外科膿毒癥免疫調控障礙機制

姚詠明，欒櫻譯

0 引 言

隨著人們對膿毒癥發(fā)病本質的逐步了解，已認識到膿毒癥的發(fā)病可能與感染、炎癥、凝血、神經(jīng)-內分泌-免疫反應等密切相關，并涉及全身多器官、多系統(tǒng)的異常改變。然而，對于嚴重創(chuàng)(燒)傷、休克、外科手術打擊引發(fā)機體免疫功能障礙的確切機制及其在膿毒癥中的地位認識不足，臨床上缺乏切實可行的免疫狀態(tài)評估方法。根據(jù)免疫應答識別的特點、獲得形式以及效應機制，機體免疫系統(tǒng)可以分為天然免疫和獲得性免疫。天然免疫是長期進化過程中逐漸形成的一種天然防御功能，其特點為經(jīng)遺傳獲得，針對病原微生物的入侵可迅速應答，其應答模式和強度不因與病原微生物的反復接觸而改變；獲得性免疫是機體在長期與外源性病原微生物接觸過程中，對特定病原微生物(抗原)產(chǎn)生識別與后續(xù)效應，最終將其清除體外的防御功能，其特征為特異性、多樣性、記憶性等。多項資料顯示，膿毒癥患者天然免疫和獲得性免疫反應均受損，免疫功能紊亂，嚴重影響患者臨床預后。免疫學指標可直接反映機體免疫狀態(tài)的變化程度和病情進展，對創(chuàng)(燒)傷、休克、大手術后膿毒癥機體免疫調控機制的深入了解有助于預測膿毒癥患者的病情發(fā)展，并可為其治療提供新思路。

1 天然免疫反應

1.1中性粒細胞正常狀態(tài)下中性粒細胞主要存在于骨髓中，僅少部分釋放入血；膿毒癥時，促炎細胞因子包括TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17和細菌產(chǎn)物的釋放可上調粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte macrophage-colony stimulating factor，GM-CSF)表達，而 GM-CSF能促使成熟和未成熟中性粒細胞生成[1-3]。正常中性粒細胞存活時間為7～12 h，膿毒癥時其存活時間延長，循環(huán)中性粒細胞總數(shù)增加，不成熟中性粒細胞增多。中性粒細胞生成的毒性顆粒可作為細菌感染的標記物。中性粒細胞一些標記物的活化可能作為膿毒癥診斷的潛在生物標記分子，如CD64和人髓系細胞觸發(fā)受體(triggering receptor expresses on myeloid cells，TREM)-1。生理情況下中性粒細胞表面CD64表達較低，但被促炎細胞因子刺激后其表達量增加10倍，存在細菌感染時CD64陽性中性粒細胞百分比顯著升高。TREM-1分為mbTREM-1和sTREM-1，血清和尿液中sTREM-1可能在膿毒癥早期診斷比白細胞計數(shù)、C反應蛋白(CRP)、降鈣素原(PCT)敏感性更高[1]。此外在膿毒癥患者外周血中發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞抗凋亡蛋白Mcl-1生成明顯增多。外周循環(huán)中脂多糖(Lipopolysaccharides，LPS)和C5a明顯促進中性粒細胞胞外調節(jié)蛋白激酶和磷脂酰肌醇3激酶活化，誘導抗凋亡蛋白Bcl-xL表達增加和Bim表達降低，Akt磷酸化進而抑制Bad磷酸化，阻礙了中性粒細胞凋亡小體的形成，最終抑制細胞凋亡[1,4]。中性粒細胞作為重要的天然免疫效應細胞之一，其募集和遷移能力障礙嚴重影響膿毒癥的發(fā)展與結局，因此分析其病理生理變化有助于膿毒癥的早期診斷及干預治療。

1.2巨噬細胞巨噬細胞作為機體天然免疫反應中的抗感染細胞及獲得性免疫中的關鍵抗原呈遞細胞，在膿毒癥的免疫調節(jié)過程中起著重要作用。目前認為，在感染病毒或細菌時，巨噬細胞發(fā)生M1分化，即傳統(tǒng)意義上的炎癥反應；而感染寄生蟲或誘發(fā)LPS耐受時，巨噬細胞則可發(fā)生M2分化。在膿毒癥晚期機體對外來病原菌的抵抗能力減弱，出現(xiàn)嚴重免疫抑制，可能與巨噬細胞M2分化有關。此外，鐵蛋白檢測有助于膿毒癥合并巨噬細胞活化綜合征(macrophage activation syndrome,MAS)患者的早期識別。多項研究支持實驗室指標變化的監(jiān)測以及早期識別MAS發(fā)病的臨床表現(xiàn)，這對于MAS早期診斷至關重要。Kostik等[5]證實，超過3個以上實驗室變量可作為早期診斷MAS的可靠指標，包括血小板和白細胞計數(shù)減少，白蛋白和纖維蛋白原水平降低，鐵蛋白、天冬氨酸氨基轉移酶和乳酸脫氫酶水平升高以及蛋白尿。血清鐵蛋白水平顯著升高(>5000～10 000 ng/mL)是MAS診斷的重要生物標志物，但其一次性測量結果并不能反映疾病的嚴重程度或判斷疾病結果。單一患者鐵蛋白水平的動態(tài)監(jiān)測對于評估治療和預測預后更有意義。此外，可溶性IL-2受體α鏈和可溶性CD163水平也反映了MAS的亞臨床狀態(tài)，有助于MAS的病程監(jiān)測。新近的一項多中心臨床試驗觀察到IL-1受體拮抗劑可能對膿毒癥合并MAS患者有效[13]?？傊奘杉毎δ芨淖兛赡芘c微環(huán)境變化有關，巨噬細胞表型分化及其調控障礙是膿毒癥狀態(tài)下天然免疫反應異常的重要機制。

