膿毒癥的病理生理機制及其診療研究進展

吳長江

（上海交通大學醫(yī)學院附屬蘇州九龍醫(yī)院 重癥醫(yī)學科，江蘇 蘇州 215028）

0 前言

膿毒癥（sepsis）目前研究是一種因機體感染導致所在宿主反應失控，進而演變成致命器官功能障礙的急危重癥，多見于一些合并嚴重疾病、外傷、昏迷等情況的急危重癥患者，機體的病情若進一步嚴重時便進展為膿毒癥休克/感染性休克，其致死率高，是目前急危重癥患者的可能主要死亡原因之一[1-3]。2005年，國際上將從無菌的兒童體液分離出病原微生物或病原微生物嚴重感染所致促炎性因子誘導的SIRS表現(xiàn)的臨床綜合征定義為兒童膿毒癥[4]。膿毒癥在全世界范圍內(nèi)具有很高的發(fā)病率和致死率（發(fā)病數(shù)>=1900萬/年，其中死亡數(shù)約530-600萬/年）。而膿毒癥的兒童的死亡率約3.5%，且呈現(xiàn)了逐年上升之趨勢[4-7]。早期，人們認為膿毒癥的發(fā)生與細菌和毒素有關，而后的研究提示膿毒癥屬于一種涉及到宿主、免疫和炎癥、凝血功能、微循環(huán)和代謝以及細胞功能等多種機制的全身性炎癥反應綜合征（SIRS），病情若持續(xù)發(fā)展，則會導致患者則發(fā)生休克、嚴重休克、MODS（MOF）、甚至可能死亡[8-10]。膿毒癥的治療方法也是臨床目前需要面臨的重大難題之一，但目前臨床上常規(guī)的治療方法通常能只能控制患者的病情，總體療效仍欠佳[11-12]。本文將闡述膿毒癥的病理生理機制、診療等方面作一綜述，具體參見下文。

1 膿毒癥的病理生理機制

1.1 宿主反應，促炎反應與抗炎反應的失衡

研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生感染后的宿主機體會產(chǎn)生SIRS以及CARS這兩種應答表現(xiàn)。由膿毒癥所造成的組織損傷即是由全身炎癥反應綜合征（SIRS）以及抗炎性代償綜合征（CARS）這兩種應答表現(xiàn)共同作用而引發(fā)的[13-14]。

1.2 免疫應答

膿毒癥在非特異性免疫應答機制中涉及到自然殺傷細胞（natural killer cell，NK）、樹突狀細胞（Dendritic cell，DC）和單核-巨噬細胞的廣泛凋亡；適應性免疫機制中牽涉到了T細胞的損耗、調(diào)節(jié)性T細胞（Regulatory cells，Tregs）的成比例增加和B細胞的耗竭。吳田田[15]等的研究發(fā)現(xiàn)：調(diào)節(jié)性T細胞（Tregs）可在膿毒癥晚期引起免疫功能的紊亂。Joon-Sung Kim等[16]發(fā)現(xiàn)Genipin可以通過降低T淋巴細胞的凋亡從而在膿毒癥晚期發(fā)揮著減輕免疫抑制反應的功效。Naeem K Patil等[17]認為膿毒癥在機體的病程中表現(xiàn)為細胞毒T淋巴細胞相關抗原-4（Cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4）以及程序性死亡受體1（Programmed cell death protein 1，PD-1）的增加可造成CD8（+）和CD4（+）等免疫細胞的大量凋亡。馬瑜紅等[18]對發(fā)生了膿毒癥的小鼠模型實行程序性死亡受體-配體1（Programmed Cell Death-Ligand 1，PD-L1）封閉治療后，發(fā)現(xiàn)這種治療措施可以顯著緩解膿毒癥小鼠的免疫麻痹狀態(tài)。

