膿毒血癥的研究機(jī)制及免疫炎癥因子吸附裝置①

蹇艾利 郭 樂 申元英 姜石松（云南大理大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)及免疫學(xué)教研室，大理 671000）

“膿毒血癥”一詞源于希臘語單詞“sepo”，指在細(xì)菌存在的情況下，動物、植物或有機(jī)物能得到分解［1］。膿毒血癥的發(fā)病原因是宿主被病原體感染后免疫反應(yīng)失調(diào)而引起的全身性器官功能障礙，嚴(yán)重時可危及生命，主要表現(xiàn)為全身炎癥反應(yīng)增強(qiáng)［2-3］。目前，膿毒血癥是重癥監(jiān)護(hù)病房（ICU）患者發(fā)生死亡的首要原因，全世界每年有超過3 000萬人確診，病死率高達(dá)30%［4-6］。膿毒血癥治療費用高昂，僅在美國，每年的治療費用就超過200億美元［7］?，F(xiàn)在對于膿毒血癥的治療沒有特效藥物，主要集中在抗內(nèi)毒素藥物、抗Toll樣受體信號通路藥物、抗細(xì)胞因子藥物和高劑量糖皮質(zhì)激素治療方面［7］。研究發(fā)現(xiàn)，在膿毒血癥病程中使用以上藥物的劑量和時間不恰當(dāng)?shù)脑?，會有?dǎo)致免疫抑制的風(fēng)險，而膿毒血癥晚期階段的病死率恰恰和免疫抑制及免疫抑制引起的功能障礙明顯相關(guān)［8］。基于這一原因，治療膿毒血癥的血液凈化裝置應(yīng)運而生，它不僅可以凈化掉體內(nèi)的內(nèi)毒素和過量炎癥細(xì)胞因子，還可以幫助代謝物質(zhì)的排放，并且其作用越來越明顯。

1 膿毒血癥的發(fā)病機(jī)制

1.1免疫激活 隨著對膿毒血癥發(fā)病機(jī)制的深入研究，已明確膿毒血癥的主要特征表現(xiàn)為全身炎癥反應(yīng)綜合征，病因可以是感染、失血性休克、創(chuàng)傷和嚴(yán)重組織損傷、熱損傷、缺血再灌注損傷等，但宿主免疫系統(tǒng)對感染的反應(yīng)是導(dǎo)致嚴(yán)重膿毒血癥和膿毒癥休克的首要原因［9-10］。病原微生物具有一些特殊結(jié)構(gòu)被稱之為病原相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs），PAMPs被固有免疫細(xì)胞如單核-巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞等識別，通過固有免疫細(xì)胞表面的模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）而啟動固有免疫應(yīng)答［11］。在初始階段，宿主-微生物相互作用后，固有免疫被廣泛激活，其目的是清除病原體。如果病原體不能被及時清除，固有免疫將協(xié)調(diào)體液免疫和細(xì)胞免疫產(chǎn)生特異性的防御反應(yīng)［12］。在眾多PRRs中，Toll樣受體（TLRs）比較重要。其中，TLR2負(fù)責(zé)識別革蘭陽性桿菌的細(xì)胞壁抗原，如肽聚糖和磷壁酸；TLR4負(fù)責(zé)識別革蘭陰性桿菌的內(nèi)毒素如脂多糖（LPS），LPS通過與LPS結(jié)合蛋白（LPS binding protein，LBP）結(jié)合，將相關(guān)抗原信息傳遞給巨噬細(xì)胞表面的CD14，幫助啟動TLR4信號通路從而活化巨噬細(xì)胞［13］。另外，活化的巨噬細(xì)胞分泌大量的TNF、IL-1、IL-6等促炎因子，進(jìn)而激活第二級炎癥級聯(lián)反應(yīng)，包括細(xì)胞因子、脂質(zhì)介質(zhì)和活性氧，并上調(diào)細(xì)胞黏附分子，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞遷移到組織中，從而引發(fā)全身炎癥反應(yīng)［12，14-15］。適度的炎癥反應(yīng)有助于病原體的清除，但是TNF本身作為一種刺激因子可以反過來繼續(xù)活化巨噬細(xì)胞，從而加重促炎因子的釋放，形成細(xì)胞因子風(fēng)暴導(dǎo)致炎癥反應(yīng)加重。因此膿毒血癥的關(guān)鍵事件之一是固有免疫細(xì)胞的激活，無論是由整個細(xì)菌還是細(xì)菌的產(chǎn)物引起，都會導(dǎo)致機(jī)體局部和全身炎癥反應(yīng)［10］。膿毒血癥和膿毒血癥休克的病理生理學(xué)尚不完全清楚，但已知與促炎和抗炎介質(zhì)的釋放有關(guān)。

