肺内外各种因素会导致低氧血症性呼吸功能不全，甚至发展为急性呼吸窘迫综合征的急性肺损伤（acute lung injury，ALI）。其发病率和死亡率均较高，发病机制的信号通路繁杂且治疗手段有限。目前已有大量研究报道了核转录因子 κB（NF-κB）、磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）、有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、血管内皮生长因子（VEGF）、Janus 激酶/信号传导及转录激活蛋白（JAK/STAT）信号通路均与ALI炎症反应有关，其单独或协同参与调节ALI的炎症反应过程。本文就ALI发病机制的信号通路及其药物干预的研究进展进行综述，旨在为尽早干预肺损伤、优化供体库使心脏死亡器官捐献供体比例增加以及提供优质的供体保护条件等方面的研究提供参考。
引用本文： 杨思豪, 聂洪鑫, 孟辉. 急性肺损伤发病机制相关信号通路及其药物干预的研究进展. 中国胸心血管外科临床杂志, 2024, 31(9): 1356-1362. doi: 10.7507/1007-4848.202211068 复制
由多种肺内和肺外因素导致氧合指数≤300 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）、引起低氧血症性呼吸功能不全的急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是由欧美联席会议于1994年首次提出，其严重者进展为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），甚至威胁患者生命。肺内主要因素有严重肺部感染、胃内容物误吸、肺挫伤、有毒气体吸入、淹溺及氧中毒；肺外因素有严重感染、严重非肺部创伤、急性重症胰腺炎、大量输血、体外循环、弥漫性血管内凝血等。ALI的病理生理变化主要表现为肺泡上皮细胞及微血管内皮细胞受损，造成肺泡-血管屏障通透性增加而引起非心源性肺水肿；肺泡水肿及塌陷造成严重通气/血流比例失调，从而产生严重低氧血症；肺血管痉挛和肺微小血栓形成导致肺动脉高压；急性渗出期、肺组织修复重塑期和慢性期的病理过程。如今，有关诸如炎症反应介导、凝血和纤溶系统紊乱、氧化和抗氧化失衡、细胞凋亡、水通道蛋白受损等ALI的发病机制已基本明确，但随着更多ALI的发病机制相关信号通路被发现，有关ALI信号通路及其相关靶向药物还有待进一步探索研究。本文就ALI发病机制的信号通路及其药物干预的研究进展进行综述。
1 核转录因子κB信号通路
核转录因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是B淋巴细胞中的一种二聚体转录因子，常见激活形式是p65/p50。NF-κB参与炎症反应、细胞增殖、细胞分化和凋亡防御等过程。当机体受到外部刺激时，NF-κB诱导几种炎症前细胞因子基因的表达，这些促炎细胞因子以自分泌方式进一步激活NF-κB信号级联放大炎症反应。在脓毒症诱导的ALI小鼠模型中，布托啡诺通过促进M2巨噬细胞极化和通过NF-κB通路抑制M1巨噬细胞极化，显著降低了脓毒症引起的肺组织损伤和死亡率[1]。M1巨噬细胞极化产生促炎因子，如活性氧物质和活性氮中间产物，以及肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白细胞介素（interleukin，IL）-6。M2巨噬细胞极化并产生抗炎细胞因子和其他物质，如IL-10、Mrc1（CD206）和精氨酸酶-1（Arg-1），这些物质参与伤口愈合和组织修复[2]。研究[3]发现，细胞外线粒体DNA可通过TLR9-p38有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）-NF-κB途径诱导NLRP3炎症小体的启动和激活，从而导致肺部炎症和损伤。其下游激活的半胱天冬氨酸蛋白酶1（caspase-1）诱导IL-1β的分泌和成熟，从而促进细胞凋亡和炎症反应，加重ALI。从脂多糖诱导的小鼠ALI模型中发现，柴胡皂苷A以剂量依赖性显著抑制脂多糖诱导NF-κB活化和NLRP3表达，降低肺泡灌洗液中TNF-α和IL-1β表达以及髓过氧化物酶活性，减少肺组织中性粒细胞浸润，从而减轻ALI[4]。双氢青蒿素作为青蒿素的主要活性代谢物，通过上调下游核因子E2相关因子2（Nrf2）、超氧化物歧化酶（SOD）和血红素氧合酶1（HO-1）的表达，负性调节脂多糖诱导ALI的NF-κB信号激活[5]。氧化应激是ALI的关键致病机制之一。当细胞对活性氧敏感时，Nrf2从复合体中释放并移位到细胞核，促进抗氧化剂HO-1和SOD表达，在ALI的保护作用中发挥重要作用。随着技术的发展，中药在疾病机制的研究中越发广泛，大承气汤、儿茶和黄芩复合提取物及衢州枳壳提取物等均可通过抑制NF-κB和MAPK信号通路发挥抗炎及抗氧化应激作用，减轻ALI[6–8]。因此，抑制NF-κB通路诱导的炎症因子风暴可能是治疗靶点。
