医学前沿
2015年11月号
医学进展
医生日记

解密炎症的“阻止信号”

作者:刘荣军、邱梅

Charles Serhan是哈佛医学院的生物化学家和实验病理学家。医生们一直不明白1990年的亚洲之行,是什么在他肠道上戳了个洞。或许是一粒生饭,或者是海鲜里 的碎壳。不管是什么原因,飞回波士顿时他还在受罪。他回忆说:“我几乎站不起来”,“没有发烧”,以为是脱水和时差造成的。

当妻子说服他去医院后,检查发现腹部有一个葡萄大小的脓肿,肠道细菌已经顺着肠道破口蔓延到了腹腔。机体天然的防御反应帮了倒忙,肠道伤口处脓液、白细胞和细菌聚集成堆,炎症扩散,导致了致命性腹膜炎。Serhan直接从CT扫描室推到了手术室。

Serhan一直都在研究炎症因子。他非常感谢这次创伤事件,虽然最后动了三次手术,但亲身体会了控制炎症的重要性。这使他加倍钻研机体控制炎症反应的过程。

Serhan和其他科学家已经发现,人体内有一套完美的机制应对外伤和感染引起的炎症。由20多种脂、蛋白质、激素和其它化合物组成的前消散分子(proresolving molecules)能中和细胞和分子导致的炎症,这有点出乎意料。哈佛医学院的肺学家Bruce Levy认为,有主动对抗炎症的程序才说得通,否则机体很难调整适应,炎症就失控了。

在动物实验中,前消散分子能及时修复损伤组织,也有证据提示它们在机体从流感等传染病中恢复时必不可少。一些慢性炎症性疾病也有了眉目,如哮喘、动脉粥样硬化和阿尔兹海默病。在开发成药物前,科学家们迫切需要鉴定这些炎症负调分子或信号。

已经鉴定出的一些功能分子可能很快会用上临床。有一种化合物在控制眼部炎症方面表现良好。有牙医在研究前消散分子在牙龈炎中的应用,取得了一定突破。

有人期望这类分子能用到所有疾病的治疗上。来自英国都柏林大学分子细胞生物学家Catherine Godson预测,促进炎症消散的药物将来可能用于治疗各种慢性病。伦敦玛丽女王大学药学家Mauro Perretti认为,这类药物能激活体内固有的限制炎症途径,比目前的抗炎药物更加安全。

炎症不可避免,且通常是有益健康的。

加利福尼亚大学伯克利分校分子药学家Karsten Gronert认为,即便是健康状态下,人体内都可能有数百个亚临床炎症位点。每次刮伤、膝盖破皮、扎到碎片、蚊虫叮咬,都会引起免疫细胞活化和相关炎症分子级联反应,常常在感染清除或损伤痊愈后缓解。

科学家们非常感谢 Serhan让他们注意到炎症的消退或控制环节。正如Godson所言,以前科学家们并没有在这些方面过多思考。人们总是想当然地认为,机体一旦受到细菌 或其它外源性物质入侵,随着炎症因子清除和炎症细胞凋亡,炎症反应也就随之消退。人们对布洛芬和萘普生这类非类固醇抗炎药作用机制的理解,也正好反映出认 识上的局限。事实上,这些药物只能通过抑制促炎因子合成来减轻炎症反应,不能直接阻止炎症进展。

早在博士后研究期 间,Serhan就对炎症消除过程产生了兴趣。1984年,他和同事成功地从白细胞中分离出一种新的脂质分子,命名为脂氧素(lipoxin)。据他回 忆,当时他们压根就不知道脂氧素的功能。由于已经发现的同类脂质分子都能刺激炎症,他们就将其定性为一种炎症刺激分子,并继续研究了几年。直到1987 年,Serhan转到哈佛后才发现原来脂氧素能抑制炎症。另一个惊喜是,Serhan和同事在1992年发现了阿司匹林可以促进细胞产生脂氧素,提示阿司 匹林的抗炎作用与之有关。“如果没有进行尝试,我是预测不到的。”Serhan说。

关于脂氧素作用机制的研究越来越多。Serhan和同事认为,机体的炎症控制是一个复杂的系统过程,脂氧素仅仅是其中的一环。

后来,Serhan课题组开 始用新的方法来捕捉脂质信号。他们先向小鼠背部皮肤注入气泡,再注入细菌或炎症刺激分子。等气泡中形成小脓疱后,取出,用液质串联质谱技术分离、鉴定产生 的脂质分子。十年内,该实验室发现了三组前炎症消散脂质:resolvins、protectins和maresins。其他研究团队也扩大了对炎性终止 分子谱的搜寻范围,发现了诸如膜联蛋白A1(annexin A1)、皮质醇激素、白介素10(interleukin-10,IL-10)、硫化氢等分子。

这些分子的作用机制已经部分清楚。例如,手指割伤后,中性粒细胞会透过血管壁到达损伤部位,释放促炎因子。而前消散分子则诱导这些中性粒细胞死亡,并阻止其他血细胞渗出血管壁。还有一部分前消散分子负责清扫战场,在炎症结束后,清除坏死组织和细胞。

这类分子还可修复炎症造成的组织损伤。2014年11月《牙科研究杂志》(Journal of Dental Research)报道,在牙周炎猪模型中向发炎的牙龈喷洒合成脂氧素纳米颗粒能促进病灶缺损的骨质再生。

既 然前消散分子如此神奇,为什么还有那么多动脉粥样硬化、糖尿病、哮喘和关节炎等慢性炎症呢?炎症刺激分子绝对量的优势可能是主要原因。Levy和同事在 《变态反应与临床免疫学杂志》(The Journal of Allergy and Clinical Immunology)上发表的一篇关于哮喘发机制的研究称,与炎性刺激脂质相比,那些呼吸障碍最严重的哮喘的脂氧素水平最低。

也有学者持怀疑态度,体内浓度极低的物质竟然如此不可小觑。

研究人员目前正在考虑这些炎症终止分子的临床应用前景。当前抗炎药物存在的问题也需要解决。以治疗类风湿性关节炎的皮质类固醇为例,长期用药会抑制机体免疫功能,增加感染甚至肿瘤的发病风险。用前消散分子就不会有这样的后顾之忧。

哥伦比亚大学细胞生物学家Ira Tabas认为,动脉粥样硬化是前消散分子的用武之地。血运重建术可以疏通狭窄动脉,但无法根除潜在的炎症,反而更加刺激血管内壁,导致血管再狭窄。两年前曾有文献报道,在动物行血管成形术后,向动脉内注射resolvin可以降低血管再狭窄率29%。

Conte、Serhan和同事们正致力于研发新型血管支架,能向血管壁释放前消散分子。Conte估计该技术两年内有望进入人体试验阶段。

我国曾于2013年报道含有脂氧素的面霜可以减轻儿童湿疹。合成的resolvin已在干眼病中证明有效。美国维京群岛的Auven制药公司已经购买了技术专利,开始第二轮试验,评估该成分是否能减轻白内障术后的炎症和疼痛。

Van Dyke和同事们计划2015年就开始自己的临床试验,探讨中年牙龈炎患者在漱口时应用脂氧素及其衍生物的效果。牙龈炎不会直接导致牙体缺失但可引起牙周 炎。这些分子在动物实验中没有发现副作用,希望在人体中也是安全的。这些分子能刺激细胞在在炎症时产生的受体,没有炎症,它们也就没什么用。

前消散分子难以合成,很难生产出一个临床试验的用量。但Gronert预测,如果前期试验有希望,那工艺上的困难将会很快克服。

(作者:刘荣军、邱梅)

参考文献:Science 2015;347:19-21

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