高密度脂蛋白膽固醇在膿毒癥中的代謝和作用的研究進(jìn)展

于凡，趙文靜

(徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，江蘇 徐州 221000)

膿毒癥病情兇險(xiǎn)，是目前危重患者的常見(jiàn)死因，雖然現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)該病的病理生理認(rèn)知及診療水平一直在進(jìn)步，但其病死率仍居高不下，已成為重癥監(jiān)護(hù)病房(intensive care unit, ICU)的首要問(wèn)題[1]。臨床數(shù)據(jù)顯示，膿毒癥患者的高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C)水平下降了40%～70%，這與預(yù)后不良有關(guān)。載脂蛋白A1(apolipoprotein A1，Apo A1)缺失小鼠的實(shí)驗(yàn)研究表明，HDL-C缺乏的小鼠易發(fā)生膿毒性死亡，故HDL-C具有保護(hù)作用[2]。本文旨在對(duì)HDL-C在膿毒癥中的代謝和發(fā)揮的作用做出分析與綜述。

1 HDL-C的組成

脂蛋白是機(jī)體用來(lái)運(yùn)輸富含脂質(zhì)分子的大分子復(fù)合物，由磷脂層組成，包括脂質(zhì)核心(膽固醇、甘油三酯和膽固醇酯)以及位于磷脂表面的載脂蛋白，并由肝臟和外周組織中的細(xì)胞識(shí)別，從而進(jìn)行脂質(zhì)交換[3]。根據(jù)其相對(duì)密度將脂蛋白分為五類：乳糜、極低密度脂蛋白膽固醇、中間密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)和HDL-C。HDL-C在肝臟(主要)和小腸合成，有80余種蛋白質(zhì)成分和超過(guò)200種脂質(zhì)成分。HDL-C功能組分包含載脂蛋白、卵磷脂-膽固醇脂酰轉(zhuǎn)移酶(lecithin-cholesterol acyltransferase,LCAT)、血小板活化因子乙酰水解酶(platelet activating factor acetyl hydrolase, PAF-AH)、對(duì)氧磷酶(paraoxonase，PON)、α1-抗胰蛋白酶[4]、膽固醇酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(cholesterol ester transfer protein,CETP)、磷脂轉(zhuǎn)移蛋白及急性期蛋白等。

2 膿毒癥時(shí)HDL-C的代謝變化

2.1 分泌型磷脂酶A2增加

感染和組織損傷導(dǎo)致脂蛋白濃度、組成和功能均發(fā)生重大變化，可能對(duì)炎癥調(diào)節(jié)產(chǎn)生關(guān)鍵影響。分泌型磷脂酶A2(secretory phospholipase A2,sPLA2)是一種具有磷脂酶活性的急性期蛋白。許多組織細(xì)胞都能夠合成，如血管平滑肌細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、血小板和肝臟。sPLA2水解磷脂，主要是磷脂酰乙醇胺，并從sn-2位置裂解多不飽和脂肪酸。這些脂肪酸特別容易發(fā)生過(guò)氧化，過(guò)氧化時(shí)自由基的攻擊會(huì)導(dǎo)致異前列腺素的生成，引起炎癥和血管收縮。在膿毒癥的動(dòng)物模型和一些初步的臨床研究中，sPLA2的水平升高[5, 6]。sPLA2增加HDL-C及其載脂蛋白的分解代謝，從而降低血漿HDL-C水平。一項(xiàng)專門針對(duì)膿毒癥人群的研究表明，sPLA2與膿毒癥早期診斷有很強(qiáng)的相關(guān)性，同時(shí)能夠鑒別診斷膿毒癥和非膿毒癥[7]。

