现代麻醉学009麻醉与应激反应

第9章 麻醉与应激反应 第1节 应激反应的定义 应激或应激反应（stress response）是指机体受到伤害性刺激，比如创伤、失血、缺氧、疼痛、冷热、恐惧、剧烈运动、急性感染和手术麻醉等，导致以交感神经兴奋，和垂体-肾上腺皮质分泌增多为主的一系列神经内分泌反应，并由此而引起机体的各种功能和代谢变化的过程。 近年特别重视免疫反应在应激反应中的作用。各种应激造成免疫功能方面改变的机理是很复杂的。应激时许多神经内分泌功能变化，可以通过多种途径和水平改变机体的免疫力，特别是近年发现的血清免疫抑制因子以及腺垂体的抑制素（Supppressin），更有利于说明应激时神经免疫内分泌相互作用的变化规律，及它们的病理生理意义。例如，应激状态的免疫抑制可以保护机体免受更严重的损伤，却降低了机体的抵抗力和免疫力，容易诱发感染或肿瘤。过去认识应激反应没有把免疫的包括进去，现知短时间的应激现为免疫抑制，而较长时间的应激则会引起免疫增强。 应激反应本是机体对外界刺激的一种非特异性防御反应，属于生理现象。应激反应的时间短，对机体不会产生有害的影响。如果刺激强烈且持续时间长，对机体则会造成一定程度的损害，此时转化为病理现象。例如创伤后的炎症反应。 手术和麻醉同时都是对机体的刺激，会引起应激反应，比较而言手术的刺激要比麻醉强烈而持久。因此麻醉，手术中和手术后所引起的应激反应多由于手术的刺激、失血、疼痛和缺氧等原因，这是主要的。一般认识手术和麻醉中的应激反应，多着重于手术的刺激，对麻醉的影响而言，过去仅研究气管插管所引起的应激反应或者是各种药物和方法对应激反应的影响。 创伤除了引起应激反应之外，也同时会引起炎症反应和免疫反应，所以应激反应包含了机体因创伤所致的炎症反应和免疫反应的内容，是当前研究的热点。随炎症反应和相关的免疫反应的深入研究，扩大了应激反应的研究内容，也改变了对应激反应的认识。 第2节 应激时神经-内分泌-免疫系统的变化 人体内各系统的功能大致归属于两大类：一类主管营养、代谢和生殖等基本的生理功能，包括血液循环系统、呼吸系统、消化系统及泌尿生殖系统等；另一类主要是调节上述各系统的活动，包括在体内广泛分布的神经、内分泌及免疫三大系统。 机体受到应激性的刺激，首先是下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴系统（HPA axis），和交感神经-肾上腺髓质系统出现兴奋，同时许多组织和器官的功能发生变化，以求得内环境的稳定，恢复正常的生理状态。 神经系统、内分泌系统和免疫系统之间存在着交互作用，因此神经免疫内分泌学这一名词可以包含这三大系统之间的相互关系。 应激过程中神经内分泌对免疫系统的影响，是通过激素、神经肽、神经递质的作用所实现的。 一、神经内分泌系统对免疫的调控 交感或副交感神经纤维伴随着血管，穿过被膜进入到各种淋巴组织和器官中。还有肽能神经纤维也支配免疫组织和器官。包括骨髓、胸腺、脾、淋巴结和淋巴管。它的影响至少包括血流调节，淋巴细胞的分化、发育、成熟、移行和再循环，生成和释放细胞因子或其它免疫因子，以及免疫应答的强弱和持续时间等。 免疫细胞膜上或胞内发现许多激素、神经肽和神经递质的特异性受体。这些受体有4类：（1）经典神经递质受体，包括肾上腺素受体、多巴胺受体、Ach受体、5-羟色胺受体、组胺受体。（2）类固醇激素受体超家族包括糖皮质激素受体（GR）、雄激素受体（AR）、孕激素受体（PR）、盐皮质激素受体（MR）、甲状腺激素受体（TR）、视黄酸受体（RAR）、维生素D受体（VDR）。其中有4种即GR、MR、AR和PR都能认识和结合DNA分子中一段基因序列，称为糖皮质激素反应原件（GRE）。由GRE介导可影响靶基因的转录。（3）神经肽及肽类激素受体，包括ACTH受体、生长激素（GH）受体、催乳素（PRL）受体、阿片肽受体、P物质（SP）肥体和其它一些受体，如ANP、VIP、血管紧张素II等等。（4）褪黑素受体。 免疫细胞本身也要合成一些神经肽或者激素，包括（1）前阿黑皮素（POMC），是ACTH的前体分子，也是促脂激素（β-LPH）、黑素细胞刺激素（α-MSH）和β-内啡肽的前身；（2）促甲状腺激素（TSH）；（3）生长激素和催乳素；（4）P物质；（5）血管活性肠肽（VIP）和生长抑素（SS）；（6）促黄体生成激素释放激素（LHRH）；（7）促皮质释放激素（CRH）。 二、神经内分泌系统对免疫的影响 神经内分泌信息分子包括激素、神经肽和神经递质，可以通过经典内分泌、自分泌、旁分泌和神经分泌4种途径，影响免疫应答反应，还参与某些免疫的病理过程。 （一）类固醇激素 包括4种激素：糖皮质激素、雌激素、雄激素和醛固酮。 糖皮质激素（GC）对免疫功能的影响比较广泛。一般认为GC对免疫功能的影响主要是抑制作用，特别是在器官移植术中使用大剂量的甲基强的松龙。但目前发现GC对免疫的调控不仅是抑制性，在某些实验条件下，较小剂量的GC可以提高淋巴细胞的增殖反应。GC抑制免疫功能包括以下一些方面：（1）影响胚胎期免疫系统的发育；（2）减少骨髓中成熟B细胞数目，提高骨髓中巨噬细胞（macrophage，Mφ）及粒细胞集落形成；（3）改变细胞循环和重新分布；（4）调节淋巴细胞的功能；（5）抑制肥大细胞的脱颗粒反应，减少组胺释放；（6）对某些细胞因子的产生及生物活性的影响，如抑制IL-1引起的IL-6基因表达，减弱LPS诱生TNF-α，增加IL-1α、IL-1β及IL-6 mRNA的不稳定性，减少IL-2的分泌，抑制IL-2R的信号传递，降低免疫细胞对IL-2的反应性等；细胞因子是由多种细胞产生，能调节细胞功能的一大类小分子量糖蛋白分子的统称。包括ILs、IFNs、CSFs、TNFs、TGFs等。但不包括免疫球蛋白和补体。（7）抑制MHC I类及II类分子的表达；（8）抑制血管内皮细胞对粘附分子的表达；（9）调节某些酶的合成，如抑制成纤维细胞合成胶原酶，抑制多种磷脂酶的合成，影响某些金属蛋白酶的表达，促进血管紧张素转换酶（ACE）及中性肽链内切酶（NEP）的生成，因而降解缓激肽和速激肽等炎症介质；介质是指由细胞释放或存在于体液中的各种化学分子，参与体内某些反应，如炎症反应、免疫反应等，这类化学分子统称为介质，细胞因子只是其中的一种。（10）调节NO的产生，GC阻抑NOS的基因转录，减少NO的合成和释放。 雄激素一般可抑制免疫功能。 雌激素可提高体液免疫功能，而削弱细胞免疫功能。 醛固酮通过胞膜受体快速影响人的单个核细胞Na+交换，改变细胞内离子浓度及细胞体积，可能与IP3的生成有关系。 （二）甲状腺激素 甲状腺激素有促进体液免疫和细胞免疫的作用。促进淋巴细胞对丝裂原的增殖反应，呈明显的剂量依赖关系。 （三）肽类激素 生长激素（GH）：GH是腺垂体激素中非常重要的免疫调节因子。虽GH可影响免疫系统的各个环节，但其主要的靶器官是胸腺。主要的作用包括：（1）切除垂体后胸腺体积缩小，淋巴组织萎缩，DNA合成减少，抗体反应减弱，脾脏中NK细胞的活性降低。（2）儿童垂体功能下降可引起侏儒症。（3）衰老时，GH分泌减少，免疫功能降低。（4）GH促进正常人T细胞集落形成，刺激淋巴细胞的增殖。还可加强单个核细胞的趋化活性。Mφ在GH刺激下加快对LDL的摄取和降解。重组人的GH可直接刺激B细胞增殖和分泌Ig。目前有可能应用GH治疗骨髓抑制，免疫功能低下以及抗衰老。 催乳素（PRL）：主要参与对渗透压、生长、发育和代谢的调节。PRL调节免疫的作用包括：（1）促进抗体合成；（2）刺激法氏包囊细胞的分裂增殖；（3）促进胸腺组织增生；（4）与IL-2协同刺激T细胞增殖；（5）刺激大鼠Nb2淋巴瘤的增殖；（6）激活Mφ；（7）激活天然杀伤（NK）细胞，并与IL-2协同诱导淋巴因子激活的杀伤细胞（LAK）的活性。 ACTH；ACTH可影响多种免疫细胞。ACTH的效应至少通过两条途径：一条是刺激GC分泌而间接抑制免疫；另一条是通过免疫细胞膜上的特异受体，直接影响免疫功能。ACTH可引起胸腺和脾脏萎缩，且同时有淋巴细胞数量减少。即使切除肾上腺后这种作用还存在。 β-内啡肽（β-END）：ACTH和β-END都是来源于共同的前体前阿黑皮素（POMC），但β-内啡肽也可以在免疫细胞中合成，它的受体也广泛分布在多种免疫细胞中。因此，β-END有广泛的免疫调节作用。包括（1）促进T细胞的增殖反应，抑制T细胞表达IL-2R，抑制人外周血T细胞的玫瑰花环形成率，改变T细胞膜上CD3抗原表达，影响植物血凝素（PHA）引起的CD3γ链的磷酸化，以及干扰CD3-TCR复合物的内化过程。β-END也具有剂量依赖方式促进NK细胞的细胞毒作用，激活Mφ和增强其趋化和吞噬活性，调节MHC-II类分子表达。 促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）：有两条途径影响免疫功能。可以单独或者和ANP协同刺激ACTH的释放，最后刺激GC的分泌，ACTH和GC都具有广泛的抑制免疫的效应。它还可以借助免疫细胞膜上的受体而直接影响免疫细胞。CRH除了为下丘脑的激素外，也可以由胸腺和脾脏等免疫器官合成。CRH抑制人外周血单个核细胞分泌IL-1β和IL-6。妊娠时升高血浆中CRH和GC的浓度，故抑制母体对胎儿的免疫反应。 促黄体激素释放激素（LHRH）：LHRH在体内或体外都具有促进免疫功能的作用。在胸腺和脾脏中不仅含有LHRH及其mRNA，也有受体表达，受体直接分布在鼠的淋巴细胞上。 P-物质（SP）对免疫调节的作用研究较为深入，它影响所有的免疫细胞。它的作用包括以下几个方面：（1）促进淋巴细胞增殖，加强刀豆素A和PHA的刺激作用，而SP受体拮抗剂抑制这种反应。（2）SP促进B细胞分泌免疫球蛋白（Ig）。明显影响着IgA的合成，说明调节局部的免疫功能。（3）SP既促进单核-巨噬细胞的吞噬作用和趋化游走活性，也可刺激氧化爆发反应（oxidative burst），释放出多种介质。它加强花生四烯酸的代谢。促进人外周血单核细胞释放IL-1、IL-6及TNF-α，促进IFN-γ的合成和分泌。间接调节Mф与T细胞间的识别、抗原加工及提呈等过程。（4）SP刺激人嗜中性多形核白细胞（PMN）的趋化运动，增强C5a所致的PMN趋化、游走及吞噬杀菌活性。促进PMN粘附于支气管上皮细胞上。通过肥大细胞促进粒细胞浸润。（5）SP可刺激肥大细胞释放组胺。还促进肥大细胞释放5-羟色胺。