1.2免疫抑制 對于膿毒血癥患者而言，持續(xù)升高的TNF家族細(xì)胞因子可以通過激活Fas-FasL途徑來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致T細(xì)胞、B細(xì)胞的數(shù)量明顯減少，誘發(fā)早期的免疫抑制反應(yīng)［15-16］。炎癥反應(yīng)被認(rèn)為是導(dǎo)致嚴(yán)重膿毒血癥中組織損傷的原因，而抗炎反應(yīng)涉及到對繼發(fā)感染的敏感性增強(qiáng)［17］。在一項關(guān)于嚴(yán)重膿毒血癥和膿毒血癥的對比研究中，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重膿毒血癥患者的Treg細(xì)胞以及該細(xì)胞分泌的TGF-β、IL-10等抗炎因子濃度明顯高于膿毒血癥患者，并且隨著膿毒血癥病情的持續(xù)加重，TGF-β可以進(jìn)一步誘導(dǎo)Treg細(xì)胞活化，從而加重免疫抑制［18］。因此在膿毒血癥患者血液中，促炎和抗炎反應(yīng)同時存在［19］。許多細(xì)胞因子、趨化因子或其他蛋白已被作為潛在的生物標(biāo)志物來表征膿毒血癥的高炎癥狀態(tài)，其中TNF、IL-6、IL-1β這3種促炎因子起到了重要作用［7］。它們在內(nèi)皮細(xì)胞的激活、白細(xì)胞的聚集、急性反應(yīng)物的產(chǎn)生及誘導(dǎo)全身炎癥反應(yīng)等方面不可或缺［20］。然而隨著病程延長，出現(xiàn)免疫抑制反應(yīng)，包括巨噬細(xì)胞失活、抗原呈遞減少、淋巴細(xì)胞增殖活性受到抑制，導(dǎo)致釋放大量抗炎細(xì)胞因子，如IL-10、IL-13和IL-27，使機(jī)體對病原微生物的易感性增加［21］。

2 膿毒血癥的治療現(xiàn)狀

在20世紀(jì)90年代，關(guān)于膿毒血癥的治療，大部分人都致力于抗TNF的研究［22］。研究發(fā)現(xiàn)在活體膿毒血癥模型中早期給予小鼠抗TNF血清治療，可以提高存活率并減少器官損傷［23］。隨后利用抗TNF抗體、可溶性TNF受體、TNFR融合蛋白等也得到了相同結(jié)果［22，24］。但是有研究表明TNF的抑制與微生物的清除不當(dāng)和結(jié)果惡化有關(guān)，原因可能是阻斷了早期的炎癥反應(yīng)［25-26］。早先膿毒血癥的常規(guī)治療主要是清除內(nèi)毒素與各種細(xì)胞因子，但是這些物質(zhì)很難用常規(guī)藥物進(jìn)行有效清除，如果應(yīng)用抗體療法會產(chǎn)生抗原-抗體免疫復(fù)合物，后者可通過刺激補體加重炎癥。近年來，為了減少抗原抗體復(fù)合物引起的副作用，血液凈化裝置應(yīng)運而生，血液凈化裝置不僅可以清除掉患者血液中的內(nèi)毒素和細(xì)胞因子，還可以有效清除血液中的有害代謝產(chǎn)物及特殊成分。目前，對于膿毒血癥的治療，不僅抗生素治療和控制感染源，而且以對癥治療為主，然后輔以血液凈化裝置［27］。

