Cell Discovery:揭示迷走神經調控急性肺部感染免疫的新機理

 

4月11日，國際學術期刊《細胞發現》（Cell Discovery）在線發表了中國科學院上海巴斯德研究所蘇梟研究組最新研究成果《迷走神經-脾臟協同調控急性肺部感染損傷的分子機制》（Signals of vagal circuits engaging with AKT1 in α7 nAChR+CD11b+ cells lessen E. coli or LPS‐induced acute inflammatory injury）。

急性肺損傷可以由感染（細菌、病毒等）、酸吸入、創傷等因素誘發，病理表現為肺內嚴重的炎症反應、炎症細胞浸潤、肺上皮和內皮細胞損傷以及氣血屏障的失調。急性肺損傷患者即便有重症支持療法，死亡率仍在30～40%以上。神經系統如何調控感染、炎症和免疫是一個新興的交叉學科研究熱點，許多重大科學問題需要回答。

經典的迷走神經對炎症反應的調控通過膽鹼能抗炎症通路實現。該通路認為迷走神經釋放遞質乙醯膽鹼（ACh）可以激活α7 nAChR（ACh受體一種亞型），抑制炎症細胞尤其是單核/巨噬細胞的核因子kB（NF-kB）激活，減少腫瘤壞死因子（TNF-α）和高遷移率族蛋白1（HMGB1）等促炎症因子的生成。脾臟是該通路的功能樞紐。由於脾臟對接體循環，對全身血液有濾過作用，因此這種調控對解釋全身性炎症反應起著重要作用。肺臟是個對外界開放的器官，肺部感染、炎症產生的炎症因子，一般情況下不進入體循環。因此，肺副交感神經炎症反射弧對肺部病原識別和感染、炎症的控制至關重要。

肺副交感神經炎症反射弧理論是指迷走神經可以支配到遠端氣道，甚至肺泡，支配氣道傳感器。迷走神經依靠氣道傳感器或病原體識別受體感知肺內病原和炎症的變化。感知的信息可以通過迷走神經傳入支傳遞到橋腦的孤束核（NTS）。整合之後通過肺迷走神經傳出支分泌ACh，激活肺部炎症細胞α7 nAChR，抑制NF-kB活化和下調炎症細胞因子水平，減輕肺部炎症和損傷。因此切斷迷走神經和敲除α7 nAChR可以加重脂多糖（LPS）或大腸桿菌（E. coli）誘導的急性肺損傷。

蘇梟一直從事迷走神經對急性肺損傷調控機制研究。他提出肺副交感神經炎症反射弧調控肺部感染免疫的理論，帶領博士研究生趙才琦、楊茜等研究組成員，在美國加州大學舊金山分校教授Michael A. Matthay的幫助下，發現了迷走神經-脾臟協同調控急性肺部感染、炎症反應的信號機制(見附圖)。研究組發現LPS或大腸桿菌誘導的急性肺損傷小鼠模型，切除迷走神經可以顯著增加脾臟α7 nAChR+CD11b+細胞（CD11b是炎症細胞-單核細胞和中性粒細胞的表面標記）遊出和增加肺部α7 nAChR+CD11b+細胞的募集，加重肺部炎症反應。給小鼠應用α7 nAChR激動劑可以糾正迷走神經切除的效應，抑制α7 nAChR+CD11b+細胞的脾臟遊出和肺部募集，減輕肺部炎症反應。迷走神經可以通過激活α7 nAChR促進α7 nAChR+CD11b+細胞的蛋白激酶 B（AKT1）的絲氨酸473磷酸化，並抑制這些細胞的脾臟遊出。骨髓的α7 nAChR+CD11b+細胞並不受該機制的影響。同樣，敲除Akt1可以減少急性肺損傷時脾臟α7 nAChR+CD11b+細胞，相反增加肺α7 nAChR+CD11b+細胞，促進中性粒細胞浸潤和加重LPS和大腸桿菌誘導急性肺損傷。迷走神經切除和敲除α7 nAChR和CD11b可以減少脾和支氣管肺泡灌洗（BAL）Ly6CintGr1hi嗜中性粒細胞和Ly6Chi單核細胞的AKT1絲氨酸473磷酸化，促進嗜中性粒細胞和單核細胞向大腸桿菌損傷的肺部募集，加重大腸桿菌和LPS誘導的急性肺損傷。因此迷走神經促進α7 nAChR+ CD11b+細胞AKT1磷酸化，抑制脾臟炎症細胞動員和肺部募集，減輕大腸桿菌和LPS誘導急性肺損傷。迷走神經通過α7 nAChR調控AKT1磷酸化影響急性肺損傷發生、發展，為急性肺損傷的治療提供了新的理論依據。

該項研究得到中科院百人計劃、創新工程項目、國家自然科學基金（面上和重大項目）以及上海市基礎重點等項目的支持。(生物谷Bioon.com）