1.3 凝血功能異常

凝血功能的異常與膿毒癥的發(fā)生發(fā)展息息相關，膿毒癥晚期患者常并發(fā)DIC[19]。Cheng-Ming Tsao等[20]認為細菌的內(nèi)毒素和外毒素以及組織因子（Tissue factor，TF）促進了膿毒癥患者的凝血功能異常。Teresa Perillo等[21]的研究對膿毒癥病例施行補充蛋白 C（Protein C，PC）治療，結果發(fā)現(xiàn)治療組的病死率明顯減低。Toshiaki Iba等[22]認為抗凝血酶（Antithrombin，AT）活性的監(jiān)測在預測膿毒癥并發(fā)DIC患者的預后方面發(fā)揮了重要作用。國外的一項薈萃分析[23]顯示出纖溶酶原激活物抑制劑-1（Plasminogen Activator Inhibitor 1，PAI-1）或許可以作為其中一種預測膿毒癥在機體的病程中發(fā)生和發(fā)展的生物學標志物。

1.4 器官功能障礙

膿毒癥常可引發(fā)多器官功能障礙[24]。Xie JF等[25]的研究顯示伴隨急性肺損傷（acute lung injury，ALI）的膿毒癥約近半數(shù)，且病死率可高達35.5%。膿毒癥引起的ALI的發(fā)病機制主要涉及血管內(nèi)皮損傷（氧化應激、細胞凋亡及自噬、炎癥反應）以及肺泡上皮損傷兩方面[26-34]。有報道合并急性腎損傷（Acute kidney injury，AKI）的膿毒癥發(fā)病率大約為51%～66.9%，此類預后常不佳[35]。既往認為急性腎損傷（AKI）的發(fā)生與腎血流量減少有關，后期的研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥時引發(fā)急性腎損傷（AKI）的最主要的發(fā)病機制是免疫炎癥反應[36-38]。Xiaolin Wang等[39]的研究發(fā)現(xiàn)IGFBP7基因的沉默有利于減輕膿毒癥小鼠的急性腎損傷。Y Zhang等[40]的研究認為膿毒癥引起AKI的早期診斷所需要的生物標志物或許為lncRNA MIAT。Yue Ding，等[41]發(fā)現(xiàn)UCP2可改善膿毒癥時引發(fā)的急性腎損傷（AKI），提示UCP2將成為未來治療膿毒癥時引發(fā)的急性腎損傷（AKI）的潛在的治療靶點。

1.5 線粒體自噬

膿毒癥時導致線粒體DNA損傷的原因包括機體活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和促炎性細胞因子的大量釋放，以及線粒體膜電位本身的降低，其中線粒體的自噬過程在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[42-45]。線粒體自噬一般主要通過所知的兩個途徑在膿毒癥中發(fā)揮了作用，包括Parkin 非依賴性途徑和Parkin依賴性途徑（最常見）。Dai XG等[46]的研究證實了沉默PTEN誘導的假定激酶（PTEN-induced putative kinase-1，PINK1）后，線粒體的自噬過程將會受到明顯抑制；而過表達假定激酶（PINK1），則可通過Parkin依賴性途徑明顯加強線粒體的自噬過程。Kang R等[47]通過對膿毒癥小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)Parkin依賴性途徑的抑制可加重膿毒癥的病情進展。Wu W等[48]認為能促進機體線粒體自噬過程為Fun14結構相關蛋白1（Fun14 domain-containing protein 1，F(xiàn)UNDC1）。Yan M等[49]的研究進一步證實了膿毒癥時Fun14結構相關蛋白1（FUNDC1）途徑與線粒體自噬之間的緊密關聯(lián)。Zhang T等[50]的研究指出具有促進線粒體自噬過程的功效的Bcl-2相互作用蛋白3（Bcl-2 interacting protein 3，BNIP3）也是之一。Tong M等[51]的研究認為多聚體的形式也參與機體線粒體的調(diào)節(jié)過程的為線粒體動力學相關蛋白1（Dynamin related protein 1，Drp1）。Wang Y等[52]發(fā)現(xiàn)右美托咪定能提升線粒體中Parkin蛋白表達，進而減輕炎癥反應。我國有學者報道[53]丹酚酸A具有下調(diào)自噬蛋白PINK1以及Parkin的功效，進而起到保護肺微血管內(nèi)皮細胞的作用。

