消退素是一类具有抗炎效果的内源性多不饱和脂肪酸衍生物,可分为E类消退素、D类消退素、阿司匹林触发消退素等类型。消退素在多种组织器官的炎症中显示出较强的抗炎效果,同时还具有镇痛、抗纤维化、改善胰岛素抵抗等作用。而核因子-κB、丝裂原活化蛋白激酶、蛋白激酶B等通路可能介导上述生物效应。现就消退素的生物效应及机制的最新研究进展作一综述。
引用本文: 赵宇亮, 张凌, 杨济桥, 付平. 新型抗炎介质消退素的生物效应及机制. 华西医学, 2014, 29(1): 164-167. doi: 10.7507/1002-0179.20140050 复制
消退素是一类具有较强抗炎作用的多不饱和脂肪酸衍生物。21世纪初,Serhan等[1]首次报道从动物的炎性浸出液中分离出消退素。进一步研究发现,根据前体、合成途径的不同,消退素家族可分为源自ω3-二十碳五烯酸(EPA)的E类消退素(RvE)、源自ω3-二十二碳六烯酸(DHA)的D类消退素(RvD)、阿司匹林触发消退素(AT-RvD)等类型[2]。消退素通过抑制炎性细胞浸润、减少炎症因子分泌、促进中性粒细胞凋亡等机制诱导炎症消退[3]。Weylandt等[4]研究认为消退素具有镇痛、抗纤维化、改善胰岛素抵抗等方面的生物效应,极大拓展了消退素的应用前景。本文就消退素生物效应及机制的最新研究进展作一综述。
1 消退素的合成与分类
消退素合成的前体EPA和DHA是人体从外源性食物摄取或换转而来的必须脂肪酸。人体通过两种不同的酶催化产生消退素:脂氧酶(LO)、阿司匹林化环氧酶2(Aspirin-COX2)。Aspirin-COX2作为普通环氧化酶2乙酰化后的产物,环氧化性减弱而脂氧化性增强,继而获得与LO类似的性质。EPA在Aspirin-COX2的催化下形成RvE,包括RvE1和RvE2。DHA在两次LO催化后,形成4种RvD(RvD1-D4);而DHA经Aspirin-COX2氧化后形成4种阿司匹林触发消退素(AT-RevD1-D4)[2]。目前共发现10种消退素,其合成途径见图 1。消退素在多种动物组织器官炎症中均有天然表达,如血液、脂肪、大脑、视网膜、呼吸道、腹膜、肾脏等[4]。在细胞层面,高表达Aspirin-COX2的血管内皮细胞、高表达LO的多形核细胞被证实能够产生相应种类的消退素,因此在全身炎症反应综合征时,产生消退素的器官不一定具有特异性。此外,白色念珠菌等微生物通过细胞色素P450单氧化酶途径产生RvE1,可在人体天然免疫中发挥一定作用[5]。

2 消退素的受体及分布
RvE1通过两种G蛋白偶联受体产生作用,分别为趋化样因子受体1(CMKLR1 / ChemR23)和白三烯B4受体1(BLT1)[6]。ChemR23和BLT1在各类细胞表面广泛分布。袁洪梅等[2]在单核细胞、树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、T细胞等免疫细胞表面检测到上述受体,同时小肠上皮细胞、血管平滑肌细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、破骨细胞等固有细胞也有一定表达。RvD1已知的受体有2种:脂氧素A4受体(FPR2/ALX)以及G蛋白偶联受体32(GPR32)。ALX可在呼吸道上皮、血管平滑肌、PMN等组织或细胞中发现;GPR32则被证实分布在脂肪细胞、血管平滑肌、巨噬细胞表面。ALX是脂氧素和RvD1共同的受体,二者与ALX的亲和力类似。在人巨噬细胞中RvD1和GPR32的亲和力很强,目前尚未发现GPR32有其他配体[7]。RvD1与ALX、GPR32的结合呈剂量依赖型,Norling等[8]使用特异性抗体对受体阻断后发现,低浓度RvD1(1 nmol/L)对GPR32阻断敏感,而高浓度RvD1(10 nmol/L)表现为与ALX的特异性结合。其他种类的消退素也可能通过受体介导而发挥作用,但相应受体尚未发现。
