圍術(shù)期儲(chǔ)存紅細(xì)胞輸注相關(guān)感染機(jī)制的研究進(jìn)展

韓 露，芶大明

(1.遵義醫(yī)科大學(xué) 麻醉醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 563099；2.遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 麻醉科，貴州 遵義 563099)

自ABO血型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)以來，儲(chǔ)存紅細(xì)胞(Stored red blood cells,sRBC)輸注成為治療圍術(shù)期急性貧血的主要手段。目前，隨著手術(shù)量的日益增加、新手術(shù)方式的開展和“手術(shù)禁區(qū)”的不斷打破，sRBC的需求量也日益增加，而輸血并發(fā)癥也隨之增加。感染是輸血的主要相關(guān)并發(fā)癥之一，也是引起患者術(shù)后其他并發(fā)癥和死亡的主要原因之一。因此，研究輸血相關(guān)感染的機(jī)制對(duì)于改善輸血患者預(yù)后具有極其重要的意義。本文將通過回顧輸血相關(guān)感染的風(fēng)險(xiǎn)和可能機(jī)制，為減少此嚴(yán)重不良事件提供重要依據(jù)。

1 sRBC輸注引起感染的相關(guān)危險(xiǎn)因素

1.1 紅細(xì)胞儲(chǔ)存時(shí)間 目前，多項(xiàng)研究表明紅細(xì)胞隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，質(zhì)量逐漸下降，輸注入機(jī)體內(nèi)不良反應(yīng)發(fā)生率增加。Eduard[1]研究表明，在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中輸注儲(chǔ)存時(shí)間>14 d的sRBC，其術(shù)后假體感染率明顯增加。Dalessandro[2]分別在患者體內(nèi)輸注5 d和42 d的sRBC，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)輸注42 d的sRBC患者體內(nèi)增塑劑、促氧化、促炎癥和免疫調(diào)節(jié)代謝物明顯較輸注5 d的sRBC患者增多。Allison[3]觀察北美12家創(chuàng)傷中心需要大量輸血的成年患者，輸注不同儲(chǔ)存時(shí)間的紅細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)輸注大于或等于22 d的sRBC，不良事件發(fā)生率明顯較小于輸注22 d的sRBC增加，其中感染的發(fā)生率最高。

1.2 輸注sRBC數(shù)量 輸血量是預(yù)測(cè)圍術(shù)期患者死亡和并發(fā)癥(如感染、器官衰竭等)發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[4]。每增加 1 單位sRBC輸入，術(shù)后30 d死亡率增加1～2倍。如輸入 sRBC>3 單位，將會(huì)導(dǎo)致住院期間死亡率顯著增加；>5 單位，則死亡風(fēng)險(xiǎn)增加 6 倍[4]。在脊柱手術(shù)中，sRBC輸注量每增加1單位，感染風(fēng)險(xiǎn)(包括術(shù)后感染、敗血癥、肺部感染等)增加1.18倍，當(dāng)輸注sRBC大于3個(gè)單位時(shí)，感染相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率為1.7%[5]。在心臟手術(shù)中每增加2單位的sRBC輸入量，感染風(fēng)險(xiǎn)增加1.18倍[6]。Joshua[7]在觀察髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中輸入不同劑量的sRBC中發(fā)現(xiàn)，其術(shù)后手術(shù)部位感染與圍術(shù)期輸注sRBC成劑量依賴關(guān)系，即輸注sRBC量越多，感染發(fā)生率越高。

1.3 受血者合并其他疾病 高齡、糖尿病、病情危重、長期接受慢性輸血的患者，在接受sRBC輸注時(shí)發(fā)生感染的風(fēng)險(xiǎn)是其他患者的2倍[8-9]。Gallian等[10]在法國的一項(xiàng)回顧性研究中，在23例最終發(fā)展為輸血傳播戊型肝炎病毒感染的患者中，7例是由于患者合并惡性血液病而需要長期接受sRBC輸注的患者。