释放反应在30s内达到最大值的90%，取决于糖酵解和氧化磷酸化过程。肥大细胞能表达及分泌许多细胞因子，但是SP则选择性促进肥大细胞表达TNF-αmRN和释放TNF-α。（6）SP促进成纤维细胞、滑膜细胞等结缔组织细胞增生，协同IL-1促进成纤维细胞的增殖活性，还可刺激它释放胶原酶和PGE2。SP诱发肥大细胞分泌组胺，引起血管扩张、血浆外渗、炎症细胞浸润，致局部充血水肿。SP作为一种炎性介质参于重要的免疫病理过程。 （四）神经递质 神经递质是指这样一类物质，它由突触前神经末梢释放，经过突触间隙作用于突触后膜，导致离子通道开放。由于不同的离子通道被不同的递质打开，从而产生兴奋性突触后电位（EPSP），或抑制性突触后电位（IPSP）。递质的作用开始快，由于有高效的灭活机制，因此作用消失也快，作用范围比较局限，起点对点的传递作用。有以下几种： 儿茶酚胺：由支配淋巴器官的神经末梢处释放出去甲肾上腺素和由肾上腺髓质释放出肾上腺素和去甲肾上腺素，通过α和β受体影响各种免疫细胞和免疫功能。儿茶酚胺对免疫的作用是复杂的，结果也不完全一致。肾上腺素降低T淋巴细胞对丝裂原刺激的增殖反应，降低体液免疫的应答反应，减少抗体合成，抑制I型超敏反应。生理浓度的肾上腺素和去甲肾上腺素抑制Mф分泌IL-1，抑制Mф的游走、趋化和吞噬活性。儿茶酚胺可降低对移植物的排斥反应，改善移植物抗宿主反应。 乙酰胆碱经由M受体提高大鼠T淋巴细胞的细胞毒作用，促进产生PHA的淋巴细胞转化和蛋白质合成。Ach直接刺激肥大细胞释放组胺。 5-羟色胺（5-HT）为神经递质，也可以由血小板和肥大细胞释放。5-HT解除抑制T细胞增殖的因素，影响NK细胞活性，抑制Mф对Ia分子的表达。 褪黑素由松果体产生，与免疫功能有密切的关系。它的减少显著降低初步抗体的合成反应，以及抑制混合淋巴细胞反应。褪黑素可促进小鼠脾细胞生成IFN-γ。 1、 糖皮质激素受体与应激反应 一般来讲，应激反应的程度与应激原的刺激强度呈正相关，刺激越强，反应越强。但当刺激原过度强烈如严重创伤时，由于生物机体的高度复杂性，机体往往不能做出适度的反应，而出现应激低下或应激过度，统称为应激紊乱。机体一旦出现应激紊乱，则会导致严重的继发性损害，甚至危及生命。近年来大量研究表明，糖皮质激素受体调控改变参与了严重创伤后应激紊乱的发生。 （一）糖皮质激素受体在应激反应中的作用 糖皮质激素受体是激素核受体家族中的一个主要成员，同时也是一种重要的核转录因子。通常情况下糖皮质激素受体与热休克蛋白HSP70、HSP90等分子伴侣相结合而处于失活状态，一旦糖皮质激素与其结合，分子伴侣蛋白则会从糖皮质激素受体上解离出来，后者便被激活，由胞浆进入胞核，从而发挥它的转录调控作用。已知，除红细胞外，机体几乎所有有核细胞均有糖皮质激素受体存在。糖皮质激素受体在机体的生命活动中起着重要的作用，它是糖皮质激素效应的执行者，不仅参与机体的能量代谢，而且还对多种基因具有转录调控作用。当受到强烈刺激时，由于下丘脑－垂体－肾上腺（HPA）轴的兴奋，机体生成和释放大量的糖皮质激素，糖皮质激素通过其受体而参与机体的应激反应。 除了参与机体的应激反应外，糖皮质激素受体还对整个机体的应激反应状态起重要的调控作用。首先，在海马、垂体及前脑室，糖皮质激素受体是HPA轴负反馈反应的主要调控者，其中尤以海马最为重要。有研究表明，机体应激反应时，HPA轴兴奋，引起肾上腺大量分泌肾上腺皮质激素，后者通过下调海马糖皮质激素受体而抑制HPA轴兴奋。Perreau等发现，对刺激具有不同应激反应的两种不同品系猪，它们的海马糖皮质激素受体含量明显不同。 除此之外，糖皮质激素受体对应激反应的的另一个重要调控作用是抑制炎症反应。已知，炎症反应也是机体受到强烈刺激后的一种应激反应，起抵抗损害和促进修复等作用，属于机体内部固有的防御反应。由于糖皮质激素受体能够直接或间接抑制多种炎症介质如前列腺素(PG)、花生四烯酸及血小板活化因子(PAF)等的生成；同时还通过与核因子-κＢ、活化蛋白-1(AP-1)等转录因子发生蛋白-蛋白交互作用，从而抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1(IL-1)、IL-6等炎性细胞因子的生成。因此，糖皮质激素受体具有显著的抗炎作用，再由于表达与分布的广泛性，就使其成为机体内部防止炎症反应的主要分子。在受到强烈刺激时，机体一方面启动了以炎症反应为主的防御反应，同时又释放大量糖皮质激素以激活其受体，发挥糖皮质激素受体对炎症反应的调控作用，使炎症反应不至于过度而引发继发性损害。 （二）糖皮质激素受体的调控 糖皮质激素受体除了具有转录调控作用外，它本身也具有可调控性。在应激或其他炎症及自身免疫性疾病中，糖皮质激素受体均会发生改变。研究表明，糖皮质激素受体受多种因素的调控，目前较成熟的看法有以下几点： 1．血浆肾上腺皮质激素浓度可以影响糖皮质激素受体的表达与活性。大鼠切除肾上腺后，海马、垂体、肝、脾等组织的糖皮质激素受体均发生下调，补以皮质酮后糖皮质激素受体表达又趋于正常，大剂量应用皮质酮或地塞米松则又会使糖皮质激素受体表达明显下调。 2．糖皮质激素受体的活性与细胞所处的氧化还原状态密切相关。当细胞处于氧化环境时，糖皮质激素受体的功能就受到抑制。反之，应用抗氧化剂或还原剂时，糖皮质激素受体功能就得以恢复。Tanaka等通过诱导表达具有抗氧化活性的硫氧还蛋白(TRX)来调控糖皮质激素受体，取得了较满意的结果。因此，他认为机体的神经内分泌应激反应与细胞的氧化-抗氧化系统之间存在着显著的交互作用。 3．盐皮质激素受体与糖皮质激素受体可以相互影响。由于它们都属于肾上腺皮质激素受体，分子结构上具有一定的相似性，因此糖皮质激素也可以与盐皮质激素受体相结合。至于这两种受体之间的作用到底是竞争抑制还是相互协同，说法不一。有的研究表明，在海马和外周组织，皮质酮与盐皮质激素受体的亲和力要强于糖皮质激素受体。给大鼠注射盐皮质激素受体拮抗剂安体舒通后可以增强糖皮质激素受体mRNA及蛋白的表达，说明盐皮质激素受体具有介导抑制糖皮质激素受体转录调控的作用。Spencer等则认为，盐皮质激素的表达有利于糖皮质激素受体对HPA轴兴奋的调控；另外还有学者认为这两种肾上腺皮质激素受体的平衡状态影响着机体的应激反应，两者的比例不同，HPA轴活动也不同。不过无论两者的关系如何，它们在机体的应激反应中都起着非常重要的作用。 4．任何作用于分子伴侣蛋白的因素都会影响糖皮质激素受体由胞浆向胞核的转运，从而间接地调节糖皮质激素受体的活性。 5．其他核因子可以与糖皮质激素受体共同竞争类固醇受体辅活化因子(SRC)、cAMP反应元件结合蛋白(CBP)等辅活化因子(coactivator)，从而相互影响各自的转录活性。 6．糖皮质激素受体的活性与它的磷酸化状态有关。以往人们认为，糖皮质激素受体作为一种蛋白只有被磷酸化激活才能有效行使其功能。近年来有研究表明，糖皮质激素受体的过度磷酸化反过来会严重影响它的转录调控作用，而在应激等情况下糖皮质激素受体的磷酸化常常受应激信号通路c-Jun Ｎ-末端蛋白激酶(JNK)等的调控。由此可见，糖皮质激素受体的调控与细胞的信号通路之间也存在着交互作用。除了以上因素外，最近有研究表明，糖皮质激素受体分为α、β两种亚型，α为功能型，β为抑制型，正常情况下机体α型占主动，而在某些疾病时会发生α、β互换，β亚型表达增强，结果会造成糖皮质激素受体受抑制，导致糖皮质激素效应抵制。 正是由于糖皮质激素受体的可调控性，才使得人们对它的研究越来越重视。因为可以通过调节糖皮质激素受体来实现对机体应激反应的调控，使应激反应朝着对机体有利方面进行。 （三）创伤时糖皮质激素受体的变化及作用研究 人们在研究应激反应时发现，在有些损伤如严重创伤情况下，虽然病人血浆皮质醇浓度已非常高，但临床上仍需要应用大剂量外源性糖皮质激素给予救治。这提示严重创伤时机体在糖皮质激素效应的某一水平上存在应激反应紊乱。随后大量研究表明，严重创伤会造成糖皮质激素受体表达和功能下调，从而引起机体糖皮质激素受体水平的应激反应紊乱。 我国的一些学者在这方面曾进行了大量的研究，他们在进行大鼠失血性休克和烫伤研究时发现，大鼠失血后肝、脑组织胞液糖皮质激素受体显著减少；大鼠烫伤后肝脏糖皮质激素受体明显降低，且与烫伤的程度密切相关，烫伤越重，糖皮质激素受体越少。应用糖皮质激素受体拮抗剂对其进行阻断后发现，阻断组大鼠生存率明显低于未阻断组，表明创伤后糖皮质激素受体功能受到抑制，其抑制对机体非常不利。李大培等的研究发现，严重脑外伤患者外周血淋巴细胞糖皮质激素受体的水平显著下降，而且糖皮质激素受体的水平与患者的预后存在着一定的相关关系。糖皮质激素受体水平越高，患者的预后就越好，反之预后就很差。国外有研究证实，呼吸窘迫综合征患儿肺组织和外周血白细胞糖皮质激素水平与患儿病情、死亡率密切相关。严重创伤后机体糖皮质激素受体与炎性细胞因子之间存在相互影响的关系，创伤后早期炎性细胞因子的增多可以抑制糖皮质激素受体的表达和功能，而糖皮质激素受体抗炎调控作用的下降又会引起炎性细胞因子的进一步增多。同时，作为机体重要的抗炎分子，糖皮质激素受体表达和功能受抑也会导致其他炎症介质的大量生成与释放，使炎症反应越来越严重，当炎症反应失去控制后即会引起全身炎症反应综合征(SIRS)、多脏器功能不全综合征(MODS)等继发性全身损害。 综上所述，糖皮质激素受体改变参与了严重创伤后机体应激反应紊乱的发生，并与继发性全身损害的发生发展密切相关，对机体产生严重的影响。因此，如果能够从糖皮质激素受体入手，进一步研究它在严重创伤后的变化机制，并设法对其进行调控，将会为揭示严重创伤后应激反应紊乱以及防治严重继发性全身损害的发生提供重要的理论与实验依据。 四、热休克蛋白 　　生物体在应激状态下，关闭正常基因的表达，启动一种特殊的基因，产生一组特殊的蛋白质—热休克蛋白(heat shock proteins，HSP)，使机体抵御不良的环境。它是机体细胞内激发的一系列高度程序化的事件，起着保护应激结局的作用。目前认为，这个反应的信号传递过程如下：应激因素→HSF基因(热休克因子， heat shock factor， HSF)→HSF(蛋白质)→HSE(热休克元素， heat shock element， HSE)→HSPs基因→HSPs mRNA→HSPs。 