3 消退素的抗炎效应
作为内源性的强效抗炎介质,消退素的临床应用前景受到重视。皮肤感染、牙龈炎、腹膜炎、败血症、缺血再灌注肾损害、卒中等相关模型的实验结果显示,在RvE1、RvD1、RvD2在内的多种消退素干预后,受累器官病理损伤较对照组减轻、器官功能受到保护、动物存活率增加[4]。在炎性肠病、类风湿关节炎等慢性炎症中,消退素也从抑制细胞免疫和体液免疫的不同角度起到一定保护作用[9, 10]。除此外,消退素亦能对抗感染、哮喘、化学刺激等相关的肺脏损害[11-13]。消退素通过多种机制实现其抗炎效应,包括:① 减少炎性细胞浸润。已有研究发现,RvE1通过ChemR23作用于补体调节蛋白55(CD55)、补体调节蛋白18(CD18)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)等黏附分子的表达[9, 14, 15],抑制白细胞贴壁滚动及渗出[16],从而减缓炎症反应的启动。② 抑制炎症因子分泌。研究显示,RvE1、RvD1、RevE2、RvD2等通过减少肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素(IL)-β、IL-6、IL-23、单核细胞趋化因子蛋白-1(MCP-1)、干扰素-γ(INF-γ)、前列环素(PGI2)等炎症因子的分泌,抑制炎症的放大[4];核因子-κB(NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶B(Akt)、磷脂酰肌醇3-激酶(P13-K)通路可能是消退素生物效应的中间环节[11, 17]。既往认为消退素不能作用于过氧化物酶体增殖物激活受体γ (PPAR-γ)[18],最近Liao等[19]则报道阻断PPAR-γ可以部分逆转RvD1对急性肺损伤中NF-κB通路的抑制,提示PPAR-γ是消退素作用的潜在靶点之一。③ 促进炎性细胞凋亡。消退素还能激活还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)活性氧族、天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶(caspase)-8、caspase-3等信号以促进中性粒细胞凋亡[20];凋亡的多形核细胞(PMN细胞)表面趋化因子受体5(CCR5)的表达上调,其配体趋化因子随之被巨噬细胞吞噬降解[21];RvE1刺激下大量表达CCR5的树突状细胞甚至直接诱导效应T细胞的凋亡[22]。④ 加速炎性细胞回流。Schwab 等[3]观察到消退素加速渗出的中性粒细胞向淋巴系统回流,但其机制具体尚不清楚。⑤ 通过microRNA进行反馈调节。RvE1和RvD1可调控多种microRNA(miR)及其靶分子,如miR-208a 与IL-10[23]、miR-219-5p与白三烯[24]、miR-146b与NF-κB通路、miR-219与LO[16]等。可见在miR水平,消退素不仅干预下游信号通路和产物,也反馈调节LO等上游分子,以维持机体稳态。消退素通过对细胞浸润、炎症因子、细胞凋亡、淋巴回流、miR多个环节进行调控,最终实现抗炎效应。
4 消退素的镇痛效应
除了强大的抗炎作用外,研究还发现消退素具有镇痛效应。小鼠模型中,局部注射RvE1、RvD1能够抑制角叉菜胶、甲醛等诱发的炎性细胞浸润、水肿和疼痛。同等剂量的RvE1能较大程度缓解炎症部位的热痛,但仅能部分阻止白细胞聚集,因此RvE1的镇痛效果或许比抗炎效果更佳[25]。此外,术前或术后早期鞘内注射RvD1能有效减轻术后疼痛,镇痛效果长达数周;但晚期使用(术后1~2周)则效果较差[26]。最新研究认为消退素在关节炎、周围神经损伤等慢性疼痛的控制方面也有良好效果[27, 28]。
