宣鵬飛 楊敬平

（1 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué) 內(nèi)蒙古呼和浩特 010059 2 內(nèi)蒙古包鋼醫(yī)院 內(nèi)蒙古包頭 014010）

急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），是感染所致彌漫性全身炎癥反應(yīng)累及肺臟在呼吸系統(tǒng)中的特征性表現(xiàn)，以急性肺損傷（acute lung injury， ALI）為主要病理特點(diǎn)，繼發(fā)非心源性肺水腫和頑固性、進(jìn)行性的低氧血癥，因?yàn)槠涞脱跹Y難以通過常規(guī)氧療進(jìn)行改善，嚴(yán)重威脅患者生命，是常見的危重癥[1]。通常情況下，ARDS 患者肺組織局部的病理生理改通氣血流比例失調(diào)及肺內(nèi)分流會(huì)導(dǎo)致組織細(xì)胞缺氧，細(xì)胞進(jìn)入無(wú)氧糖酵解過程，胞內(nèi)產(chǎn)生大量乳酸堆積，影響細(xì)胞正常生長(zhǎng)代謝，加重組織細(xì)胞損傷。最終導(dǎo)致頑固性低氧血癥和乳酸酸中毒。

一、ARDS 患者血清乳酸水平及臨床意義

乳酸通常被認(rèn)定是細(xì)胞無(wú)氧糖酵解的特異性產(chǎn)物，無(wú)氧狀態(tài)下糖代謝產(chǎn)生的丙酮酸不能正常進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗嵝罘e在胞質(zhì)內(nèi)，因此乳酸常用來衡量機(jī)體的氧代謝及組織灌注狀態(tài)，尤其是ARDS 患者極易出現(xiàn)氧的供銷失衡和組織灌注異常，血乳酸濃度急劇升高，引起乳酸酸中毒。正常人血乳酸濃度0.5～1.5mmol/L，危重患者血乳酸濃度（2.0mmol/L） 增高，高乳酸血癥血乳酸濃度升高至2.5mmol/L，乳酸酸中毒血乳酸濃度持續(xù)增高，達(dá)5.0mmol/L且伴代謝性酸中毒[1]。同時(shí)有研究表明，ARDS 患者血乳酸水平與APACHE-II 評(píng)分顯著正相關(guān)[2]。因此，對(duì)于ARDS 患者來說，檢測(cè)血中乳酸水平是十分有必要的，可準(zhǔn)確提示危重病的控制狀況，并對(duì)其疾病的預(yù)后作出有效評(píng)估。

二、ARDS 患者代謝重編程-有氧糖酵解

急性呼吸窘迫綜合征的標(biāo)志是低動(dòng)脈氧水平繼發(fā)的組織氧可用性降低，在組織缺氧狀態(tài)下，必然會(huì)通過無(wú)氧糖酵解途徑產(chǎn)生大量乳酸，乳酸作為臨床上質(zhì)控膿毒癥的常用指標(biāo)，其代謝的發(fā)生發(fā)展也是目前膿毒癥研究的熱點(diǎn)之一。半個(gè)多世紀(jì)以前，Otto Warburg 博士觀察到癌細(xì)胞可以通過糖酵解產(chǎn)生能量而不是通過氧化磷酸化。Warburg 曾假定這是癌癥與非癌細(xì)胞之間的關(guān)鍵區(qū)別因素。他進(jìn)一步假設(shè)這種效應(yīng)是線粒體不可逆性失活的結(jié)果，但目前的概念是線粒體失活很少發(fā)生[3]。時(shí)至今日，我們知道從氧化磷酸化到糖酵解的有氧轉(zhuǎn)換（被稱為Warburg 效應(yīng)）在生物化學(xué)上是極其復(fù)雜的，并且能受組織代謝中的許多因素控制。Warburg 效應(yīng)在癌細(xì)胞中得到了很好的研究，但同時(shí)它又不僅僅是癌癥的獨(dú)特標(biāo)志，它同樣也參與敗血癥代謝轉(zhuǎn)化。盡管初始途徑可能存在差異，但即使在氧氣存在下也允許糖酵解發(fā)生的機(jī)制是相似的[4-5]。關(guān)于膿毒敗血癥中的促炎反應(yīng)，在炎癥發(fā)生發(fā)展中引起糖酵解的缺氧可能有助于這種效應(yīng)的產(chǎn)生。然而，在這些病理學(xué)中，即使在向受影響的組織充分輸送氧氣的情況下，糖酵解仍在繼續(xù)[6]。

