烏司他丁對膿毒癥休克導致多器官功能衰竭的保護作用

王韞文，趙敏

(中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院急診科，沈陽 110004)

膿毒癥休克又稱感染性休克或內(nèi)毒素性休克，是臨床最常見的危急重癥之一，一般由微生物及其膿毒產(chǎn)物引起，病死率可達30%～50%，且呈逐年升高趨勢[1]。膿毒癥休克主要的臨床表現(xiàn)為心率加快、收縮壓低和意識模糊等，其死亡原因主要由膿毒癥及不可控的嚴重感染所致的多器官功能衰竭引起。隨著抗生素的應用，感染性疾病的死亡率明顯降低，但膿毒癥、嚴重膿毒癥及膿毒癥休克的治療方法仍不完善。

烏司他丁(ulinastatin，UTI) 是從健康成年男性尿液中分離出的酸性糖蛋白，主要在肝臟合成，是臨床常用的一種廣譜絲氨酸蛋白酶抑制劑，主要通過抑制炎癥和氧化應激減輕多器官功能損傷，減少伴隨炎癥、缺血和再灌注等病理狀態(tài)的氧自由基產(chǎn)生，具有改善微循環(huán)缺血狀態(tài)、抑制過量炎癥介質(zhì)產(chǎn)生、預防多器官衰竭等作用[2-3]。近年來，UTI被廣泛應用于膿毒癥休克、失血性休克、重癥胰腺炎、彌散性血管內(nèi)凝血、藥物中毒和其他免疫性疾病的治療[4-5]。現(xiàn)就UTI對膿毒癥休克導致多器官功能衰竭的保護作用予以綜述。

1 膿毒癥休克的發(fā)病機制

膿毒癥休克的發(fā)病機制極其復雜，其本質(zhì)是組織細胞的缺血缺氧，主要與外界刺激機體生成和釋放大量的炎癥因子有關。研究發(fā)現(xiàn)，炎癥介質(zhì)[白細胞介素(interleukin，IL)-6、IL-10、降鈣素原]在膿毒癥休克發(fā)生、發(fā)展、治療及預后中起重要作用[6]。機體免疫系統(tǒng)受到外界強烈刺激時，可引起機體多種生物級聯(lián)反應，包括炎癥反應及凝血纖溶系統(tǒng)的改變，最終引發(fā)膿毒癥。嚴重膿毒癥患者體內(nèi)病原體炎癥反應失控、有效循環(huán)血量下降，出現(xiàn)大量液體復蘇仍無法糾正的持續(xù)低血壓，進而導致全身組織器官灌注壓降低，使機體產(chǎn)生大量內(nèi)毒素、氧自由基和炎癥介質(zhì)。

在內(nèi)毒素刺激下，單核巨噬細胞系統(tǒng)被激活，大量炎癥因子產(chǎn)生，導致體內(nèi)C反應蛋白、降鈣素原、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α及IL-6 水平明顯升高，產(chǎn)生免疫炎癥瀑布樣連鎖反應，此反應可促進中性粒細胞與內(nèi)皮細胞的黏附；與此同時，細胞溶酶體膜破壞釋放大量蛋白酶，導致血管內(nèi)皮細胞損傷，引起微血管舒縮功能紊亂，最終導致膿毒癥休克的發(fā)生[7]。多器官功能衰竭通常是膿毒癥休克的死亡原因。氧化應激可激活分子通路，引發(fā)炎癥反應，并直接導致組織損傷，這是膿毒癥休克導致多器官功能衰竭的重要機制之一[8]。