2.1血液凈化裝置的基本原理 血液凈化裝置是一種通過把人體血液引流到體外，經(jīng)過一系列體外循環(huán)裝置來清除血液中代謝產(chǎn)物、有害成分及異常血漿的治療裝置［28］。血液凈化裝置包括血液濾過（HF）、血液透析濾過（HDF）、血漿置換（PE）、血液灌流、單純超濾（IUF）、免疫吸附、持續(xù)性腎臟替代治療（CRRT）、持續(xù)性血漿濾過吸附、持續(xù)性蛋白吸附［29］。本文著重分析不同免疫吸附裝置的區(qū)別及優(yōu)缺點。

2.2免疫吸附裝置的分類

2.2.1特異性吸附內(nèi)毒素Toraymyxin是一種采用固定化多黏菌素B（PMX）吸附去除在體內(nèi)循環(huán)的內(nèi)毒素的體外血流灌流裝置，PMX是一種多肽類抗生素，它的氨基與作為內(nèi)毒素活性中心的脂質(zhì)A的磷酸基之間通過離子鍵相互作用，其疏水基團(tuán)與脂質(zhì)A的疏水基團(tuán)之間通過疏水鍵相互作用來中和脂質(zhì)A的活性［30］。這種血液凈化裝置最早在日本用于革蘭氏陰性菌感染的患者，被證實可以大量中和內(nèi)毒素的毒性作用［31］。意大利的一項研究發(fā)現(xiàn)Toraymyxin血液灌流裝置可以明顯改善膿毒血癥患者的血流動力學(xué)和器官功能障礙，從而降低病死率［32］。但是后來在法國和美國的兩項研究中發(fā)現(xiàn)利用該血液灌流裝置與常規(guī)治療相比，結(jié)果無明顯差異［33-34］。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)PMX在局部和全身水平釋放時，其腎毒性作用和神經(jīng)毒性作用也會增加［30］。并且在使用PMX的患者中發(fā)現(xiàn)使用抗菌藥物有被吸附的趨勢，如果PMX會吸附這些抗菌藥物，那么維持這些藥物的有效血藥濃度就成了一個問題［30］。研究表明環(huán)丙沙星、利奈唑胺、盤尼西林等抗菌藥物都能被PMX吸附，這些藥物的被吸附將不利于膿毒血癥的治療［30］。

2.2.2特異性吸附細(xì)胞因子CytoSorb是一種充滿聚合物珠的血液灌流管，表面覆蓋著聚乙烯吡咯烷酮的聚苯乙烯二乙烯苯多孔微球，它可以吸附促炎因子和抗炎因子，但不能吸附內(nèi)毒素［35］。Cyto-Sorb的應(yīng)用是為了防止細(xì)胞因子風(fēng)暴和患者全身炎癥反應(yīng)的進(jìn)一步惡化，體外實驗顯示該設(shè)備對細(xì)胞因子的清除率達(dá)90%～95%［36］。然而在使用這種裝置時，醫(yī)生必須了解患者對藥筒組成部分和血小板計數(shù)的過敏情況，因為CytoSorb可能會導(dǎo)致血小板減少［37］。CytoSorb具有與PMX相同的問題，即會非特異性吸附抗菌藥物，這些藥物對于危重患者具有十分重要的作用［37］。研究表明，危重患者對于病原體更易感，應(yīng)采用更高劑量的抗菌藥物，如果這些藥物被吸附掉，將不利于患者的治療［38］。最近一項實驗比較了標(biāo)準(zhǔn)治療和CytoSorb（連續(xù)7 d，6 h/d），發(fā)現(xiàn)IL-6的血漿水平并沒有隨著時間的推移而下降，所以該項設(shè)備的實際應(yīng)用價值有待商榷［39］。