就目前研究顯示，導(dǎo)致敗血癥中有氧糖酵解的許多可能變化中重點(diǎn)突出的主要有的兩個(gè)。關(guān)于膿毒癥中Warburg 效應(yīng)第一個(gè)關(guān)鍵生化步驟是丙酮酸進(jìn)入線粒體；第二個(gè)關(guān)鍵的生化途徑是琥珀酸在炎癥中的積累。[7]綜述中重點(diǎn)關(guān)注的是，在丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行氧化磷酸化之前，糖酵解的最后一步是將磷酸烯醇丙酮酸催化轉(zhuǎn)化為丙酮酸。這種反應(yīng)受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（PDC）中許多酶的影響，其中一些酶具有相同的催化活性，被稱為丙酮酸脫氫酶激酶。這些丙酮酸激酶M2（PKM2）根據(jù)其磷酸化狀態(tài)，使PDC 失活和乙酰輔酶A 的產(chǎn)生受限。[8]另外，調(diào)節(jié)PKM2 進(jìn)入細(xì)胞核的進(jìn)程，導(dǎo)致抑制氧化磷酸化的基因的轉(zhuǎn)錄并表達(dá)，PKM2 的磷酸化水平也受兩種PDC 磷酸酶的調(diào)節(jié)，其活性受抑制可以增加丙酮酸向線粒體的轉(zhuǎn)移以進(jìn)行氧化磷酸化[9]。刺激HepG2 肝癌細(xì)胞中的敗血癥途徑導(dǎo)致PKM2 mRNA 的表達(dá)和PDC 磷酸酶mRNA 的減少，這兩種作用均抑制丙酮酸在三羧酸循環(huán)中的使用，從而在細(xì)胞漿中蓄積。即使在氧氣存在下，丙酮酸也可以還原成乳酸鹽。[10]

同時(shí)我們也知道丙酮酸被氧化脫羧成乙酰CoA，其可用于三羧酸循環(huán)。該步驟主要也是由PDC 促進(jìn)。PDC 在抑制狀態(tài)下，使來自細(xì)胞質(zhì)的一個(gè)葡萄糖分子產(chǎn)生的2 個(gè)丙酮酸分子通過糖酵解產(chǎn)生2 個(gè)ATP 分子。當(dāng)PDC 正常運(yùn)作時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致在TCA 循環(huán)中氧化的每個(gè)葡萄糖分子形成36 個(gè)ATP 分子[7]。因此，通過糖酵解途徑產(chǎn)生的能量有限，在低供能狀態(tài)下，細(xì)胞的正常生理活動(dòng)、代謝以及滲透壓的維持將很難得到保證，而且糖酵解途徑的終末代謝產(chǎn)物為乳酸，乳酸在細(xì)胞內(nèi)的大量堆積且改變局部細(xì)胞生長(zhǎng)的微環(huán)境，這兩者都不利于組織細(xì)胞的修復(fù)，反而能加重?fù)p傷。這有可能解釋了，嚴(yán)重感染性疾病所致的ARDS 患者給與常規(guī)氧療很難改變疾病狀態(tài)，提升氧合指數(shù)，增加組織對(duì)氧的利用率，最終易導(dǎo)致急性肺損傷（ALI）。

三、有氧糖酵解與免疫抑制

實(shí)際上，轉(zhuǎn)向有氧糖酵解似乎在先天免疫系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)中起重要作用。Toll 樣受體（TLR）在誘導(dǎo)先天免疫和炎癥反應(yīng)中至關(guān)重要。在先天免疫系統(tǒng)中，免疫細(xì)胞通過病原體相關(guān)分子模式（PAMP）與位于宿主免疫細(xì)胞上的模式識(shí)別受體的關(guān)聯(lián)和細(xì)菌產(chǎn)物相互作用。這種相互作用的最著名的例子之一是LPS（脂多糖）與Toll 樣受體4（TLR-4）的結(jié)合，這種關(guān)聯(lián)導(dǎo)致NF-kB 移位至細(xì)胞核，促進(jìn)與炎癥相關(guān)的多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄[11]。例如，脂多糖（LPS）與巨噬細(xì)胞上的TLR4 結(jié)合，導(dǎo)致從氧化磷酸化到有氧糖酵解的代謝轉(zhuǎn)變并同時(shí)導(dǎo)致促炎表型的表達(dá)[12]。這就意味著，敗血癥可以增加有氧糖代謝從而產(chǎn)生更多的乳酸。這種轉(zhuǎn)變?nèi)菀讓?dǎo)致多器官功能障礙等不良結(jié)果。有研究證實(shí)，使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析檢查來自非缺氧性重癥患者循環(huán)血細(xì)胞的細(xì)胞代謝，并觀察到在危重疾病期間代謝途徑存在著顯著的重編程。這些作者得出結(jié)論，在危重疾病期間，有氧糖酵解的確存在于非缺氧細(xì)胞中，也可能表明代謝轉(zhuǎn)變?yōu)檠仔蕴墙徒?。已?jīng)表明用LPS 刺激巨噬細(xì)胞顯著增加丙酮酸激酶M2（PKM2）的表達(dá)，PKM2 是IL-1β產(chǎn)生、巨噬細(xì)胞極化、糖酵解重編程和Warburg 代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。此外，還發(fā)現(xiàn)PKM2 的激活減弱了LPS 誘導(dǎo)的促炎性M1 巨噬細(xì)胞表型，并促進(jìn)了M2 巨噬細(xì)胞的典型特征[[13]。研究中還提出PKM2 介導(dǎo)的糖酵解通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞中的EIF2AK2 磷酸化來促進(jìn)炎性體激活，PKM2-EIF2AK2 途徑的藥理學(xué)抑制以及使用PKM2 抑制劑抑制有氧糖酵解過程，能降低血清乳酸水平和HMGB1 釋放，同時(shí)可以保護(hù)小鼠免受致死性內(nèi)毒素血癥和多種微生物膿毒癥的侵害。[14]由此我們可以考慮，炎癥早期PKM2 介導(dǎo)促炎型巨噬細(xì)胞（M1）參與有氧糖酵解途徑轉(zhuǎn)化快速促進(jìn)急性炎癥反應(yīng)，隨著炎癥反應(yīng)的進(jìn)展，PKM2 開始促進(jìn)巨噬細(xì)胞表面表型轉(zhuǎn)化為M2，進(jìn)而產(chǎn)生免疫抑制。