2 UTI的作用機制

與其他蛋白酶抑制劑相比，UTI的抑制活性更廣泛，不僅可抑制胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性酶等胰源性蛋白酶，還可有效抑制由活化的中性粒細胞顆粒釋放的中性粒細胞彈性蛋白酶(neutrophil elastase，NE)[9-12]。在腦缺血再灌注的動物模型中，UTI可減少腦梗死面積，抑制大腦組織凋亡，減輕缺血再灌注損傷[13-14]。UTI在臨床應用中可對多種水解酶起抑制作用，并保護溶酶體細胞膜不易被降解，提高溶酶體穩(wěn)定性。當機體發(fā)生感染時，UTI可迅速釋放入血，參與炎癥反應，遏制反應進程，下調(diào)核因子κB (nuclear factor-κB，NF-κB)水平，使血漿降鈣素原和C反應蛋白水平降低，從而減輕炎癥對各器官的損害[15]。UTI還能抑制IL-1、IL-6、IL-8和TNF等炎癥介質(zhì)的釋放，清除氧自由基，降低血液黏度，改善機體微循環(huán)，減少缺血再灌注導致的器官損傷，并修復器官功能損害，提高機體免疫功能[16-17]。UTI可降低血管通透性，抑制體液大量滲出，進而改善機體循環(huán)，減輕缺血缺氧造成的組織細胞損害，對肝臟、肺臟和腎臟等器官功能起重要的保護作用[18-19]。機體發(fā)生炎癥反應時，體內(nèi)UTI被迅速消耗，通過補充UTI可迅速改善患者狀態(tài)，現(xiàn)已廣泛用于膿毒癥休克的治療。

3 UTI的器官保護作用

3.1UTI對肺臟的保護作用 肺臟是膿毒癥最早損害的器官，大部分膿毒癥患者全身炎癥反應出現(xiàn)前主要表現(xiàn)為急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征。在臨床前研究中，UTI廣泛用于預防脂多糖、煙霧吸入、下肢缺血再灌注和光氣引起的肺損傷[20-21]。由肺泡上皮細胞與毛細血管內(nèi)皮細胞共同構(gòu)成的毛細血管屏障是正常呼吸的基礎，毛細血管內(nèi)皮細胞通透性的增加在膿毒癥相關肺損傷發(fā)生中起關鍵作用[22]。毛細血管在肺臟廣泛分布，膿毒癥休克發(fā)生時，多種炎癥細胞、炎癥因子和氧自由基聚集，并通過一系列級聯(lián)反應參與急性肺損傷的發(fā)生發(fā)展過程，進而影響肺臟的氣體交換，損害肺功能。因此，抑制過度的炎癥反應，減輕肺水腫是降低膿毒癥休克病死率的首要方法。

UTI可通過減輕毛細血管滲漏來減弱炎癥相關性肺損傷，維持人體正常供氧。研究顯示，UTI的肺臟保護作用也可能通過單磷酸腺苷活化蛋白激酶/NF-κB轉(zhuǎn)導通路降低促炎因子釋放來實現(xiàn)[23]。NF-κB是機體的經(jīng)典炎癥激活通路，對許多炎癥基因的表達起調(diào)節(jié)作用。在機體發(fā)生膿毒癥休克時，NF-κB可通過抑制全身炎癥反應的發(fā)生保護各臟器功能[24]。Ito等[25]發(fā)現(xiàn)，UTI可抑制急性肺損傷大鼠肺部TNF-α、髓過氧化物酶的水平，改善肺泡間隔炎癥細胞浸潤、細胞水腫以及出血等癥狀。Bae等[26]研究顯示，UTI通過減輕中性粒細胞與IL-8的反應程度來保護肺部功能。另有研究證實，UTI可抑制氧化誘導，提高內(nèi)皮細胞通透性，并通過c-Jun氨基端激酶/c-Jun信號通路誘導細胞凋亡。Fang等[22]研究證明，UTI通過保護內(nèi)皮連接蛋白減弱膿毒癥誘導的肺毛細血管內(nèi)皮細胞通透性增加。Wu等[27]發(fā)現(xiàn)，UTI通過抑制酪氨酸激酶/信號轉(zhuǎn)導子及轉(zhuǎn)錄激活因子通路對炎癥調(diào)控起重要作用，使大鼠免受膿毒癥誘導的急性肺損傷。

