免疫紊亂在膿毒癥中的作用

蔣龍?jiān)?/p>

中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院急診科（廣州510120）

膿毒癥（Sepsis）是臨床急危重癥患者常見(jiàn)并發(fā)癥之一，具有高發(fā)病率和病死率。因病情發(fā)展迅速且發(fā)病機(jī)制涉及多器官和多系統(tǒng)，現(xiàn)仍缺乏切實(shí)有效的救治措施，膿毒癥已成為提高危重癥患者成活率的一大障礙［1］。深入探討膿毒癥的病理生理機(jī)制，闡明膿毒癥的發(fā)病規(guī)律，對(duì)膿毒癥的預(yù)防、治療及預(yù)后具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。既往對(duì)膿毒癥的研究一度將焦點(diǎn)集中在感染所引發(fā)的過(guò)度炎癥反應(yīng)，然而臨床上的抗感染治療未能顯著地改善膿毒癥患者的預(yù)后。隨著人們對(duì)膿毒癥研究的深入和認(rèn)識(shí)的完善，2016年發(fā)布的膿毒癥指南3.0 版將膿毒癥定義為宿主在面對(duì)感染時(shí)由于反應(yīng)失調(diào)導(dǎo)致的、危及生命的多器官功能障礙。新定義也預(yù)示著免疫功能逐漸成為膿毒癥研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。已有的研究表明，膿毒癥的發(fā)生與其進(jìn)展過(guò)程中免疫功能紊亂密切相關(guān)，主要表現(xiàn)為免疫細(xì)胞增殖能力下降、凋亡水平上升，同時(shí)調(diào)節(jié)性免疫細(xì)胞活性增加［1］。深入探討膿毒癥中免疫功能的變化機(jī)制，將極大地促進(jìn)對(duì)膿毒癥發(fā)病機(jī)制的理解，同時(shí)為膿毒癥預(yù)防和治療開(kāi)拓新的思路。本文對(duì)當(dāng)前膿毒癥免疫機(jī)制相關(guān)的研究作一述評(píng)。

1 膿毒癥與免疫紊亂

1.1 固有免疫（1）中性粒細(xì)胞：中性粒細(xì)胞是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，可通過(guò)吞噬病原體、釋放可溶性抗菌劑和形成胞外中性粒細(xì)胞陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs）清除病原體微生物［2］。研究表明，在膿毒癥早期，血液中大量成熟的中性粒細(xì)胞數(shù)量增加并在感染部位聚集，但隨著膿毒癥的進(jìn)展，中性粒細(xì)胞遷移能力減弱且凋亡增加，影響機(jī)體固有免疫系統(tǒng)功能［2］。（2）巨噬細(xì)胞：巨噬細(xì)胞具有M1 和M2 兩種激活狀態(tài)。M1 亞型在干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）和Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）的共同誘導(dǎo)下生成，并分泌腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6 等促炎癥因子。M2 亞型由IL-4 和IL-3 誘導(dǎo)產(chǎn)生，并分泌抗炎細(xì)胞因子（如：IL-4、IL-10）。M1 在膿毒癥早期被激活并釋放大量促炎細(xì)胞因子，同時(shí)M1∕M2 比例的增加可有效減緩炎癥導(dǎo)致的多器官損傷。膿毒癥后期巨噬細(xì)胞凋亡增加及M2 亞型極化的增加與免疫抑制引起的繼發(fā)感染密切相關(guān)［1］。此外，研究表明巨噬細(xì)胞的凋亡可由TNF-α和高遷移率族蛋白B1（high mobility group box 1，HMGB1）誘導(dǎo)，同時(shí)在IL-1、IL-6 及粒細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）等細(xì)胞因子缺乏時(shí)巨噬細(xì)胞凋亡亦會(huì)增加［1，3］。（3）樹(shù)突細(xì)胞（dendritic cells，DC）：DC 細(xì)胞是體內(nèi)重要的抗原呈遞細(xì)胞。當(dāng)DC 識(shí)別病原體后，未成熟的DC 細(xì)胞會(huì)迅速分化為成熟的DC 細(xì)胞，成熟的DC 細(xì)胞通過(guò)高表達(dá)共刺激分子和主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex molecules，MHC）呈遞抗原，并分泌促炎癥因子。膿毒癥時(shí)DC 細(xì)胞的成熟和活化受到抑制，未成熟的DC 激活TLR1、TLR3 并分泌IL-10，從而抑制免疫反應(yīng)。此外，未成熟的DC還能介導(dǎo)調(diào)節(jié)T 細(xì)胞的分化，從而促進(jìn)IL-10 等抑制炎癥細(xì)胞因子的分泌［4］。