1.3樹突狀細胞樹突狀細胞(dendritic cells,DC)是免疫反應的啟動者，在外周組織中捕獲并處理抗原，通過血液分布于全身。臨床資料顯示，與正常對照組比較，創(chuàng)傷患者外周血DC細胞數(shù)量顯著降低，且DC表面主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)-Ⅱ分子及共刺激分子(CD80、CD86)表達水平也明顯下降。同時，骨髓及脾來源的DC功能狀態(tài)異常，分泌能力減弱，誘導T 細胞免疫應答能力降低，患者對感染的抵抗能力明顯下降，病死率顯著升高[6-8]。同樣，兒童發(fā)生膿毒癥后其外周血DC細胞數(shù)量顯著減少，且DC表面CD86/CD83表達下調, 存活組患兒循環(huán)DC細胞數(shù)量明顯多于死亡組，DC表面CD86/CD83表達量亦高于預后不良患兒[9]。另據(jù)報道，在成人膿毒性休克患者中髓系DC和漿細胞樣DC數(shù)量均顯著減少，且髓系DC和漿細胞樣DC表面人白細胞抗原-DR表達明顯低于正常對照組，患者呈現(xiàn)持續(xù)性DC細胞下降[10]。由此可見，膿毒性休克的發(fā)生與循環(huán)中DC數(shù)量減少及DC免疫功能狀態(tài)改變有關，并與膿毒癥誘導的免疫受抑相關。

1.4自然殺傷細胞自然殺傷細胞作為機體抗感染的免疫“衛(wèi)士”，在膿毒癥發(fā)病的不同階段釋放和分泌多種細胞因子和趨化因子，參與機體免疫應答?；罨匀粴毎a(chǎn)生大量細胞因子[干擾素(IFN)-γ、TNF-α、GM-CSF]和趨化因子[IL-8、單核細胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein，MCP)-1]。自然殺傷細胞表面表達Toll樣受體(toll-like receptor, TLR)2和TLR4，而TLR4可用于鑒別膿毒癥和全身炎癥反應綜合征[11]。研究證實，自然殺傷細胞數(shù)量變化與膿毒癥早期病死率有關[12]；IFN-γ介導的免疫障礙可能是自然殺傷細胞功能紊亂的主要原因。IFN-γ用于臨床免疫治療可能改善膿毒癥時自然殺傷細胞功能[13]。此外，自然殺傷細胞還能通過細胞毒性方式造成膿毒癥時器官損傷和功能障礙。自然殺傷細胞通過分泌穿孔素、顆粒酶以及表面表達FasL介導細胞溶解的機制。有臨床資料顯示，血漿顆粒酶濃度與膿毒癥嚴重程度有關，發(fā)生膿毒癥后患者血液自然殺傷細胞數(shù)量增加，并呈現(xiàn)活化表型TLR-2/4/9和CD69表達水平、血漿顆粒酶A和B、IFN-γ和IL-12p40含量明顯升高[14]。評估和檢測膿毒癥不同時相自然殺傷細胞分泌細胞因子和趨化因子的成分和水平，進而調控自然殺傷細胞在不同時相釋放、分泌參與免疫防御的殺傷性介質，減少促炎細胞因子對機體的損傷，對降低膿毒癥病死率及指導免疫調理具有潛在臨床意義。

1.5補體補體是存在于人和脊椎動物血清中一組非特異性球蛋白，不耐熱，活化后具有酶活性、可介導免疫應答和炎癥反應。它能被抗原-抗體復合物或微生物所激活，導致病原微生物裂解或被吞噬。研究證實，補體系統(tǒng)通過3條既獨立又交叉的途徑被激活，即經(jīng)典途徑、旁路途經(jīng)和凝集素途徑，從而發(fā)揮調理吞噬、裂解細胞、介導炎癥、免疫調節(jié)和清除免疫復合物等多種生物學效應。膿毒癥早期菌血癥階段補體激活有利于宿主防御反應，然而膿毒癥后期補體激活則促進組織損傷，并導致多器官衰竭甚至死亡。有臨床觀察顯示，在膿毒癥器官衰竭階段補體抑制可能會起到保護作用[15]。延遲抑制補體可有效控制膿毒癥所致過度炎癥和微血管血栓形成，并防止器官損害[16]。因此，補體系統(tǒng)異常活化與膿毒癥嚴重程度及不良預后有關。