2 磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶信号通路
磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）由调节亚基p85和催化亚基p110构成二聚体。PI3K可磷酸化改变蛋白激酶B（Akt），然后调节下游底物如半胱天冬氨酸蛋白酶9（caspase-9）、凋亡相关蛋白活性等，从而调控细胞的增殖、分化、凋亡以及迁移等表型。
PI3K/Akt信号通路参与ALI病理全过程。其中Akt的Ser473位点被磷酸化后通常介导炎症反应[9]。当ALI诱导的肺泡和内皮屏障功能出现缺陷时，富含蛋白质的液体和炎症介质由血管进入肺泡腔，导致炎症细胞浸润及肺上皮细胞凋亡[10]。此外，成熟的树突状细胞通过调控高迁移率族蛋白1（HGBM1）激活PI3K/Akt/mTOR信号通路，并上调PI3K、Akt和mTOR mRNA以及相应磷酸化蛋白的表达，从而加重肺部炎症反应[11]。然而，肾缺血-再灌注肺损伤模型的研究[12]发现，A2B腺苷受体激活可明显增加Akt的磷酸化，同时使肺组织湿重/干重比值、肺泡灌洗液中蛋白及炎症因子浓度明显降低，减轻肺组织炎症反应，有效缓解ALI。
上皮细胞修复及再生对于ALI的治疗至关重要。ALI增殖修复期时，肺泡Ⅱ型上皮细胞（AEC Ⅱ）作为肺泡上皮的祖细胞增殖，在裸露的基底层上扩散并转化为AEC Ⅰ型细胞[13]。保护素DX通过调控PI3K/Akt信号通路刺激AEC Ⅱ增殖并修复上皮屏障，减轻脂多糖诱导的肺损伤[14]。炎症早期下调细胞凋亡可能是治疗ALI的有效策略。ALI未得到有效治疗时可进展为肺纤维化。经脂多糖处理的人肺成纤维细胞MRC-5通过激活PI3K/Akt/mTOR通路，促进细胞增殖和胶原蛋白合成[15]。然而，许多研究[16-17]发现，激活PI3K/Akt信号通路可发挥抗氧化应激及抗凋亡作用。由于实验方案的差异性，激活或抑制PI3K/Akt通路对ALI的转归存在较大争议，如何平衡炎症反应、细胞凋亡及抗氧化应激等方面仍需要进一步研究。
3 有丝分裂原激活蛋白激酶信号通路
MAPK是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族的成员，与细胞增殖、生长、凋亡等有关。其中细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）信号通路调控细胞生长和分化，Jun N末端激酶（JNK）和p38信号转导通路在炎症与细胞凋亡等应激反应中发挥重要作用。脂多糖诱导大鼠发生ALI时，p-JNK蛋白表达水平显著增加，通过氧化应激和内质网应激介导肺细胞凋亡[18]。研究[19]表明，过量的氧化应激与持续的内质网应激共同决定细胞凋亡。董超等[20]的研究发现，非诺贝特能够抑制A549细胞活性氧升高及JNK的磷酸化，同时伴随促凋亡蛋白Bax显著减少和抗凋亡蛋白Bcl-2表达显著增多，继而减少脂多糖诱导的细胞凋亡。同样，Hui等[21]发现，脂多糖诱导的ALI小鼠模型，肺血管内皮细胞中双特异性磷酸酶12（DUSP12）水平降低。DUSP12敲除时小鼠的肺部炎症和损伤加重。此外，DUSP12直接与凋亡信号调节激酶1（ASK1）结合，抑制JNK通路，减轻脂多糖造成的肺损伤。中性粒细胞胞外陷阱（NETs）是由中性粒细胞DNA组成的网状染色质纤维，其嵌入组蛋白、髓过氧化物酶和中性粒细胞弹性蛋白酶，以结合和消除病原体。脂多糖是NETs形成的重要刺激物，过量的NETs产生大量的活性氧可导致ALI[22]。FK866可通过部分抑制JNK通路减少中性粒细胞活性氧产生[23]。另外，热毒宁通过抑制ERK1/2的磷酸化及NETs的形成，改善ALI[24]。在ALI小鼠模型中，钙网蛋白/p38 MAPK诱导M1亚型巨噬细胞发挥促炎作用[25]。然而，下调Toll样受体4的表达，抑制ERK1/2和p38 MAPK的激活，可以抑制脂多糖诱导ALI的炎症反应[26]。这表明脓毒症可能通过诱导肺组织中ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化诱导ALI。ERK1/2和/或p38 MAPK的特定抑制剂可能部分阻断MAPK信号传导，提高血清抗炎因子水平，降低血清促炎因子水平。
4 腺苷酸活化蛋白激酶信号通路
腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是一种调节细胞能量状态的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。在缺血、缺氧等条件下，AMPK通过上游激酶的多重磷酸化而激活，并作用于下游靶蛋白和信号转导途径，以调节分解代谢过程。NLRP3炎性小体在细菌引起的肺损伤期间高度表达[27]。有研究[28]显示，脂多糖通过TLR4激活NF-κB，然后启动NLRP3表达。达格列净通过激活AMPK而抑制NF-κB及NLRP3活性从而发挥抗炎、抗氧化作用[29]，而二甲双胍可能通过AMPK信号通路抑制ALI诱导NLRC4炎症小体的转录激活[30]。Nrf2是AMPK下游抗氧化应激作用非常重要的转录因子，AMPK介导的Nrf2及下游效应因子HO-1激活而减少活性氧的生成。半乳糖凝集素-1通过AMPK-Nrf2途径改善脂多糖诱导的小鼠ALI[31-32]。
肺血管内皮屏障可以防止白细胞、蛋白质和液体的渗出，在ALI中起至关重要的作用。黏附连接主要由血管内皮钙黏蛋白的细胞外段组成，是影响内皮屏障的关键因素。ALI中激活多形核细胞和巨噬细胞产生活性氧的积累可以通过磷酸化人血管内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）破坏黏附连接，导致肺血管通透性增加[33]。研究[34]发现，Apelin-13激活AMPK调节线粒体生物发生和自噬，产生新的线粒体并降解受损的线粒体，导致线粒体能量和功能上调并改善脂多糖引起的内皮细胞黏附连接损伤。肺泡微血管屏障主要由上皮细胞、内皮细胞和紧密连接组成。受损的屏障失去完整性和清除肺泡液体的能力，从而导致肺水肿。正常情况下，肺泡上皮屏障比内皮屏障密度更大，其能有效防止液体进入肺泡腔并且更耐感染和创伤。因此，稳定的肺上皮屏障可能是ALI潜在的治疗途径。SIRT1是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖性组蛋白脱乙酰酶，具有抗炎和抗凋亡作用。AMPK具有SIRT1依赖的抗炎活性，激活SIRT1可通过降低紧密连接通透性减轻肺水肿[35]。研究[36]证实，鸢尾苷通过抑制炎症和凋亡改善脂多糖诱导的肺泡屏障损伤，这种保护作用可能是通过激活AMPK/SIRT1途径介导（图1）。
图1
急性肺损伤发病机制相关信号通路途径
LPS：脂多糖；VEGFR-2：血管内皮细胞生长因子受体2；Akt：蛋白激酶B；ERK1/2：细胞外信号调节激酶1/2；JNK：Jun N末端激酶；STAT：信号传导及转录激活蛋白；ROCK：Rho激酶；Nrf2: 核红细胞2相关因子2；mTOR：雷帕霉素靶蛋白；NETs：中性粒细胞胞外陷阱；NLRP3：NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3；eNOS：内皮型一氧化氮合酶；HO-1：血红素氧合酶 1；HIF-1α：缺氧诱导因子-1α；ERs：内质网应激；OS：氧化应激；Casp1：半胱天冬氨酸蛋白酶1；ROS：活性氧；IL：白细胞介素；endothelial cell：内皮细胞；apoptosis：凋亡
5 血管内皮生长因子信号通路
血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factors，VEGF）属于血小板源性生长因子超基因家族，在血管和淋巴管生成的调控中起着核心作用。血管生成的主要因子VEGF-A与内皮细胞两种酪氨酸激酶受体VEGFR-1和VEGFR-2结合，调节内皮细胞增殖、迁移、血管通透性、分泌等功能。VEGFR-2对促血管生成信号表现出强烈的酪氨酸激酶活性，控制许多组织中血管的形成[37]。近年来，越来越多的研究表明VEGF参与ALI的病理过程。严重脓毒症时血浆VEGF及其受体的水平明显增加，且VEGF与严重程度和死亡率相关，主要通过一氧化氮信号通路介导。在油酸诱导脂肪栓塞ALI大鼠模型中，肺部VEGF表达和磷酸化的MAPK显著增加，鼠的肺湿/干重比值及血浆中炎性细胞因子（如IL-1β）水平均明显升高。VEGFR-2阻断剂SU1498通过抑制MAPK磷酸化、IL-1β释放和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）过度生成，显著减轻脂肪栓塞性肺损伤[38]。可溶性VEGFR-1（sFlt-1）作为内源性VEGF抑制剂，可以维持ARDS小鼠模型中呼吸膜的正常结构和功能[39]。然而，全身应用sFlt-1可能会降低血管通透性，并影响肝脏和肾脏等器官的功能，临床表现为无尿、不适甚至死亡[40-41]。Zhang等[42]的研究通过sFlt-1靶向微泡注射到血液循环中，然后用超声波照射肺部，使载药微泡破裂，帮助药物释放到靶肺组织，显著降低肺损伤评分及肺湿/干重比，并降低7 d死亡率。
