膿毒癥與血管內(nèi)皮細胞損傷

陳玉紅 張玉想

膿毒癥(sepsis)是當前重癥監(jiān)護病房(intensive care unit，ICU)所面臨的棘手難題，病死率高達18%～29%，而且，由膿毒癥及其相關疾病造成的死亡率仍然呈上升趨勢［1］。膿毒癥病理過程復雜，涉及大量細胞因子、炎性介質(zhì)與凝血系統(tǒng)的激活，其中血管內(nèi)皮細胞(vascular endothelial cells，VEC)損傷導致的功能改變在其發(fā)病過程中起著重要作用［2］。本文主要就VEC在膿毒癥中的作用、損傷的機制及其標志物做一綜述。

1 VEC的功能與損傷因素

1886年，His首先提出內(nèi)皮(Endothelium)這一概念以來，長時間內(nèi)人們對于VEC的認識僅限于它襯在血管內(nèi)壁，為血流提供光滑的表面;作為半透膜，起屏障作用，調(diào)節(jié)血管內(nèi)外的物質(zhì)交換。隨著研究的深入，人們逐漸認識到VEC不僅是血管的屏障，還可以通過合成和分泌調(diào)節(jié)血管平滑肌舒張和收縮的相關因子，調(diào)節(jié)血管張力和凝血活性，防止血小板黏附和血栓形成;而且，VEC可合成膜基底的膠原蛋白和蛋白多糖，維持血管內(nèi)外的物質(zhì)交換和營養(yǎng)傳遞，并通過改變VEC之間的緊密連接和橋粒連接，調(diào)節(jié)血管的通透性;此外，VEC受外界刺激時，可表達和產(chǎn)生多種免疫功能相關分子，在機體的免疫應答過程中起重要調(diào)節(jié)作用。引起VEC損傷的因素很多，早在1975年人們就認識到內(nèi)毒素、病毒、抗原-抗體復合物、血流動力學改變、血小板、激素和一氧化氮(NO)等能夠損傷血管內(nèi)皮。近年來，膿毒癥VEC功能障礙成為人們研究的熱點。

2 膿毒癥時血管內(nèi)皮損傷的機制

在膿毒癥的病理過程中，VEC是病原體及其毒素的一個主要靶器官，內(nèi)毒素等細菌成分作用于血管內(nèi)皮，引起血管性假性血友病因子(von wilebrand factor，vWF)、內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)、組織型纖溶酶原激活物(tissue-Plasminogen)等釋放增多，血管通透性增加，血管張力降低，血小板聚集增多，損傷VEC，從而進一步引起炎癥系統(tǒng)和凝血系統(tǒng)紊亂，最終導致全身炎癥反應綜合癥(SIRS)和多器官功能障礙綜合征(MODS)。

2.1 膿毒癥時VEC的激活 膿毒癥時VEC的激活主要有3條途徑:(1)細菌直接攻擊完整的VEC;(2)細菌壁的某些成分如脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)可激活VEC表面的模型識別受體;(3)來源于宿主的其他血漿成分均可激活VEC。VEC的這種適應性反應有利于清除入侵的病原微生物和壞死組織，但內(nèi)皮的過度激活可導致嚴重的損傷。膿毒癥時VEC損傷的激活物主要包括:(1)脂多糖結合蛋白(LBP):膿毒癥時，LPS誘導急性反應，血漿LBP濃度可明顯提高，與LPS形成LPSLBP復合物，再與CD14結合，形成LPS-LBP-CD14復合物，可促進LPS的毒性作用。(2)CD14分子:CD14分子是體內(nèi)介導LPS生物效應的重要受體之一。CD14在人體內(nèi)有兩種存在形式:膜結合型CD14(mCD14)和可溶性CD14(sCD14)。mCD14主要通過糖基磷脂酰基酶(Glycosylphosphatidylinositol，GPI)錨形物附著在單核-巨噬細胞、中性粒細胞以及樹突狀細胞等髓樣細胞表面;sCD14無GPI結構，主要是把LPS信號傳導給mCD14陰性細胞，如內(nèi)皮細胞、上皮細胞等，介導這些細胞對內(nèi)毒素的應答反應。Gluck等［3］報道，膿毒癥患者血漿中 sCD14水平明顯升高，mCD14水平明顯下降，且這種變化與疾病的嚴重程度及預后相關。(3)Toll樣受體(TLR):1997年Medzhitov等［4］在人類細胞表面發(fā)現(xiàn)了一種屬于Ⅰ型跨膜蛋白的受體，稱為TLR。研究發(fā)現(xiàn)已經(jīng)克隆的人TLRs家族成員至少有10個，分別命名為TLR1-10，其中，TLR2和TLR4與LPS信號傳遞關系密切，TLR2可能是LPS的低親和力受體，但可對G+菌的胞壁成分肽聚糖(PGN)、脂磷壁酸(LTA)進行模式識別，還可識別完整的G+菌，從而激活細胞內(nèi)信號傳導機制。而TLR4則可能是LPS信號傳遞的主要受體，LPS、LBP和 CD14三者相互作用，激活TLR4信號途徑，激活轉(zhuǎn)錄因子和編碼各種細胞因子的基因，釋放白介素-1(IL-1)、IL-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等多種細胞因子。