1.2 獲得性免疫（1）B 淋巴細(xì)胞：研究表明，膿毒癥時(shí)B 細(xì)胞數(shù)量減少，且存活的B 細(xì)胞呈現(xiàn)MHC II 表達(dá)減少、細(xì)胞表面CD21 減少而CD95 升高的亞型B 細(xì)胞［5］。該類亞型B 細(xì)胞因HLA-DR 表達(dá)減少抗原呈遞能力減弱，活性和增殖能力均降低。此外，膿毒癥休克的發(fā)生亦與調(diào)節(jié)B 細(xì)胞（regulatory B cells，Bregs）有關(guān)。Breg 由TLR 和IL-35 誘導(dǎo)產(chǎn)生，Bregs 可通過(guò)如下四種途徑發(fā)揮免疫抑制效應(yīng)：同源抑制、細(xì)胞接觸介導(dǎo)抑制、旁路抑制和間接抑制［5］。（2）T 淋巴細(xì)胞：T 細(xì)胞在獲得性免疫系統(tǒng)中至關(guān)重要。依據(jù)不同的發(fā)育途徑及生物功能差異，T 淋巴細(xì)胞主要分為CD8+細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞、CD4+輔助性T 淋巴細(xì)胞（CD4+Th）和調(diào)節(jié)性T 淋巴細(xì)胞（regulatory T cells，Tregs），CD8+T 細(xì)胞和CD4+Th 細(xì)胞分別識(shí)別組織相容性復(fù)合體（MHC）I 類和II 類分子上的抗原肽。其中，未成熟的CD4+Th 淋巴細(xì)胞激活后可分化為成另一T細(xì)胞亞型（包括Th1、Th2、Th17 等細(xì)胞），該細(xì)胞亞型通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞免疫和體液免疫調(diào)控膿毒癥患者機(jī)體免疫應(yīng)答［6-7］。Tregs 則可抑制其他T 細(xì)胞亞群的免疫反應(yīng)，分泌IL-10、IL-35、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF）-β等抑炎性細(xì)胞因子。膿毒癥時(shí)T 淋巴表現(xiàn)為細(xì)胞凋亡增加，輔助性T 淋巴細(xì)胞亞群比例失衡且Tregs 分化增加，T 淋巴細(xì)胞形態(tài)和功能變化是膿毒癥后期發(fā)生免疫麻痹的重要作用機(jī)制［6-7］。

2 膿毒癥免疫紊亂的幾大研究領(lǐng)域

2.1 膿毒癥的補(bǔ)體系統(tǒng)（complement system，CS）CS雖然在進(jìn)化上是原始，卻是天然免疫系統(tǒng)對(duì)抗病原體的主要組成部分之一［8］。作為補(bǔ)體系統(tǒng)的核心，C3由T 細(xì)胞表達(dá)的組織蛋白酶L（CTSL）切割成C3a和C3b，其中C3a具有促炎作用，C3b參與并介導(dǎo)C5的形成。研究表明，在預(yù)后不良的膿毒癥患者中觀察到補(bǔ)體系統(tǒng)明顯耗竭，且與炎癥標(biāo)志物相比，CS的濃度和凝血參數(shù)具有更好的顯關(guān)性［9］。但補(bǔ)體系統(tǒng)的過(guò)度激活會(huì)引起炎癥反應(yīng)失控，有學(xué)者指出C3指標(biāo)的下降能較好地預(yù)測(cè)膿毒癥并發(fā)急性腎損傷的進(jìn)展［10］。此外，C5a可通過(guò)促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子，誘導(dǎo)凝血功能障礙，從而導(dǎo)致多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）患者死亡，影響膿毒癥的預(yù)后［11-12］。因此，免疫細(xì)胞和膿毒癥特異性靶向補(bǔ)體成分的作用是前景廣闊的研究領(lǐng)域。