近年来对热休克蛋白生物学功能的研究有了长足的进步，发现了许多新的生物学功能，近10年来的主要进展如下：(1)阐明了HSPs基因的调控基因HSE，而HSE又受控于HSF的结构和活性；(2)HSF有许多个，而每一个HSF又在不同的应激状态下起作用，如：HSF1在热休克、氧化应激、重金属应激等状态下起作用，而HSF2则在精子形成和胚胎发育中起作用；(3)HSPs自身调控作用，如HSP70是迄今所发现的最保守的应激蛋白和分子伴侣，在细胞应激反应中，一方面可调节自身及其他应激蛋白的表达，另一方面可感受细胞内外环境条件(如温度、重金属等)的变化，并进而调节细胞应激反应，使之处于自稳状态。 热休克蛋白是由遗传学家Ritossa在1962年研究果蝇唾液腺时发现的。生物体在各种应激作用下，包括物理、化学和微生物的，能启动一组特殊的基因热休克基因，产生的一组结构上非常保守的特殊蛋白质，它能快速、短暂调整应激过程中细胞的存活机能，保护细胞抗损伤，并有助于细胞恢复正常的结构和机能；根据其分子量、等电点不同，将HSP分成5大类(或家族)，分别为低分子量HSP家族、中等分子量HSP家族、HSP70家族、HSP90家族和HSP110家族，每个家族又有多个成员组成。 （1） 分子伴侣作用 分子伴侣是指能够结合和稳定另外一种蛋白质的不稳定构象，并能通过有控制的结合和释放，促进新生多肽链的折叠，多聚体的装配或降解及细胞器蛋白跨膜转运的一类非常保守的蛋白质；许多分子伴侣在生物体内首先以HSP的形式而鉴定出来。其主要功能有两方面：一方面阻断非生产性蛋白质之间的相互作用，另一方面则把正在折叠的蛋白质与其他蛋白质隔离开来，使蛋白质处于一种有利的折叠状态。众所周知，细胞内蛋白质为完成其生物学功能，其肽链需要经过正确的折叠、加工，定位于细胞内合适的位置；有时还需要与其他肽链形成复合体。细胞内蛋白质浓度很高，从核糖体上新合成的多肽在其成熟过程中会与其他蛋白质的结构域发生结合；为防止蛋白质的错误折叠，应避免成熟前蛋白质结构之间的接触；蛋白质在穿过生物膜时，需伸展结构；这都需要分子伴侣类蛋白质来协助完成。经研究表明，HSP从以下几个方面来发挥分子伴侣的作用： 1．保持新合成蛋白分子的恰当构型，防止在正确的多聚体形成前新合成蛋白质的错误折叠或聚集。 2．允许其穿过生物膜，陪伴蛋白分子在细胞内跨膜转运。 3．使蛋白质正确折叠或聚集，参与多聚复合体的组装。 4．促使受损、变性蛋白质的恢复或加速其降解和消除，能重新激活某些酶的作用，以维护细胞的功能和生存。 HSP作为分子伴侣，其机制可能为：HSP以依赖于ATP的方式结合和释放非天然构象多肽的疏水片段，并通过遮蔽这些片段而稳定蛋白质的松弛构象和阻止聚集。 （2） HSP的细胞保护作用及在各器官、组织中的表现 HSP的细胞保护作用是指机体细胞在受到各种应激如高热、氧化等刺激时，产生的HSP可以增强细胞对损害的耐受程度，维持细胞的正常功能代谢，提高细胞的生存率。 在应激原的作用下，细胞内产生变性或异常的蛋白质，表现为肽链伸展、失去盘旋及折叠状态，分子空间构型的改变，不溶性沉淀物的出现，使细胞蛋白质丧失原有的功能；但应激状态下同时产生的HSP发挥分子伴侣作用，使蛋白质肽链重新折叠，恢复蛋白质原来的构象，并将蛋白质分子移位至线粒体、内质网或叶绿体内发挥作用，结构细胞蛋白质恢复原有的功能；研究表明，HSP的细胞保护作用还与结合细胞内糖皮质激素受体、激活蛋白激酶C及蛋白酶活性、ATP水解、生成过氧化物歧化酶(SOD)等有关，使细胞自卫，并维持其生物学特性。如何加强和利用HSP细胞保护作用即机体抗损伤的一方，是我们今后研究的方向。 1．HSP细胞保护作用在神经系统的表达　Barber等报道热刺激时视网膜内可观察到三种HSP的表达，使感受器免受光线的损伤，并首次提出了HSP的神经保护作用；Li等实验发现，热应激后大鼠齿状回、下丘脑及小脑颗粒细胞中有HSP的表达，并增强其对热处理的耐受性，提高细胞对致死性热处理的存活率；谭淼的实验显示，新西兰家兔在致死性热刺激后，大脑皮质颗粒 层细胞、海马区神经元细胞这些易损区观察到HSP的大量积聚，以提供在应激状态下的保护作用；局灶及全脑缺血后，HSP在大脑内的表达根据受损程度和细胞耐受损伤程度不同，在各组织间的转录及翻译水平也不同，提示HSP可作为细胞组织遭受可逆性缺血损伤的分子生物学标志；Gass等研究发现，红藻酸(kaimicacid，KA)等药物诱导的大鼠癫痫持续状态中，受损脑组织中的神经元细胞有明显HSP的表达，可能对过度兴奋而受损的神经元具保护作用，并决定神经元在应激状态下的存活；研究HSP对神经系统的保护作用，有助于对疾病的诊断和治疗。 2．HSP细胞保护作用在心肌的表现　Currie等将大鼠置于高温环境预处理，发现HSP在心肌中积聚，并保护受缺血再灌注损伤的心肌；James等研究发现心肌诱导型HSP增加可抵御心肌缺血造成的损害，使梗死范围缩小15%，并可预防心律失常的发生；1996年，Morris等研究用非应激方式的方法增加心肌细胞合成HSP，明显提高了心肌细胞在致死性的热应激或模拟缺血状态下的生存率，为HSP细胞保护作用应用于临床展示了可喜的前景。 3．HSP细胞保护作用在肝脏中的表达　最早关于HSP保护功能的研究始于热耐受、实验研究主要是把不同种属的培养细胞在非致死性热环境中处理，以刺激其诱导产生HSP，而后再置于致死性热环境中，发现这些培养细胞仍能存活从而表明HSP的保护作用；更重要的是，研究发现通过热休克产生的热耐受也伴随着对其他刺激因素的耐受，体现出HSP潜在的非特异性内源性细胞保护功能；Hiroaki等实验指出，肝热预处理后，在肝组织中能明显观察到HSP32的表达，并通过减轻肝微循环紊乱，持续性地抑制了缺血后肝组织的损伤，表现为肝细胞胆汁的生成的恢复、肝脏酶释放的减少及肝组织水肿、损伤的减轻；Takashi等研究表明，热休克预处理后，能显著诱导由四氯化碳引起的药物性肝硬化大鼠肝组织中HSP的产生，并显著提高对热缺血再灌注损伤的耐受力，其生存率与对照组(无HSP产生组)相比，其显著统计学差异(P<0.01)，肝组织中ATP水平及血清AST、ALT、LDH水平在再灌注后迅速恢复，这些都说明了HSP在肝组织中的保护作用，其可能机制是：（1）直接作用，即分子伴侣作用，通过HSP的大量产生来维护细胞的生存和机能；（2）间接作用，可能与氧自由基有关，实验表明，HSP可以抑制NADPH氧化酶，减少氧自由基的来源，与糖皮质激素受体结合可促进SOD的生成，减少氧自由基造成的脂质过氧化作用，避免肝脏细胞的进一步被破坏，为HSP应用于临床提供理论依据和实验基础。 4．HSP在其他组织和器官的保护作用　HSP70对肺组织具保护作用，研究表明，HSP70在急性肺部炎症和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的动物模型中，可降低死亡率；另外，HSP71的降低和HSP71抗体的出现与中暑的发生和预后有关；HSP对大鼠小肠热缺血再灌注损伤也表现出保护作用；热缺血预处理后，能减轻缺血再灌注对皮瓣的损伤，对缺血再灌注皮瓣具保护作用。 （三）HSP与感染 Lappas等研究发现，小鼠在注射致死量大肠杆菌内毒素(20mg/kg)之前，用乙醇(4g/kg)或亚砷酸钠(5.25mg/kg)预先腹腔注射，可提高小鼠的生存率，实验表明这种保护作用与亚砷酸钠和乙醇均可使小鼠肝脏和肾脏的HSP72产生增加相关；Villar等将大鼠施行热休克反应后制成败血症模型(盲肠穿孔术后10小时内血培养可有大量肠道微生物生长)，比较HSR组与非HSR组术后7天败血症的死亡率，结果显示HSR组明显低于非HSR组，同时观察到HSR组肺和肝脏组织损伤明显减轻，Northernblotting证实HSR组有HSR合成的增加，提示HSR对感染的保护作用。 病原体侵入宿主后，引起巨噬细胞吞噬，高浓度活性氧族(ROS)产生，淋巴细胞释放细胞因子IL-1、IL-2、IL-8及TNF等，ROS及细胞因子上调HSP，激活HSP基因，增强HSP的表达，反过来，HSP通过抑制ROS及细胞因子起到保护细胞和组织免受炎症损伤的作用，其保护机制可能为： 1．阻止ROS导致的DNA断裂，减少宿主细胞ROS的产生。 2．抑制NADPH氧化酶活性、减轻炎症反应、防止脂质过氧化作用。 3．保护线粒体的结构和功能。 4．抑制细胞因子TNF、IL-1的转录，使之减少分泌并降低循环中的含量。 目前，HSP被认为炎性疾病严重程度和预后情况的新的证明指标，进一步研究证实有关HSP对炎症的保护作用的分子机制，将为开发新的抗炎药物提供理论依据。 （四）HSP与免疫 病原体与宿主HSP有广泛的序列同源性，二者具有的共同抗原，使病原体逃避宿主细胞免疫，从而得以生存和繁殖、对宿主造成伤害。HSP引起自身免疫反应的机制为： 1．致敏T细胞及产生的抗体在识别外来抗原时，可同时识别自身成分，引起自身免疫反应；如系统性红斑狼疮(SCE)、胰岛素依赖性糖尿病(IDDM)、类风湿性关节炎(RA)、多发性硬化及颈动脉硬化。 2．HSP与病原体抗原和主要组织相容性复合体(MHC)分子结合，成为免疫显性抗原，使宿主体内免疫动态平衡紊乱，引起自身免疫反应。 3．HSP引起细胞网络调控失常，病原体与宿主受刺激产生的HSP相同或类似，它与MHC 类或 分子结合，成为免疫显性自身抗原，提呈给自身反应性T细胞，引起自身免疫反应。 总之，HSP在免疫方面发挥着重要的功能，除与自身免疫疾病关系密切外，还参与抗原加工、提呈；增强细胞对TNF和自然杀伤细胞攻击的耐受性；参与抗感染免疫与肿瘤免疫等。对HSP在免疫损伤和保护机制的进一步探讨，有可能发现临床免疫治疗性应用的潜在可能性、人们正期望通过药物或基因工程来影响HSP的表达，如作为新型疫苗的载体分子，从而对疾病的防治起到一定的作用。 （五）HSP与细胞调亡 细胞凋亡(apoptpsis)由1972年Kerr首先提出，常见于许多正常的生理过程，是细胞在一定生理和病理条件下，为保持内环境稳定，相关基因表达激活所引起的细胞自主的、有序的死亡。它不是病理条件下的细胞损伤，而是为适应生存环境而采取的主动死亡，就象树叶的自然凋谢，因此称为“凋亡”。细胞凋亡时最主要的形态学特征是凋亡小体(apoptoticbody)的形成、即有完整的膜结构包绕的泡状小体，其胞膜表面做绒毛消失，内容物为胞质及少量的染色质断片。经研究证明，HSP与凋亡关系密切。