3.2UTI對心臟的保護作用 在膿毒癥休克早期，提高心肌供氧量、降低心肌耗氧量、改善心肌功能、降低死亡率一直是膿毒癥臨床治療關注的重點[28]。膿毒癥休克早期增加心臟灌注、減少或逆轉(zhuǎn)心肌損傷、保護各臟器功能是其治療的關鍵。Shin等[29]發(fā)現(xiàn)，UTI可通過減少TNF-α表達以及降低過氧化物酶活性改善局限性心肌缺血再灌注損傷。一般認為，心肌抑制因子和心肌受體的改變是導致膿毒癥休克心肌損傷的主要原因。心肌抑制主要表現(xiàn)為心臟收縮功能減弱、射血分數(shù)降低、對容量負荷的收縮反應減弱以及收縮峰值壓力/收縮末期容積降低等，出現(xiàn)心律失常、低血壓和心力衰竭等癥狀，累及心臟及其他臟器，甚至導致死亡。UTI可改善膿毒癥后機體的血流動力學；自主循環(huán)恢復后，動脈血氧分壓和脈搏氧飽和度的升高以及乳酸水平的降低均與UTI有關[30]。在膿毒癥早期，TNF-α和IL-1β釋放，兩者在體外均可直接抑制心肌收縮。UTI可抑制自主循環(huán)恢復后炎癥因子的增加，與膿毒癥和膿毒癥休克的相關研究結(jié)論一致[2]。UTI可降低心臟微血管內(nèi)皮細胞通透性，且膿毒癥休克時心臟充盈不良，機體通過加快心率、增加每搏輸出量維持動脈血壓，補償?shù)脱萘?，易導致快速性心律失常，從而加重膿毒癥休克對全身臟器的影響；UTI在維持主動脈血壓的同時，還可抑制心率的升高[31-32]。綜上所述，UTI通過改善微循環(huán)、抑制心肌抑制因子產(chǎn)生、降低炎癥介質(zhì)對心肌細胞及組織器官的損害、抑制患者體內(nèi)過度的炎癥級聯(lián)反應保護膿毒癥休克患者心肌。

3.3UTI對肝臟的保護作用 肝臟是機體的代謝和解毒器官，血運豐富，是膿毒癥休克患者最常受累的靶器官之一。目前認為，炎癥反應是急性肝損傷的根本機制[33]。在炎癥發(fā)生早期，TNF-α等炎癥因子、氧自由基及蛋白水解酶等大量釋放，使非特異性免疫系統(tǒng)過度活化，進而導致細胞凋亡，引起急性肝損傷甚至肝衰竭[34]。此外，庫普弗細胞、多種細胞因子、內(nèi)皮素、一氧化氮及熱激蛋白也參與膿毒癥休克的肝損傷過程[35]。盡早發(fā)現(xiàn)并阻止炎癥級聯(lián)反應、減少肝臟缺血損傷是保護膿毒癥患者肝臟的關鍵。UTI能降低促炎細胞因子水平、減輕氧化應激反應、增強抗氧化防御系統(tǒng)，抑制肝臟TNF-α和IL-6的產(chǎn)生；同時還可預防由肝臟缺血再灌注所導致的肝細胞結(jié)構(gòu)和功能損傷，抑制各種炎癥介質(zhì)的釋放，清除氧自由基和內(nèi)毒素，保護線粒體[8]。

UTI主要通過抑制肝細胞凋亡和降低血清轉(zhuǎn)氨酶水平減少肝臟缺血再灌注損傷。Kudo等[36]研究證明，UTI通過抑制由缺血再灌注導致的肝脂質(zhì)過氧化作用實現(xiàn)肝臟保護作用。當肝臟再灌注后，血漿pH值恢復正常，線粒體損傷、微循環(huán)衰竭、細胞破壞，導致組織和器官損害進一步加重，細胞產(chǎn)生大量氧自由基和脂質(zhì)過氧化物等高活性分子物質(zhì)直接損傷肝細胞。促分裂原活化的蛋白激酶是介導炎癥反應的關鍵信號分子，通過調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)導細胞外應激信號協(xié)調(diào)重要的細胞反應(包括炎癥相關細胞因子的分泌和凋亡)，而UTI可下調(diào)促分裂原活化的蛋白激酶的表達，減輕炎癥反應[8]。

丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平的變化亦可體現(xiàn)肝臟損害的程度。丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶是一種促進相關組織內(nèi)蛋白質(zhì)氨基酸的轉(zhuǎn)化及新陳代謝的蛋白質(zhì)酶，廣泛分布于人體各器官，以肝臟含量最高。當肝損傷發(fā)生時，丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶大量釋放，導致血丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平迅速升高，UTI可明顯改善膿毒癥休克患者丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平，減輕肝損傷。

