膿毒癥肝損傷的發(fā)病機制及治療研究進展

周偉 章莉莉

膿毒癥是宿主對感染的反應失調(diào)而致的危及生命的器官功能障礙[1],是一種以多器官損傷、氧化應激、炎性細胞因子刺激和循環(huán)改變?yōu)樘卣鞯碾y治性疾病,其發(fā)病機制尚不清楚[2]。膿毒癥早期即可誘發(fā)肝損傷,提示預后不良[3]。充分了解膿毒癥肝損傷的復雜機制,有助于探索膿毒癥肝損傷潛在的治療靶點。

一、發(fā)病機制

膿毒癥肝損傷的發(fā)病機制主要包括微循環(huán)和內(nèi)皮損傷、腸道菌群失調(diào)、炎癥因子失衡、氧化應激、線粒體代謝障礙等幾點。

(一)微循環(huán)和內(nèi)皮損傷 膿毒癥常發(fā)生微循環(huán)和內(nèi)皮損傷,這些損傷減少氧交換,破壞氧合并引起組織缺血和細胞損傷[4]。膿毒癥時,肝臟的門靜脈和肝動脈血流減少,導致肝臟灌注不足,而此時肝臟正處于高代謝狀態(tài),進一步加劇了血流氧供不足。

膿毒癥時肝臟參與內(nèi)毒素及細菌清除,表達大量炎癥介質(zhì),使得血管通透性增加,肝竇內(nèi)皮細胞激活,肝微血管中纖維蛋白沉積、微血栓形成,引起肝臟微循環(huán)障礙。除此以外,膿毒癥時內(nèi)皮細胞會出現(xiàn)損傷,血管通透性改變和凝血、纖溶系統(tǒng)失調(diào),最終引起微循環(huán)障礙[5-6]。

(二)腸道屏障失調(diào)和腸道菌群移位 腸道是防止細菌、內(nèi)毒素移位的重要生理屏障。有解剖和研究表明,腸道和肝臟關(guān)系密切。膿毒癥時腸道屏障破壞和腸道菌群失調(diào)導致腸道病原相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式轉(zhuǎn)移到肝臟和體循環(huán),腸道內(nèi)菌群及其代謝產(chǎn)物經(jīng)門靜脈移至肝臟,激活肝細胞釋放大量炎癥因子,超過肝細胞和內(nèi)皮細胞的處理能力時,肝臟發(fā)生損傷[7-9]。而肝臟清除能力受損和代謝紊亂可導致腸道屏障進一步受損,腸道微生物群的組成和多樣性受到更多破壞。有研究表明,腸道微生物在膿毒癥引起的肝損傷的致敏中起著關(guān)鍵作用,并在膿毒癥發(fā)展過程中與格拉司瓊聯(lián)合作為一種肝保護化合物[10-11]。

研究顯示腸道屏障失調(diào)和腸道菌群移位可能是觸發(fā)膿毒癥及其肝損傷的關(guān)鍵因素。因此,腸道和肝臟之間的相互作用是一個潛在的治療靶點。

(三)炎癥、免疫失衡 膿毒癥期間肝臟是炎癥介質(zhì)的主要來源,是啟動炎癥反應、清除內(nèi)毒素的重要器官。細菌或內(nèi)毒素攻擊機體,免疫細胞、肝細胞產(chǎn)生和釋放白細胞介素(IL) -1、IL-2、IL-6以及腫瘤壞死因子-α(TNF-α),免疫細胞到達感染部位,清除微生物和受損細胞[12]。巨噬細胞是膿毒癥中過度產(chǎn)生細胞因子的主要來源,因此,抑制巨噬細胞釋放細胞因子是減輕膿毒癥肝損傷的合理策略[11]。

TNF-α可直接損傷肝細胞,同時促進炎性因子釋放。例如,Harbrecht等報道,在LPS刺激后,系統(tǒng)性TNF-α可直接引起肝細胞損傷。內(nèi)毒素也可以刺激肝臟庫普弗細胞合成分泌 IL-18,繼而促進肝細胞合成分泌干擾素 γ(IFN-γ),誘導肝細胞凋亡,參與膿毒癥肝損傷的病理生理[13-15]。