Gabai等研究Ehrlich腹水癌(EAC)细胞发现，指数增殖的EAC细胞受到短期高温影响并恢复积聚HSP后，便变得对凋亡具有抵抗力，而HSP合成的抑制物能阻碍这种抵抗力的获得；Samali等实验证实，同样受凋亡诱导的刺激、热休克培养的细胞只有少量凋亡，而培养对照组则大量凋亡，提示HSP可抑制细胞凋亡。但也有报道表明，HSP可促进细胞凋亡，如Galea等发现，在TNF-α和放线菌酮(CX)处理过的U937单核细胞中，HSP90的减少可保护细胞避免凋亡，这说明HSP在不同水平，以不同的途径参与细胞凋亡。至于HSP参与细胞凋亡的机制，也没有统一的认识，经研究可能与下列因素相关： 1．免疫机制　目前已明确，细胞表面的Fas/Apo-1受体和它们的配体相结合是诱导凋亡的重要原因，HSP的表达可能提供一种能够包裹自身和外来抗原的新的免疫物质，从而使细胞避免凋亡。 2．调节酶活性　Gabai等研究发现，细胞内HSP72水平的增高可通过阻断信号通路，抑制应激诱导的p38和JNK(Jun N-terminal Kinase)激活，从而减少细胞凋亡。 3．HSP通过影响对凋亡具有促进或抑制作用的癌基因如c-myc基因、p53基因(野生型)、bcl-2基因来参与对凋亡的调控。 （六）HSP的其他生物学功能 HSP与肿瘤关系密切，经高温处理或转染的HSP70基因的肿瘤细胞不仅能直接抑制肿瘤细胞的增生，降低其致瘤性，而且能够诱导细胞HSP72、CD54、HLA-DR等分子的表达，有利于机体免疫系统的识别，HSP多肽瘤的研制将在肿瘤免疫治疗上推进一个新的台阶；HSP还参与细胞增殖的调控，在生物体生长、发育与分化过程中发挥重要作用；另外，HSP在预防医学的研究具有重要的理论价值和现实意义，如探索HSP抗原和抗体水平作为人群应激程度、应激能力、健康状态的评价指标的可能性，找到提高机体HSP70等水平的技术方法，用于不同的人群，提高其作业能力与热耐及毒力耐受能力，保护人群免遭有害因素对机体严重损害的可能性。总之，HSP这一“古老”的蛋白质，其许多生物学功能正被人们所认识和阐明，HSP在临床的应用，可能对某些难治性疾病的治疗带来新的曙光。 1、 免疫系统对神经内分泌系统的调控 免疫应答反应可以影响中枢和外周神经系统的功能活动及传统激素的分泌；在神经内分泌组织及细胞有多种免疫因子受体的表达；免疫因子中如白介素可在神经内分泌组织中稳定合成或诱发生成；免疫因子依靠受体发挥对神经内分泌系统的广泛影响。 （一）免疫应答过程中神经内分泌的变化 体液免疫应答的主要器官是脾脏和淋巴结。抗原诱发抗体生成反应的同时，伴有支配脾脏淋巴结的交感神经活动的变化。脾脏交感神经的基础活动也受到免疫的调控。儿茶酚胺等肾上腺素能物质对免疫功能的影响主要是抑制。中枢神经系统可以感受机体内免疫功能的状态，并据此向免疫系统发出调控的信号。免疫系统可作为中枢神经系统的感受器官，能够感知机体内环境的化学性和生物性的动态变化，神经内分泌系统对此能作出精确的调控，保障机体正常进行内环境稳定和生理活动。 （二）细胞因子对神经内分泌系统的影响 细胞因子在体内的功能是作为免疫的递质，可影响神经内分泌的各项功能。在各种应激反应中，特别是创伤、休克、感染、炎症反应等，细胞因子的重要地位和意义是无可怀疑的。在应激反应中细胞因子作用的生物学基础包括以下各个方面。（1）正常循环血中可检测到IL-1、IL-6、TNF、IL-2等细胞因子，不过浓度有较大波动；（2）神经细胞和神经内分泌细胞可合成IL-1、IL-2、IL-6、白细胞抑制因子（LIF）、TNF-α、TNF-β、IFN-γ等细胞因子；（3）而且这些细胞的膜上分布有细胞因子的特异性受体；（4）由于脑内的终纹血管器（CVLT）、最后区、脉络丛、正中隆起等处无血脑屏障，以及新生儿或某些病理情况下，血脑屏障发育不全或通透性增加，循环中的细胞因子可以到达中枢部位；（5）淋巴器官也有神经支配，免疫细胞所生成的细胞因子可作用于支配淋巴器官的内脏感觉性神经末梢，起调节神经内分泌功能的效应，如IL-1、IL-2等可影响神经元的放电活动。 IL-1：IL-1是炎症反应中的重要细胞因子。星形胶质细胞、小胶质细胞、神经元及胶质瘤细胞中有IL-1β及mRNA存在。垂体前叶TSH细胞、肾上腺髓质嗜铬细胞中分别含有IL-1β及IL-1α的mRNA。IL-1有可能作为神经递质，介导神经元之间、神经元与胶质细胞之间、胶质细胞之间或胶质细胞与免疫细胞之间的信息传递过程。IL-1受体（IL-1R）在神经内分泌细胞中的分布也较广泛。IL-1对神经系统的影响大致包括以下几个方面：（1）IL-1可引起中枢性的发热反应，作用部位包括延髓、中脑网状结构、脑干及外侧丘脑。可能是由花生酸产物和β-END所介导。（2）IL-1的活性代谢片段可调节睡眠，在蓝斑内注射IL-1产生的睡眠作用，比IL-2及IL-3的效应大6倍左右。（3）中枢注入IL-1抑制胃排空和胃酸、胃蛋白的分泌。（4）IL-1的电生理效应似可引发精氨酸血管加压素（AVP）和催产素的释放。（5）IL-1可影响各种中枢神经递质的合成和代谢，如NE和5-HT。（6）IL-1通过PG的介导，可激活CRH神经元，促进CRH基因的表达。还可抑制下丘脑分泌LHRH，影响GHRH和TRH的分泌。（7）脑室内给予IL-1或人为促进脑内的IL-1合成，可明显抑制外周的免疫效应。（8）IL-1增加交感神经节中合成SP，促进雪旺细胞增殖和LIF的mRNA表达。提高胆碱乙酰化酶的活性，促进Ach的合成，诱导神经生长因子mRNA的生成。 IL-1对内分泌系统的影响，包括有垂体前叶、肾上腺皮质和髓质、性腺、甲状腺和胰岛等。（1）IL-1对垂体前叶激素的作用研究虽多，但尚无统一意见。它与IL-6均升高ACTH浓度，与TNF-α协同增加ACTH对脂多糖的反应。IL-1还可刺激GH、TSH及LH分泌，抑制FSH释放。通过花生四烯酸产物介导，刺激IL-6的分泌。由PKC介导刺激β-END的分泌，此点尚未定论。（2）IL-1α及IL-1β以时间和剂量依赖方式，通过PGE介导而促进皮质醇释放。IL-1α或TNF-α可调节肾上腺髓质嗜铬细胞合成ENK、VIP、NT和SP等神经肽。（3）IL-1抑制睾酮和类固醇激素的合成，影响生殖细胞的成熟和发育。（4）抑制甲状腺激素的分泌。（5）降低血浆中胰岛素水平，抑制胰岛细胞释放胰岛素。 IL-2：对神经内分泌系统有广泛的影响，参与下述的一些病理生理过程。（1）将微量IL-2注入第三脑室，增加腹内侧核神经元的放电频率，也增强室旁核及视上核神经元的电活动，促进精氨酸血管加压素（ADH）的释放，参与机体水的平衡。（2）IL-2作用于蓝斑引起催眠，纳络酮可对抗IL-2的作用，说明和阿片肽类有一定联系。感染患者嗜睡反应可能与IL-2的作用有关。（3）IL-2抑制黑质和纹状体的多巴胺能系统。（4）抑制离体海马脑片在K+刺激下引起的Ach释放，IL-1和IL-4无此作用。IL-2可能减弱海马神经元的长时程增强现象，IL-2以这种方式参与海马的学习和记忆过程。（5）IL-2有较强的神经内分泌效应，和IL-1、IL-6及TNF一样，参与免疫反应时激活下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴。IL-2可刺激离体的垂体前叶细胞分泌ACTH，抑制PRL及TSH的分泌，抑制GH、L/FSH的释放。（6）IL-2刺激胶质细胞表达髓鞘碱性蛋白和其mRNA，对少突胶质细胞有细胞毒样作用。（7）IL-2参与多发性硬化症的病理过程，因为在脑内的多发性硬化症斑块的中心和边缘区，IL-2的免疫阳性染色增强。以上说明IL-2也是重要的神经免疫内分泌介质。IL-2及受体在脑内分布不均一，提示有特定功能，参与行为、学习和记忆的生理过程。 IL-6和IL-6R：脑内有IL-6和IL-6R的分布，外伤后二者的表达均升高。垂体前叶培养细胞能生成较多的IL-6，主要由滤泡星形细胞分泌。人的各种垂体腺瘤中均有IL-6及mRNA的表达，某些瘤体中甚至20%的瘤细胞为IL-6免疫染色阳性。IL-6在垂体前体中的合成和分泌受到许多因素的影响。比如IL-1、TNF-α、垂体腺苷酸环化酶激活肽（PA儿茶酚胺P）、GRP、LPS等都可以刺激释放IL-6。IL-6对细胞内分泌的效应包括通过PLA2介导刺激下丘脑释放CRH，也可作用于正中隆起促进CRH分泌，但不影响AVP的释放。IL-6促进星形胶质细胞合成NGF。IL-6刺激清醒大鼠分泌ACTH，促进FSH、LH及PRL的分泌。 TNF-α在人脑小胶质细胞中合成。人脑D54-MG恶性胶质瘤细胞也有TNF-α及受体的表达。星形胶质细胞在LPS、IFN-γ及IL-1β的诱导下也生成TNF-α。TNF-α对中枢神经有致热效应，促进星形细胞表达脑啡肽原mRNA，有下调人胶质瘤细胞SP受体的作用。TNF-α可诱导人胶质瘤细胞合成IL-8和M儿茶酚胺F，减少脑瘤体积。TNF-α降低神经元细胞体的K+电导，诱发去极化反应。脑脊液中注入TNF-α，电脑屏障通透性增加，白细胞渗出增多。TNF-α对垂体前叶激素分泌的影响，报道不一致。比如有报道TNF-α抑制多种下丘脑释放激素对垂体前叶激素分泌的刺激效应，尤其是抑制ACTH的分泌，和抑制GH分泌；另外的报道TNF-α可明显刺激ACTH、TSH及GH的分泌，并刺激PRL、LH及IL-6的释放。TNF-α降低胞内儿茶酚胺MP水平，PG可介导TNF-α促进TSH、GH及ACTH的分泌作用。IFN-γ以剂量依赖方式可刺激海马神经元的放电活动。离体脑垂体前叶细胞受到IFN-γ的作用可分泌PRL及IL-6。另有报道发现IFN-γ通过FSC介导可抑制ACTH、PRL和GH的分泌。体内注射IFN-α2可增高人血浆中ACTH和皮质醇的浓度。 IL-4、IL-7、IL-8对海马神经元有保护性作用。M-CSF存在于神经元、小胶质细胞及神经母细胞的瘤细胞中。M-CSF可调控小胶质细胞的自分泌作用。GM-CSF影响小胶质细胞的分化，诱导其不赖IFN-γ的APC功能。 第3节 应激信号转导 如果说20世纪80年代及以前的应激研究主要集中于机体整体、系统和器官层次的话，那么90年代后对应激分子及其信号转导机制的研究则越来越突出。机体对应激原的反应表现为一系列的生理、生化过程及生物学效应，而所有这些过程及效应都是应激原通过影响到细胞的特定基因调控和表达来实现的。显然，要真正从本质上认识应激反应的实现过程并应用于相关疾患的“防、诊、治”，弄清楚应激的信号转导分子基础是十分必要的。 