內(nèi)脂素在膿毒癥相關性臟器損傷中的作用及機制研究進展

匡重伸，叢竹凱，吳長毅，楊 寧，宗亞楠，郭向陽

(北京大學第三醫(yī)院 麻醉科，北京 100191)

膿毒癥是由于宿主對感染的免疫反應失調(diào)而引起的危及生命的器官功能障礙，是臨床常見的急危重癥，具有發(fā)病率高、病死率高、治療費用高的特點。近年來，盡管抗感染治療和器官支持技術已取得長足進步，但膿毒癥的發(fā)病率及病死率一直居高不下，究其原因主要是膿毒癥的發(fā)病機制十分復雜，缺乏針對性的治療方法[1]。因此，積極探索膿毒癥發(fā)病機制，尋找有效干預靶點對膿毒癥的治療具有重要意義。

“炎癥風暴”又稱為“細胞因子風暴”，是膿毒癥發(fā)生的關鍵機制之一，主要表現(xiàn)為血液循環(huán)中細胞因子水平升高和免疫細胞過度激活，繼而引起炎癥級聯(lián)反應， 最終可導致患者出現(xiàn)多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)甚至死亡[2]。近年來眾多臨床及基礎研究表明，內(nèi)脂素(visfatin)作為一種重要的細胞因子，參與膿毒癥引起的“炎癥風暴”以及相關臟器損傷的發(fā)生發(fā)展。鑒于內(nèi)脂素在膿毒癥中的重要作用，本文就內(nèi)脂素的生理功能及其在膿毒癥相關臟器損傷中的作用及其機制進行綜述。

1 內(nèi)脂素的發(fā)現(xiàn)及命名過程

1957年有學者發(fā)現(xiàn)煙酰胺單核苷酸腺苷轉移酶(nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT)是細胞內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD)合成過程中補救途徑的限速酶，主要以二聚體的形式分布在細胞質(zhì)、線粒體及細胞核內(nèi)，參與NAD的代謝，直到2001年其編碼基因才被鑒定出來[3]。1994年，有研究分離出一種新的細胞因子樣分子，該分子可與IL-7及干細胞因子協(xié)同刺激前B細胞集落形成，因此將其命名為前B細胞集落增強因子(pre-B-cellcolony-enhancing factor，PBEF)[4]。2002年，有研究證實小鼠PBEF具有NAMPT的酶活性功能，其氨基酸序列與原核生物的NAMPT基因同源，進而證明NAMPT與PBEF是同一個分子[5]。2005年，有研究發(fā)現(xiàn)PBEF在內(nèi)臟脂肪細胞中具有高水平表達，是一種新的脂肪因子，將之稱為內(nèi)臟脂肪素，簡稱內(nèi)脂素[6]。因此，該蛋白質(zhì)有3種明顯不同的生物學功能，并有3個名稱：NAMPT、PBEF和visfatin。三者雖然名稱不同，但為同一種蛋白。

2 內(nèi)脂素的分布

正常生理情況下，內(nèi)脂素廣泛分布于全身的組織器官，包括肝臟、免疫細胞、肺、腸道等，其中，肝臟和免疫細胞表達水平最高。在病理狀態(tài)下，例如膿毒癥、急性肺損傷(acute lung injury，ALI)、炎性腸病等，內(nèi)脂素在相應病變的器官組織或血液中的表達可顯著增高，從而參與局部或全身的病理反應[7](圖1)。

A.NAMPT在正常組織中普遍表達，它在肝臟和免疫細胞中高度表達,不同顏色字體表示NAMPT在細胞和組織中的表達水平; B.病理狀態(tài)下，NAMPT在器官組織和外周血表達水平升高; NAMPT：煙酰胺單核苷酸腺苷轉移酶圖1 NAMPT在人體內(nèi)的表達和分布Fig 1 Expression and distribution of NAMPT in the human body[7]

3 內(nèi)脂素的生物學功能

內(nèi)脂素的生理功能復雜，目前已知的功能主要包括3方面：NAD合成過程中的限速酶、生長因子、細胞因子。內(nèi)脂素作為NAD合成限速酶的作用最早被發(fā)現(xiàn)，對維持細胞能量代謝及正常生理功能起重要調(diào)控作用[4]。近年來，隨著研究的深入，內(nèi)脂素在生長因子和細胞因子方面的作用也引起了學者們的關注。