1.6 基因多態(tài)性

研究發(fā)現(xiàn)，不同的機體在SIRS過程中被傷害是存在差異的，因此膿毒癥本質(zhì)上也隸屬于一種多基因綜合征[54]。研究發(fā)現(xiàn)甘露糖結合凝集素（Mannosebinding lectin，MBL）、白細胞分化抗原14（Cluster of differentiation 14，CD14）以及腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor，TNF-α）等的基因多態(tài)性與膿毒癥患者的疾病易感性以及1個月內(nèi)死亡率有著密切相關[55-56]。Qin Wu等[57]的薈萃研究分析顯示CD14-159C/T多態(tài)性中攜帶T等位基因與膿毒癥的預后不良呈正相關關系。Shinshu Katayama等[58]的研究發(fā)現(xiàn)PROC-1654T/C 等位基因T或可通過影響凝血功能進而改變膿毒癥的病理進展以及預后相關狀況。國內(nèi)有研究[59]發(fā)現(xiàn)rs1801282Pro12Ala與膿毒癥的病死率呈密切的相關關系。陳力等[60]的研究發(fā)現(xiàn)HLA-DRB1基因中的0101-0103以及1601-1602基因型可通過增加炎癥因子的產(chǎn)生影響膿毒癥的治療結局。韓冬等[61]的研究發(fā)現(xiàn)Toll樣受體基因多態(tài)性與膿毒癥的患者的死亡率也有密切相關。

研究同樣發(fā)現(xiàn)許多炎性因子可激活NF-κB信號通路進而增強膿毒癥病程中的炎癥反應[62]。國外甚至有研究[63]認為NF-κB信號通路的活性相比于一些傳統(tǒng)指標，能更精準地預測重癥膿毒癥患者的預后情況。X Chang等[64]通過老鼠的膿毒癥模型，證明了細菌內(nèi)毒素可以通過激活JAK/STAT信號通路進而促進相關因子的產(chǎn)生，進而進一步加重了膿毒癥的患者病情。AB Lentsch等[65]的研究發(fā)現(xiàn)抑制JAK/STAT信號通路可以減輕膿毒癥引發(fā)的肝臟損傷和肺臟損傷。Rui An等[66]在膿毒癥小鼠的模型中驗證了激活PI3K/Akt信號通路后可顯著改善了膿毒癥引發(fā)的心臟損傷。Ning Sun等[67]的膿毒癥小鼠模型發(fā)現(xiàn)抑制PI3K/Akt信號通路將會造成膿毒癥小鼠的病死率升高。但是也有一些研究[68-69]表明PI3K/Akt信號通路的激活將會加重膿毒癥引發(fā)的腎臟損傷或肺臟損傷。Ying-Yi等[70]的研究發(fā)現(xiàn)P38 MAPK信號通路的激活可誘導膿毒癥并發(fā)癥的發(fā)生。GY Song等[71]的研究出針對膿毒癥實驗小鼠進行P38 MAPK信號通路的抑制后，結果發(fā)現(xiàn)可以改善膿毒癥實驗小鼠的預后。Zhi-Feng等[72]發(fā)現(xiàn)抑制P38 MAPK信號通路后可以顯著減輕了膿毒癥對肺微細血管內(nèi)皮細胞的過度損害。Tianqing Peng等[73]的研究顯示MAPK信號通路的抑制可以減少腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的表達水平，進而減輕膿毒癥對心肌造成的損害。

2 膿毒癥的診斷

自發(fā)現(xiàn)膿毒癥以來，目前現(xiàn)有相繼三個版本的成人膿毒癥診斷定義標準以及四個相繼的拯救膿毒癥運動（Surviving sepsis campaign，SSC）診療的相關指南[74]。三個成人膿毒癥診斷定義標準詳細分別是①1991年由美國重癥醫(yī)學會指定的診斷標準：由感染而導致的SIRS[75-77]；②2001年，膿毒癥的診斷標準定義為機體存在確定或高度懷疑的感染，并具備血流動力學、器官功能、組織灌注、全身一般情況、炎性指標等五個方面總計24項診斷指標，但該標準并未在國內(nèi)外得到廣泛應用[78-79]；③2016年，膿毒癥定義再次被修訂為（簡易）：感染導致的器官功能障礙（△SOFA≥2分）[80]，該標準現(xiàn)已成為目前國內(nèi)外臨床上使用最為廣泛的膿毒癥診斷標準。兒童膿毒癥方面也有新的拯救膿毒癥運動國際指南[81]。