2.2 血清淀粉樣蛋白 A增加

血清淀粉樣蛋白 A(serum amyloid A,SAA)是3種主要的HDL-C急性期蛋白之一，由肝細(xì)胞受到細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素1(interleukin-1,IL-1)、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis α，TNF-α)等刺激時(shí)產(chǎn)生。急性期時(shí)，其血清水平可能比正常水平(1～5 mg/ml)高出1 000倍(500～1 000 mg/ml)。在感染和炎癥時(shí)，SAA取代Apo A1，成為急性時(shí)相HDL-C的主要載脂蛋白，導(dǎo)致正常的HDL-C減少，而總急性時(shí)相HDL-C保持不變[8]。SAA激活血管平滑肌細(xì)胞單核細(xì)胞趨化蛋白-1，使HDL-C從抑制炎癥轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)炎癥的急性期HDL-C。另外，SAA的增加加強(qiáng)了急性時(shí)相HDL-C的分解代謝。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，SAA能夠激活 sPLA2，促進(jìn)降解HDL-C載脂蛋白和膽固醇酯。體外實(shí)驗(yàn)卻表明，SAA對(duì)sPLA2并無(wú)這種作用[9]。Yu等[10]研究表明，SAA可作為危重患者膿毒癥的獨(dú)立預(yù)后指標(biāo)，縮短確診時(shí)間，提高治療決策水平。

2.3 Apo A1降低

在膿毒癥時(shí)，SAA、觸珠蛋白和血漿銅藍(lán)蛋白會(huì)替代Apo A1成為主要的蛋白質(zhì)，引起Apo A1水平下降。Apo A1是HDL-C最主要的蛋白組分，并具備多種關(guān)鍵性功能，包括逆向轉(zhuǎn)運(yùn)膽固醇、清除脂多糖和脂磷壁酸發(fā)揮抗炎及調(diào)節(jié)免疫作用[11]。研究人員發(fā)現(xiàn)危重病患者的死亡率隨Apo A1水平下降而增加。

2.4 LCAT降低

LCAT是在肝臟中合成的一種酶，在血液中以游離或與脂蛋白結(jié)合的形式存在，在血漿中起催化作用。LCAT可以經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)促成新生成的盤狀HDL-C游離膽固醇的酯化，降低HDL-C中游離膽固醇的濃度，形成膽固醇從細(xì)胞膜流向血漿脂蛋白的濃度梯度，從而促進(jìn)肝外組織游離膽固醇向HDL-C的外流[12]。人和小鼠LCAT缺乏癥與HDL-C和Apo A1水平顯著降低有關(guān)，并且膿毒癥時(shí)LCAT合成減少，導(dǎo)致膽固醇酯形成受損和HDL-C成熟[13]，可能是HDL-C減少的一個(gè)因素。

2.5 PON1降低

PON1是一種由肝臟合成的重要抗氧化酶，可以增加巨噬細(xì)胞對(duì)自由基清除。PON1可能通過(guò)水解脂質(zhì)過(guò)氧化物、膽固醇酯及磷脂來(lái)保護(hù)脂蛋白免受氧化，從而限制內(nèi)皮細(xì)胞的活化。研究表明氧化脂質(zhì)在動(dòng)脈粥樣硬化形成中具有關(guān)鍵作用，并通過(guò)增加黏附分子的表達(dá)來(lái)促進(jìn)單核細(xì)胞的遷移。然而，研究者發(fā)現(xiàn)PON1可以抑制這種反應(yīng)，起到抑制炎癥作用[14]。所以在膿毒癥時(shí)，在急性時(shí)相HDL-C丟失了保護(hù)性酶PON1、PAF-AH，同時(shí)伴有SSA和血漿銅藍(lán)蛋白的增加，將導(dǎo)致急性期 HDL-C 抗氧化作用丟失。實(shí)驗(yàn)表明，膿毒癥患者血清PON1水平與過(guò)氧化物水平呈負(fù)相關(guān)，HDL-C未能發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用[15]。

2.6 PAF-AH降低

PAF-AH是一種HDL-C相關(guān)酶，可以水解PAF sn-2位置的乙酰基基團(tuán)，從而使PAF分子失活，PAF-AH還能水解LDL-C中磷脂中的氧化脂肪酸，從而保護(hù)LDL-C免受進(jìn)一步的氧化。PAF可以引起白細(xì)胞的激活，增加血管通透性，并導(dǎo)致低血壓。因此，PAF-AH可能通過(guò)抑制循環(huán)PAF的活性而減輕炎癥反應(yīng)。PAF-AH與HDL-C的其他組分協(xié)同作用，可提供保護(hù)，使其免受全身感染。膿毒癥時(shí)HDL-C轉(zhuǎn)變?yōu)榧毙詴r(shí)相HDL-C，引起PAF-AH活性下降[16]。

3 HDL-C對(duì)膿毒癥的保護(hù)機(jī)制

HDL-C對(duì)膿毒癥有多種保護(hù)作用，包括內(nèi)毒素解毒、抑制免疫效應(yīng)細(xì)胞炎癥信號(hào)和抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的活化。