3.4UTI對腎臟的保護作用 腎功能損害是膿毒癥休克常見并發(fā)癥之一。有研究表明，急性腎損傷的發(fā)生率為55%～73%[37-39]。腎灌注的改變(尤其是微血管水平的改變)在腎損傷發(fā)生中起重要作用[40]。膿毒癥休克時，腎組織NE和NF-κB水平明顯升高，腎小球及腎小管超微結(jié)構(gòu)發(fā)生病理性損害。NF-κB可促進TNF-α分泌，導致腎損害進一步加重。盡管拯救膿毒癥運動指南[41]對大血管血流動力學參數(shù)進行了優(yōu)化，但在腎功能障礙早期，隱匿性腎低灌注仍可能持續(xù)存在[13]。

另有研究表明，經(jīng)血流動力學復蘇膿毒癥休克患者的腎血流量可能維持正常甚至增加[42]。腎血流量的改變可能由血流動力學優(yōu)化不足引起，也可能由內(nèi)皮功能障礙、白細胞黏附增加、血液流變學異常、糖原改變和功能分流等所致的特定微血管損傷引起。由此可見，可通過腎灌注量判斷膿毒癥休克患者的腎損傷情況[43-44]。Nishiyama和Hanaoka[45]研究證明，UTI可抑制儲存紅細胞的溶血，從而防止游離血紅蛋白對腎小管的損害。Onumata等[46]對兔的研究證實，UTI可提升腎小球及腎小管細胞器的穩(wěn)定性。當腎臟超微結(jié)構(gòu)發(fā)生病理性損害時，UTI的抗氧化作用可減輕腎臟損害，進而保護腎功能。

3.5UTI對腦的保護作用 膿毒癥休克對腦功能的影響較大，可造成腦功能的嚴重損害。研究表明，UTI具有腦保護作用，其保護機制主要包括減少少突膠質(zhì)細胞死亡和S100β蛋白生成、維持血腦屏障完整性、調(diào)節(jié)花生四烯酸限速酶等[47-48]。UTI以往一直被用于急性炎癥性疾病的治療，其對腦功能保護作用的研究并不完善。Shu等[49]研究證明，UTI可增加神經(jīng)生長因子和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達，此作用相對快速且不可逆。UTI還可能通過上調(diào)神經(jīng)生長因子和腦源性神經(jīng)生長因子的表達下調(diào)神經(jīng)生長因子前體和P75神經(jīng)因子受體的表達，保護少突膠質(zhì)細胞免受凋亡。除具有營養(yǎng)特性外，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)生長因子和腦源性神經(jīng)生長因子還具有抗炎和抗凋亡作用，并誘導少突膠質(zhì)細胞增殖和再生軸突的再髓鞘化[50]。內(nèi)源性UTI可直接參與修復受損神經(jīng)元的過程，Shikimi等[51]在大鼠大腦中發(fā)現(xiàn)了一種由神經(jīng)元產(chǎn)生的能夠抑制胰蛋白酶活性的類UTI免疫反應物質(zhì)，大腦受到損傷及刺激時其合成增加。Monard[52]研究證實，從神經(jīng)元細胞中提取的蛋白酶抑制劑具有調(diào)節(jié)神經(jīng)突生長和再生的功能，亦說明UTI可減少少突膠質(zhì)細胞凋亡。林建東等[47]發(fā)現(xiàn)，大劑量UTI可明顯降低體內(nèi)S100β蛋白水平以及腦神經(jīng)元中特異性烯醇化酶水平，而腦內(nèi)S100β蛋白水平直接影響腦神經(jīng)元的活力。受膿毒癥影響，腦組織S100β蛋白基因表達增多，釋放更多S100β的蛋白，S100β蛋白通過血腦屏障誘導腦損傷患者腦神經(jīng)元的死亡，造成神經(jīng)元損傷。

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)也在腦損傷過程中起重要作用。腦缺血再灌注誘導MMP水平升高，以MMP-9活性增加為主，與血管通透性升高、血腦屏障通透性升高、血腦屏障破壞、炎癥細胞增加和腦水腫有關。MMP-9可通過誘導炎癥級聯(lián)反應和鈣超載在破壞血腦屏障中發(fā)揮關鍵作用。因此，監(jiān)測血漿MMP-9水平可用于早期檢測腦缺血、再灌注后血腦屏障的損傷情況。實驗研究表明，UTI可通過逆轉(zhuǎn)缺血再灌注誘導MMP-9過表達，通過上調(diào)緊密連接蛋白-1和閉合蛋白表達促進神經(jīng)功能恢復[53]。在腦缺血再灌注動物模型中，UTI可降低腦組織的梗死面積和含水量，抑制腦細胞凋亡，減輕缺血再灌注損傷[2]。