2 sRBC輸注相關(guān)感染機(jī)制假說

在儲(chǔ)存過程中紅細(xì)胞發(fā)生生化和生物力學(xué)的變化稱為儲(chǔ)存損傷，紅細(xì)胞儲(chǔ)存損傷是代謝物消耗或蓄積、氧化應(yīng)激、免疫調(diào)節(jié)等多個(gè)因素相互作用的結(jié)果，這種損傷與輸注后感染密切相關(guān)[11]。

2.1 代謝產(chǎn)物與炎性/免疫功能紊亂 隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長，儲(chǔ)存液中炎性細(xì)胞因子、趨化因子、生物活性脂質(zhì)等物質(zhì)逐漸增加[11]。李振舟[12]等發(fā)現(xiàn)，紅細(xì)胞儲(chǔ)存35 d后，其上清液內(nèi)腫瘤壞死因子(TNF-α)、白介素類物質(zhì)(IL-6、IL-18、IL10)、CCL22、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)分別比儲(chǔ)存7 d的紅細(xì)胞增加4、4.5、3、2、3、4倍。大量炎性物質(zhì)的進(jìn)入導(dǎo)致受血者體內(nèi)多種粘附分子增加，如血管-內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子ICAM-1、VCAM-1的表達(dá)增加，其作用是將白細(xì)胞錨定到內(nèi)皮表面，并促進(jìn)其向組織內(nèi)遷移。最終結(jié)果將導(dǎo)致微循環(huán)血流下降甚至阻塞，組織水腫而攝氧量下降；同時(shí)導(dǎo)致機(jī)體免疫功能細(xì)胞(如嗜中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等)過度激活，最終導(dǎo)致免疫功能紊亂[13]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，胃癌、骨科手術(shù)輸注sRBC后機(jī)體免疫抑制，這可能和sRBC降低T細(xì)胞功能有關(guān)[14-15]。

另一代謝產(chǎn)物-泛素值得關(guān)注。正常情況下，泛素廣泛存在于細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液中，參與多種類型免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)：細(xì)胞外泛素可促進(jìn)Th2細(xì)胞因子IL-4和轉(zhuǎn)錄因子STAT6表達(dá)，并抑制Th1細(xì)胞因子IFN-γ和轉(zhuǎn)錄因子T-bet的產(chǎn)生[16]。Th1細(xì)胞通過分泌IL-2和IFN-γ在細(xì)胞免疫中起重要作用；而Th2細(xì)胞可促進(jìn)抗體的產(chǎn)生，并通過分泌IL-4和IL-10在體液免疫中起重要作用。Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞均可分泌細(xì)胞因子促進(jìn)自身的增殖并抑制對(duì)方的增殖。在正常泛素水平的調(diào)節(jié)下，機(jī)體Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞比例處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。Patel[17]等發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)存42 d的紅細(xì)胞上清液中，泛素濃度比儲(chǔ)存前增加近20倍(111±33 ng/mL at 0 day vs 2170 ±268 ng/mL at 42 day)。泛素的輸入可能導(dǎo)致Th細(xì)胞比例的平衡偏移，稱為 “Th1/Th2漂移”。一旦Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞之間的平衡狀態(tài)被打破，人體細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)平衡就會(huì)被破壞。當(dāng)Th1細(xì)胞受抑制時(shí)，細(xì)胞免疫功能受到抑制會(huì)導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)或術(shù)后感染率增加。因此，細(xì)胞外泛素被認(rèn)為是一種疾病生物標(biāo)志物，其血液濃度的增加與輸血相關(guān)免疫調(diào)節(jié)、癌癥復(fù)發(fā)、多器官功能衰竭密切相關(guān)[18]。