2.1 生物標志物

2.1.1 急性期蛋白標志物

Póvoa P等[82]的研究發(fā)現(xiàn)當CRP的每日最大差值≥41 mg/L且C反應蛋白（CRP）水平>87 mg/L時，預測膿毒癥的敏感度為92.1%，特異度為82.1%。Simon L等[83]的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，降鈣素原（procalcitonin，PCT）在診斷因手術后或創(chuàng)傷后所引發(fā)的膿毒癥方面優(yōu)于C反應蛋白（CRP）。秦晉鋁等[84]的研究發(fā)現(xiàn)，可作為膿毒癥急性期診斷的蛋白標志物肝素結合蛋白（heparin-binding protein，HBP），當肝素結合蛋白（HBP）的最佳cut-off值設定為19.66μg/L時，其診斷膿毒癥的敏感度以及特異度均可超過90%。王承娟等[85]的研究發(fā)現(xiàn)，C反應蛋白（CRP）以及降鈣素原（PCT）在兒童膿毒癥的評估與診斷中發(fā)揮了重要作用。曹露露等[86]認為急性期蛋白標志物（PCTCRP）有利于針對膿毒癥做出早期診斷。

2.1.2 免疫相關細胞標志物及可溶性受體

Wu Y等[87]的薈萃分析顯示可溶性髓樣細胞觸發(fā)受體-1（soluble triggering receptor expressed on myeloid cells-1，sTREM-1）的表達水平會變化為在機體存在膿毒癥時則明顯升高，其在診斷為膿毒癥的特異度以及敏感度均接近80%。Dimoula A等[88]發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞表面CD64在診斷膿毒癥的敏感度和特異度均較高。

2.1.3 其他標志物

周燕南等[89]的研究發(fā)現(xiàn)Presepsin可作為一種診斷膿毒癥以及評估膿毒癥的預后的新的標記物。Masson S等[90]采用回顧性分析的研究方法，驗證了Presepsin在膿毒癥患者中的表達水平與膿毒癥的死亡率呈正相關關系。孫燕燕等[91]發(fā)現(xiàn)Presepsin可與C反應蛋白（CRP）以及降鈣素原（PCT）等急性期蛋白標志物進行聯(lián)合檢測，進而提高了膿毒癥的診斷率。Mihajlovic D等[92]的研究發(fā)現(xiàn)一種膿毒癥內(nèi)皮細胞活化得最為特異的標志物之一的內(nèi)皮細胞特異性分子-1（Endothelial cell specifi cmolecule-1，Endocan）。國內(nèi)學者趙蓉等[93]的研究認為內(nèi)皮細胞特異性分子-1（Endocan）可以作為細菌性膿毒癥的診斷標志物。徐莎等[94]的研究發(fā)現(xiàn)組氨酸糖蛋白（Histidine-rich glycoprotein，HRG）對由細菌所導致的膿毒癥的患者診斷效能較高。周增丁等[95]發(fā)現(xiàn)乳酸以及血清淀粉樣蛋白A等可以在膿毒癥的診斷方面發(fā)揮較好功效。張芳等[96]的研究發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA（Long noncoding RNA，lncRNA）在膿毒癥的早期診斷意義重大，而且長鏈非編碼RNA（lncRNA）還有利于用于區(qū)別膿毒癥病情的嚴重程度。肖婷等[97]的研究提示全血可溶性白細胞分化抗原-14（sCD14-ST）在兒童膿毒癥識別上優(yōu)勢明顯。曾萍等[98]的研究顯示膿毒癥患兒體內(nèi)的內(nèi)生嗎啡的表達水平與膿毒癥的病情嚴重程度呈正相關關系。Wang C等[99]發(fā)現(xiàn)血清載脂蛋白A-V（ApoA5）的表達水平越高，膿毒癥患者的病情越趨于穩(wěn)定好轉。Liu F等[100]的研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥患者的支氣管肺泡灌洗液中的miR-155表達水平明顯高于普通膿毒癥為并發(fā)急性呼吸窘迫綜合征（Acute respiratorydistress syndrome，ARDS）的患者。Ris?e PK等[101]使用小鼠構建了膿毒癥并發(fā)急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）的模型后，發(fā)現(xiàn)在患病小鼠的血液以及患病小鼠的肺組織中的miR-23a-5p表達水平明顯上升。Wu Y等[102]的研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥患兒體內(nèi)的miR-21以及miR-125b等分子的表達水平明顯上升，并且它們與膿毒癥時一些炎癥相關因子的表達水平呈正相關關系。國外學者Rahmel T等[103]發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者血液中的miR-122分子表達水平越高，則死亡率越高。Wu X等[104]則發(fā)現(xiàn)膿毒癥的患者體內(nèi)的白細胞介素-10（IL-10）的分子表達水平與miR-223分子表達水平呈負相關關系。