3.6UTI對腸道的保護作用 腸道黏膜屏障功能的損害在膿毒癥休克的發(fā)生具有重要作用。有學者提出，腸道是多器官功能衰竭的始動器官[54]。在各種炎癥因子、胃腸道血流量降低和缺氧的刺激下，腸上皮細胞與其他細胞間的緊密連接被破壞，腸道血管通透性升高，更多的腸道細菌和內(nèi)毒素侵入腸道血管或淋巴管，導致腸源性感染甚至膿毒癥休克，最終發(fā)生多器官功能衰竭。有研究表明，由胰腺產(chǎn)生的多種酶可在腸道受損時進入血液循環(huán)，引發(fā)炎癥級聯(lián)反應，在膿毒癥進展中發(fā)揮核心作用[55]。UTI的雙途徑注射(腸道內(nèi)和靜脈內(nèi))能將腸黏膜黏蛋白層和上皮鈣黏蛋白連接處的損傷降至最低，從而保護絨毛形態(tài)，減輕腸道損傷、酶損傷和炎癥反應。UTI還能減輕腸黏膜水腫，減少中性粒細胞滲出，清除炎癥遞質(zhì)，改善腸道微循環(huán)，減輕腸缺血再灌注損傷。UTI可抑制腸黏膜上皮細胞凋亡，改善腸屏障功能。

DeLano等[56]通過對膿毒癥休克模型的研究證實，UTI腸道內(nèi)給藥可抑制消化酶活性，改善炎癥介質(zhì)表達，提高患者生存率。NE可通過攻擊中性粒細胞的宿主蛋白或加速促炎因子的產(chǎn)生來加速中性粒細胞炎癥的進展，參與膿毒癥及膿毒癥休克的發(fā)生，腸道組織和其他重要器官極易受到胰蛋白酶和NE的直接或間接影響。Suda等[57]發(fā)現(xiàn)，UTI作為NE抑制劑，可提高膿毒癥動物的存活率。

3.7UTI對胰腺的保護作用 胰腺是人體內(nèi)重要的分泌器官，胰腺外分泌功能不全指由各種原因引起的酶生產(chǎn)和酶激活不足或酶早期降解，導致胰酶數(shù)量不足難以維持機體正常消化的狀態(tài)，導致出現(xiàn)消化吸收不良等癥狀[58]。Tribl等[59]研究發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥患者胰腺外分泌功能不全中，以膿毒癥休克患者最為顯著。在膿毒癥早期，胰腺灌注具有特殊脆弱性，較其他器官灌注變化更明顯，目前膿毒癥休克胰腺功能損傷的發(fā)病機制尚未完全闡明。

此外，膿毒癥常伴隨胰腺細胞凋亡。膿毒癥時，胰腺細胞凋亡參與胰腺外分泌功能損傷，對胰腺功能有潛在影響[60]。膿毒癥胰腺損傷患者使用UTI后，異常血清淀粉酶和脂肪酶等指標顯著逆轉(zhuǎn)，提示UTI可抑制膿毒癥患者的胰腺細胞凋亡，減輕胰腺損傷。但凋亡參與膿毒癥胰腺外分泌功能障礙發(fā)生的機制尚未證實，仍需要進一步研究。研究表明，UTI可逆轉(zhuǎn)胰腺組織損傷，包括間質(zhì)水腫、空泡化、壞死和炎癥等[61-62]。UTI在穩(wěn)定溶酶體和線粒體中發(fā)揮重要作用，可抑制細胞內(nèi)消化、自溶和組織損傷，還可防止胰腺能量代謝的受損。

4 小 結(jié)

膿毒癥休克是重癥患者死亡的主要原因之一。UTI主要通過抑制炎癥介質(zhì)釋放、改善機體微循環(huán)狀態(tài)、減輕器官缺血再灌注損傷、減少細胞凋亡等途徑保護膿毒癥休克機體的各器官?？梢姡琔TI能有效提升膿毒癥休克患者的救治效果，在維持機體生命體征平穩(wěn)、降低多器官功能衰竭的發(fā)生率、縮短患者住院時間、提高療效、改善患者預后方面都有顯著作用，對膿毒癥及其多器官功能衰竭的治療具有積極的臨床意義。