2.2 紅細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)功能障礙 紅細(xì)胞免疫功能在紅細(xì)胞膜表面C3b受體的免疫粘附作用下實(shí)現(xiàn)，C3b受體可抑制補(bǔ)體過度活化，阻止補(bǔ)體損傷機(jī)體組織；同時(shí)，C3b受體參與到免疫復(fù)合物的清除中，抗原抗體復(fù)合物通過經(jīng)典途徑或者旁路途徑激活補(bǔ)體后，C3b受體與紅細(xì)胞膜表面黏附而形成較大的聚合物，以利于巨噬細(xì)胞的識(shí)別與吞噬。鞏玉鳳等[19]對(duì)sRBC的免疫功能進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)，隨著保存時(shí)間延長，紅細(xì)胞C3b受體活性呈逐漸降低趨勢(shì)，C3b受體活性降低與紅細(xì)胞在儲(chǔ)存過程中經(jīng)歷的紅細(xì)胞形態(tài)、聚集性和粘附性的變化、代謝紊亂、氧親和力變化、滲透調(diào)節(jié)變化和血管調(diào)節(jié)能力變化等有關(guān)，C3b的減少提示機(jī)體清除免疫復(fù)合物的能力下降，更容易導(dǎo)致輸血后感染的發(fā)生[20]。

2.3 sRBC破壞導(dǎo)致的鐵離子代謝障礙 紅細(xì)胞的生存依賴于其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的正常與組成完整、細(xì)胞骨架的正常，從而維持紅細(xì)胞在循環(huán)內(nèi)的變形能力和機(jī)械穩(wěn)定性，并避免被機(jī)體免疫信號(hào)的捕捉。無論是維持紅細(xì)胞的基礎(chǔ)代謝，還是維持其膜結(jié)構(gòu)正常、變形能力等生物學(xué)活動(dòng)，均需要能量的支持。然而紅細(xì)胞能量代謝系統(tǒng)極其脆弱。由于缺乏細(xì)胞器，紅細(xì)胞的能量來源主要依賴于糖酵解過程。在體外儲(chǔ)存中，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長，乳酸堆積進(jìn)而抑制了糖酵解過程，紅細(xì)胞能量缺乏，并通過多種途徑導(dǎo)致紅細(xì)胞在受體內(nèi)的生存時(shí)間縮短。

2.3.1 氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng) 在紅細(xì)胞儲(chǔ)存過程中，隨著時(shí)間的延長，血紅蛋白(Hemoglobin,Hb)發(fā)生自氧化，生成高鐵血紅蛋白(Methemoglobin,metHb)，metHb沉積于脂質(zhì)和紅細(xì)胞的膜骨架上，干擾細(xì)胞骨架其他蛋白質(zhì)的正常功能,其降解產(chǎn)物血紅素可導(dǎo)致紅細(xì)胞膜碎片形成，使紅細(xì)胞溶血，同時(shí)，metHb還有助于活性氧的生成，活性氧又可以攻擊Hb，形成惡性循環(huán)。其次，metHb和游離血紅素中三價(jià)鐵(Fe3+)都與過氧化氫參與Fenton反應(yīng)生成高活性的羥基自由基(OH-)。OH-攻擊紅細(xì)胞發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，使紅細(xì)胞膜上的蛋白發(fā)生氧化損傷[21]。紅細(xì)胞儲(chǔ)存2周后，細(xì)胞抗氧化能力下降，最終導(dǎo)致紅細(xì)胞變形性降低，流動(dòng)性下降，硬度增加[22]。這些細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)后，極易被吞噬并清除。

2.3.2 細(xì)胞骨架的改變 在膜骨架蛋白(包括帶3蛋白、血影蛋白和血型糖蛋白)支撐下，紅細(xì)胞呈雙面凹陷或單面凹陷的圓盤狀。正常細(xì)胞骨架對(duì)維持紅細(xì)胞的穩(wěn)定性、變形性和形狀至關(guān)重要。低溫儲(chǔ)存時(shí)，隨著糖酵解減少和氧化應(yīng)激的增加，帶3蛋白和其他細(xì)胞骨架膜蛋白被破壞。另外，隨著Hb的變性和血紅素和鐵的形成(如上所述)，細(xì)胞膜脂、蛋白質(zhì)和碳水化合物被過氧化，從而導(dǎo)致膜陽離子泄漏、膽固醇、磷脂酰絲氨酸外翻、帶3蛋白聚集，胞膜微泡產(chǎn)生。這些變化導(dǎo)致膜穩(wěn)定性損害、變形性降低、紅細(xì)胞形狀改變以及衰老信號(hào)的增加，最終損害了紅細(xì)胞的生理功能和活力[23]。

