細(xì)胞焦亡在膿毒癥心功能障礙中的研究進(jìn)展

李盼 馬莉

作者單位：730030 甘肅蘭州，蘭州大學(xué)第二醫(yī)院急危重癥科

根據(jù)美國重癥醫(yī)學(xué)年會上提出的Sepsis3.0，膿毒癥被定義為由于機體對于感染的反應(yīng)失調(diào)而造成危及生命的器官功能障礙[1]。它有著復(fù)雜的發(fā)生過程并且可出現(xiàn)致命性的全身多臟器功能障礙，直接導(dǎo)致了患者極差的預(yù)后。近年來隨著研究的不斷推進(jìn)，膿毒癥的病理生理機制得到了更深入的理解，治療方法也得到了很大的改善和提高，然而這些并不能改變膿毒癥患者病死率逐年升高的事實[2～4]。流行病學(xué)資料表明，膿毒癥的死亡率已經(jīng)接近于20.6%，高強度和高醫(yī)療成本使得膿毒癥給全世界的醫(yī)療系統(tǒng)帶來了潛在的負(fù)擔(dān)。由于心臟維持著機體最基本的生命功能，因此心功能障礙成為膿毒癥后器官功能障礙首要考慮的問題。細(xì)胞焦亡是近年來的研究熱點，它也不斷被證實在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后方面有著重要作用。本研究結(jié)合近年來的研究，對細(xì)胞焦亡與膿毒癥心功能障礙進(jìn)行綜述，力求為膿毒癥患者找到最佳的治療方案。

1 膿毒癥心功能障礙的發(fā)病機制

當(dāng)損傷和感染等因素侵犯宿主時，宿主內(nèi)在的PAMPs（病原體分子模式）和DAMPs（損傷相關(guān)分子模式）被激活，宿主通過模式識別受體使得機體釋放大量炎癥介質(zhì)從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生，產(chǎn)生相應(yīng)的免疫反應(yīng)，發(fā)揮清除病原體、抵御外界損害的作用。然而并非所有損傷和感染的結(jié)局都如此。當(dāng)機體抵抗力低下、感染的病原體數(shù)量較多、毒性較強而使得機體無法完全清除病原體或自身易感性較強時，機體會出現(xiàn)一系列免疫失調(diào)現(xiàn)象，進(jìn)展為后期的免疫抑制，伴隨有分解代謝綜合征（PICS）。其診斷標(biāo)準(zhǔn)為：住院時間＞14d；持續(xù)性的炎癥反應(yīng)：CR ＞150mg/L；免疫抑制：淋巴計數(shù)＜0.8×109/L；分解代謝綜合征：血清白蛋白＜30g/L和（或）前白蛋白＜0.1g/L，肌酐升高指數(shù)＜80%[5]。當(dāng)發(fā)生PICS 時，持續(xù)的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致中性粒細(xì)胞過度活化，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞和組織器官受損，出現(xiàn)早期器官功能障礙。后期由于免疫抑制，機體抵抗力下降，各種機會致病菌侵入機體，損害已經(jīng)受損的組織與器官，出現(xiàn)臟器的功能障礙，加之分解代謝增強，修復(fù)和愈合能力也每況愈下，抗炎和促炎反應(yīng)失衡及分解代謝綜合征這三種狀態(tài)相互促進(jìn)，周而復(fù)始，最終導(dǎo)致機體各個組織臟器功能障礙，危及患者生命。