2.2 膿毒癥時與血管內(nèi)皮損傷有關的炎性介質(zhì) 膿毒癥過程中損傷VEC的炎性介質(zhì)包括:(1)LPS:是炎癥反應的啟動因子，血漿LPS與LBP相結合形成LPS-LBP復合物，與吞噬細胞等炎性細胞表面受體CD14結合，激活吞噬細胞釋放TNF-α的效應可增加1000倍。(2)TNF:由單核-巨噬細胞合成的TNF稱為TNF-α，活化的T淋巴細胞合成的稱為TNF-β。TNF-α是炎性反應過程中最早釋放的重要細胞因子，其既可參與炎性反應又可間接刺激其他炎性介質(zhì)參與炎性反應，故有“廣譜炎性介質(zhì)”之稱。單核-巨噬細胞受刺激后合成大量TNF-α，后者可與血管VEC發(fā)生黏附而損傷內(nèi)皮細胞;同時，TNF-α可激活多形核白細胞和內(nèi)皮細胞等效應細胞產(chǎn)生大量炎性介質(zhì)損傷VEC而引起毛細血管通透性增高。(3)IL:IL-1主要由單核-巨噬細胞產(chǎn)生，內(nèi)皮細胞、成纖維細胞也可產(chǎn)生?？稍鰪姸嘈魏税准毎内吇裕T導單核-巨噬細胞產(chǎn)生IL-6、IL-8等。IL-6由單核-巨噬細胞、多形核白細胞、淋巴細胞產(chǎn)生，為重要的炎性介質(zhì)，對免疫具有重要的調(diào)節(jié)作用。IL-8主要由單核-巨噬細胞產(chǎn)生，是多形核白細胞的激活和趨化因子。IL-10由T淋巴細胞、B淋巴細胞及單核-巨噬細胞產(chǎn)生，為抗炎細胞因子，可非特異地降低IL-1、TNF的產(chǎn)生及活性。IL-12由單核-巨噬細胞、B淋巴細胞產(chǎn)生，可控制細胞介導的免疫反應，促進T淋巴細胞、自然殺傷細胞的分化和增殖，并刺激這些細胞產(chǎn)生γ干擾素(IFN)增強淋巴細胞、自然殺傷細胞的細胞毒性。IL-13由激活的T淋巴細胞產(chǎn)生，為免疫反應調(diào)節(jié)物，具有抑制炎性介質(zhì)分泌的功能;IL-13直接作用于單核細胞，抑制IL-6的分泌，明顯抑制LPS處理的單核細胞及其他免疫細胞mRNA的轉(zhuǎn)錄。(4)氧自由基:是重要的炎性介質(zhì)，可使多形核白細胞向炎癥區(qū)游走、聚集，激活并釋放溶酶體酶，損傷血管內(nèi)皮細胞。亦可增強細胞內(nèi)磷脂酶A2的活性，催化花生四烯酸的合成。(5)花生四烯酸代謝產(chǎn)物:花生四烯酸存在于所有細胞膜磷脂中，可被代謝為脂類炎癥介質(zhì)。如白三烯［白三烯B4(LTB4)、白三烯C4(LTC4)、白三烯 D4(LTD4)］、前列腺素［前列腺素 F2(PGF2)、前列腺素 I2(PGI2)］、血栓素［血栓素 A2(TXA2)］，其中LTC4、LTD4和TXA2具有縮血管作用，可引起血管通透性增加。(6)血小板活化因子:主要來自血小板、多形核白細胞、單核-巨噬細胞和血管內(nèi)皮細胞，可引起血管收縮、血管通透性增高。(7)肽類炎性介質(zhì):活化的多形核白細胞、單核-巨噬細胞可釋放蛋白酶類，如中性粒細胞彈性蛋白酶、膠原酶、組織蛋白酶等，破壞血管基底膜及內(nèi)皮細胞而引起血管通透性改變。