四、乳酸在有氧糖酵解免疫抑制中的作用

除了PKM2 的介導(dǎo)，我們知道有氧糖酵解最終的代謝產(chǎn)物為乳酸，且高水平的乳酸可以下調(diào)各種組織中的糖酵解限速酶（己糖激酶和磷酸果糖激酶）和免疫細(xì)胞數(shù)量與活性[15]。因此，鑒于有氧糖酵解在活化的免疫細(xì)胞中的重要性，這些限速糖酵解酶的下調(diào)可能對(duì)細(xì)胞功能具有重要意義。最近，還報(bào)道了乳酸鹽對(duì)巨噬細(xì)胞功能和分化的影響。在敗血癥的晚期，通常觀察到巨噬細(xì)胞具有以免疫抑制性M2 表型構(gòu)型為主的趨勢(shì)，其可能在發(fā)病機(jī)理中起關(guān)鍵作用。據(jù)報(bào)道，乳酸同樣可以作為負(fù)責(zé)促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2 抑制性極化的主要介質(zhì)。在隨后涉及骨髓衍生的巨噬細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)中，這些作者報(bào)道乳酸通過HIF-1α 依賴性機(jī)制始終能夠誘導(dǎo)M2 樣巨噬細(xì)胞極化。此外，乳酸通過代謝重編程以劑量依賴性方式誘導(dǎo)單核細(xì)胞優(yōu)先分化成M2 巨噬細(xì)胞[16]。由此我們可以考慮，乳酸不僅通過改變細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境來影響細(xì)胞功能，同時(shí)也通過抑制產(chǎn)能代謝水平和免疫細(xì)胞表觀遺傳改變重編程參與免疫抑制。為了探索乳酸可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡妆硇偷臋C(jī)制，最近提出了一種新的細(xì)胞信號(hào)通路。該途徑涉及GPR81 受體，其識(shí)別乳酸并且具有誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2表型轉(zhuǎn)變的能力。與此同時(shí)，在乳酸鹽存在下用LPS 處理的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生的顯著減少，而抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生卻沒有受到影響[17]。乳酸這種顯著影響LPS 誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生的機(jī)制涉及GPR81 依賴性TLR4 介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑的拮抗作用，并因此減弱LPS 誘導(dǎo)的NF-κB活化[17]。

結(jié)論

綜上所述，ARDS 是一種臨床綜合癥，其特征在于對(duì)感染的全身炎癥反應(yīng)。本文主要探討了感染所致ARDS 從發(fā)生到發(fā)展的過程，同時(shí)重點(diǎn)對(duì)患者晚期可能存在免疫抑制這一概念做了論述，提出免疫抑制的發(fā)生可能是由免疫細(xì)胞最先的代謝重編程，進(jìn)而影響免疫細(xì)胞功能；到免疫細(xì)胞表觀遺傳改變重新編程，使之成為無(wú)反應(yīng)的炎癥細(xì)胞表型，最終產(chǎn)生免疫抑制。文中主要提及有氧糖酵解代謝所致的乳酸蓄積，進(jìn)而著重闡釋了乳酸對(duì)免疫抑制發(fā)生發(fā)展的促進(jìn)作用。了解代謝轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)過程的機(jī)制可能是ARDS 的一個(gè)新的研究課題。