膿毒癥會導(dǎo)致全身各個器官出現(xiàn)異常，其中損傷最重的為心臟，由膿毒癥所誘發(fā)的心功能障礙成為膿毒癥患者預(yù)后不良的主要原因，而由膿毒癥所誘發(fā)的心功能障礙是可逆的，即當(dāng)患者的膿毒癥得到干預(yù)并順利恢復(fù)后，機體心功能也恢復(fù)到發(fā)生膿毒癥之前的狀態(tài)。而當(dāng)機體發(fā)生膿毒癥時，心肌損傷過程可能涉及多種機制，包括內(nèi)外毒素、細(xì)胞因子釋放、一氧化氮產(chǎn)生、補體激活和機體代謝紊亂等[6]，體內(nèi)和體外模型的研究表明，C5a 及其受體（C5aR1 和C5aR2）在膿毒癥期間心功能障礙的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用。使用C5a 中和抗體可減少膿毒癥期間發(fā)生的心功能障礙和其他不良事件，心臟功能障礙的分子基礎(chǔ)與C5a 的產(chǎn)生及其與心肌細(xì)胞表面C5a 受體的相互作用有關(guān)。

2 細(xì)胞焦亡的概念與發(fā)病機制

近年來，隨著研究的深入，細(xì)胞焦亡也成為膿毒癥患者心肌損傷的一大原因。細(xì)胞焦亡是一種伴隨大量炎癥因子釋放并且依賴胱天蛋白酶（Caspase）的細(xì)胞程序性死亡方式。它最早于2001年被提出，該詞由“pyro”和“ptosis”組合形成，前者表示“火燒的、灼熱的”，后者表示“下落、下墜”，這也暗含了焦亡的性質(zhì)，即炎癥性死亡[7]。它是一種區(qū)別于凋亡和細(xì)胞壞死方式，研究表明，細(xì)胞凋亡和焦亡都有著DNA 的斷裂和細(xì)胞膜的破壞，出現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)容物流出，細(xì)胞徹底死亡，兩者的區(qū)別在于，前者的發(fā)生依賴的是一種MLKL 蛋白（mixed lineage kinase domain-1ike protein），它使得細(xì)胞膜發(fā)生寡聚化和質(zhì)膜易位，并且這個過程具有選擇性，即只允許部分離子進(jìn)入細(xì)胞參與胞內(nèi)反應(yīng)的發(fā)生，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外滲透壓發(fā)生改變，最終出現(xiàn)細(xì)胞破裂；而后者依賴的是Gasdermin D 蛋白，它不具有選擇性，僅僅導(dǎo)致細(xì)胞膜的破壞，細(xì)胞內(nèi)容物外流，細(xì)胞發(fā)生扁平化，出現(xiàn)細(xì)胞死亡[8，9]。

目前主流觀點認(rèn)為焦亡機制分為依賴Caspase-1 的經(jīng)典通路和不依賴Caspase-1 的非經(jīng)典通路。在經(jīng)典通路中，當(dāng)機體在遭遇外界刺激（傷害、毒物、缺氧、病原體等）時，細(xì)胞識別了PAMPs 和DAMPs 兩種損傷類型后，引起炎癥小體家族成員之一的NLRP3 形成，后者進(jìn)一步參與了以ASC 為代表的凋亡蛋白或接頭蛋白的活化，ASC 可以通過募集半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶酶原（Pro-Caspase-1），使得Caspase-1 激活，活化的Caspase-1 可引起IL-1β及IL-18 等炎癥因子的釋放和下游靶蛋白gasdermin D（GSDMD）的切割，后者被切割出C 端結(jié)構(gòu)域和具有與細(xì)胞膜上磷脂蛋白結(jié)合的N 端結(jié)構(gòu)域，造成細(xì)胞膜孔洞的形成，使得細(xì)胞破裂，炎癥因子大量釋放。這種炎癥因子的形成和細(xì)胞破裂信號通路的啟動，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡和周圍炎癥反應(yīng)的發(fā)生[10～12]。IL-1β 和IL-18 是焦亡經(jīng)典通路和非經(jīng)典通路的共同作用結(jié)果，非經(jīng)典通路可通過激活Caspase-4 和Caspase-5 來裂解IL-1 和IL-18 的前體，從而參與焦亡的發(fā)生。