VEGF既是一种生长因子，又是一种通透性因子，有关VEGF促进肺组织修复或是加剧肺水肿的问题仍然存在较大争议。Li等[43]的实验发现，在体内ALI模型及体外巨噬细胞中mTOR磷酸化显著增加，伴HIF-1α和VEGF上调，而抑制mTOR/HIF-1α/VEGF通路的激活可改善ALI的炎症反应。然而，Fan等[44]在脑缺血-再灌注大鼠模型中发现，HIF-1α上调VEGF表达并促进血管生成，修复肺泡上皮-内皮屏障，减少炎性细胞因子渗出，改善肺组织缺血状态。关于研究结论的矛盾，部分原因考虑是研究设计中的方法存在差异，很难从不同ALI动物模型研究中得出一般性结论。此外，也有VEGF/VEGFR-2参与肺纤维化病理过程的报道[45]。
6 Janus激酶/信号传导及转录激活蛋白信号通路
Janus激酶（JAK）/信号传导及转录激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路是一种保守的信号途径，受多种细胞因子、干扰素、激素和生长因子的调节。JAK/STAT信号通路参与许多炎症和自身免疫性疾病的发病机制。脓毒症小鼠ALI模型中，JAK/STAT通路激活，造成肺湿/干重比、肺部炎症及细胞凋亡增加，加重脂多糖诱导的肺组织破坏[46]。七氟烷通过下调STAT1，减少炎症细胞因子的表达，抑制细胞凋亡和氧化应激，并诱导ALI大鼠肺组织的细胞活力，减轻肺部病理损伤[47]。目前JAK和/或STAT抑制剂治疗ALI的研究鲜有报道，因此，JAK/STAT信号通路的抑制剂为治疗ALI提供了一种新思路（表1）。
表1
急性肺损伤发病机制相关信号通路及治疗药物
7 RhoA/Rho激酶信号通路
Rho激酶（ROCK）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，已被证实为小GTP结合蛋白RhoA的第一个下游靶点。RhoA/ROCK通过控制细胞收缩和激动蛋白-细胞骨架组装来调节细胞增殖、迁移和黏附等功能。RhoA通路的激活，可以增加脂多糖刺激肺血管内皮细胞的通透性、应力纤维形成、肌动蛋白收缩和细胞旁间隙的形成来破坏ALI小鼠的肺屏障功能[48]。抑制RhoA/ROCK通路的激活，明显降低肺血管通透性[49]。内皮细胞的紧密连接对平衡肺通透性的正常屏障形成具有关键作用。RhoA基因敲除不仅抑制应力纤维的组装和收缩性，还防止内皮细胞中凝血酶诱导的黏附分子和紧密连接的解体。此外，ROCK是脂多糖暴露期间磷酸化内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的主要激酶，阻断eNOS活性可以降低NF-κB炎症信号传导[50]。法舒地尔（ROCK抑制剂）预处理可减轻肺损伤，减少炎性细胞因子、下调肺eNOS表达，减少中性粒细胞向肺组织浸润[51]。
8 Wnt/β-catenin信号通路
Wnt是一种高度进化保守的分泌型糖蛋白家族，Wnt/β-catenin作为经典信号通路调控细胞增殖、分化和迁移等过程。β-catenin在脂多糖诱导ALI细胞和动物模型中的生物学功能存在异议。熊杰等[52]发现，脓毒症大鼠组肺组织中β-catenin mRNA基因及效应蛋白表达上升，且大鼠肺内结构严重破坏及肺间质中大量炎症细胞浸润，而XAV939组通过抑制Wnt/β-catenin信号通路可改善脓毒症引起的肺损伤。而其他研究持相反意见，Lin等[53]的研究发现，β-catenin的表达在脂多糖处理后下降，在与骨髓间充质干细胞（BMSCs）共培养后上升，而BMSCs又表现出对血管内皮细胞的治疗作用。此外，Wnt/β-catenin信号通路可以促进干细胞迁移和定植到ALI大鼠肺组织，对干细胞移植到复杂的体内环境起到积极的保护作用，减少影响干细胞存活的不利因素[54]。
9 小结与展望
综上所述，ALI涉及发病机制信号通路多样且彼此之间联系复杂。NF-κB、PI3K/Akt、MAPK、AMPK、VEGF、JAK/STAT信号通路均与ALI炎症反应有关；PI3K/Akt信号通路参与ALI病理全过程；VEGF及RhoA/ROCK信号通路主要调节肺泡-血管内皮屏障功能；PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路的激活或抑制对ALI的转归存在较大争议。部分信号通路通过协同作用加重ALI，但大部分信号通路之间的相互作用机制尚未完全阐明。