2.2 膿毒癥期間的自噬作用自噬參與能調(diào)節(jié)髓系（樹(shù)突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和MCs）和淋巴（B 和T 細(xì)胞）等免疫細(xì)胞的分化、更新和穩(wěn)定，被認(rèn)為是炎癥和傳染病發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用的免疫機(jī)制之一［13］。膿毒癥期間通過(guò)誘導(dǎo)自噬可抑制免疫細(xì)胞凋亡，維持細(xì)胞因子平衡（促炎和抗炎細(xì)胞因子的穩(wěn)態(tài)），并保持線粒體功能來(lái)保護(hù)宿主免受MODS 的影響［14］。而自噬的減少則加重膿毒癥期間組織和器官損傷［15］。調(diào)節(jié)膿毒癥發(fā)展過(guò)程中的自噬作用，是恢復(fù)機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)的新思路和新策略。

2.3 膿毒癥期間自噬、補(bǔ)體成分和炎癥因子之間的相互作用已有文獻(xiàn)報(bào)道CS、炎癥因子和自噬之間相互作用，果蠅巨球蛋白補(bǔ)體相關(guān)蛋白（Mcr）是一種補(bǔ)體相關(guān)物質(zhì)，通過(guò)影響細(xì)胞自噬過(guò)程，在胚胎發(fā)育中細(xì)胞死亡和炎癥過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，該研究意外地揭示細(xì)胞的補(bǔ)體相關(guān)物質(zhì)可通過(guò)免疫信號(hào)程序調(diào)節(jié)鄰近細(xì)胞的自噬［16］。因此，在哺乳動(dòng)物的炎癥性疾?。摱景Y）中，這個(gè)分子生物學(xué)機(jī)制值得進(jìn)一步探索。補(bǔ)體成分C3 在視網(wǎng)膜變性的自噬過(guò)程中起著重要的作用，C3 的缺失會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜自噬活性降低［17］。補(bǔ)體對(duì)自噬過(guò)程的調(diào)控，在膿毒癥和相關(guān)的多器官功能障礙中可能起著關(guān)鍵作用。研究三者的相互作用和調(diào)節(jié)機(jī)制可能是膿毒癥新的靶向治療方向。

2.4 膿毒癥時(shí)的微生物微生物群在炎癥性疾病中的作用已得到充分證實(shí)，因其對(duì)腸道免疫系統(tǒng)的成熟和具有免疫調(diào)節(jié)作用的幾種代謝物（如短鏈脂肪酸）的釋放具有調(diào)節(jié)作用［18］。炎癥介導(dǎo)的IL-1β和IL-18釋放直接影響抗菌肽的產(chǎn)生［18］。NLRP3 炎性因子的失調(diào)使得腸道微生物群的IL-1β產(chǎn)生增加。腸道微生物群的改變可增強(qiáng)局部抗菌肽的分泌和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的免疫抑制作用［19］。此外，NLRP3 炎性體的缺乏會(huì)破壞正常的腸-肝循環(huán)，并導(dǎo)致腸道微生物失調(diào)并進(jìn)入循環(huán)，促進(jìn)膿毒癥發(fā)展［20］。膿毒癥期間改變的免疫反應(yīng)可能會(huì)改變腸道微生物，還可以誘導(dǎo)腸道的炎癥和氧化應(yīng)激途徑，引起局部的菌群失調(diào)。從膿毒癥患者獲得的糞便樣本顯示腸桿菌占優(yōu)勢(shì)，而擬桿菌和雙歧桿菌種類減少。微生物群的變化嚴(yán)重減少了有益的厭氧菌，并破壞了腸上皮的完整。此外，其他可能改變腸道微生物區(qū)系的因素包括缺氧、腸上皮屏障破壞、藥物治療（包括血管活性藥物、質(zhì)子泵抑制劑、危重疾病期間腸外營(yíng)養(yǎng)）改變腸壁內(nèi)pH 值。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床的膿毒癥研究證實(shí)，存活的腸道細(xì)菌極易轉(zhuǎn)運(yùn)到ARDS 患者的肺中［21］，從膿毒癥發(fā)生ARDS 患者獲得的支氣管肺泡灌洗液（BALF）顯示腸道細(xì)菌的豐富程度與膿毒癥的嚴(yán)重程度顯著相關(guān)［21］。肺TNF-α在BALF 中的水平與腸道微生物主導(dǎo)改變的肺微生物區(qū)系顯著相關(guān)［21］。因此，觀察膿毒癥時(shí)腸道微生物易位及其與其他重要器官損傷（例如急性腎損傷）的關(guān)系意義重大。此外，針對(duì)膿毒癥的抗生素治療進(jìn)一步改變了微生物群［22］。腸道菌群的改變可能對(duì)免疫反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，并加劇炎癥損害。膿毒癥期間微生物群的變化非常明顯，和其他糞便揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）一起可以作為早期診斷標(biāo)志物［23］。糞便VOCs 不僅反映腸道菌群組成，還反映其代謝活性和與宿主同時(shí)發(fā)生的相互作用。在膿毒癥中靶向微生物群可能開(kāi)發(fā)出新的生物標(biāo)志物，以及早發(fā)現(xiàn)膿毒癥的嚴(yán)重程度并改善其預(yù)后。另外，糞便代謝組學(xué)這一新方法具有光明的前景，因?yàn)樗峁┝宋⑸锘钚缘墓δ苄宰x數(shù)，同時(shí)反映了腸道微生物組的組成。糞便代謝組學(xué)譜分析是探索腸道菌群，熱點(diǎn)與菌群相互作用以及腸道菌群對(duì)宿主表型影響的新方法［24］。因此，在膿毒癥中靶向腸道菌群具有巨大的潛力，可為膿毒癥治療提供新的方向。