3.1 解毒作用

細(xì)菌感染是膿毒癥的主要原因。感染后革蘭陰性菌釋放脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)與Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)結(jié)合，啟動(dòng)下游信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。TLR4結(jié)合導(dǎo)致促炎基因活化，產(chǎn)生大量細(xì)胞因子，如TNF-α和IL-6，導(dǎo)致細(xì)胞損傷。TLR4與MD-2、CD14和LPS結(jié)合蛋白(LPS binding protein,LBP)等其他蛋白質(zhì)都可以識(shí)別LPS。LBP催化LPS向CD14的轉(zhuǎn)移，從而增強(qiáng)LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞活化[17]。為了防止對(duì)LPS的過(guò)度反應(yīng)，宿主開發(fā)了幾種控制機(jī)制，包括抑制LPS結(jié)合蛋白和血漿脂蛋白。HDL-C和其他血漿脂蛋白可以結(jié)合和中和LPS和革蘭陽(yáng)性細(xì)菌脂磷壁酸(lipoteichoic acid，LTA)。在內(nèi)毒素血癥大鼠中，HDL-C給藥后注入LPS，急性時(shí)相HDL-C可減輕LPS所致的器官損傷，并伴有較低的TNF-α和一氧化氮生成[18]。急性時(shí)相HDL-C除了在LPS中和中發(fā)揮作用外，還通過(guò)促進(jìn)LPS的清除，發(fā)揮其對(duì)膿毒癥的保護(hù)作用。事實(shí)上，血液中幾乎所有的LPS均以LPS-HDL-C 復(fù)合體的形式存在。HDL-C的受體bi型清道夫受體(scavenger receptor bi，SR-bi)結(jié)合并介導(dǎo)LPS的攝取，HDL-C促進(jìn)這種作用。急性時(shí)相HDL-C也抑制LPS誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞活化。最近，De Nardo等[19]研究發(fā)現(xiàn)，急性時(shí)相HDL-C促進(jìn)巨噬細(xì)胞中ATF3的表達(dá)，這是一種抑制TLR2表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。值得注意的是，HDL-C對(duì)TLR誘導(dǎo)的炎癥的保護(hù)作用在體外和體內(nèi)都完全依賴于ATF3。

Berbee等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在注射肺炎克雷伯桿菌24 h后，Apo C1小鼠體內(nèi)TNF-α水平與Apo C1成正相關(guān)，48 h后，Apo C1-/-的小鼠細(xì)菌數(shù)量是Apo C1小鼠的25倍，這表明急性時(shí)相HDL-C對(duì)膿毒癥有保護(hù)作用的另一個(gè)機(jī)制是誘導(dǎo)機(jī)體對(duì)革蘭陰性菌的早期炎癥反應(yīng)，有助于維持宿主早期對(duì)LPS的敏感反應(yīng)。Apo C1與LPS結(jié)合，阻止肝臟和脾臟清除LPS，從而刺激LPS誘導(dǎo)的促炎反應(yīng)，防止膿毒性死亡。這些發(fā)現(xiàn)表明，細(xì)菌在血液中擴(kuò)散后，當(dāng)LPS釋放到血漿中時(shí)，Apo C1與LPS結(jié)合，并呈現(xiàn)給巨噬細(xì)胞等反應(yīng)細(xì)胞，從而導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的快速產(chǎn)生，起到有效根除細(xì)菌感染的作用。

Apo A1是一種主要的HDL-C成分，抗炎作用中起著核心作用，并具有對(duì)膿毒癥的保護(hù)作用。Apo A1可以經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用直接滅活細(xì)菌內(nèi)毒素,還能通過(guò)C-末端的功能位點(diǎn)中和LPS，同時(shí)也抑制LPS誘導(dǎo)的單核細(xì)胞釋放細(xì)胞因子[21]。此外，Apo A1還降低了大鼠LPS攻擊過(guò)程中TNF-α的水平，提高了大鼠的存活率，提示Apo A1可能抑制LPS與巨噬細(xì)胞的結(jié)合，從而抑制與膿毒癥相關(guān)的炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。有研究表明，在小鼠中，Apo A1的過(guò)度表達(dá)(導(dǎo)致血清Apo A1和HDL-C的升高)可減輕LPS所致的肺和腎急性損傷。LPS誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子減少，以及CD14在肝、肺中表達(dá)減少，對(duì)全身炎癥和多器官損害具有保護(hù)作用。