为了达到改善ALI炎症及低氧血症、提高患者生存率的目的，有必要对各通路之间的相互联系进一步研究。新技术的开发，如CRISPR/Cas、单细胞测序、空间转录组学等已在基础研究中普及，使医学研究进入新的时代，这有助于对这些信号通路之间的相互联系进一步研究，并且针对信号通路上的关键靶点开发特异性药物，更加精准地对ALI进行治疗。此外，关于信号通路靶向药物输送，解决基因编辑干细胞肺部定植转化效率低，植入基因不稳定和致瘤性，避免肝、肾、胃、肠等组织毒副作用以及提高干细胞移植成功率，是未来研究的热点。
利益冲突：无。
作者贡献：杨思豪负责收集、整理文献，文章撰写与修改；聂洪鑫负责收集文献与审阅文章；孟辉负责审阅与修改文章。
由多种肺内和肺外因素导致氧合指数≤300 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）、引起低氧血症性呼吸功能不全的急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是由欧美联席会议于1994年首次提出，其严重者进展为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），甚至威胁患者生命。肺内主要因素有严重肺部感染、胃内容物误吸、肺挫伤、有毒气体吸入、淹溺及氧中毒；肺外因素有严重感染、严重非肺部创伤、急性重症胰腺炎、大量输血、体外循环、弥漫性血管内凝血等。ALI的病理生理变化主要表现为肺泡上皮细胞及微血管内皮细胞受损，造成肺泡-血管屏障通透性增加而引起非心源性肺水肿；肺泡水肿及塌陷造成严重通气/血流比例失调，从而产生严重低氧血症；肺血管痉挛和肺微小血栓形成导致肺动脉高压；急性渗出期、肺组织修复重塑期和慢性期的病理过程。如今，有关诸如炎症反应介导、凝血和纤溶系统紊乱、氧化和抗氧化失衡、细胞凋亡、水通道蛋白受损等ALI的发病机制已基本明确，但随着更多ALI的发病机制相关信号通路被发现，有关ALI信号通路及其相关靶向药物还有待进一步探索研究。本文就ALI发病机制的信号通路及其药物干预的研究进展进行综述。
1 核转录因子κB信号通路
核转录因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是B淋巴细胞中的一种二聚体转录因子，常见激活形式是p65/p50。NF-κB参与炎症反应、细胞增殖、细胞分化和凋亡防御等过程。当机体受到外部刺激时，NF-κB诱导几种炎症前细胞因子基因的表达，这些促炎细胞因子以自分泌方式进一步激活NF-κB信号级联放大炎症反应。在脓毒症诱导的ALI小鼠模型中，布托啡诺通过促进M2巨噬细胞极化和通过NF-κB通路抑制M1巨噬细胞极化，显著降低了脓毒症引起的肺组织损伤和死亡率[1]。M1巨噬细胞极化产生促炎因子，如活性氧物质和活性氮中间产物，以及肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白细胞介素（interleukin，IL）-6。M2巨噬细胞极化并产生抗炎细胞因子和其他物质，如IL-10、Mrc1（CD206）和精氨酸酶-1（Arg-1），这些物质参与伤口愈合和组织修复[2]。研究[3]发现，细胞外线粒体DNA可通过TLR9-p38有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）-NF-κB途径诱导NLRP3炎症小体的启动和激活，从而导致肺部炎症和损伤。其下游激活的半胱天冬氨酸蛋白酶1（caspase-1）诱导IL-1β的分泌和成熟，从而促进细胞凋亡和炎症反应，加重ALI。从脂多糖诱导的小鼠ALI模型中发现，柴胡皂苷A以剂量依赖性显著抑制脂多糖诱导NF-κB活化和NLRP3表达，降低肺泡灌洗液中TNF-α和IL-1β表达以及髓过氧化物酶活性，减少肺组织中性粒细胞浸润，从而减轻ALI[4]。双氢青蒿素作为青蒿素的主要活性代谢物，通过上调下游核因子E2相关因子2（Nrf2）、超氧化物歧化酶（SOD）和血红素氧合酶1（HO-1）的表达，负性调节脂多糖诱导ALI的NF-κB信号激活[5]。氧化应激是ALI的关键致病机制之一。当细胞对活性氧敏感时，Nrf2从复合体中释放并移位到细胞核，促进抗氧化剂HO-1和SOD表达，在ALI的保护作用中发挥重要作用。随着技术的发展，中药在疾病机制的研究中越发广泛，大承气汤、儿茶和黄芩复合提取物及衢州枳壳提取物等均可通过抑制NF-κB和MAPK信号通路发挥抗炎及抗氧化应激作用，减轻ALI[6–8]。因此，抑制NF-κB通路诱导的炎症因子风暴可能是治疗靶点。
2 磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶信号通路
磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）由调节亚基p85和催化亚基p110构成二聚体。PI3K可磷酸化改变蛋白激酶B（Akt），然后调节下游底物如半胱天冬氨酸蛋白酶9（caspase-9）、凋亡相关蛋白活性等，从而调控细胞的增殖、分化、凋亡以及迁移等表型。
PI3K/Akt信号通路参与ALI病理全过程。其中Akt的Ser473位点被磷酸化后通常介导炎症反应[9]。当ALI诱导的肺泡和内皮屏障功能出现缺陷时，富含蛋白质的液体和炎症介质由血管进入肺泡腔，导致炎症细胞浸润及肺上皮细胞凋亡[10]。此外，成熟的树突状细胞通过调控高迁移率族蛋白1（HGBM1）激活PI3K/Akt/mTOR信号通路，并上调PI3K、Akt和mTOR mRNA以及相应磷酸化蛋白的表达，从而加重肺部炎症反应[11]。然而，肾缺血-再灌注肺损伤模型的研究[12]发现，A2B腺苷受体激活可明显增加Akt的磷酸化，同时使肺组织湿重/干重比值、肺泡灌洗液中蛋白及炎症因子浓度明显降低，减轻肺组织炎症反应，有效缓解ALI。
上皮细胞修复及再生对于ALI的治疗至关重要。ALI增殖修复期时，肺泡Ⅱ型上皮细胞（AEC Ⅱ）作为肺泡上皮的祖细胞增殖，在裸露的基底层上扩散并转化为AEC Ⅰ型细胞[13]。保护素DX通过调控PI3K/Akt信号通路刺激AEC Ⅱ增殖并修复上皮屏障，减轻脂多糖诱导的肺损伤[14]。炎症早期下调细胞凋亡可能是治疗ALI的有效策略。ALI未得到有效治疗时可进展为肺纤维化。经脂多糖处理的人肺成纤维细胞MRC-5通过激活PI3K/Akt/mTOR通路，促进细胞增殖和胶原蛋白合成[15]。然而，许多研究[16-17]发现，激活PI3K/Akt信号通路可发挥抗氧化应激及抗凋亡作用。由于实验方案的差异性，激活或抑制PI3K/Akt通路对ALI的转归存在较大争议，如何平衡炎症反应、细胞凋亡及抗氧化应激等方面仍需要进一步研究。
3 有丝分裂原激活蛋白激酶信号通路
MAPK是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族的成员，与细胞增殖、生长、凋亡等有关。其中细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）信号通路调控细胞生长和分化，Jun N末端激酶（JNK）和p38信号转导通路在炎症与细胞凋亡等应激反应中发挥重要作用。脂多糖诱导大鼠发生ALI时，p-JNK蛋白表达水平显著增加，通过氧化应激和内质网应激介导肺细胞凋亡[18]。研究[19]表明，过量的氧化应激与持续的内质网应激共同决定细胞凋亡。董超等[20]的研究发现，非诺贝特能够抑制A549细胞活性氧升高及JNK的磷酸化，同时伴随促凋亡蛋白Bax显著减少和抗凋亡蛋白Bcl-2表达显著增多，继而减少脂多糖诱导的细胞凋亡。同样，Hui等[21]发现，脂多糖诱导的ALI小鼠模型，肺血管内皮细胞中双特异性磷酸酶12（DUSP12）水平降低。DUSP12敲除时小鼠的肺部炎症和损伤加重。此外，DUSP12直接与凋亡信号调节激酶1（ASK1）结合，抑制JNK通路，减轻脂多糖造成的肺损伤。中性粒细胞胞外陷阱（NETs）是由中性粒细胞DNA组成的网状染色质纤维，其嵌入组蛋白、髓过氧化物酶和中性粒细胞弹性蛋白酶，以结合和消除病原体。脂多糖是NETs形成的重要刺激物，过量的NETs产生大量的活性氧可导致ALI[22]。FK866可通过部分抑制JNK通路减少中性粒细胞活性氧产生[23]。另外，热毒宁通过抑制ERK1/2的磷酸化及NETs的形成，改善ALI[24]。在ALI小鼠模型中，钙网蛋白/p38 MAPK诱导M1亚型巨噬细胞发挥促炎作用[25]。然而，下调Toll样受体4的表达，抑制ERK1/2和p38 MAPK的激活，可以抑制脂多糖诱导ALI的炎症反应[26]。这表明脓毒症可能通过诱导肺组织中ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化诱导ALI。ERK1/2和/或p38 MAPK的特定抑制剂可能部分阻断MAPK信号传导，提高血清抗炎因子水平，降低血清促炎因子水平。
4 腺苷酸活化蛋白激酶信号通路
腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是一种调节细胞能量状态的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。在缺血、缺氧等条件下，AMPK通过上游激酶的多重磷酸化而激活，并作用于下游靶蛋白和信号转导途径，以调节分解代谢过程。NLRP3炎性小体在细菌引起的肺损伤期间高度表达[27]。有研究[28]显示，脂多糖通过TLR4激活NF-κB，然后启动NLRP3表达。达格列净通过激活AMPK而抑制NF-κB及NLRP3活性从而发挥抗炎、抗氧化作用[29]，而二甲双胍可能通过AMPK信号通路抑制ALI诱导NLRC4炎症小体的转录激活[30]。Nrf2是AMPK下游抗氧化应激作用非常重要的转录因子，AMPK介导的Nrf2及下游效应因子HO-1激活而减少活性氧的生成。半乳糖凝集素-1通过AMPK-Nrf2途径改善脂多糖诱导的小鼠ALI[31-32]。