3.1 內(nèi)脂素的生長因子功能

內(nèi)脂素作為一種生長因子，在免疫細胞激活、血管生成中起著重要的作用。有研究表明，內(nèi)脂素在激活的中性粒細胞中表達明顯上調(diào)，在培養(yǎng)基中加入重組內(nèi)脂素可抑制中性粒細胞的凋亡[8]。內(nèi)脂素表達上調(diào)可誘導淋巴細胞的激活，反之，抑制內(nèi)脂素的表達可顯著抑制T淋巴細胞的激活[9]。動物實驗顯示，條件敲除小鼠淋巴細胞的內(nèi)脂素基因可導致胸腺細胞數(shù)量顯著減少，外周T和B淋巴細胞幾乎完全消失[10]。以上研究表明，內(nèi)脂素是免疫細胞發(fā)育、成熟、激活以及凋亡過程中的重要調(diào)節(jié)因子。在血管生成方面，研究表明內(nèi)脂素可以促進血管平滑肌細胞成熟，敲除內(nèi)脂素基因可促進血管平滑肌細胞凋亡，降低血管平滑肌細胞成熟至收縮狀態(tài)的能力，內(nèi)脂素轉基因的人源平滑肌細胞存活率顯著提高[11]。

3.2 內(nèi)脂素的細胞因子功能

近期的研究表明，內(nèi)脂素參與炎性反應的發(fā)生發(fā)展。內(nèi)脂素的促炎作用主要體現(xiàn)在如下兩個方面：

1)參與調(diào)控細胞因子的產(chǎn)生，內(nèi)脂素可激活單核細胞產(chǎn)生促炎(IL-1β、IL-6和TNF)和抗炎(IL-1Ra和IL-10)細胞因子，具有調(diào)控免疫細胞炎性反應激活的能力[12]。過表達內(nèi)脂素可顯著增加人肺癌II型上皮細胞系和人肺動脈內(nèi)皮細胞趨化因子IL-8、IL-16和CCR3的產(chǎn)生，并顯著增強IL-1β介導的細胞通透性，抑制內(nèi)脂素表達可獲得相反的結果[13]。此外，在血管內(nèi)皮細胞中，內(nèi)脂素可通過激活NF-KappB通路增強多種趨化因子的表達，并可促進細胞間黏附分子1(intercellular adhesion molecule，ICAM-1)、血管細胞黏附分子(vascular cell adhesion molecule，VCAM-1)和E-選擇素等黏附分子的表達[14]。以上研究均證實內(nèi)脂素是一種細胞因子，參與調(diào)控免疫細胞及非免疫細胞炎性因子的分泌，說明其在炎性反應過程中起著重要的作用。

2)對炎性細胞趨化、遷移、激活、分化及吞噬等方面產(chǎn)生影響。有研究表明，給予小鼠氣管內(nèi)注射重組人內(nèi)脂素后，支氣管肺泡灌洗液(broncho-alveolar lavage fluid，BALF)中白細胞計數(shù)顯著增加[15]；內(nèi)脂素還可以促進B淋巴細胞的遷移，并且呈現(xiàn)出明顯的劑量依賴性關系[16]。以上研究表明，內(nèi)脂素有炎性細胞趨化因子的作用。內(nèi)脂素可促進T淋巴細胞增殖，增強T細胞效應器功能并誘導T細胞介導的反應，可作為人類單核細胞的有效激活劑[16]；內(nèi)脂素還可以劑量依賴性地刺激單核細胞產(chǎn)生促炎介質(zhì)，并增加共刺激分子的表達，從而誘導、增強T細胞免疫應答[16]。在細胞分化及吞噬方面，內(nèi)脂素可誘導單核細胞向巨噬細胞的分化，增強中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞的吞噬功能，并能刺激眾多免疫細胞群產(chǎn)生廣泛的炎癥介質(zhì)[17]。

4 內(nèi)脂素與膿毒癥臟器損傷

近年來多項臨床研究表明，患者入院時血清內(nèi)脂素水平是住院死亡率的獨立危險因素。與健康人相比，膿毒癥患者的血清內(nèi)脂素水平顯著升高，膿毒癥休克亞組患者血清內(nèi)脂素水平升高更明顯[18]；此外，膿毒癥患者血清內(nèi)脂素水平與膿毒癥嚴重程度評分、血C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)值、乳酸值、降鈣素原(procalcitonin，PCT)呈正相關，與CRP、IL-6、IL-10和IL-8和PCT等指標相比，內(nèi)脂素是反映膿毒癥和膿毒性休克嚴重程度和預后的更好指標[19]。

此外，血清內(nèi)脂素水平與危重病患者急性生理與慢性健康狀況評分Ⅱ(acute physiological and chronic health evaluation Ⅱ，APACHE Ⅱ)、序貫器官衰竭評分(sequential organ failure assessment，SOFA)、簡化急性生理學評分(simplified acute physiology score，SAPS)、腎功能、肝功能和代謝紊亂的生物標志物正相關，提示內(nèi)脂素血清濃度與疾病嚴重程度密切相關[19]。因此，血清中內(nèi)脂素水平是評估ICU危重和膿毒癥患者死亡風險和預后的一個非常有價值的生物標志物，也可能是膿毒癥臨床干預的潛在靶點。