2.3.3 磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine，PS)的暴露 正常情況下，磷脂酰絲氨酸存在于細(xì)胞膜胞漿面，但在衰老的紅細(xì)胞中，它表達(dá)于胞膜外層，成為網(wǎng)狀內(nèi)皮巨噬細(xì)胞清除紅細(xì)胞的重要信號(hào)。當(dāng)儲(chǔ)存紅細(xì)胞能量缺乏時(shí)，多種途徑使磷脂酰絲氨酸在外層表達(dá)：包括半胱天冬氨酸蛋白酶途徑、蛋白激酶 C信號(hào)通路、Ca2+途徑、血小板活化因子途徑等，最終都表現(xiàn)為紅細(xì)胞皺縮、囊泡化和細(xì)胞膜PS外翻[24-25]。紅細(xì)胞表面PS的表達(dá)介導(dǎo)紅細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，并通過巨噬細(xì)胞觸發(fā)紅細(xì)胞從循環(huán)中清除。一般來說，PS暴露和紅細(xì)胞表面CD47表達(dá)的喪失以及膜微泡都是決定紅細(xì)胞壽命的因素。

以上損傷的sRBC進(jìn)入受血者機(jī)體后24 h內(nèi)，多達(dá)25%的紅細(xì)胞將被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除，鐵被回收。輸注儲(chǔ)存時(shí)間>14 d的sRBC時(shí)，由于紅細(xì)胞脆性增加，輸入機(jī)體容易被破壞，導(dǎo)致血漿中鐵含量增加，當(dāng)其超過網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)和轉(zhuǎn)鐵蛋白的處理能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵(Non-transferrin binding iron，NTBI)水平升高。增加的NTBI通過NF-κB信號(hào)通路和NLRP3炎癥小體的激活，釋放大量促炎細(xì)胞因子，引起全身炎癥反應(yīng)[26]。當(dāng)NTBI釋放到細(xì)胞外時(shí)，產(chǎn)生大量游離羥基自由基和增加細(xì)胞毒性，并促進(jìn)嗜鐵細(xì)菌增值，增加了感染風(fēng)險(xiǎn)。NTBI還可以抑制免疫細(xì)胞的增值和活化能力，使機(jī)體的免疫能力下降，最終導(dǎo)致輸血相關(guān)感染[27]。Baek[28]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)過量的NTBI有可能增加機(jī)體內(nèi)細(xì)菌的感染毒性和抗性，形成頑固性感染。