炎性疼痛常由环氧化酶、前列环素、TNF-α等炎性介质引起,因此消退素减轻炎性疼痛的效应可归因于抑制NF-κB等信号通路的抗炎作用。但消退素对术后疼痛、神经痛、机械性痛觉过敏等非炎性疼痛仍有效,提示消退素对疼痛信号的产生和传导有更直接的干预[29, 30]。瞬时电位受体(TRP)是一类介导疼痛传递的伤害性感受器,包括热敏感的TRPV1、机械性敏感TRPV4/TRPA1等亚型。不同的消退素调节不同的TRP通路。ChemR23作为RvE1的受体,在脊髓背角神经元细胞表面与热敏感受器TRPV1共表达。Xu等[25]报道,RvE1可通过下调细胞外信号调节激酶活性,从而阻断脊髓背角神经元内TNF-α和TRPV1引发的兴奋性突触后电流增加,最终抑制热痛。大剂量使用时,RvE1也能作用于抑制小角质细胞而改善机械性痛觉过敏[25, 30]。RvD1与AT- RvD1受体ALX则分布在脊髓的星型胶质细胞中,可作用于TRPA1、TRPV3、TRPV4等,抑制机械性和化学性疼痛等[31, 32];最近研究还显示RvD1可缓解慢性胰腺炎相关疼痛,可能与N-甲基-D-天冬氨酸受体敏感度降低有关[33]。
5 消退素的抗纤维化效应
纤维化是多种器官慢性功能衰竭的共同过程,例如慢性肾功能不全、肺纤维化、肝硬化等。早在2006年,Duffield 等[34]已发现治疗肾脏缺血再灌注损伤时,D类消退素不仅减轻白细胞向小鼠肾脏间质的浸润,还显著减少胶原沉积,对肾脏纤维化起保护作用。2012 年,Qu等[17]对RvE1和RvD1抗肾脏纤维化的机理进行了深入研究,发现单侧结扎小鼠输尿管后,对照组肾脏肌成纤维细胞增生、α平滑肌肌动蛋白和IV型胶原沉积,而消退素治疗组无明显上述改变;使用血小板衍生生长因子-BB刺激体外培养的成纤维细胞后,RvE1能抑制细胞增生以及ERK、AKT信号通路的持续性活化;对ChemR23进行敲除后,RvE1的抗纤维化作用被部分逆转,所以消退素可能在ChemR23介导下降低ERK、AKT活性以抑制肾脏纤维化。由于输尿管结扎是一种炎症反应很轻的肾纤维化模型,该研究较大程度地排除了抗纤维化是抗炎继发作用的可能性,提示消退素很可能具有直接的抗肾脏纤维化效果。Zhang等[35]研究则提示RvD1还通过抑制足细胞骨架蛋白synaptopodin的下调而改善阿多柔比星诱导的小鼠蛋白尿、肾小球硬化及小管间质纤维化。Yang等[36]发现从部分肺囊性纤维化患者的呼吸道分泌液中可提取出RvE1,且该部分患者比不能检测出RvE1的患者肺功能较好。
6 消退素的其他生物效应
对于肥胖小鼠模型,消退素减少T细胞分泌的IL-6、MCP-1、TNF-α并抑制脂肪组织炎症[37]。由于微炎症状态可能是糖尿病发病及加重的驱动因素,消退素的内分泌调节作用受到关注。有研究观察到RvE1、RvD1上调脂联素、PPAR-γ等的表达,促进Akt通路和AMP活化蛋白激酶通路的磷酸化,并改善糖尿病大鼠的胰岛素抵抗[38]。Tang等[39]发现RvD1可加速糖尿病小鼠伤口的愈合。此外,消退素还可能具有抗移植排异、改善血管硬化、预防心肌梗死、抗癫痫等多种生物效应[4],其机制尚待进一步阐释。
7 结语
消退素是一类可由LO、Aspirin-COX2在机体内天然催化形成、具有较强抗炎效果的多不饱和脂肪酸衍生物,包括RvE、RvD、AT-RvD等不同类型。具有减少炎性细胞浸润、抑制炎症因子分泌、促进炎性细胞凋亡和回流、缓解疼痛、抗纤维化、改善胰岛素抵抗等多种生物效应,并可能是由NF-κB、MAKP、Akt等通路所介导。部分消退素受体及其分布尚不完全清楚,受体介导的下游信号与NF-κB等其他经典通路之间的交互作用有待阐明。消退素治疗各种疾病模型,尤其是慢性疾病的有效性和安全性也需要进一步验证。综上所述,消退素可能成为抗炎、抗纤维化、镇痛等药物的研发方向,更多围绕作用机制、有效性、安全性等方面的研究将为消退素的转化医学实践奠定基础。