2.5 自噬、微生物群和CS 在膿毒癥期間的相互作用自噬可以調(diào)節(jié)腸道屏障中微生物代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，對(duì)膿毒癥過(guò)程中腸道菌群和腸道免疫起主要作用。在膿毒癥中，CS 與微生物群相互作用存在于一些早產(chǎn)兒的病例中，但二者之間的直接作用尚未明確［25］。CS、自噬和微生物組之間健康的相互作用在膿毒癥過(guò)程中會(huì)丟失，三者相互作用的改變可能在膿毒癥免疫紊亂中發(fā)揮相關(guān)作用。

3 膿毒癥免疫方向未來(lái)研究前景

隨著人們對(duì)膿毒癥研究的深入，免疫調(diào)節(jié)在膿毒癥發(fā)病機(jī)理中的作用越來(lái)越受到重視，但其在患者預(yù)后上的改善作用仍有待證實(shí)。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，mi-RNA 成為膿毒癥免疫調(diào)節(jié)機(jī)制的一大研究熱點(diǎn)，對(duì)mi-RNA 在免疫細(xì)胞及細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)作用的相關(guān)研究，將更好地闡述膿毒癥的發(fā)病機(jī)制。細(xì)胞自噬在膿毒癥中可通過(guò)多種方式調(diào)節(jié)機(jī)體免疫細(xì)胞應(yīng)答，且其過(guò)程隨著膿毒癥的發(fā)展而動(dòng)態(tài)變化，自噬作為膿毒癥治療的新興途徑，是膿毒癥免疫機(jī)制領(lǐng)域中值得深入探索的方向。固有及適應(yīng)性免疫細(xì)胞及各類細(xì)胞因子仍是膿毒癥的研究重點(diǎn)之一，細(xì)胞生物學(xué)及免疫學(xué)的發(fā)展將促進(jìn)新細(xì)胞因子的發(fā)掘和免疫細(xì)胞新功能的探索。此外，完善患者膿毒癥免疫抑制狀態(tài)檢測(cè)和免疫抑制調(diào)節(jié)藥物的開(kāi)發(fā)，將不僅為膿毒癥免疫治療的推廣提供重要的指導(dǎo)意義，而且為切實(shí)推進(jìn)膿毒癥的免疫治療在臨床實(shí)施。膿毒癥的未來(lái)將開(kāi)啟免疫靶向調(diào)節(jié)治療的時(shí)代，將持續(xù)不斷致力于探索基于患者的免疫狀態(tài)和疾病的不同階段來(lái)調(diào)整膿毒癥的精準(zhǔn)治療靶點(diǎn)。