列细胞因子和趋化因子的产生所致，导致不受控制的白细胞浸润和活化，从而导致组织器官功能障碍。尽管这些事件会影响生物体的任何组织，但肝和肺似乎是主要靶器官，这是由于这些器官中存在大量驻留巨噬细胞种群从而可以对炎症因子信号产生强烈反应。
在病*感染的情况下，系统必须以不同的方式进行处理清除。阻止病*扩散的最有效地早期手段之一是立即产生I型干扰素。
模式识别受体和炎症反应
1.?Toll样受体家族
Toll样受体家族是最典型的模式识别受体家族。这些分子主要识别来自入侵病原体的模式相关分子（PAMP）。哺乳动物的TLR家族由跨膜受体组成，该跨膜受体位于细胞表面或内体中，其特征在于包含富含亮氨酸的重复序列（LRR）用于模序识别和细胞质内的信号转导。虽然TLR在免疫/炎性细胞中的表达最为明显，但它们也可以在非免疫细胞（如上皮细胞）上表达，并为炎症介质的产生提供激活信号。TLR通过细胞质衔接子分子传递细胞激活信号，该分子启动一系列激活途径，包括NF-κB，IRF3，IRF7，以及MAPK。这些信号途径将会使免疫细胞激活。
该家族中最早鉴定出的分子之一是TLR4，它主要识别脂多糖（LPS；也称为内*素）。TLR4在脓*症时被广泛激活。除了从识别病原体的LPS、RSVF蛋白以及其他复杂的碳水化合物和脂质分子外，TLR4还被证明可以识别宿主脂肪组织中的游离脂肪酸，并且造成肥胖和2型糖尿病病人的炎症综合征的发生。
TLR2似乎具有可直接识别的最广泛的分子范围，包括：肽聚糖、支原体脂肽、许多真菌抗原以及寄生虫、真菌和细菌上的碳水化合物残基等。此外，TLR2可以与TLR1和TLR6形成异源二聚体，以进一步扩展其识别能力。TLR5特异性识别鞭毛蛋白，因此对于识别革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均很重要。还有许多TLR主要在固有免疫细胞的内体膜上表达，包括TLR3，TLR7，TLR8和TLR9。这些病原体识别受体（PRR）参与了核酸序列的识别，如：dsRNA（TLR3），ssRNA（TLR7和TLR8）和未甲基化的CpGDNA（TLR9）。
2.?病原体的胞浆感受器
与TLR系统类似，NOD样受体（NLR；也称为CATERPILLAR蛋白）能够识别与宿主序列不同的特定病原体模式。NOD1和NOD2识别由肽聚糖（PGN）的合成和/或降解产生的细菌分子。特别地，NOD1识别由革兰氏阴性细菌和一些革兰氏阳性细菌产生的含有中二氨基己二酸的PGN，而NOD2识别在几乎所有PGN中均存在的胞壁酰二肽。该家族的其他成员包括NALP（含NACHT，LRR和吡喃结构域的蛋白），IPAF（ICE蛋白酶激活因子）和NAIP（神经细胞凋亡抑制蛋白）。NLR的一个有趣方面是它们包含一个与胱天蛋白酶相关的受体结构域（CARD），该结构域与参与细胞程序性死亡或凋亡的蛋白有关。这些蛋白质通过炎症小体特异性激活细胞。除了炎性小体介导的促炎性细胞因子释放激活外，?NOD蛋白还可通过RICK/RIP2信号通路诱导NF-κB和MAPK激活。
除了细菌产物激活胞质传感器之外，宿主还具备识别病*产物的系统。PKR蛋白具有识别dsRNA的能力，而dsRNA是几乎所有病*感染的中间步骤。PKR的功能之一是使真核翻译起始因子2的α亚基磷酸化，从而抑制了细胞和病*蛋白质的合成。后一种功能与I型IFN协同，产生抗病*环境。
最近的研究确定了两种具有识别dsRNA能力的解旋酶蛋白，RIG-I（维甲酸诱导基因）和MDA5（黑色素瘤分化相关基因）。这些基因的激活会立马启动I型IFN的激活。RIG-I利用其CARD与线粒体相关蛋白MAVS?相互作用，这种相互作用导致TRAF-3，TBK-1和IRF-3的激活。
3.?模式识别的病理结果
TLR，NLR和其他病原体感受器系统激活的潜在病原学副作用之一是——触发多种炎症分子，如果不能适当控制，则会导致有害的病原学应答。被PRR强烈上调的两个重要激活系统是I型IFN（IRF介导）和早期反应细胞因子（NF-κB介导）级联反应。除了导致这些趋化分子水平升高的细胞因子级联反应外，PRR系统还直接调节趋化因子的表达，因为许多趋化因子基因在其启动子区域均具有NF-κB和/或IRF转录因子结合位点。因此，局部炎性反应可以迅速被放大，并将炎性损害传播到邻近的未受累区域。
除PAMPs之外，免疫系统还识别与危险相关分子模式或DAMPs。已激活TLR的DAMP，如：热休克蛋白，HMGB1，宿主DNA和纤维蛋白原等蛋白。这表明内源性激活TLRs在炎症性疾病中具有重要作用。
4.?固有淋巴样细胞