消退素是一类具有较强抗炎作用的多不饱和脂肪酸衍生物。21世纪初,Serhan等[1]首次报道从动物的炎性浸出液中分离出消退素。进一步研究发现,根据前体、合成途径的不同,消退素家族可分为源自ω3-二十碳五烯酸(EPA)的E类消退素(RvE)、源自ω3-二十二碳六烯酸(DHA)的D类消退素(RvD)、阿司匹林触发消退素(AT-RvD)等类型[2]。消退素通过抑制炎性细胞浸润、减少炎症因子分泌、促进中性粒细胞凋亡等机制诱导炎症消退[3]。Weylandt等[4]研究认为消退素具有镇痛、抗纤维化、改善胰岛素抵抗等方面的生物效应,极大拓展了消退素的应用前景。本文就消退素生物效应及机制的最新研究进展作一综述。
1 消退素的合成与分类
消退素合成的前体EPA和DHA是人体从外源性食物摄取或换转而来的必须脂肪酸。人体通过两种不同的酶催化产生消退素:脂氧酶(LO)、阿司匹林化环氧酶2(Aspirin-COX2)。Aspirin-COX2作为普通环氧化酶2乙酰化后的产物,环氧化性减弱而脂氧化性增强,继而获得与LO类似的性质。EPA在Aspirin-COX2的催化下形成RvE,包括RvE1和RvE2。DHA在两次LO催化后,形成4种RvD(RvD1-D4);而DHA经Aspirin-COX2氧化后形成4种阿司匹林触发消退素(AT-RevD1-D4)[2]。目前共发现10种消退素,其合成途径见图 1。消退素在多种动物组织器官炎症中均有天然表达,如血液、脂肪、大脑、视网膜、呼吸道、腹膜、肾脏等[4]。在细胞层面,高表达Aspirin-COX2的血管内皮细胞、高表达LO的多形核细胞被证实能够产生相应种类的消退素,因此在全身炎症反应综合征时,产生消退素的器官不一定具有特异性。此外,白色念珠菌等微生物通过细胞色素P450单氧化酶途径产生RvE1,可在人体天然免疫中发挥一定作用[5]。

2 消退素的受体及分布
RvE1通过两种G蛋白偶联受体产生作用,分别为趋化样因子受体1(CMKLR1 / ChemR23)和白三烯B4受体1(BLT1)[6]。ChemR23和BLT1在各类细胞表面广泛分布。袁洪梅等[2]在单核细胞、树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、T细胞等免疫细胞表面检测到上述受体,同时小肠上皮细胞、血管平滑肌细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、破骨细胞等固有细胞也有一定表达。RvD1已知的受体有2种:脂氧素A4受体(FPR2/ALX)以及G蛋白偶联受体32(GPR32)。ALX可在呼吸道上皮、血管平滑肌、PMN等组织或细胞中发现;GPR32则被证实分布在脂肪细胞、血管平滑肌、巨噬细胞表面。ALX是脂氧素和RvD1共同的受体,二者与ALX的亲和力类似。在人巨噬细胞中RvD1和GPR32的亲和力很强,目前尚未发现GPR32有其他配体[7]。RvD1与ALX、GPR32的结合呈剂量依赖型,Norling等[8]使用特异性抗体对受体阻断后发现,低浓度RvD1(1 nmol/L)对GPR32阻断敏感,而高浓度RvD1(10 nmol/L)表现为与ALX的特异性结合。其他种类的消退素也可能通过受体介导而发挥作用,但相应受体尚未发现。
3 消退素的抗炎效应