LTA可以激活TLR 2/6通路，產(chǎn)生大量細(xì)胞因子，引起細(xì)胞損傷。考慮到LPS和LTA之間的結(jié)構(gòu)相似，HDL-C很可能通過(guò)SR-bi介導(dǎo)的LTA攝取來(lái)中和LTA，并促進(jìn)LTA清除。

3.2 調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)

巨噬細(xì)胞是膿毒癥中產(chǎn)生細(xì)胞因子的主要細(xì)胞。巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)是對(duì)抗感染所必需的。然而，巨噬細(xì)胞的調(diào)節(jié)失調(diào)會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的細(xì)胞因子，導(dǎo)致膿毒癥的血管內(nèi)皮功能障礙和器官損傷。研究者發(fā)現(xiàn)HDL-C是巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，HDL-C促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放游離膽固醇，從而抑制LPS引起的巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)[22]。

3.3 調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能

內(nèi)皮細(xì)胞被LPS和炎性細(xì)胞因子激活。如前所述，HDL-C通過(guò)促進(jìn)LPS的解毒和抑制巨噬細(xì)胞炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生而減弱血管內(nèi)皮細(xì)胞的激活。此外，早期的研究表明HDL-C具有多種調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能的活動(dòng)。(1)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附是白細(xì)胞在炎癥反應(yīng)中遷移到組織中的必要的第一步。急性時(shí)相HDL-C在體外和體內(nèi)急性炎癥模型中均能抑制細(xì)胞因子誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子(VCAM-1、iCAM-1和E-selectin)的表達(dá)。(2)急性時(shí)相HDL-C還能防止內(nèi)毒素休克大鼠中性粒細(xì)胞的黏附和遷移，在內(nèi)毒素休克、失血性休克和缺血再灌注損傷的大鼠模型中能預(yù)防炎癥浸潤(rùn)和隨后的多器官功能障礙。(3)eNOS的活化[23]。eNOS在小血管生成的NO對(duì)于促進(jìn)小血管的血液供應(yīng)和抑制膿毒癥中的血栓形成至關(guān)重要。早期研究表明，HDL-C激活eNOS以不依賴于SR-bi的方式釋放NO。(4)通過(guò)促進(jìn)前列環(huán)素和COX2的產(chǎn)生，抑制組織因子和黏附分子的表達(dá)，防止內(nèi)皮血栓的激活[24]。

3.4 促進(jìn)受損T細(xì)胞凋亡

約95%的胸腺細(xì)胞在胸腺內(nèi)的陽(yáng)性和陰性選擇中發(fā)生凋亡，僅有5%的胸腺細(xì)胞發(fā)育成熟并輸送至胸腺外。糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)對(duì)胸腺細(xì)胞凋亡有促進(jìn)作用，糖皮質(zhì)激素在進(jìn)入細(xì)胞后與GR結(jié)合，導(dǎo)致GR從胞漿轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，GR作為轉(zhuǎn)錄因子激活凋亡信號(hào)。SR-bi是一種HDL-C受體，主要在肝臟和類固醇組織中表達(dá)，從HDL-C中攝取膽固醇酯，為腎上腺合成糖皮質(zhì)激素。HDL-C與SR-bi結(jié)合后能顯著增強(qiáng)去除膿毒癥時(shí)出現(xiàn)的大量應(yīng)激胸腺細(xì)胞能力，產(chǎn)生合適的胸腺細(xì)胞，避免功能受損的T細(xì)胞的出現(xiàn)[25]。

3.5 調(diào)節(jié)補(bǔ)體功能

膿毒癥時(shí)，通過(guò)經(jīng)典途徑、旁路途徑、凝集素途徑激活的大量補(bǔ)體引發(fā)一連串的蛋白質(zhì)分解，導(dǎo)致大量的促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和攻膜復(fù)合物的形成。HDL-C攜帶許多已知的補(bǔ)體抑制劑。聚集素與循環(huán)中的Apo A1形成復(fù)合物，并能抑制c5b-9復(fù)合物的溶細(xì)胞活性。HDL-C上的Apo E也可結(jié)合補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白因子H，參與旁路途徑調(diào)節(jié)。Apo A1和Apo A2干擾大量攻膜復(fù)合物的形成和插入細(xì)胞膜[26]，從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受補(bǔ)體誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