一、NF-κB与应激反应 核因子κＢ(nuclear factor κB，NFκB)是一种有多向性调节作用的转录因子，主要参与调节与机体免疫、炎症感染及包括白细胞粘附有关的蛋白质分子基因的转录，与细胞对内外因素刺激敏感性有关，是细胞应激反应的重要调控分子。应激早期，即早基因（immediate early genes）的快速表达、炎症级联反应中细胞因子和粘附分子等大量表达都受到的NFκB调控。应激源引起细胞NFκB激活是细胞的保护反应。近年来通过抑制NFκB活性增强细胞对包括放射线、细胞因子TNFα在内的应激源作用的敏感性研究，已引起肿瘤炎症治疗领域的广泛关注。 （一）NFκB基本结构与活性调控 NFκB是指能与某些基因的增强子上κＢ位点结合，并启动、促进相应基因转录的蛋白质分子。1986年Ｓｅｎ首先报道了Ｂ细胞核蛋白提取物中，有能与免疫球蛋白Ｋ轻链基因的增强子κＢ序列特异结合的蛋白，现已发现κＢ位点还广泛存在于淋巴细胞、病毒、细胞因子的增强子上，其调控的基因大都与免疫应答及炎症反应有关，因而，NFκB是参与这类应激反应的蛋白质基因转录的调控因子。 有生理功能的NFκB是由Ｐ50和Ｐ65两个亚单位构成的异源二聚体。细胞外因素激活NF-κB的过程大致如下：静息状态下，NF-κB与其抑制蛋白IκB结合，驻留在胞质内；细胞受到外界刺激后，IκB被迅速磷酸化，经过短暂的泛素化修饰后被蛋白酶降解；游离的NF-κB进入细胞核内，结合于特定基因的κB序列，启动基因转录。IκB也可进入核内发挥作用，中止NF-κB活性并将其运回胞质。 NF-κB二聚体的组分不同则具有不同功能活性。P50/P50同源二聚体能与启动子中κB结合位点结合，但它无活性，不能诱导下游靶基因转录表达，所以它占领结合位点只相当于NF-κB的抑制剂，阻止了有活性的异源二聚体（如P50/P65或P50/c-rel）与结合位点结合并发挥作用。 Bcl-3是NF-κB所控靶基因表达的激活剂，它的作用就是能与P50/P50同源二聚体结合，从而将其从κB结合位点移开，让异源二聚体有机会结合启动子位点并发挥活性。 1997年首次发现了与NF-κB激活直接相关的三个激酶，统称为IκB磷酸化酶系(包括NIK、IκK-α和IκK-β)。此发现很快掀起了人们对此酶系上游途径的研究热潮，产生一系列新突破，现已明确的主要途径有四条：①TNFR1-TRADD-RIP通路；②IL-1R/ IL-1Racp-MyD88-IRAK1/IRAK2-TRAF6通路，其中IRAK可能是IL-1R和TNFR1信号通路的交汇点，而IRAK活化NF-κB和AP-1的信号通路最近取得令人注目的新成就[27]；③CD40-TRAFs通路，CD40是一种TNF受体家族蛋白，TRAFs家族分子可以与CD40胞质段不同的结构域结合，分别或共同活化相同或不同的下游分子从而介导CD40分子的不同信号通路，如NF-κB、MAPK等；④PI3K-Akt通路。 NF-κB活性发挥还与CREB(cAMP responsive element binding protein)及CBP(CREB结合蛋白)的相互作用有关。NF-κB必须与辅因子CBP结合才能发挥理想的转录活性，而CBP除了可与NF-κB结合，它还能与其它转录因子如CREB结合，因此，NF-κB与CREB之间就存在竞争CBP的关系，而且CBP的KIX区是两者共同的结合位点。通过诱变方式破坏NF-κB或CREB与CBP结合，则导致NF-κB和CREB依赖的基因转录活性均下降。实验证明，提高胞内cAMP或激活PAK均可抑制NF-κB介导的转录活性，但不影响NF-κB复合物的核移位。充分说明了NF-κB与CREB的竞争关系，因为PAK和CAMP均可提高CREB的数量，从而竞争并占领了有限的CBP，所以抑制了NF-κB活性，但不影响上NF-κB上游激活和核移位过程。 总之，NF-κB活性调控可通过多个环节（见图9-1），如IκB磷酸化酶系及其上游途径；NF-κB的不同亚单位组成以及辅因子CBP的竞争结合等。了解NF-κB的活性调控机制，有利于设计新治疗策略来防治危急疾病相关的炎性损害。 图9-1 NF-κB的活性调控 （二）NFκB与细胞应激耐受性 1．电离辐射对NFκB的影响　　电离辐射作为应激源引起多种细胞NFκB核转移已有报道。Sahidak用凝胶电泳迁移率法(EMSA)研究了4.5Gy 60Co辐射(剂量率为0.95Gy/min)Ul-mel细胞后几种核转录因子的效应，发现NFκB，CREB，SP1的结合活性在辐照后有明显增加，而AP1，AP 2，AP 3及CTE/NF1，GRE，Oct 1则无明显变化。陈沙力等以75ｍGy Ｘ线照射小鼠全身，在胸腺及脾免疫细胞核蛋白提取物中，也检测到激活的NFκB、CREB及AP1。Singh用2～50Gy致死剂量照射Ｃ3和Ｃ5 ABR淋巴瘤细胞及人骨髓性白血病细胞，Prasad等用0.25～2Gy非致死剂量照射244Ｂ人淋巴瘤细胞，均检测到NFκB核转移、DNA结合活性增高。电离辐射后，激活的NFκB可促进免疫活性细胞中相关细胞因子的转录表达，增加机体应激能力，并同时启动DNA损伤修复系统中某些蛋白的转录表达，有利于DNA修复，细胞再生存活，从而减少辐射损伤。目前，许多研究者试图通过改变NFκB活性来调节细胞的应激感染性，尤其在肿瘤及抗炎症治疗领域，这一思路引起了广泛的兴趣。 2．抑制NFκB活性与细胞放射敏感性　　Yamagishi报道抑制NFκB的活性可增加人恶性神经胶质瘤细胞的放射敏感性。将表达IκBα的质粒转染到实验细胞，经Ｘ线照射后，未转染的对照细胞NFκB明显上升，转染细胞NFκB无明显变化。但高表达ＩκＢα的转染细胞辐射存活率明显降低，表明抑制NFκB活性可使细胞对放射线的敏感性增加。MiraJung 报道，共济失调性毛细血管扩张症(AT)患者的纤维母细胞可转录表达大量的ＩκＢα，使NFκB活性降低，细胞对电离射线表现出高敏感特性，其Ｄｏ值(细胞活性下降37%所需剂量)与正常人纤维母细胞比较明显下降(分别为0.7Ｇｙ和1.2～1.4Ｇｙ)。将载断型ＩκＢα质粒转入该细胞，ＩκＢα表达量和NFκB活性恢复正常，细胞的Ｄｏ值上升到1.6～1.7Ｇｙ，放射敏感性大为降低。 3．抑制NFκB活性与细胞对TNF的敏感性　　TNF是肿瘤治疗中常用的细胞因子，但TNF处理的细胞往往表现出一定的抵抗性，Wang等认为这是由于TNF对NFκB的强激活作用引起细胞自身应激性保护所致。将有Ser32，Ser36位突变的ＩκＢα质粒转入ＨＴ1080细胞(一种人纤维肉瘤细胞)获得ＨＴ1080Ｉ细胞，由于Ser32，Ser36位点被认为是介导ＩκＢ磷酸化及降解信号的关键残基，因此突变的ＩκＢα不能被磷酸化及降解而可作为超级抑制剂阻断NFκB的激活，并可阻断其与DNA的结合。实验发现，经TNF α处理的ＨＴ1080Ｉ细胞的NFκB核转移被阻断，细胞存活率较对照组明显降低。将此细胞模型进行放射线照射，得到相同的结果。为进一步证明NFκB激活、抑制与细胞脱敏、增敏之间的关系，作者进一步将编码NFκB亚单位Ｐ50和Ｐ65的质粒转入ＨＴ1081Ｉ细胞，结果表明该细胞因可表达NFκB而表现出对TNF的抵抗性。Beg也证实，RelＡ(Ｐ65) / 细胞对TNF α的敏感性明显高于RelＡ+/+细胞，表明NFκB是细胞对应激产生耐受性的重要因子。ＩκＢ Ｃ末端PEST序列也是NFκB 与ＩκＢα解离所需的基本结构，V an Antwerp发现，使其NH2- 和COOH- 端磷酸化位点产生突变，可形成ＩκＢαＭ，因ＩκＢαＭ不被磷酸化而不能降解，故转染IκBαM DNA的细胞没有激活NFκB的能力。 （3） NF-κB与危急疾患： NF-κB除了能介导多种炎性介质转录表达外，它也参与了细胞调亡的调控，主要是通过调控调亡相关的重要基因表达。当NF-κB激活时，可抑制细胞调亡并延长细胞生存周期。 国外研究表明，ARDS病人的中性粒细胞的调亡延迟，肺内数量增加的中性粒细胞激活并产生大量氧自由基和炎性介质。用失血或内毒素所致急性肺损伤的实验模型也证明，NF-κB活性在肺内明显增强，但未见于外周血中性粒细胞，肺内中性粒细胞的调亡也受抑。 对于ARDS病人，NF-κB激活所致肺内炎性中性粒细胞调亡受抑，可能是肺部炎症反应过程延长的原因之一。所以，针对ARDS病人使用NF-κB靶向治疗策略可能有两方面好处：①抑制NF-κB介导的多种炎性介质表达，减少其对肺部及其它脏器的损害；②抑制NF-κB介导的免疫细胞抗调亡作用，使得炎性中性粒细胞数量减少和作用减弱。 二、Toll受体家族 九十年代中期，Toll受体家族的研究使人们对天然免疫的认识进了一大步。Toll受体最初是在研究果蝇胚胎腹背侧体轴的形成中发现的，对果蝇Toll蛋白家族的研究使人们对经历长期自然选择、进化高度保守的天然免疫系统的防御机制有了全新认识。1997年，在哺乳动物细胞中发现了与果蝇Toll受体结构、功能类似的受体家族，并将其命名为“Toll样受体”（Toll-like receptors， TLRs）。 TLRs是与入侵机体的各种病原体直接接触的细胞膜表面蛋白。它是机体免疫系统的“前哨”，有两方面免疫作用：一方面，它迅速激活巨噬细胞产生大量炎性介质，清除外来微生物，发挥非特异性免疫作用；另一方面，它与病原体结合并内吞，将抗原成分加工处理并提呈给T淋巴细胞，启动更强有力特异性免疫反应。TLRs的研究有广阔的应用前景，在制造疫苗和发明抗感染药物方面具有惊人的潜力。 （1） Toll家族蛋白的信号转导途径 果蝇和哺乳动物Toll蛋白家族信号转导通路如下： 果蝇： Toll →Tube →Pelle →dTRAF→Cactus →Dorsal →基因表达。 哺乳动物：TLRs→MyD88→IRAK→TRAF→ IκB → NF-κB →基因表达。 在哺乳动物，TLRs细胞部分与配体结合后，胞浆段的TIR结构首先与MyD88结合。MyD88与果蝇的Tube相对应，它与果蝇的Tube作用相同，但两者在结构上却无同源性，这是两条信号通路中的唯一不同。已知MyD88是IL-1R信号传递中的重要分子，作为接头蛋白，MyD88的C末端TIR结构与TLR胞浆的TIR形成蛋白同嗜性结合，同时其N端的死亡区与下游的IRAK (IL-1R-associated kinases) 的死亡区也以此种方式结合。