作为内源性的强效抗炎介质,消退素的临床应用前景受到重视。皮肤感染、牙龈炎、腹膜炎、败血症、缺血再灌注肾损害、卒中等相关模型的实验结果显示,在RvE1、RvD1、RvD2在内的多种消退素干预后,受累器官病理损伤较对照组减轻、器官功能受到保护、动物存活率增加[4]。在炎性肠病、类风湿关节炎等慢性炎症中,消退素也从抑制细胞免疫和体液免疫的不同角度起到一定保护作用[9, 10]。除此外,消退素亦能对抗感染、哮喘、化学刺激等相关的肺脏损害[11-13]。消退素通过多种机制实现其抗炎效应,包括:① 减少炎性细胞浸润。已有研究发现,RvE1通过ChemR23作用于补体调节蛋白55(CD55)、补体调节蛋白18(CD18)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)等黏附分子的表达[9, 14, 15],抑制白细胞贴壁滚动及渗出[16],从而减缓炎症反应的启动。② 抑制炎症因子分泌。研究显示,RvE1、RvD1、RevE2、RvD2等通过减少肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素(IL)-β、IL-6、IL-23、单核细胞趋化因子蛋白-1(MCP-1)、干扰素-γ(INF-γ)、前列环素(PGI2)等炎症因子的分泌,抑制炎症的放大[4];核因子-κB(NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶B(Akt)、磷脂酰肌醇3-激酶(P13-K)通路可能是消退素生物效应的中间环节[11, 17]。既往认为消退素不能作用于过氧化物酶体增殖物激活受体γ (PPAR-γ)[18],最近Liao等[19]则报道阻断PPAR-γ可以部分逆转RvD1对急性肺损伤中NF-κB通路的抑制,提示PPAR-γ是消退素作用的潜在靶点之一。③ 促进炎性细胞凋亡。消退素还能激活还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)活性氧族、天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶(caspase)-8、caspase-3等信号以促进中性粒细胞凋亡[20];凋亡的多形核细胞(PMN细胞)表面趋化因子受体5(CCR5)的表达上调,其配体趋化因子随之被巨噬细胞吞噬降解[21];RvE1刺激下大量表达CCR5的树突状细胞甚至直接诱导效应T细胞的凋亡[22]。④ 加速炎性细胞回流。Schwab 等[3]观察到消退素加速渗出的中性粒细胞向淋巴系统回流,但其机制具体尚不清楚。⑤ 通过microRNA进行反馈调节。RvE1和RvD1可调控多种microRNA(miR)及其靶分子,如miR-208a 与IL-10[23]、miR-219-5p与白三烯[24]、miR-146b与NF-κB通路、miR-219与LO[16]等。可见在miR水平,消退素不仅干预下游信号通路和产物,也反馈调节LO等上游分子,以维持机体稳态。消退素通过对细胞浸润、炎症因子、细胞凋亡、淋巴回流、miR多个环节进行调控,最终实现抗炎效应。
4 消退素的镇痛效应
除了强大的抗炎作用外,研究还发现消退素具有镇痛效应。小鼠模型中,局部注射RvE1、RvD1能够抑制角叉菜胶、甲醛等诱发的炎性细胞浸润、水肿和疼痛。同等剂量的RvE1能较大程度缓解炎症部位的热痛,但仅能部分阻止白细胞聚集,因此RvE1的镇痛效果或许比抗炎效果更佳[25]。此外,术前或术后早期鞘内注射RvD1能有效减轻术后疼痛,镇痛效果长达数周;但晚期使用(术后1~2周)则效果较差[26]。最新研究认为消退素在关节炎、周围神经损伤等慢性疼痛的控制方面也有良好效果[27, 28]。