3 預(yù)防sRBC輸注相關(guān)感染措施

3.1 添加抗氧化劑 紅細(xì)胞的儲(chǔ)存損傷是引起感染的主要原因之一，氧化應(yīng)激水平的增加又是其損傷的主要機(jī)制，所以減少氧化反應(yīng)發(fā)生的機(jī)率、增強(qiáng)抗氧化水平也是減少輸血感染的主要對(duì)策。還原型谷胱甘肽(Glutathione，GSH)是紅細(xì)胞內(nèi)最主要的抗氧化物質(zhì)，可以維持紅細(xì)胞膜的完整性和保護(hù)紅細(xì)胞免受氧化損害。Amen[29]研究發(fā)現(xiàn)在紅細(xì)胞中加入谷胱氨酸前體N-乙酰半胱氨酸、谷氨酰胺能明顯增加GSH含量，而且N-乙酰半胱氨酸還能減少紅細(xì)胞微粒的釋放?；罨陌腚滋於彼?3(Caspase-3)是氧化應(yīng)激的下游產(chǎn)物，導(dǎo)致紅細(xì)胞膜骨架破壞。Debabrata[30]等在紅細(xì)胞中加入特異性Caspase-3抑制劑，減少紅細(xì)胞膜帶3蛋白聚集和延緩能量下降。Lorenzo[31]將紅細(xì)胞中加入牛磺酸和過氧化氫進(jìn)行體外孵育，發(fā)現(xiàn)?；撬崴脚cGSH以及谷胱甘肽化代謝物總水平成正比，而與溶血率成反比，同時(shí)也提高了紅細(xì)胞能量。其他直接作用于紅細(xì)胞的抗氧化物，例如維生素C(vitC)，Kamila[32]等研究表明在紅細(xì)胞保存液中添加vitC能穩(wěn)定紅細(xì)胞膜，同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)添加兩種抗氧化劑比一種的效果好。紅細(xì)胞氧化水平的升高與紅細(xì)胞的能量耗竭二者互為因果。有研究發(fā)現(xiàn)添加外源性丙酮酸鈉能提高紅細(xì)胞能量從而降低氧化水平，其主要機(jī)制可能為丙酮酸鈉可以轉(zhuǎn)化為乳酸以及促進(jìn)氧化性輔酶I轉(zhuǎn)化為還原型輔酶I提供能量，而且丙酮酸鈉在磷酸戊糖途徑中促進(jìn)還原型輔酶II的生成，維持一定的還原當(dāng)量，降低氧化應(yīng)激水平[33]。

3.2 改變保存方式 紅細(xì)胞在體內(nèi)處于各種復(fù)雜的力學(xué)微環(huán)境，并受到這些力學(xué)的調(diào)節(jié)，比如血流的剪應(yīng)力可以調(diào)節(jié)對(duì)紅細(xì)胞有保護(hù)作用的CD47的表達(dá)，還可以調(diào)節(jié)紅細(xì)胞膜葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，調(diào)節(jié)紅細(xì)胞代謝等，相對(duì)于體內(nèi)環(huán)境，靜態(tài)、密閉于體外紅細(xì)胞保存缺乏活躍的血液流動(dòng)機(jī)制，這也可能是紅細(xì)胞發(fā)生儲(chǔ)存損傷的機(jī)制之一[34]。王瑛等[35]使用復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)模型模擬血流流動(dòng)和氣體交換，結(jié)果得出在復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)中的sRBC懸浮液具有較高的pH值和氧分壓，較低的鉀濃度和二氧化碳分壓，所以改變sRBC的動(dòng)力學(xué)可以預(yù)防紅細(xì)胞儲(chǔ)存損傷，從而減少輸血相關(guān)并發(fā)癥。

3.3 其他 除以上方法外，去除白細(xì)胞是目前臨床中廣泛應(yīng)用的降低輸血后不良反應(yīng)有效措施之一,濾除白細(xì)胞能有效降低非溶血性輸血反應(yīng)、HLA同種異體免疫反應(yīng)等[36]。Henkelman[37]發(fā)現(xiàn)超低溫保存的紅細(xì)胞其能量和氧化應(yīng)激水平都優(yōu)于4℃低溫保存，但是也有人發(fā)現(xiàn)將紅細(xì)胞放入-196℃液氮和-80℃冰箱中保存，發(fā)現(xiàn)-80℃保存的紅細(xì)胞溶血率和輸血反應(yīng)都較-196℃保存的較好。隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使干細(xì)胞體外誘導(dǎo)生成紅細(xì)胞成為可能，這為臨床使用上優(yōu)質(zhì)紅細(xì)胞、減少輸血并發(fā)癥提供了一個(gè)契機(jī)[38]。

4 結(jié)束語

感染是輸血相關(guān)并發(fā)癥之一，嚴(yán)重影響著患者預(yù)后。病原體的入侵是感染發(fā)生的必要條件，可能來源于獻(xiàn)血者或受血者。除此之外，輸血引起的炎性反應(yīng)/免疫反應(yīng)的紊亂是導(dǎo)致感染的另一重要條件。針對(duì)這些機(jī)制，預(yù)防為主，從源頭上控制病原體的進(jìn)入、減少sRBC對(duì)機(jī)體免疫反應(yīng)的干擾是預(yù)防感染的重要措施。