IRAK与果蝇的Pelle对应，介导天然免疫效应的信号转导，IRAK进而还能与TNFR相关因子TRAF6作用。TRAF6可与NIK (NF-KB-inducing kinase) 形成免疫共沉淀，后者能活化IκKs(IκB kinases)，使IκB磷酸化而降解，从而使NF-κB解除抑制发生核转位，诱导多个基因的表达。经NIK还能激活MAPK级联反应。 植物、动物Toll家族信号通路未完全明确，但从现有的研究结果来看，不同种属生物之间这条通路是高度保守的，它们接收相似的刺激（感染、炎症），借助相同或相似的组分进行着相似的信号转导，完成着相近的生理功能，似乎在我们面前展示出了一条在植物和动物分化之前业已存在、至今已有数十亿年的古老的信号通路。 比较不同种属Toll/IL-1R家族成员的信号通路可以发现，它的高度保守性表现在受体、蛋白激酶、转录因子、转录因子抑制物各个水平。由于这一信号通路能历经漫长的生物进化而被保留下来，说明它在动植物的生长发育中起着重要而且不可替代的作用。 （2） TLRs在天然免疫中作用 近5年来，Toll受体研究的热潮使得人们很快发现了10名Toll受体家族成员（TLR1~ TLR10），并且随着这些研究工作(Medzhitov et al.1997; Rock et al.1998; Takeuchi et al. 1999a; Chuang & Ulevitch 2000, 2001; Du et al. 2000)的不断深入，其家族新成员还将继续产生。 作为天然免疫的模式识别受体，TLRs是所有多细胞生物共有的，能准确辨别自我和非我结构，而且不同的Toll家族成员能识别不同的病原体成分，各负其责，分工明确，显然是大自然生物进化的伟大功绩。以目前发现的已知Toll受体为例，TLR2、4、5、6、9均与细菌成分识别有关：TLR2负责识别肽糖基和脂蛋白；TLR4识别脂多糖；TLR9是CpG DNA的受体；TLR5是鞭毛成分的受体；TLR6是支原体脂蛋白的受体等（见图9-2）。TLRs将各种病原信息传递至胞膜内，经MyD88激活等一系列信号转导，迅速触发早期非特异性炎症反应。 图9-2 TLRs在天然免疫中作用 （3） TLRs在获得性免疫中的作用 在非特异性免疫反应触发后，随后便激发机体的特异性免疫反应，表现为抗原特异性的T、B淋巴细胞大量增殖、分化和成熟。在非特异性免疫反应向特异性免疫反应转化过程中，树突状细胞（Dendritic cells， DCs）的贡献最大。 感染早期，外周组织中发生的非特异性免疫反应作用有限，而更有效地抗感染免疫作用是发生在淋巴组织的特异性免疫反应。树突状细胞（DCs）能将机体免疫反应的中心从外周组织迁移至淋巴组织，并促发特异性免疫反应（见图3）。 图9-3 TLRs在获得性免疫中的作用 首先，在外周组织中非成熟DCs能接触到入侵的病原体，并通过TLRs识别或吞噬病原体。TLRs的信号转导促发了DCs的成熟化，成熟的DCs表现出CCR5低表达和CCR7高表达，这些变化使得DCs获得离开外周组织进入淋巴组织的能力。同时，被吞噬的病原体经加工处理后以抗原－MHC复合体形式提呈给前T淋巴细胞。TLRs信号转导使DCs增强表达MHC分子和辅刺激分子，这对T细胞克隆的激活发挥了重要作用。另外，TLRs还可通过产生IL-12调节T细胞→TH1细胞的转化过程。所以，DCs中的TLRs信号通道对特异性免疫反应的激发意义重大。 （4） TLRs研究的应用前景 众所周知，抗生素的发明和应用是抗感染史上的伟大里程碑，结束了人类对于感染性疾患束手无策的历史，明显降低了感染疾患的致死率。但是人类针对病原体的战争远没有结束，随着抗生素的广泛使用，越来越多的病原微生物产生了耐药性，于是一代代的抗生素被迫不断升级，可是“道高一尺，魔高一丈”，这似乎是一场无止境的竞争。达尔文的进化论也许暗示着人类不可能赢得这场战争的胜利。 人们逐渐开始重视疫苗的抗感染作用，它是用减毒或灭活的病原体或毒素刺激机体本身，从而产生和增强针对病原体的特异性免疫反应。疫苗的作用对象是自身的免疫系统，正所谓“扶正”，它是不同于抗生素“驱邪”作用的有效途径。疫苗的应用提供了人类许多感染性顽症的最佳解决方案，但使用疫苗制剂不可避免的是其副作用太大。近年来，一些重组蛋白和合成多肽的出现取代了传统的疫苗制剂，它们虽然副作用很小，但同时又缺乏足够的免疫原性，不足以刺激机体足够的免疫反应产生，所以使用时必须合用免疫刺激辅剂。 长期以来，人们对免疫辅助刺激机制了解甚少，TLRs的发现和研究填补了此项空白。TLRs的深入研究证明它显然是良好的免疫调节受体，人类不久将得到了一大类新的免疫调节辅剂，这些制剂在有效调控机体免疫功能方面潜力巨大。TLRs信号转导研究的不断进步必将开创免疫治疗的新领域，无论是抗感染还是抗肿瘤，TLRs途径的免疫调节都将为人类带来前所未有的新视角。另外，由于TLRs是天然免疫的模式识别受体，能辨别自我与非我结构，而一些自身免疫性疾患与TLRs识别紊乱密切相关，因此，抑制TLRs信号传导的制剂可能有益于自身免疫性疾患的治疗。 三、应激信号转导机制 要真正从本质上认识应激反应的实现过程，弄清楚应激的信号转导分子基础是十分必要的。同介导细胞增殖/分化的信号转导机制类似，细胞应激反应的信号转导过程亦通过从细胞膜到细胞质再到细胞核的顺序得以实现。迄今的研究结果证实：应激的信号传递主要由两条通路介导，该两条通路的核心分子分别是c-Jun Ｎ末端激酶(c-Jun NH2-terminal Kinase，JNK)和p38激酶，因与应激密切相关，上述两类激酶又被称为应激活化蛋白激酶1(stress –activated protein kinase 1，SAPK1)和应激活化蛋白激酶2(SAPK2)。相应地，两条通路又分别称为JNK/SAPK和p38通路。 在细胞内的信号传递网络中，存在一类重要的蛋白激酶分子，即有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)。目前，MAPK不仅仅指原来意义上介导细胞分裂、增殖的一类蛋白激酶分子，它们还介导包括凋亡等其它诸多生化过程和生物效应。JNK和p38均属于MAPK成员。作为介导应激过程的重要激酶分子，JNK和p38的共同结构特征是具有Thr-ｘ-Tyr(苏氨酸-其它任一氨基酸-酪氨酸)双磷酸化位点，它们的上游分子恰恰作用于该位点使之激活。自从1994年JNK和p38被克隆成功以来，二者各自的不同成员分别被陆续发现、鉴定。其中，JNK由JNK1-JNK33个基因所编码，而且每种基因的mRNA尚存在不同的剪接形式，这样就产生了至少10种JNK分子，但这些剪接变异形式的意义尚不十分清楚。通过对不同JNK产物的比较研究发现，JNK1和JNK2的特异性底物分别是ｃ-Jun和活化转录因子2(activation transcription factor 2，ATF2)，而且JNK1和JNK2二者的表达组织分布亦存在一定差异。对p38而言，目前至少存在p38α、p38β、p38β2、p38γ、p38δ等多个成员，其中，p38α、p38β在各种组织广泛表达，p38γ主要在骨骼肌表达，而p38δ则主要表达于睾丸、前列腺、小肠、唾液腺、脑垂体和肾上腺等器官或组织。据推测，上述JNK和p38成员的多样性，有利于不同组织和器官实现各自的应激反应过程。 JNK和p38被激活后，再分别作用于各自的底物。研究表明，JNK和p38的底物分子非常广泛，其中最主要的一类底物是核内的转录调控因子，例如，ATF、活化蛋白1(activaton protein 1，AP1)作为JNK和p38的共同底物，均能被二者激活，ｃ-Jun则仅被JNK激活，而肌细胞增强因子(myocyte enhancer factor，MEF)是p38的特异底物。所有这些活化的转录因子，分别调控特定基因的转录和表达过程，产生相应的活性蛋白产物，进一步实现应激因素所导致的生理、生化反应。 应激的信号转导是由一系列的级联反应组成的。如上所述，JNK和p38作为两类MAPK，可分别激活各自特定的转录因子；作为底物，它们是被称为MAPK激酶(MAPK kinase，MAPKK或MKK)的不同上游分子所活化。研究结果表明，MKK3、MKK6和MKK4、MKK7分别是激活p38和JNK的MAPKK；同样地，MAPKK的上游分子MAPKKK也包括不同的类别：如有丝分裂原活化激酶和胞外信号调节激酶激酶(mitogen-activated and extracelluar signal –regulated kinase，MEKK)、混合系列蛋白激酶(mixed –lineage protein kinase，MLK)、Ｓ期激酶激活物(Activator of Sphase Kinase，ASK)等等，而这些蛋白激酶分子又受所谓小分子Ｇ蛋白，即Ras蛋白所激活，后者则在某些中间调节蛋白分子的介导下，被应激或细胞因子作用于细胞膜所产生的信号所激活，如此便形成了迄今较明朗的两条主要信号传递通路。 .图9-4　介导应激反应的p38和JNK/ＳＡＰＫ信号转导通路 本节介绍了应激基础研究方面的一些新进展。从目前研究现状看，应激研究的重点仍应放在发生机制和应激相关疾病两方面，既要重视分子水平的深层次研究，又不可忽略应激的整体研究。神经递质、激素和免疫介质及其受体的改变，相应细胞内信号转导的变换都是应激机制的重点研究内容，显然，进一步明确应激系统在某些重要疾病中的作用对于寻找新的治疗靶点和措施将会产生积极推动作用。 第4节 应激反应对神经、内分泌和免疫的影响 应激状态下主要是通过神经-内分泌-免疫系统的调节，以对抗外来的伤害，达到内环境的稳定。 一、神经系统 应激时神经系统的表达主要是通过交感-肾上腺髓质系统的作用。创伤数秒钟后体内儿茶酚胺释放立即增加。人体在静止状态血中的肾上腺素为60μg/L，去甲肾上腺素为300μg/L。应激情况下肾上腺髓质的分泌可增加100倍左右，以满足代谢需要。儿茶酚胺可加速分解代谢，促进糖原分解，并抑制胰岛素分泌，从而造成高血糖。 二、内分泌系统 （一）下丘脑-垂体系统 下丘脑可分泌多种促激素释放的激素，促进垂体前叶分泌相应的各种促激素，包括促肾上腺皮质激素（ACTH）、促甲状腺激素、促生长激素等。在下丘脑合成的抗利尿激素（ADH）和催乳素，通过垂体的门循环储存在后叶，需要时再释放入血液中。 应激反应中最有影响的激素主要是ACTH和ADH。