肺血管内皮屏障可以防止白细胞、蛋白质和液体的渗出，在ALI中起至关重要的作用。黏附连接主要由血管内皮钙黏蛋白的细胞外段组成，是影响内皮屏障的关键因素。ALI中激活多形核细胞和巨噬细胞产生活性氧的积累可以通过磷酸化人血管内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）破坏黏附连接，导致肺血管通透性增加[33]。研究[34]发现，Apelin-13激活AMPK调节线粒体生物发生和自噬，产生新的线粒体并降解受损的线粒体，导致线粒体能量和功能上调并改善脂多糖引起的内皮细胞黏附连接损伤。肺泡微血管屏障主要由上皮细胞、内皮细胞和紧密连接组成。受损的屏障失去完整性和清除肺泡液体的能力，从而导致肺水肿。正常情况下，肺泡上皮屏障比内皮屏障密度更大，其能有效防止液体进入肺泡腔并且更耐感染和创伤。因此，稳定的肺上皮屏障可能是ALI潜在的治疗途径。SIRT1是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖性组蛋白脱乙酰酶，具有抗炎和抗凋亡作用。AMPK具有SIRT1依赖的抗炎活性，激活SIRT1可通过降低紧密连接通透性减轻肺水肿[35]。研究[36]证实，鸢尾苷通过抑制炎症和凋亡改善脂多糖诱导的肺泡屏障损伤，这种保护作用可能是通过激活AMPK/SIRT1途径介导（图1）。
图1
急性肺损伤发病机制相关信号通路途径
LPS：脂多糖；VEGFR-2：血管内皮细胞生长因子受体2；Akt：蛋白激酶B；ERK1/2：细胞外信号调节激酶1/2；JNK：Jun N末端激酶；STAT：信号传导及转录激活蛋白；ROCK：Rho激酶；Nrf2: 核红细胞2相关因子2；mTOR：雷帕霉素靶蛋白；NETs：中性粒细胞胞外陷阱；NLRP3：NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3；eNOS：内皮型一氧化氮合酶；HO-1：血红素氧合酶 1；HIF-1α：缺氧诱导因子-1α；ERs：内质网应激；OS：氧化应激；Casp1：半胱天冬氨酸蛋白酶1；ROS：活性氧；IL：白细胞介素；endothelial cell：内皮细胞；apoptosis：凋亡
5 血管内皮生长因子信号通路
血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factors，VEGF）属于血小板源性生长因子超基因家族，在血管和淋巴管生成的调控中起着核心作用。血管生成的主要因子VEGF-A与内皮细胞两种酪氨酸激酶受体VEGFR-1和VEGFR-2结合，调节内皮细胞增殖、迁移、血管通透性、分泌等功能。VEGFR-2对促血管生成信号表现出强烈的酪氨酸激酶活性，控制许多组织中血管的形成[37]。近年来，越来越多的研究表明VEGF参与ALI的病理过程。严重脓毒症时血浆VEGF及其受体的水平明显增加，且VEGF与严重程度和死亡率相关，主要通过一氧化氮信号通路介导。在油酸诱导脂肪栓塞ALI大鼠模型中，肺部VEGF表达和磷酸化的MAPK显著增加，鼠的肺湿/干重比值及血浆中炎性细胞因子（如IL-1β）水平均明显升高。VEGFR-2阻断剂SU1498通过抑制MAPK磷酸化、IL-1β释放和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）过度生成，显著减轻脂肪栓塞性肺损伤[38]。可溶性VEGFR-1（sFlt-1）作为内源性VEGF抑制剂，可以维持ARDS小鼠模型中呼吸膜的正常结构和功能[39]。然而，全身应用sFlt-1可能会降低血管通透性，并影响肝脏和肾脏等器官的功能，临床表现为无尿、不适甚至死亡[40-41]。Zhang等[42]的研究通过sFlt-1靶向微泡注射到血液循环中，然后用超声波照射肺部，使载药微泡破裂，帮助药物释放到靶肺组织，显著降低肺损伤评分及肺湿/干重比，并降低7 d死亡率。
VEGF既是一种生长因子，又是一种通透性因子，有关VEGF促进肺组织修复或是加剧肺水肿的问题仍然存在较大争议。Li等[43]的实验发现，在体内ALI模型及体外巨噬细胞中mTOR磷酸化显著增加，伴HIF-1α和VEGF上调，而抑制mTOR/HIF-1α/VEGF通路的激活可改善ALI的炎症反应。然而，Fan等[44]在脑缺血-再灌注大鼠模型中发现，HIF-1α上调VEGF表达并促进血管生成，修复肺泡上皮-内皮屏障，减少炎性细胞因子渗出，改善肺组织缺血状态。关于研究结论的矛盾，部分原因考虑是研究设计中的方法存在差异，很难从不同ALI动物模型研究中得出一般性结论。此外，也有VEGF/VEGFR-2参与肺纤维化病理过程的报道[45]。