炎性疼痛常由环氧化酶、前列环素、TNF-α等炎性介质引起,因此消退素减轻炎性疼痛的效应可归因于抑制NF-κB等信号通路的抗炎作用。但消退素对术后疼痛、神经痛、机械性痛觉过敏等非炎性疼痛仍有效,提示消退素对疼痛信号的产生和传导有更直接的干预[29, 30]。瞬时电位受体(TRP)是一类介导疼痛传递的伤害性感受器,包括热敏感的TRPV1、机械性敏感TRPV4/TRPA1等亚型。不同的消退素调节不同的TRP通路。ChemR23作为RvE1的受体,在脊髓背角神经元细胞表面与热敏感受器TRPV1共表达。Xu等[25]报道,RvE1可通过下调细胞外信号调节激酶活性,从而阻断脊髓背角神经元内TNF-α和TRPV1引发的兴奋性突触后电流增加,最终抑制热痛。大剂量使用时,RvE1也能作用于抑制小角质细胞而改善机械性痛觉过敏[25, 30]。RvD1与AT- RvD1受体ALX则分布在脊髓的星型胶质细胞中,可作用于TRPA1、TRPV3、TRPV4等,抑制机械性和化学性疼痛等[31, 32];最近研究还显示RvD1可缓解慢性胰腺炎相关疼痛,可能与N-甲基-D-天冬氨酸受体敏感度降低有关[33]。
5 消退素的抗纤维化效应
纤维化是多种器官慢性功能衰竭的共同过程,例如慢性肾功能不全、肺纤维化、肝硬化等。早在2006年,Duffield 等[34]已发现治疗肾脏缺血再灌注损伤时,D类消退素不仅减轻白细胞向小鼠肾脏间质的浸润,还显著减少胶原沉积,对肾脏纤维化起保护作用。2012 年,Qu等[17]对RvE1和RvD1抗肾脏纤维化的机理进行了深入研究,发现单侧结扎小鼠输尿管后,对照组肾脏肌成纤维细胞增生、α平滑肌肌动蛋白和IV型胶原沉积,而消退素治疗组无明显上述改变;使用血小板衍生生长因子-BB刺激体外培养的成纤维细胞后,RvE1能抑制细胞增生以及ERK、AKT信号通路的持续性活化;对ChemR23进行敲除后,RvE1的抗纤维化作用被部分逆转,所以消退素可能在ChemR23介导下降低ERK、AKT活性以抑制肾脏纤维化。由于输尿管结扎是一种炎症反应很轻的肾纤维化模型,该研究较大程度地排除了抗纤维化是抗炎继发作用的可能性,提示消退素很可能具有直接的抗肾脏纤维化效果。Zhang等[35]研究则提示RvD1还通过抑制足细胞骨架蛋白synaptopodin的下调而改善阿多柔比星诱导的小鼠蛋白尿、肾小球硬化及小管间质纤维化。Yang等[36]发现从部分肺囊性纤维化患者的呼吸道分泌液中可提取出RvE1,且该部分患者比不能检测出RvE1的患者肺功能较好。
6 消退素的其他生物效应
对于肥胖小鼠模型,消退素减少T细胞分泌的IL-6、MCP-1、TNF-α并抑制脂肪组织炎症[37]。由于微炎症状态可能是糖尿病发病及加重的驱动因素,消退素的内分泌调节作用受到关注。有研究观察到RvE1、RvD1上调脂联素、PPAR-γ等的表达,促进Akt通路和AMP活化蛋白激酶通路的磷酸化,并改善糖尿病大鼠的胰岛素抵抗[38]。Tang等[39]发现RvD1可加速糖尿病小鼠伤口的愈合。此外,消退素还可能具有抗移植排异、改善血管硬化、预防心肌梗死、抗癫痫等多种生物效应[4],其机制尚待进一步阐释。
7 结语
消退素是一类可由LO、Aspirin-COX2在机体内天然催化形成、具有较强抗炎效果的多不饱和脂肪酸衍生物,包括RvE、RvD、AT-RvD等不同类型。具有减少炎性细胞浸润、抑制炎症因子分泌、促进炎性细胞凋亡和回流、缓解疼痛、抗纤维化、改善胰岛素抵抗等多种生物效应,并可能是由NF-κB、MAKP、Akt等通路所介导。部分消退素受体及其分布尚不完全清楚,受体介导的下游信号与NF-κB等其他经典通路之间的交互作用有待阐明。消退素治疗各种疾病模型,尤其是慢性疾病的有效性和安全性也需要进一步验证。综上所述,消退素可能成为抗炎、抗纤维化、镇痛等药物的研发方向,更多围绕作用机制、有效性、安全性等方面的研究将为消退素的转化医学实践奠定基础。