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An Overview of Inflammation

我們常聽到發炎反應這四個字，究竟什麼是發炎呢？所謂的發炎是指我們的免疫系統對外來入侵者所產生的回應現象，這些不速之客有可能是某些物質、刺激物、組織、骨頭或神經損害，當然也包含了被微生物所侵害而引起的感染。通常局部發炎反應的症狀包含了紅、腫、痛、癢、發熱，甚至是受感染區域會失去行動力。而在廣泛一點的發炎現象則包含了發燒（fever）、畏寒（chills）、疲倦（fatigue）、頭痛（headache）或失去食慾（appetite）。當然，當免疫系統失效而產生抗體來攻擊自己時，在病理學上的結果也會以免疫反應為其表徵。(1)
 

 
對於許多疾病來說，發炎反應是極為重要的因子（例如心血管疾病、呼吸道或退化）。其實，依照不同刺激物所產生的發炎反應在生化行為上所產生的現象是相當複雜的。比方說，假設有某一種致病細菌產生了某一種可以活化細胞表面受體的物質，這個物質便會使細胞啟動並製造出生化物質（比如說某一種分子訊號）進而產生一連串的反應，在細胞內這類的物質已被確認是稱為發炎前驅物細胞激素的蛋白質，例如腫瘤壞死因子 α（TNF-α，tumor necrosis factor-α）以及介白素-1（interleukin-1）便是這類的蛋白質。這些物質會觸發細胞合成並釋放出其他小分子的媒介物質，比如說前列腺素（prostaglandins，PGs），組織胺（histamine），bradykinin（一種由九個氨基酸所組成的蛋白質，結構為：Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg）以及白三烯素（leukotrienes）等等。最後甚至基因表現也會被影響。(2)

前列腺素，通常存在的濃度都非常的低，它的生命期也相當短暫，但它卻是一個相當強力的調控者，它是由花生四烯酸（arachidonic acid，簡稱 AA）在環氧化酶（cyclooxygenase）內經由環化內過氧化反應（cyclic endoperoxides）所生成。而生合成前列腺素是藉由酵素性的切除膜脂使其生成自由態的花生四烯酸並緊緊的被調控著。類固醇類抗發炎藥物中的 cortisol 便可以抑制掉花生四烯酸從細胞膜上被釋放出來。



圖2. 發炎物質的產生流程


組織胺的釋放會引起局部血管放鬆並且增加血管的通透性（permeability）。它同時也會刺激前列腺素以及 bradykinin 的生成，並且擴大其他的影響。最後的結果便是增加流到受傷組織的血液流量，並造成紅、腫、痛等發炎時的特徵。



圖3. 組織受傷到發炎反應之概圖


如果將前列腺素與 bradykinin 合併在一起時，則會產生疼痛的感覺。在神經末梢處，只要極少量的前列腺素便可發生影響，它的靈敏度比 bradykinin 還要來得高，因此放大了疼痛的訊號。這樣的訊號傳遞過程也包含在離子靈敏型神經細胞當中，初始離子濃度的改變，它會將這些資訊傳導到我們的大腦中。



圖4. 疼痛發生的一連串過程概圖


這些免疫物質會吸引白血球由血管往發炎的部位集中，然後在消滅致病原的同時也伴隨著破壞及更多的發炎現象。在健康的個體中，免疫與發炎反應會藉著分子序列的調控 ─ 有效率的減低促發炎反應（proinflammatory）過程的發生 ─ 來自我校正。不過在某些疾病中，比方說類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis）及骨關節炎（osteoarthritis）或老化過程，這種降低的調節（downregulation）卻會造成功能喪失（dysfunctional）的狀況出現。目前用來治療類風濕性關節炎的一種重要方法就是利用單株抗體（monoclonal antibody）藥物來處理，比如說 Enbrel^TM（Amgen and Wyeth）。它可以抵抗 TNF-α 受體蛋白，它阻止了 TNF-α 的結合，如此便能將後續所會發生的發炎連鎖反應通通被阻止掉。



圖5. Enbrel 與 TNF 的結合（圖片來源：http://www.medscape.com/content/2003/00/45/36/453677/art-dn453677.fig1.gif）


另外一種巨分子在發炎過程當中也扮演著重要的角色，比如說 NF-κB（Nuclear factor-kappa B）便是其一，當它在在細胞內被製造與釋放出來之後，它變會轉移進入到細胞核當中，接著在細胞核裡面活化各種促發炎基因，包含 COX 在內。會造成 NF-κB 在細胞內被釋放出來的訊息傳導路徑是相當複雜的，它可藉由合成的分子來加以抑制，不過目前尚未能達到，這對健康來說也許是有害的，因為伴隨而來的免疫抑制（immunosuppressant）效果也許會導致其他的感染症狀發生。通常在發炎反應中的免疫回應也與 NF-κB 有關。



參考文獻：
1. Inflammation: Basic Principles and Clinical Correlates (Lippincott Williams & Wilkins, 1992);
2. Cytokines and Joint Injury (Birkhauser Basel, 2004)

文章出處:科學，就是醬