4.1 內(nèi)脂素參與膿毒癥肺損傷

膿毒癥是引起急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)的主要病因[20]，多項研究表明內(nèi)脂素在ARDS發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。有研究顯示，人類內(nèi)脂素基因啟動子中T-1001G和C-1535T單核苷酸多態(tài)性的攜帶者患ARDS的風險增加7.7倍，表明內(nèi)脂素可能是膿毒癥所致ARDS的遺傳標志物[21]。

臨床研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥導致的ARDS患者血漿中內(nèi)脂素濃度顯著升高，提示內(nèi)脂素是ARDS/VILI重要的炎性因子[13]。在膿毒癥及其他原因導致的ARDS中，肺上皮細胞、白細胞和血管內(nèi)皮細胞中的內(nèi)脂素基因被激活，可合成內(nèi)脂素并將其分泌到血液中，而用抗體中和內(nèi)脂素對ALI有顯著的保護作用[22]。這些結果表明，內(nèi)脂素的過度表達可能會促進膿毒癥急性肺損傷發(fā)病機制的啟動或加重。新近有研究提示，新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)感染者的病情嚴重程度與血清內(nèi)脂素的水平相關[22]。

4.2 內(nèi)脂素參與膿毒癥心肌損傷

內(nèi)脂素在膿毒癥心肌損傷中也發(fā)揮著重要作用。有研究表明，在LPS誘導小鼠膿毒癥模型中，小鼠心肌及血清中內(nèi)脂素均持續(xù)增高，給予內(nèi)脂素抑制劑FK866干預后，可顯著改善小鼠心肌炎性反應、氧化損傷和心臟泵血功能[23]。另一項體外研究使用內(nèi)脂素處理LPS刺激的心肌細胞損傷模型，可以促進IκB/NF-κB信號通路激活，進而使心肌細胞的黏附分子ICAM-1和VCAM-1的表達增加，黏附分子可誘導炎癥細胞在心臟中聚集和黏附，并導致多種炎性因子的分泌，從而產(chǎn)生心肌損傷[24]。

4.3 內(nèi)脂素參與膿毒癥肝損傷

多項研究表明，內(nèi)脂素參與膿毒癥肝損傷的發(fā)生發(fā)展。動物實驗提示，給予小鼠靜脈注射內(nèi)脂素可導致小鼠出現(xiàn)明顯的肝損傷，其血清中丙氨酸轉氨酶(ALT)和天冬氨酸轉氨酶(AST)水平顯著增高，肝臟HE染色顯示有大量炎性細胞浸潤，肝組織中IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎因子以及肝纖維化標志蛋白的表達顯著增加，其機制可能與內(nèi)脂素引起了肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和ROS上調(diào)，并激活JNK信號通路有關；離體細胞實驗表明，內(nèi)脂素可刺激人肝細胞系HepG2細胞中IL-6等促炎介質(zhì)顯著增加，并與NF-κB及STAT3信號通路激活有關[25]。此外，在LPS誘導的小鼠膿毒癥肝損傷模型中給予內(nèi)脂素抑制劑FK866對小鼠進行干預，發(fā)現(xiàn)小鼠血清中ALT 及AST水平顯著降低，肝功能損傷減輕，血清中炎性因子TNF-α、IL-6、CXCL1、IL-1β和IFN-γ水平顯著下降，在細胞實驗中也觀察到相同的結果，表明內(nèi)脂素參與了膿毒癥肝損傷的發(fā)生發(fā)展[26]。

5 問題與展望

內(nèi)脂素是機體的一種重要的促炎細胞因子，抑制內(nèi)脂素的表達可減輕膿毒癥相關性臟器損傷，但目前只有膿毒癥相關性肺、心、肝損傷的研究報道，尚未見腸道、腦、腎等其他重要臟器的相關研究報道，鑒于這些臟器在膿毒癥中所起的重要作用，而且內(nèi)脂素在這些器官也有廣泛分布，內(nèi)脂素可能在膿毒癥腸損傷、膿毒癥腦病及急性腎損傷中也起著重要的作用，相關的研究值得進一步開展，為探索膿毒癥的機制及潛在干預靶點提供更多的科學依據(jù)。并且，目前雖然在腫瘤領域，內(nèi)脂素抑制劑FK866已應用于三期臨床實驗，但在膿毒癥方面，僅限于基礎研究，尚未見臨床實驗研究報道，距離臨床的實際應用尚有諸多問題有待解決。而且，目前的研究僅限于觀察內(nèi)脂素作為促炎細胞因子在膿毒癥中起的作用，但內(nèi)脂素是否會通過影響NAD的合成代謝以及糖代謝而參與膿毒癥的發(fā)生發(fā)展，以及其可能的機制，均未見研究報道，這些都有待于進一步的深入探究。