2.2.3雙重吸附內(nèi)毒素和細(xì)胞因子oXiris血液濾過器：AN69膜是1969年上市的一種由丙烯晴和甲基丙烯磺酸鈉分子結(jié)合的共聚物組成的吸附膜。由于膜具有磺酸基和高度負(fù)電荷，它是由甲基丙烯磺酸單體衍生出的磺酸基，可以吸附細(xì)胞因子的陽離子殘基，去除分子量較大的分子［40］。并且該膜具有對稱的微孔結(jié)構(gòu)和水凝膠結(jié)構(gòu)，所以有助于細(xì)胞因子在整個膜內(nèi)被吸附，從而提高整體吸附能力［41］。oXiris血液濾過器就是在AN69膜的基礎(chǔ)上設(shè)計的一種血液凈化裝置，同時與聚乙烯亞胺（PEI）進(jìn)行了嫁接，由于PEI表達(dá)大量的帶正電荷的游離氨基酸，又具有極好的親水性及荷電性，所以它可以吸附帶負(fù)電荷的分子，如內(nèi)毒素［36］。因此，oXiris不僅可以吸附細(xì)胞因子，還可以同時吸附內(nèi)毒素。但是膜表面帶負(fù)電荷的原生AN69膜與血液接觸時會產(chǎn)生緩激肽，特別是當(dāng)患者服用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）抑制劑時，抑制緩激肽活性的激肽Ⅱ被抑制，導(dǎo)致嚴(yán)重低血壓，這是AN69膜的一個嚴(yán)重缺點［42］。即便oXiris利用了PEI在AN69膜表面的部分涂層降低了膜與血液之間接觸表面的zeta電位，從而大大減少了緩激肽的產(chǎn)生，但是并非所有的患者都能避免這種不良事件［43］。

近來有研究比較了oXiris、CytoSorb和Toraymyxin 3種設(shè)備對細(xì)胞因子和內(nèi)毒素的吸附能力，發(fā)現(xiàn)oXiris對細(xì)胞因子的吸附能力與CytoSorb旗鼓相當(dāng)，而吸附內(nèi)毒素的能力又與Toraymyxin類似［44］。但是oXiris的臨床應(yīng)用結(jié)果還有待進(jìn)一步研究。

3 血液凈化裝置的展望

關(guān)于目前血液凈化裝置的應(yīng)用還有一些問題亟待解決：第一，應(yīng)用時間不明確，吸附裝置該用于病程早期、晚期還是全程使用？第二，吸附藥物的問題，研究表明Toraymyxin與CytoSorb都有吸附抗菌藥物的能力，這些藥物對于危重癥患者具有重要作用，所以對于這兩種吸附裝置的應(yīng)用要慎重。

目前采用血液凈化治療膿毒血癥的作用機(jī)制主要有：①清除患者體內(nèi)毒素，控制TLR相關(guān)信號通路，減少炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，來抑制炎癥反應(yīng)發(fā)生；②清除非特異性炎癥介質(zhì)，打破原有的炎癥反應(yīng)環(huán)及保護(hù)機(jī)體組織，通過增加膿毒血癥患者后期HLA-Ⅱ的表達(dá)改善免疫抑制；③改善患者體內(nèi)血流動力學(xué)，糾正膿毒血癥的血管麻痹。而臨床對于選擇何種血液凈化技術(shù)治療膿毒血癥尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在治療時機(jī)以及治療劑量上也存在一定爭議。近年來，由革蘭陽性菌感染引起的膿毒血癥發(fā)病率逐漸上升［45］，但目前尚無關(guān)于革蘭氏陽性菌及其代謝產(chǎn)物的免疫吸附裝置，膿毒血癥的治療不徹底可能與之有關(guān)。因此，今后還要加強(qiáng)血液凈化在膿毒血癥中的應(yīng)用研究，根據(jù)個體差異制定針對性治療方案，同時還要加強(qiáng)對該病的發(fā)病機(jī)制的研究，進(jìn)一步改善現(xiàn)有的血液治療技術(shù)。在膿毒血癥中，TNF對其他細(xì)胞因子的釋放起早期決定性作用，是全身炎癥反應(yīng)的中心，其血漿濃度直接與膿毒血癥病死率相關(guān)［11，46-49］。

TNF還可以通過增加細(xì)胞凋亡參與膿毒血癥的免疫調(diào)節(jié)［49］。本課題組推測針對TNF的血液凈化裝置也許會成為一種治療手段。其他炎癥因子也可成為血液吸附療法的新靶點，目前正在研發(fā)關(guān)于炎癥因子的吸附柱，延緩膿毒血癥的進(jìn)展。