2.3 過程 膿毒癥時，LPS釋放入血后，先與LBP結合，之后再與單核細胞、T細胞等免疫活性細胞表面的mCD14相互作用，進而通過TLR將LPS信號轉(zhuǎn)導到細胞內(nèi)，激活靶基因，產(chǎn)生多種細胞因子如 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-10等，引起促炎-抗炎失調(diào)，并激活血管內(nèi)皮細胞，使其也分泌多種細胞因子，這些細胞因子又反作用于血管內(nèi)皮細胞，進一步加重血管內(nèi)皮損傷。

3 VEC損傷的標志物

3.1 傳統(tǒng)標志物 (1)vWF:vWF是一種多聚體大分子糖蛋白，由VEC受刺激而釋放，介導血小板黏附及血栓形成，因此，vWF與VEC損傷及凝血功能障礙均有密切關系，血漿vWF水平可反映VEC受損的程度，作為治療、預后的評價指標之一。(2)血栓調(diào)節(jié)蛋白(Thrombomodulin，TM):TM是由VEC合成，是凝血酶活化蛋白C(PC)所必需的輔因子。TM具有雙重抗凝功能，一方面可加速PC的活化，另一方面具有直接抑制凝血酶的促凝功能。當VEC損傷時，TM由VEC表面脫落進入血循環(huán)，血漿TM水平就增高。TM是衡量VEC受損的重要分子標志物之一，它的變化可用于判斷VEC受損程度，在一定程度上可預測病情的轉(zhuǎn)歸［5］。(3)NO:VEC受損時，NO合成釋放減少，NO合酶(NOS)可間接反映體內(nèi)NO水平。所以，當NOS活性明顯低于正常，NO水平降低，提示血管內(nèi)皮受損。但也有研究表明，炎性細胞因子及LPS可激活NOS大量表達，誘導高濃度的NO，對VEC具有明顯氧化損傷作用。(4)ET:ET是1988年Shin-ichi等［6］從培養(yǎng)的豬VEC上清液中分離出的一種含有21個氨基酸殘基的多肽，分子量是2492，是迄今發(fā)現(xiàn)的作用最強最持久的縮血管升壓活性多肽。已證實ET有3種形式:ET-1、ET-2、ET-3。其中ET-1是VEC生成的惟一ET，具有收縮血管、激活腎素血管緊張素系統(tǒng)(RAS)、正性肌力、促進血管平滑肌增殖作用。ET水平的升高是由于血管內(nèi)皮受損或受刺激后ET產(chǎn)生釋放增加所致，所以ET的升高在一定程度上反映了VEC損傷的程度。(5)P-選擇素(P-selection，PS)、E-選擇素(E-selection，ES):PS和ES均系黏附因子中的選擇素家族。PS是反映血小板和EC受損和激活狀態(tài)的良好指標，是與血小板活化及炎癥有關的重要的血管黏附因子。ES具有內(nèi)皮特異性，它僅通過受到炎癥因子刺激后活化的VEC表達，是介導白細胞與VEC黏附因子起始階段的重要因子，因此，血漿中ES水平能可靠地反映VEC的活化與損傷。