ACTH分泌增多能加强肾上腺皮质的功能，促进对脂肪的利用，增加能源，保存蛋白质和葡萄糖。ADH可加强肾远曲小管对水的重吸收，以维持细胞外液量和血容量。严重创伤后因ADH不断分泌，导致创伤后稀释性低钠血症。肾上腺皮质激素（皮质醇和醛固酮）还可促进蛋白质分解、尿氮增加、负氮平衡、糖原异生和糖耐量降低、水钠潴留等。 （二）肾素-血管紧张素-醛固酮系统 有效循环血容量降低时，可使肾素-血管紧张素-醛固酮系统的功能活跃，利于循环稳定。肾素作用于血管紧张素原（α2-球蛋白），产生短链10肽的血管紧张素I，在转化酶作用下，形成8肽的血管紧张素II，对血管平滑肌起到强烈的收缩作用，也加强儿茶酚胺的作用。同时血管紧张素II使肾上腺皮质中的球状带分泌醛固酮。醛固酮促进远曲小管重吸收钠和排出钾和氢离子，对调节钠和钾、恢复血容量有极重要的作用。 （三）胰岛素 应激反应时会发生胰岛素抗药性（resistence）升高．胰岛素所产生的效应要比预计的正常水平低，即产生了抗药性，或称之敏感性下降。发生的机理比较复杂，有多种因素参与作用。 应激反应常使机体产生明显的胰岛素抗药性（IR）增加。细胞膜表面有大量“闲置的”受体，正常时受体占用率只有11%，胰岛素浓度在400~700μmol/L时发挥最大的效应，而受体占用率也只有20-30%。因此受体数量减少不会影响胰岛素的效应。应激反应时糖皮质激素、生长激素和胰高糖素都可下调受体的数目。胰肾联合移植术后发生的IR，与受体数目下调有关。胰岛素与受体α亚基结合所致受体β亚基自身磷酸化，并激活β亚基内在酪氨酸蛋白激酶（TRK）的活性，是胰岛素受体跨膜信号传递的重要环节。应激时抑制了胰岛素受体酪氨酸残基自身磷酸化，降低了胰岛素受体TPK的活性。胰岛素与受体结合所介导的信号传导，及一系列受体后变化的机理，可能是应激时胰岛素敏感性下调的关键。胰岛素所介导的糖转运下降，以及糖在细胞内氧化利用障碍都是由于受体后缺陷引起的胰岛素敏感性下调。应激反应过程中产生的一些细胞因子，对胰岛素敏感性下降也有一定作用。如TNF-α、IL-1α和IL-6。手术应激引起外周的胰岛素敏感性下调，此时产生高胰岛素血症可以诱导胰岛素样生长因子结合蛋白-3水解酶活性增高，进而导致胰岛素样生长因子-1的活性增高，以补偿过度的胰岛素敏感性下降引起的损害，防止胰岛素敏感性下降过度干扰糖代谢。 （四）胰高糖素 应激可引起胰高糖素分泌增多，经自主神经调节，由β-肾上腺素能系统介导，与创伤程度有关。 应激状态时因诱发肝糖原分解和糖原异生作用增强，促使血糖显著升高，持续时间较长。在应激状态下，胰高糖素协同其它的应激激素，如皮质醇、儿茶酚胺等对机体的蛋白质代谢产生重要影响，导致蛋白质的分解加快和氮丧失增加。 （五）甲状腺激素 促甲状腺释放激素（TRH）的70%以上存在大脑内的非下丘脑区。机体受到了强烈刺激之后要产生T3降低， r T3升高，而T4、FT4和促甲状腺素（TSH）的反应正常。这些改变曾经称为正常甲状腺病综合征，是机体为了适应应激期间代谢增高的需要而减少机体能量消耗。 （六）生长激素 应激反应时生长激素有不同程度的增加，其程度与受刺激的程度有关。生长激素也能促进脂肪分解和增加糖原异生作用。在创伤或手术后1周左右血中生长激素浓度恢复正常。 （七）催乳素 应激可影响血中催乳素水平。与垂体细胞分泌的β-内啡肽一样，催乳素也可作为一种应激指标。 三、免疫系统 机体对创伤等刺激的应激反应，最终目的是恢复内环境的稳定。它包括了免疫、炎症、心血管、内分泌和神经系统的协作才能完成。免疫系统在应激反应过程中的作用主要是抑制性的。内容包括：（1）电击刺激降低淋巴细胞对PHA的增殖反应，减弱脾脏中NK细胞活性，抑制Mф生成H2O2，但是脾脏淋巴细胞较易对电击刺激产生适应性。（2）如果用2-去氧葡萄糖抑制细胞对对糖的氧化利用，作为一种代谢性应激模型，可减少实验性自身免疫性疾病的发生率和严重性。（3）应激降低对单纯疱疹病毒（HSV）感染的免疫力，减少脾脏中细胞毒性淋巴细胞数量，增加实验性肿瘤的转移率。（4）外科手术的应激反应可使血浆中的激素和细胞因子的浓度发生改变，如降低GH、T4及IL-2等，增加GC及IL-6，这些作用可被消炎痛所阻断。还可降低淋巴细胞对PHA的反应。机体在缺氧刺激后，首先引起外周淋巴细胞增多，CD16+细胞增多，NK细胞活性及受刺激后的活性均升高，随后伴有细胞数量减少。（5）心理因素造成的应激反应无疑可降低免疫力，对体内潜伏的病毒激活。也能提高肿瘤的发生率和转移率。对应激因素的预见性和可控性，可以有效地改善或不出现应激反应。短时的应激刺激出现免疫抑制，而较长时间的应激则可能引起免疫增强反应。这对器官移植中排斥反应的发生可能有意义。 四、网状内皮系统 网状内皮系统现在称为单核-巨噬系统，巨噬细胞主要是来自骨髓内的单核细胞，为多功能的细胞，在机体内起防卫作用。因为固定在不同的器官中，名称各异，在肝为枯否氏细胞，中枢为小神经胶质细胞，肺为肺巨噬细胞，在许多急、慢性病变过程中，一个重要的特征是单核-巨噬细胞的浸润。单核细胞在特异的趋化因子作用下，聚集在不同的病变组织中，发挥其生物学效应。单核细胞自主或在诱导下分泌的单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）；血小板是通过分泌血小板源性生长因子（PDGF），诱导成纤维细胞分泌MCP-1。巨噬细胞是在细菌内毒素脂多糖（LPS）作用下，分泌MCP-1而发挥作用。MCP-1是具有趋化单核细胞的因子，使该细胞趋化、聚集在病变部位，发挥重要的抵抗细菌的入侵、组织修复与重建作用。 五.凝血系统 不论何种原因引起的应激反应对凝血系统都有影响。早期的炎症反应参与的介质很多，大概有七大类，包括（1）细胞因子，如IL-1、IL-6、IL-8、TNF、IL-2、IL-4、IL-5、IL-10及IL-13等；（2）脂类，如PAF，花生四烯酸及其代谢产物（PGE2、PGI2、TXA2、LTC4、LTD4、LTE4、5-HETE等）；（3）酶类，PLA2，一氧化氮合成酶等；（4）胺类，组胺，5-羟色胺；（5）补体，C3a，C5a，因子B（Bf）等；（6）粘附分子与粘附分子受体，细胞间粘附分子-1（ICAM-1），内皮细胞-白细胞粘附分子-1（ELAM-1）等；（7）其它，纤维蛋白肽A、B，纤溶酶，激肽，内皮素等。这些介质都可以激活凝血系统，损伤内皮细胞，促使血小板和白细胞粘附在内皮细胞上，凝血因子的激活生成凝血酶，使纤维蛋白原转变成纤维蛋白，在微血管内有局部的血栓形成，导致局部组织器官缺氧，甚至形成弥散性血管内凝血（DIC）。早期病人的血液是呈高凝状态。另外，纤溶系统也被激活，有纤溶功能的亢进，加上大量微血栓形成消耗了大量凝血因子，共同导致病人发生广泛的出血现象。各个脏器都可发生，发生在胃肠道者多见，即所谓的应激性溃疡。发生的机理较为复杂，由多种因素决定，如常见的皮质激素过量引起的胃肠道出血，也称之为应激性溃疡。 第5节 麻醉应激对神经内分泌免疫系统的影响 麻醉应激时对神经、内分泌和免疫系统的作用是比较复杂`的。麻醉和手术刺激引起的应激反应存在于整个围手术期，肯定手术刺激引起机体的应激反应，要比麻醉大得多，但是要从减轻手术刺激强度来防止应激反应，似乎是难以做到这一点。轻度而短暂的正常应激反应没有必要去加以干预，但是严重持久的难以控制的应激反应，则应进行处理。麻醉应激的影响首先是刺激下丘脑，然后作用于垂体，影响ACTH、PRL、HG、TSH、β-END和AVP的作用，以及促进肾上腺素能反应，继而增强肾上腺皮质（皮质醇分泌）、花生四烯酸代谢（前列腺素和白三烯产生）、甲状腺（甲状腺素分泌）、交感-肾上腺髓质和肾素-血管紧张素-醛固酮系统的作用。最终对机体的作用是产生代谢增强、器官功能受损以及免疫能力降低。 麻醉对应激反应的影响包括以下几个方面：（1）麻醉前准备；（2）麻醉方法；（3）麻醉操作；（4）麻醉药物；（5）麻醉相关药物。麻醉与手术刺激所引起的应激反应很难以截然分开，特别是在手术进程中和手术后恢复阶段，引起机体的应激反应的原因将是综合性的，在临床上的调控将也是采取综合措施。 一、麻醉前准备 多数患者在手术前都存在不同程度的紧张、焦虑、恐惧等心理状态，通过神经内分泌系统的作用，引起患者器官系统功能的短暂变化，首先是精神紧张，循环方面有心率加快，血压升高等。比如甲状腺功能亢进患者手术前因心率过快，过去曾采用“偷袭”方法进行术前准备，现已不用。对一些特别紧张患者在术前作好解释工作，加上使用镇静药物，多数都能得到充分的术前准备。对心血管系统和内分泌系统的患者，术前都应作好心理准备，减轻应激反应的发生。从另一方面看应激反应是机体的一种生理保护机制，术者也不应过度去抑制它，如处理不当则会走向过度抑制的极端。比如术前为了减轻应激反应，用某些药物控制心率和血压，可能对特殊患者会使之陷入循环衰竭。 术前已经存在的疾病，如损伤、感染、炎症、失血、休克、低温等都可以使患者在术前的应激反应加强，甚至导致在麻醉的诱导期和维持期的内环境不平稳。在术前应予以重视和处理。 二、麻醉方法 创伤或手术部位的传入刺激，是引起围手术期应激反应的主要原因。切除神经、神经阻滞或者脊髓损伤之后，都证实应激反应的明显减弱。 椎管内阻滞麻醉可以阻断交感神经和部分副交感神经的传入冲动，使外周血管扩张，体循环血管阻力下降，心脏前后负荷降低，如果是上胸段（T1-5）的阻滞还可以改善心肌缺血区的局部血流，提高心内膜/心外膜的血流比例，这样改善心肌氧的供需平衡，降低心律失常的发生率。这是用高位硬膜外阻滞为心绞痛患者止痛的原因。但是在硬膜外阻滞下手术，由于患者清醒状态下的心理应激，和迷走反射的存在，它对抗应激反应的作用就不够完善。因此有人主张采用硬膜外麻醉合用全身吸入麻醉或静脉麻醉，试图减轻患者的应激反应。吸入麻醉药多为异氟醚、安氟醚和笑气-氧等。而静脉麻醉药，镇静药多为咪唑安定、依咪酯、硫喷妥钠、异丙酚等，镇痛药多用芬太尼，肌肉松弛药多用维库溴铵、罗库溴铵、哌库溴铵等。有人将这种麻醉方法用于嗜铬细胞瘤手术，吸入麻醉药用七氟醚，发现诱导平稳，血压容易控制，不发生心律失常，剥离肿瘤时儿茶酚胺的分泌受到明显的抑制。在冠状动脉搭桥术中，发现高位硬膜外麻醉复合全身麻醉时血流动力学稳定，应激反应减轻和血管活性药物的用量明显减少，心肌缺血发生的机会降低。 创伤、手术应激状态下胰岛素敏感性降低（即胰岛素抗药性升高）。不同麻醉方法对术后胰岛素敏感性的变化有一定影响。