2 獲得性免疫反應

2.1細胞免疫多項資料證實，細胞免疫應答在機體免疫反應過程中發(fā)揮重要作用，并與T細胞功能改變及免疫調節(jié)因素相關[17]。機體遭受創(chuàng)(燒)傷、休克、感染等打擊后，T細胞分化為輔助性T細胞(Th)1和Th2，分泌多種細胞因子參與炎癥及免疫反應。創(chuàng)傷失血性休克患者T細胞增殖活性降低，死于膿毒癥或膿毒性休克患者T細胞反應減弱并伴有IL-10、IL-4水平升高和IFN-γ、IL-2產(chǎn)生降低[18]；且CD4+T細胞和CD8+T細胞凋亡增加[19]。臨床觀察顯示，膿毒癥患者外周血CD3+T、CD4+T、CD4+/CD8+T比值下降，并與疾病嚴重程度相關。傳統(tǒng)的Th細胞除分化為Th1和Th2外，近年來發(fā)現(xiàn)還能分化為分泌IL-17的Th17。它是不同于Th1和Th2的CD4+T細胞亞群，參與真菌和胞外病原體引起的免疫應答過程，可能對非感染性全身炎癥反應綜合征和膿毒癥具有鑒別價值。據(jù)報道，創(chuàng)傷失血性休克并發(fā)膿毒癥患者外周血Th17細胞數(shù)量顯著降低[18]。另有研究結果顯示，調節(jié)性T細胞(regulatory cell，Treg)作為新的T細胞亞型，可有效介導免疫抑制效應，通過T細胞受體信號刺激活化，引起Th1/Th2漂移。在膿毒性休克早期，患者血液循環(huán)中CD4+CD25+T和CD4+CD25-T細胞數(shù)量均明顯減少，其后Treg細胞迅速增加而CD4+CD25-T細胞持續(xù)低水平[20-21]。有研究證實，Th17與Treg之間存在復雜網(wǎng)絡關系，在功能上相互拮抗，而在分化上卻密切相關， TGF-β、IL-6、IL-21等誘導的免疫應答方向取決于Treg與Th17所占優(yōu)勢地位[18]。因此，監(jiān)測T細胞增殖活性和凋亡數(shù)量，以及T細胞亞群免疫活性有助于更精確地分析膿毒癥時機體免疫狀態(tài)及患者預后判斷；但其實際應用價值亟待大規(guī)模、多中心臨床試驗進行評估。

2.2體液免疫

2.2.1B細胞急性感染時病原體及其毒素刺激導致B細胞和漿細胞廣泛分化，但數(shù)小時后B細胞大量凋亡，勢必造成抗體產(chǎn)生減少。據(jù)報道，膿毒癥患兒外周血CD19+CD24hiCD38hi調節(jié)性B細胞百分比升高，與血清CRP水平呈正相關；同時IL-10+CD19+CD24hiCD38hi調節(jié)性B細胞比例也增多，并可能抑制CD4+T細胞增殖活性[22]。此外，老年膿毒癥患者CD21耗減的B細胞增多，IgM生成下降，提示參與獲得性免疫反應的B細胞功能受損[23]。

2.2.2免疫球蛋白Ig的主要生物學特性包括與相應的抗原特異性結合、激活補體系統(tǒng)、促進免疫細胞吞噬功能、對多種病原微生物及其毒素具有抑制效應等。有資料證實，對膿毒癥相關性血小板減少癥的輔助治療中，患者靜脈注射Ig后血小板計數(shù)及出血率明顯降低，說明Ig減輕了膿毒癥患者內皮細胞損傷，促進血小板計數(shù)升高，改善患者出血傾向[24]。然而，靜脈應用Ig對免疫系統(tǒng)具有多效性，在膿毒癥和膿毒性休克治療中其確切效果一直存在爭議。有學者觀察靜脈注射Ig對膿毒癥患兒免疫狀態(tài)及轉歸的影響，發(fā)現(xiàn)患兒在應用Ig靜脈注射后1、3、5 d，CD3+、CD4+、CD56+、CD19+細胞計數(shù)和TNF-α、IL-17水平、TNF-α/IL-10比值均明顯降低，證實靜脈注射Ig可使膿毒癥患者機體處于免疫低下狀態(tài)，對預后并無改善作用[25]。因此，Ig在膿毒癥治療中的安全性和有效性還需要更多的基礎及臨床試驗進行驗證。

3 結 語

膿毒癥的病理生理過程十分復雜，機體不僅發(fā)生過度的炎癥反應，且存在天然免疫和獲得性免疫功能紊亂。盡管積極處理原發(fā)病、控制炎癥和支持治療仍然是膿毒癥早期處理的基礎，但免疫調理為膿毒癥的干預開辟了新的方向。因此，通過對膿毒癥免疫調控機制的深入了解，在疾病不同環(huán)節(jié)采取針對性和精準化策略干預，同時持續(xù)監(jiān)測各項免疫指標動態(tài)變化，從而有效改善微循環(huán)及氧利用障礙，調理炎癥免疫反應，恢復內環(huán)境穩(wěn)定，最終防止組織及器官的繼發(fā)性損傷，達到降低急危重癥患者傷殘率和病死率之目的。