3.2 較新指標 (1)循環(huán)內(nèi)皮細胞(circulating endothelial cell，CEC):Alexander等臨床研究發(fā)現(xiàn)，CEC是反映VEC損傷的一種新的標志物。CEC由受損的VEC脫落于外周血中形成，是目前活體內(nèi)惟一可以直接反映血管內(nèi)皮損傷的指示物，且主要反映血管內(nèi)皮損傷的程度［7］。近來研究顯示，CEC的改變與器官功能障礙及血管損傷可明顯相關，存在膿毒癥的危重病患者CEC數(shù)量較健康對照者明顯增加。(2)植物血凝素樣氧化型低密度脂蛋白受體(Lectin like ox-LDL Receptor，LOX-1):國外學者發(fā)現(xiàn)人類EC上有一種能夠攝取ox-LDL的新型受體LOX-1，此類受體的主要功能是介導VEC提取ox-LDL，LOX-1的激活進一步誘導了黏附因子的產(chǎn)生，導致內(nèi)皮細胞的損傷。近來研究認為，LOX-1，多采用RT-PCR技術檢測血管LOX-1mRNA的表達反映VEC損傷及內(nèi)皮功能障礙。(3)內(nèi)皮祖細胞(endothelial progenitor cell，EPC):研究表明，內(nèi)皮功能障礙的本質(zhì)是內(nèi)皮損傷與修復之間動態(tài)平衡的破壞，然而，成熟VEC是終末分化細胞，增值能力低，修復受損內(nèi)皮功能有限。EPC是成人外周血中一種獨特的細胞亞型，它表達內(nèi)皮細胞標識并顯示內(nèi)皮特性［8］。Murayama等［9］的研究也表明，EPC 參與內(nèi)皮修復，EPC水平與內(nèi)皮功能密切相關。(4)組織型纖溶酶原激活物(tissue-type plasminogen activator，t-PA)、組織型纖溶酶原激活物抑制物(Tissue-type plasminogen activator preparation，PAI)t-PA是由527個氨基酸組成的單鏈絲氨蛋白酶，VEC是其合成的重要場所。VEC損傷時，t-PA大量釋放，因而被認為是內(nèi)皮損傷的標志物之一。PAI與t-PA檢測意義相似。(5)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs):MMPs是一組由結締組織細胞分泌、參與細胞外基質(zhì)(ECM)降解的一個Zn2+依賴性蛋白水解酶家族，正常情況下表達量很少，但在細菌毒素、細胞因子等外源性和內(nèi)源性因素的刺激下，MMP-9自中性粒細胞等炎性細胞大量釋放，從而破壞血管基底膜及組織結構，導致組織損傷;同時VEC失去了生存和活動的依托，促進了VEC的凋亡，使VEC產(chǎn)生不可逆的損傷［10］。由此有學者推測，MMP-9水平的變化可用于預測細胞外基質(zhì)的損傷和破壞程度，間接反映內(nèi)皮細胞的受損程度，這一推測已在國外的動物實驗中得到證實［11］。

綜上所述，膿毒癥時VEC在啟動、調(diào)節(jié)和維持宿主炎性反應的過程中起著關鍵的作用。通過對內(nèi)皮功能障礙分子機制的進一步了解，有利于尋找更加有效的治療方法以降低膿毒癥患者的病死率，而血管內(nèi)皮作為治療的靶器官將更多地被關注和研究［12，13］。

1 Martin GS，Mannino DM，Eaton S，et al.The epidemiology of sepsis in the United States from 1979 through 2000.N Engl J Med，2003，348:1546-1554.

2 William CA.The role of the endothelium in severe sepsis and multiple organ dysfunction syndrome.Blood，2003，101:3765-3777.

3 Gluck T，Silver J，Epstein M，et al.Parameters influencing membrane CD14 expression and soluble CD14 levels in sepsis.Eur J Med Res，2001，6:351-358.

4 Medzhitov R，Preston-Hurlburt P，Janeway CAJ.A human homologue of the drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity.Nature，1997，388:394-97.

5 Reinhart K，Bayer O，Brunkhorst F，et al.Markers of endothelial damage in organ dysfunction and sepsis.Crit Care Med，2002，30:302-312.

6 Shin-ichi S，Naomi Y，F(xiàn)umiki Y，et al.Endothrlin a receptor blockade and endothelin B receptor blockade improve hypokalemic nephropathy by different mechanisms.J Am Soc Nephrol，2003，14:397-406.

7 Hunting CB，Noort WA，Zwaginga JJ.CEC reflect the state of endothelium:vascular injury，repair and n eovascularization.Vox Sang，2005，88:1-9.

8 Mauro E，Rigolin GM，F(xiàn)raulini C，et al.Mobilization of endothelial progenitor cells in patients with hematological malignancies after treatment with filgrastim and chemotherapy for autologous transplantation.Eur J Haematol，2007，78:374-380.

9 Murayama T，Tepper OM，Silver M，et al.Determination of bone marrowderived endothelial progenitor cells significance in angiogenic growth factor-induced neovascularization in vivo.Exp Hematol，2002，30:967-972.

10 Chen H，Inocencio R，Alam HB，et al.Differential expression of extracellular matrix re modeling genes in rat model of he morrhagic shock and resuscitation.Surg Res，2005，123:235-244.

11 Volman TJ，Goris RJ，Lomme RM，et al.Increased expression of matrix metalloproteinases in themurinezymosan-induced multiple organ dysfunction syndrome.Pathol，2004，203:968-975.

12 Ronco C，Tetta C，Mariano F，et al.Interpreting the mechanisms of continuous renal replacement therapy in sepsis:the peak concentration hypothesis.Artif Organs，2003，27:792.

13 Yamamoto M，Saigok，Koshiba M，et al.Inhibition of natural killer cytotoxicity in vitro by clinical bradeserine protease inhibitors.Haematologia(Budap)，2002，32:103-111.