有人报道硬膜外麻醉加氟烷麻醉后，出现胰岛素敏感性降低。另有人在择期胆囊手术患者中，一组用硬膜外麻醉，术后三天从导管给予吗啡止痛，另一组用氟烷-笑气-氧麻醉，术后全身给予止痛药。发现硬膜外麻醉后尿中儿茶酚胺代谢产物和血浆中皮质醇浓度降低。 有人报道体外循环期间及术后早期胰高糖素的浓度无变化。另有人报道自体外循环开始至转流结束后6h，血浆胰高糖素显著升高。体外循环期间可阻碍下丘脑-垂体水平释放TSH，以及术中出现的游离T4增高抑制了垂体对低游离T3的反应。 无论是全麻或者是硬膜外麻醉都不影响手术中TSH的分泌和血浆浓度。 不同的麻醉方法和药物对手术应激时儿茶酚胺的影响是有差别的。椎管内阻滞麻醉能够明显抑制盆腔手术和下肢手术应激时，血中儿茶酚胺升高的反应。但是上腹部手术，硬膜外麻醉则不能抑制应激反应时儿茶酚胺的升高。硬膜外麻醉阻滞平面在T8以上时，NE水平有降低倾向，达到C8时NE降低才有统计学上意义。而全身麻醉下手术患者的应激反应较硬膜外麻醉者强烈。 椎管内阻滞麻醉无论是蛛网膜下腔阻滞，或是硬膜外腔阻滞，对血浆ACTH、皮质醇均无显著的影响。手术开始后60 min两者均升高。盆腔、前列腺和下肢手术时，椎管内阻滞麻醉能较好地阻断从手术区来的伤害刺激向中枢传入，抑制了ACTH、皮质醇的释放。但上腹部手术，由于硬膜外阻滞麻醉不能完全阻断迷走、交感神经以及膈、躯体神经的传入途径，会引起强烈的应激反应。也有人证实对上腹部的手术，无论是全身麻醉或者是全身麻醉复合胸段硬膜外麻醉，都不能阻断ACTH和皮质醇的分泌。 三、麻醉操作 麻醉操作引起的应激反应，研究较多的集中在麻醉诱导和气管内插管方面。 咽的感觉神经和运动神经主要来自舌咽神经的咽支、迷走神经的咽支、副神经及交感神经组成咽丛，它位于咽后壁外膜层内。喉的神经有二：喉上神经和喉返神经，都是迷走神经的分支。喉上神经分内、外两支，外支主要为运动神经，内支主要为感觉神经。感觉神经分布于会厌谷，会厌，声门后部的声门裂上、下方，口咽，小部分喉咽及杓状软骨前面等处的粘膜。喉返神经主要是运动神经，也有感觉支分布于声门下腔、气管、食管及一部分喉咽的粘膜。支配气管支气管的神经来自交感神经和副交感神经。交感神经来自星状神经节，分布于气管、支气管的平滑肌，管理气管、支气管的扩张。而副交感神经来自迷走神经，管理支气管的收缩。由上可见从咽喉、声门至气管、支气管都主要是由交感和副交感神经支配，这些部位在没有麻醉阻滞的情况下，进行操作如放入喉镜、暴露声门、强行插入气管内导管，都会引起强烈的应激反应，甚至危及患者安全。 气管或支气管插管时，强调要施行好局部粘膜表面麻醉以减轻应激反应。术前给予阿托品可防止部分迷走神经反射。麻醉诱导药物中所用的硫喷妥钠、异丙酚、咪唑安定、依咪酯等等，目前所知是没有预防和减轻应激反应的作用。肌肉松弛药有利于气管内插管的顺利进行，防止患者的呛咳的刺激。但是两大类肌肉松弛药是否能缓解应激反应？理论上似乎是不可能的。不过加拉碘胺和潘库溴胺有抑制副交感神经的作用，而阿曲库胺和维库溴胺则无。 麻醉诱导的平稳和气管内插管顺利，引起患者的应激反应自然轻微。反之困难的插管，对患者的刺激强烈，加上缺氧、二氧化碳积蓄、呛咳、摒气等，应激反应增强，引起神经内分泌系统功能全面加强。如果时间短暂，应激反应过后也就恢复到内稳状态。如果患者病情危重，这种激惹可能是致命的，特别是术前患者已有心血管系统或内分泌系统方面的疾病，更应小心预防。 四、麻醉药物 麻醉药物对神经内分泌免疫系统的影响，近几年的研究逐渐增多，也说明大家认识到此问题的重要性，特别是危重医学的发展，手术麻醉对应激反应的影响，受到更多的麻醉医师的重视。 （一）局部麻醉药 常用的局麻药为仲胺或叔胺类，与H+结合即变成离子型铵。多数局麻药溶液以带电铵离子和不带电胺分子两种形式存在，两者的平衡取决于pH值。苯佐卡因始终以胺分子形式存在，利多卡因季胺衍生物等只以带电形式存在。局麻药阻滞神经传导的作用，主要是抑制了钠内流。局麻药的全身应用如普鲁卡因，对应激反应的抑制作用几乎不存在，其它局麻药则毒性很大。局麻药阻滞局部的传入通路，可减少ACTH、皮质醇、生长激素和儿茶酚胺的释放。 （二）吸入麻醉药 氧化亚氮本身对神经内分泌系统无影响。但是麻醉过浅、辅助药使用不当，缺氧等，也可间接引起强烈的应激反应。氟烷和60%氧化亚氮合用，诱导后15min血浆皮质醇较诱导前升高1.33倍, 术中升高2.24倍。而安氟醚则使皮质醇较麻醉前轻度降低，ACTH亦不升高。单纯吸入七氟醚，对ACTH和皮质醇的浓度均无影响，手术刺激可使其增加。氟烷、安氟醚、异氟醚吸入时，血中皮质醇都减少，如与氮化亚氮合用则血中皮质醇升高。目前常用的挥发性吸入麻醉药对肾上腺皮质均有抑制作用。 安氟醚、异氟醚或七氧醚都不能够有效地抑制手术应激反应时儿茶酚胺的分泌增加。患者血浆中的肾上腺素和去甲肾上腺素浓度升高，这和手术性质有密切的关系。 氟烷、安氟醚、异氟醚等多数麻醉药都可以使血中的T4升高，但是甲状腺并不增加分泌T4，说明T4增加是从周围组织内，尤其是从肝脏转移而来。 （三）静脉麻醉药 硫喷妥钠静脉注射后45 min，血浆皮质醇浓度即有降低，但不能抑制手术刺激引起的皮质醇浓度的升高。氯胺酮与γ-羟丁酸钠可使血浆ACTH和皮质醇的浓度升高。对危重患者应用依咪酯镇静后，发现死亡率增加，认为该药可能抑制11β羟化酶和17α羟化酶的活性，导致皮质类固醇减少有关系。神经安定镇痛麻醉中使用氟哌啶和芬太尼后45min时，血浆皮质醇有暂时降低的倾向，术后则明显升高。神经安定镇痛麻醉不能有效抑制胃切除术患者术中血浆儿茶酚胺的增高反应，不能用作上腹部手术的辅助用药。动物实验证明硫贲妥钠可以通过中枢神经系统改变TSH的分泌。但人体研究则证明对TSH无影响。 大剂量的芬太尼对下丘脑有抑制作用，对儿茶酚胺的释放也有抑制作用。研究证实大剂量的阿片类药物如芬太尼，可抑制垂体激素的分泌。苏芬太尼因对μ-受体的亲和力更强及难于离解，甚至在体外循环期间仍然能够抑制垂体激素的反应。临床上采用较大剂量苏芬太尼麻醉的心内直视手术的患儿，发现术中胰高糖素、β-内啡肽、肾上腺素和去甲肾上腺素等激素的反应均受到抑制，术后数小时虽然血糖、皮质醇、乳酸、游离脂肪酸增加，但是胰高糖素、生长激素和甲状腺素减少，术后三天才逐渐恢复。 常用的各种肌肉松弛药不影响肾上腺皮质激素的分泌。 五、非麻醉类药 α2受体激动药可乐定，能激活孤束核突触后的α2受体，抑制交感神经发出的冲动，降低交感张力。也能激活心脏或交感神经末梢的突触前α2受体，抑制去甲肾上腺素释放，降低血浆儿茶酚胺及肾素的浓度，还能抑制肾上腺皮质激素和β-内啡肽的释放。临床常用来缓解患者术前的焦虑状态，减轻气管插管时的应激反应和稳定术中的心血管功能，改善术后的恢复过程，还可提供术后镇痛，但是否减少围术期的心肌缺血的发生还难肯定。 β受体阻滞药美托洛尔（metoprolol）、拉贝洛尔（labetalol）、艾司洛尔（esmolol），主要用来减轻全麻时气管内插管时的心血管应激反应，也有人将艾司洛尔用于冠脉搭桥手术中的气管内插管、切皮和锯开胸骨，发现能稳定血流动力学，减弱心血管的应激反应，同时预防发生心肌缺血。 钙通道阻滞药能够有效地控制高血压，减轻NE的升压反应，同时还可预防儿茶酚胺诱发的冠脉痉挛和心肌炎。围术期常被用来控制高血压，心律失常及改善心肌缺血，但不宜与β受体阻滞药同用。 尽管硝普钠和硝酸甘油能够有效地控制围术期血压升高，但它促使儿茶酚胺释放的作用，往往加重心血管系统以外的应激反应，因此有人建议与β受体阻滞药或α２受体激动药联合使用。 应激反应可改变前列腺素的代谢，反之前列腺素代谢产物又可加重应激反应的程度。已证实非类固醇抗炎药（如消炎痛）能缓解腹主动脉瘤切除术中，肠系膜牵拉所致血流动力学紊乱，减轻术后疼痛所致应激反应。既然TXA2/PGI2失衡是引起冠脉痉挛、心绞痛的机制之一，因此推测非类固醇抗炎药对围术期心血管功能的稳定是有利的，特别对缺血性心脏病患者尤为有利。 苯妥英钠是一种抗惊厥、抗癫痫的药物，近年发现它通过中枢抑制交感神经、稳定神经细胞膜，扩张血管，因此有人用以减轻围术期心血管系统的应激反应。如果术前口服苯妥英钠的患者，整个术中和术后过程循环系统稳定。有人证实患者在手术前日16：00和22：00，以及手术当天6：00各口服苯妥英钠200mg，全麻气管内插管时血压波动小，整个围术期的循环稳定，血浆β-内啡肽较对照组明显降低。 综上所述，应激反应本质上是机体遭受外来刺激时的自我保护机制。它涉及到神经、内分泌和免疫三个重要系统，所以要认识应激反应就应该全面地从神经内分泌免疫系统去探索。目前还没有确定应激反应的，它既包含有心理、精神状态方面的应激反应，也包含着神经内分泌免疫系统改变的具体内容。可能每人所说的应激反应是指不同的内容。因此临床研究中，控制麻醉诱导中的心率加快，血压升高，就认为是减轻了应激反应，显然是不足的，从应激反应的内涵来说是比较片面的。更何况诱导麻醉和气管内插管所引起心血管系统的反应，是生理性防卫反应？还是病理性伤害反应？没有区分之前就用药物预防，很难说是合理的。这就需要对应激反应有进一步全面和合理的理解。 麻醉和手术创伤对患者都是强烈刺激，从患者的心理状态到康复出院，都是处在一种应激反应过程中。掌握整个过程的病理生理变化规律，寻求治疗的手段，达到调控患者内环境稳定的目的，是研究应激反应的宗旨。 应激反应所涉及的神经内分泌免疫系统，它们之间的相互联系、相互制约所形成的网络是比较复杂的。临床研究中应严格控制条件，使之有可比性，得出的结果就不会产生相互矛盾。应激反应涉及的内容较广，得出的结论必须全面分析。 （刘怀琼 刘 宿 俞卫锋） 参考文献 1. 金伯泉主编.细胞和分子免疫学.第一版，西安世界图出版公司.1995. 2. 俞卫锋主编.麻醉与复苏新论.第一版.上海，第二军医大学出版社.2001. 3. 钱燕宁：手术应激反应的新概念-神经免疫内分泌学说. 《国外医学》麻醉学与复苏分册.1995，16（4）： 193. 4. 钱燕宁：手术应激与胰岛素敏感性下降. 《国外医学》麻醉学与复苏分册.1995，16（4）：195. 5. 周苏明：应激状态下胰高糖素的变化及对机体的影响. 《国外医学》麻醉学与复苏分册.1995，16（4）：197. 6. 张国楼：麻醉与儿茶酚胺. 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