固有淋巴样细胞（ILC）在炎症的触发和调节中起着至关重要的作用。这些细胞衍生自淋巴样祖细胞，但没有谱系标记（lin-），也不会重新排列其抗原受体。包括产生IFN-γ的ILC1、产生IL-5和IL-13的ILC2、以及产生IL-17和IL-22ILC3。这些细胞可以快速响应炎症过程中产生的先天信号，并产生其细胞因子以适当影响免疫过程中的免疫环境。ILC1细胞（自然杀伤[NK]细胞）在病*的早期反应中显得尤为重要，并有助于使病*保持隔离状态，直到获得免疫力应答可以通过细胞*性T细胞应答和/或抗体应答来最终清除病*。ILC2细胞对上皮来源的信号例如，IL-25，IL-33和TSLP敏感，并产生IL-5和IL-13，至少在肠道中是必需的，以通过诱导粘液和嗜酸性粒细胞聚集清除寄生虫感染。最后，最近鉴定出的ILC3细胞对于抗菌反应以及上皮屏障功能的稳定可能有重要作用。
5.?急性炎症反应的调节
迄今为止，控制炎症最成功的疗法是使用非特异性抑制多种炎症细胞因子产生的甾体化合物。对这种策略的持续依赖，尽管通常很有效，但表明我们对控制炎症反应的机制缺乏完全的了解。几种研究比较广泛的抗炎因子有：IL-10、转化生长因子β（TGFβ）、IL-1受体拮抗剂（IL-1ra）以及IL-4和IL-13。最具有吸引力的、具有广谱活性的最抗炎细胞因子可能是IL-10。
慢性炎症
损伤组织的修复是生物系统的一个基本特征，只要调节得当，对正常的器官功能几乎没有不良影响。然而，不正常的愈合和修复可能导致器官功能的严重问题，在某些情况下，重建和修复的持续进行可能导致终末期疾病。在一些急性炎症反应过程中，如脓*症患者的ARDS，可迅速进展至严重的肺纤维化和肺功能障碍。慢性炎症疾病，例如器官系统（包括肺纤维化、系统性硬化、肝硬化、心血管疾病、进行性肾病）和关节（如类风湿关节炎和骨关节炎）通常是导致发病率和死亡率的主要原因。这些疾病的一个共同特征是ECM的破坏和重塑。慢性炎症、组织坏死和感染导致成纤维细胞持续活化和ECM过度沉积，包括I型胶原、III型胶原、纤维连接蛋白、弹性蛋白、蛋白多糖和层粘连蛋白，进一步引起永久性纤维化瘢痕的形成。大多数慢性纤维化疾病都有一种持续刺激物，持续刺激蛋白水解酶、生长因子、成纤维细胞因子和趋化因子的产生。它们共同协调结缔组织的过度沉积，逐渐引起正常组织结构和功能的破坏。抑制ECM沉积和纤维灶形成的其中一个机制就是基质金属蛋白酶（MMPs）的活化，它是一类催化酶，能降解细胞外基质的各种成分。MMPs的活性通常依赖于蛋白酶和天然抑制剂（TIMPs）之间的平衡。
促纤维化细胞因子和生长因子参与纤维化组织重塑
细胞因子平衡的改变可导致病理改变、组织修复异常和组织纤维化。参与这些过程的细胞因子包括TGFβ、TNFα、血小板衍生生长因子、成纤维细胞生长因子、单核细胞趋化蛋白1、巨噬细胞炎性蛋白1α、IL-1、IL-13和IL-8。
1.TGFβ
TGFβ是目前研究最多的促纤维化生长因子之一。TGFβ1的上调与许多器官的病理性纤维化过程有关，如肺纤维化疾病、白内障形成、系统性硬化、肾纤维化、心力衰竭等。TGFβ的诱导效应主要是通过TGFβ受体介导的。TGFβ亚型可诱导间充质细胞中ECM蛋白（如I型胶原、III型胶原和V型胶原、纤维连接蛋白以及一些与发育相关的糖蛋白和蛋白聚糖）的表达，并刺激蛋白酶抑制剂的产生，防止ECM的酶解。因此，虽然TGFβ是正常修复过程所必需的，但其过度表达在ECM沉积和终末期疾病中起着关键作用。
2.TNF-α
另一种与慢性重塑疾病相关的细胞因子是TNF-α。TNFα是一种促炎介质，参与了ECM的形成。TNF-α的上调与许多器官的病理性纤维化过程有关，如RA、银屑病性关节炎、克罗恩病、溃疡性结肠炎、多发性硬化症等。类风湿关节炎（RA）是一种慢性炎症性疾病，该病的认识突出了TNFα的重要性。在RA患者关节滑膜的体外培养中，发现了TNFα依赖的细胞因子级联，并在RA实验动物模型中进行了TNFα阻断的研究。进一步，在人类RA患者中使用肿瘤坏死因子阻断剂可明显改善关节炎并减少关节损伤。随着抗肿瘤坏死因子治疗在RA中的成功，该方法在许多其他慢性疾病中也进行了相关研究，包括炎症性肠病、哮喘和骨髓移植期间的移植物抗宿主反应等。目前抗肿瘤坏死因子治疗已在很多疾病中被批准使用。然而临床上也有抗肿瘤坏死因子治疗失败的临床试验，例如使用抗肿瘤坏死因子治疗MS和充血性心力衰竭的试验。此外，使用抗肿瘤坏死因子疗法的一个潜在副作用是对感染性病原体的易感性增加。
笔记由*璜，*芙萌，张婧整理。
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