4 HDL-C的臨床研究

膿毒癥患者的死亡率高，尋找能夠預(yù)測(cè)膿毒癥預(yù)后的生物指標(biāo)一直是科學(xué)家們努力研究的方向。陳珍等[27]對(duì)收入ICU的89例老年膿毒癥患者研究發(fā)現(xiàn)，死亡組HDL-C水平明顯低于存活組(P<0.05)，logistic回歸分析顯示HDL-C和APACHEⅡ評(píng)分是影響老年膿毒癥患者預(yù)后的2個(gè)獨(dú)立影響因素；且HDL-C水平越低，APACHEⅡ評(píng)分越高，患者預(yù)后越差，這表明HDL-C是一種保護(hù)性因素。Cirstea等[28]對(duì)急診科疑似膿毒癥患者的研究表明，相較于血乳酸等傳統(tǒng)膿毒癥預(yù)后預(yù)測(cè)指標(biāo)，HDL-C可以較好地預(yù)測(cè)多器官功能障礙綜合征的發(fā)展(AUC=0.749，最佳截?cái)嘀禐?0.9 mg/dl,靈敏度0.716，特異度0.690)和28 d死亡率(AUC=0.818，最佳截?cái)嘀禐?5.1 mg/dl，靈敏度0.857，特異度0.699)。然而，Guirguis等[29]最近的一項(xiàng)旨在分析低膽固醇水平與膿毒癥事件之間的關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，HDL-C可能與膿毒癥的發(fā)生無(wú)關(guān)，LDL-C水平<3.49 mmol/L則易于發(fā)生膿毒癥，這可能是因?yàn)樵撗芯窟x取的是長(zhǎng)期存在慢性炎癥的患者，HDL-C在慢性炎癥狀態(tài)下會(huì)變?yōu)楣δ苁д{(diào)和促炎，從而失去保護(hù)作用。一項(xiàng)前瞻性研究發(fā)現(xiàn)功能失調(diào)的HDL-C(Dys-HDL-C)與SOFA評(píng)分具有顯著相關(guān)性(r=0.23,P=0.024)，死亡組比存活組Dys-HDL更高(P=0.016),提示早期的dys-HDL-C水平與膿毒癥中器官衰竭的嚴(yán)重程度有關(guān)[30]。

5 HDL-C的治療前景

用Apo A1蛋白或Apo A1模擬肽制成的合成高密度脂蛋白膽固醇(sHDL-C)和重組高密度脂蛋白膽固醇(rHDL-C)是一種改善HDL-C生物學(xué)活性的新策略?；贖DL-C保護(hù)性作用的一系列研究發(fā)現(xiàn)，重組高密度脂蛋白(rHDL-C)系統(tǒng)性輸注如Apo A1、Apo A1 Milano、CSL-111、HDL-C模擬肽，可以增加HDL-C[31，32]，改善腎和肝臟功能，抑制細(xì)胞因子TNF-α，IL-1β，IL-6，下調(diào) CD14 單核細(xì)胞水平。

包括治療腦血管病的第二階段臨床試驗(yàn)在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，輸注sHDL-C可提高循環(huán)HDL-C水平，改善內(nèi)皮功能，減少血小板聚集[33]。住院時(shí)HDL-C水平與膿毒癥患者的生存率呈正相關(guān)。HDL-C替代治療已成為膿毒癥研究的熱門領(lǐng)域。體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)均表明HDL-C不僅通過(guò)維持內(nèi)皮屏障的完整性和逆轉(zhuǎn)膽固醇的轉(zhuǎn)運(yùn)而賦予心臟保護(hù)作用，而且還能對(duì)抗炎癥和氧化。

6 小結(jié)

HDL-C可能在促進(jìn)LPS/LTA解毒、抑制巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)和抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞活化、調(diào)節(jié)補(bǔ)體等方面發(fā)揮重要作用，可能對(duì)膿毒癥內(nèi)皮功能障礙有多種保護(hù)作用。sHDL-C及rHDL-C系統(tǒng)性輸注改善炎癥反應(yīng)失調(diào)引起的器官功能障礙對(duì)機(jī)體的損傷。因此，rHDL-C和sHDL-C具有治療膿毒癥患者的潛力，能降低患者死亡，有望成為臨床治療膿毒癥的研究靶點(diǎn)。