6 Janus激酶/信号传导及转录激活蛋白信号通路
Janus激酶（JAK）/信号传导及转录激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路是一种保守的信号途径，受多种细胞因子、干扰素、激素和生长因子的调节。JAK/STAT信号通路参与许多炎症和自身免疫性疾病的发病机制。脓毒症小鼠ALI模型中，JAK/STAT通路激活，造成肺湿/干重比、肺部炎症及细胞凋亡增加，加重脂多糖诱导的肺组织破坏[46]。七氟烷通过下调STAT1，减少炎症细胞因子的表达，抑制细胞凋亡和氧化应激，并诱导ALI大鼠肺组织的细胞活力，减轻肺部病理损伤[47]。目前JAK和/或STAT抑制剂治疗ALI的研究鲜有报道，因此，JAK/STAT信号通路的抑制剂为治疗ALI提供了一种新思路（表1）。
表1
急性肺损伤发病机制相关信号通路及治疗药物
7 RhoA/Rho激酶信号通路
Rho激酶（ROCK）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，已被证实为小GTP结合蛋白RhoA的第一个下游靶点。RhoA/ROCK通过控制细胞收缩和激动蛋白-细胞骨架组装来调节细胞增殖、迁移和黏附等功能。RhoA通路的激活，可以增加脂多糖刺激肺血管内皮细胞的通透性、应力纤维形成、肌动蛋白收缩和细胞旁间隙的形成来破坏ALI小鼠的肺屏障功能[48]。抑制RhoA/ROCK通路的激活，明显降低肺血管通透性[49]。内皮细胞的紧密连接对平衡肺通透性的正常屏障形成具有关键作用。RhoA基因敲除不仅抑制应力纤维的组装和收缩性，还防止内皮细胞中凝血酶诱导的黏附分子和紧密连接的解体。此外，ROCK是脂多糖暴露期间磷酸化内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的主要激酶，阻断eNOS活性可以降低NF-κB炎症信号传导[50]。法舒地尔（ROCK抑制剂）预处理可减轻肺损伤，减少炎性细胞因子、下调肺eNOS表达，减少中性粒细胞向肺组织浸润[51]。
8 Wnt/β-catenin信号通路
Wnt是一种高度进化保守的分泌型糖蛋白家族，Wnt/β-catenin作为经典信号通路调控细胞增殖、分化和迁移等过程。β-catenin在脂多糖诱导ALI细胞和动物模型中的生物学功能存在异议。熊杰等[52]发现，脓毒症大鼠组肺组织中β-catenin mRNA基因及效应蛋白表达上升，且大鼠肺内结构严重破坏及肺间质中大量炎症细胞浸润，而XAV939组通过抑制Wnt/β-catenin信号通路可改善脓毒症引起的肺损伤。而其他研究持相反意见，Lin等[53]的研究发现，β-catenin的表达在脂多糖处理后下降，在与骨髓间充质干细胞（BMSCs）共培养后上升，而BMSCs又表现出对血管内皮细胞的治疗作用。此外，Wnt/β-catenin信号通路可以促进干细胞迁移和定植到ALI大鼠肺组织，对干细胞移植到复杂的体内环境起到积极的保护作用，减少影响干细胞存活的不利因素[54]。
9 小结与展望
综上所述，ALI涉及发病机制信号通路多样且彼此之间联系复杂。NF-κB、PI3K/Akt、MAPK、AMPK、VEGF、JAK/STAT信号通路均与ALI炎症反应有关；PI3K/Akt信号通路参与ALI病理全过程；VEGF及RhoA/ROCK信号通路主要调节肺泡-血管内皮屏障功能；PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路的激活或抑制对ALI的转归存在较大争议。部分信号通路通过协同作用加重ALI，但大部分信号通路之间的相互作用机制尚未完全阐明。
为了达到改善ALI炎症及低氧血症、提高患者生存率的目的，有必要对各通路之间的相互联系进一步研究。新技术的开发，如CRISPR/Cas、单细胞测序、空间转录组学等已在基础研究中普及，使医学研究进入新的时代，这有助于对这些信号通路之间的相互联系进一步研究，并且针对信号通路上的关键靶点开发特异性药物，更加精准地对ALI进行治疗。此外，关于信号通路靶向药物输送，解决基因编辑干细胞肺部定植转化效率低，植入基因不稳定和致瘤性，避免肝、肾、胃、肠等组织毒副作用以及提高干细胞移植成功率，是未来研究的热点。
利益冲突：无。
作者贡献：杨思豪负责收集、整理文献，文章撰写与修改；聂洪鑫负责收集文献与审阅文章；孟辉负责审阅与修改文章。