2.2 多維度的評分標準

目前國內(nèi)外臨床上普遍使用各種多維度評分標準和一些生理參數(shù)對膿毒癥進行輔助診斷。APACHE Ⅱ評分標準可用于對膿毒癥患者病情變化的評價以及療效的評估[105]。彌散性血管內(nèi)凝血（DIC）評分標準可對預測膿毒癥的預后情況提供一定的依據(jù)[106]。小兒邏輯器官功能障礙評分（PELOD-2）包括10個變量以及5個器官功能障礙，PELOD-2可用于對患兒膿毒癥進行評估[107]。小兒危重病例評分（PCIS 評分）與小兒多器官功能障礙評分（P-MODS）也常被用于膿毒癥患兒的病情評估[108-109]。

2.3 智能化膿毒癥預測系統(tǒng)

科技在進步，人工智能在發(fā)展，國內(nèi)外的一些大型三甲醫(yī)院已經(jīng)在嘗試開發(fā)一些智能化的膿毒癥預測的系統(tǒng)。Le S等[110]基于機器學習的方法（Machine Learning，ML）開發(fā)了一種膿毒癥預測系統(tǒng)，可以用于預測兒童膿毒癥的發(fā)病情況。劉廣建等[111]開發(fā)的人工智能系統(tǒng)可以實現(xiàn)對兒童膿毒癥患者亞型的識別。陳瀟等[112]開發(fā)了一套在兒童膿毒癥中輔助診斷系統(tǒng)，顯著提示了膿毒癥患兒的診斷準確率。

3 膿毒癥的治療

3.1 基礎治療

膿毒癥的基礎治療主要包括在先前的加強液體復蘇以及盡可能早期的抗感染。中國膿毒癥/膿毒性休克急診治療指南（2018）[113]明確指出了液體復蘇對于膿毒癥的患者的病情控制發(fā)揮了非常積極的作用。對膿毒癥患者進行復蘇時，晶體液的復蘇效果顯著與安全性系數(shù)高，但也應當注意對白蛋白的適當補充[114-115]，還明確說明了膿毒癥患者盡早抗感染（靜脈用藥）的必要性。常用的抗感染藥物對膿毒癥患者的治療中發(fā)揮了一定的積極作用[116-117]。

3.2 其他藥物治療

血管活性藥物的合理使用，將膿毒癥患者的平均動脈壓調(diào)整在65mmHg，可以有效的治療因膿毒癥導致的休克[118，119]。糖皮質(zhì)激素在糾正由膿毒癥所造成的休克方面能發(fā)揮積極有效的作用[120]?？咕淖鳛橐环N具有兩親性陽離子的多肽在膿毒癥的治療中具有一定的前景[121]。由于免疫應答在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，因此一些有關膿毒癥的免疫療法也成為了目前國內(nèi)外研究的重點[122]。此外，一些中成藥制劑（例如血必凈注射液）也在治療膿毒癥方面發(fā)揮了積極的功效[123]。

4 結語與展望

膿毒癥的發(fā)病率非常高，病情又進展快，造成死亡率非常高，對國家、社會以及家庭、個人都造成了極大的經(jīng)濟負擔及造成不良后果。臨床醫(yī)生需要加強相關培訓、不斷學習積累、提高救治意識，對膿毒癥能做到早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷、早期治療，盡早實施集束化的措施，以期改善膿毒癥患者的預后。