3 細(xì)胞焦亡與膿毒癥及膿毒癥心功能障礙的關(guān)系

焦亡是細(xì)胞抵抗外界損傷的一種自我保護(hù)方式。但過度的激活也會導(dǎo)致機體損傷，出現(xiàn)膿毒癥甚至膿毒癥休克[13，14]。焦亡的發(fā)生會導(dǎo)致機體出現(xiàn)各種類型的心功能障礙，如焦亡的經(jīng)典通路通過激活NLRP3 炎癥小體進(jìn)而參與心肌梗死和缺血再灌注的發(fā)生，激活的炎癥小體和使得動脈粥樣硬化形成的斑塊破裂從而導(dǎo)致血栓的發(fā)生，最終導(dǎo)致心肌梗死形成[15，16]。而應(yīng)用了經(jīng)典通路中IL-1β的抑制劑后發(fā)現(xiàn)心肌梗死所誘發(fā)的心肌纖維化程度明顯降低，心功能有所改善[17，18]。研究表明，焦亡同時也參與了糖尿病性心肌病、擴張性心肌病、病毒性心肌炎和膿毒癥性心功能障礙的發(fā)生。而焦亡所致的膿毒癥性心功能障礙也成為膿毒癥患者預(yù)后不良的一大誘因。

焦亡在近年來的研究中呈現(xiàn)指數(shù)增長趨勢，而關(guān)于它與膿毒癥間的關(guān)系也成為目前的一大研究熱點。近年來的研究表明NLPR3 炎癥小體/Caspase-1/IL-1β通路在一定程度上可能參與了由于過度的炎癥反應(yīng)所致的膿毒癥性心功能障礙的發(fā)生[19]。IL-1β在人和動物膿毒癥時均高表達(dá)，并且有研究表明，Caspase-1 基因敲除和IL-1 抑制劑均可以對膿毒癥引起的全身多器官炎癥反應(yīng)和損傷起到一定的緩解作用[19～21]。近年來也有研究表明，抑制經(jīng)典通路中的炎癥小體成員之一的NLRP3可使得由LPS 誘導(dǎo)的小鼠膿毒癥心臟功能異常得到緩解并提高小鼠的存活率[22]。另一項研究表明，用NLRP3 抑制劑處理膿毒癥小鼠可以明顯抑制鼠膿毒血癥NLRP3 介導(dǎo)的炎癥小體形成、Caspase-1激活及IL-1β分泌。這在一定程度上提示膿毒癥心功能障礙的保護(hù)作用可通過抑制NLRP3 炎癥小體來完成[23]。既往有研究表明，曾用于充血性心力衰竭和高血壓病治療的β 受體阻滯劑卡維地洛具有一定的抗炎效果，在一定程度上可以改善心功能障礙，而近期也有研究指出，卡維地洛可保護(hù)細(xì)胞的線粒體和溶酶體在免疫應(yīng)答中不被損傷，并可以通過減少焦亡的經(jīng)典通路中NLRP3 炎癥小體的產(chǎn)生而抑制焦亡的激活，最終阻斷焦亡的發(fā)生，從而改善心功能[24]。

綜上所述，膿毒癥的發(fā)病機制相關(guān)研究越來越多，作為膿毒癥所致的器官功能障礙最嚴(yán)重也是最重要的器官之一，心臟也成為醫(yī)學(xué)界關(guān)注的重點和熱點，目前根據(jù)膿毒癥誘發(fā)的心功能障礙的病理生理機制，已經(jīng)找到了一系列改善心功能障礙的方法，但仍然收效甚微，隨著焦亡這一概念的提出，我們對膿毒癥所致的心功能障礙又有了進(jìn)一步的了解和認(rèn)識，并試圖通過這個切入點，使得心功能障礙這一棘手問題得到一定程度的解決，為疾病的預(yù)防以及治療靶點提供了新的方向。未來應(yīng)堅持對疾病發(fā)病機制的研究，力求從根本上解決相應(yīng)的問題，從而減輕患者負(fù)擔(dān)。