膿毒癥時肝臟除了產(chǎn)生促炎因子,還會生成抗炎介質(zhì)如 IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子β和糖皮質(zhì)激素,抑制免疫反應。而IL-27 既可引發(fā)炎癥,又可以抑制炎癥,在炎癥的調(diào)控中發(fā)揮重要作用[16-17]。

過度的促炎反應導致炎癥因子風暴,造成肝臟損傷。而大量抗炎介質(zhì)會損害肝臟清除能力,使患者反復感染,病死率增加[18]。因此,平衡肝臟的促炎與抗炎,提高患者的免疫對改善肝損傷有重要意義。

(四)氧化應激 氧化應激的產(chǎn)物包括活性氧和活性氮。膿毒癥時,肝臟中有大量的中性粒細胞,它們在活性氧、活性氮和各種炎癥因子的作用下活化,導致自身向感染灶的遷移能力減退,在肝臟的阻滯和過度活化中導致肝損傷。膿毒癥時,誘導型一氧化氮合酶增多,一氧化氮(NO)生成增加,體內(nèi)大量分子氧化,導致細胞凋亡[19-20]。

此外,內(nèi)皮細胞對氧化應激十分敏感[21]。活性氧和活性氮可觸發(fā)內(nèi)皮細胞的凋亡信號通路,降低內(nèi)皮型一氧化氮合酶活性,導致內(nèi)皮受損,中性粒細胞在肝臟中阻滯、血管收縮、血管通透性增加,微血栓形成,導致肝臟低灌注和損傷[22-23]。

氧化應激可能是膿毒癥引起肝損傷的重要機制之一,在治療中加入抗氧化劑可能是未來臨床上治療膿毒癥肝損傷的有效方向。

(五)線粒體功能障礙 膿毒癥時,細菌和內(nèi)毒素激活肝細胞,誘導活性氧的過度釋放,一氧化氮增多,線粒體膜及呼吸鏈異常,造成線粒體損傷,能量代謝障礙。

過量的活性氧作用于肝臟線粒體膜,使線粒體內(nèi)的細胞色素氧化酶無法與氧氣正常結(jié)合,呼吸鏈傳遞中斷,細胞不能發(fā)揮功能[24]。研究發(fā)現(xiàn),肝細胞線粒體膜上離子通道活性下降,膜的流動性和通透性改變,能量代謝障礙。膿毒癥動物研究顯示,肝細胞線粒體膜上丙二醛水平增加,線粒體膜大量過氧化,線粒體膜的完整性破壞,膜蛋白受損,線粒體損傷、能量障礙導致肝功能損傷。還有人發(fā)現(xiàn),在膿毒癥小鼠肝臟中,線粒體呼吸鏈的復合物Ⅳ活性下降,線粒體結(jié)構(gòu)破壞,線粒體功能損傷,最終肝功能障礙[25-27]。

線粒體功能障礙時,機體開始通過調(diào)控包括線粒體生物發(fā)生、融合、裂變和自噬等過程來進行功能修復,這些過程調(diào)控障礙也會導致線粒體損傷,造成不良后果[28]。調(diào)控線粒體功能來緩解膿毒癥肝損傷有待為臨床提供新的治療思路。

(六)細胞死亡途徑

1. 細胞凋亡:細胞凋亡是細胞自主、有序的死亡,是機體維持自身穩(wěn)定的一種機制。膿毒癥時,機體通過各種信號通路如細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激介導的通路、死亡受體介導的外源性通路、線粒體介導的內(nèi)源性凋亡通路和穿孔素-顆粒酶介導的通路等,傳遞凋亡信號,介導肝細胞凋亡,引起肝損傷[29-30]。

2. 自噬:自噬是一種自食分解代謝途徑,通過清除錯誤折疊的蛋白質(zhì)、受損的細胞器來維持穩(wěn)態(tài)[31]。Wang等[32]研究表明,硫代喹酮組LC3、beclin1和IL-10的表達顯著上調(diào),p62、 IL-6、IL-1β、MCP-1和TNF-α表達被抑制,提示上調(diào)自噬可保護膿毒癥肝損傷。

3. 細胞焦亡:細胞焦亡是程序性細胞死亡的一種形式,調(diào)節(jié)免疫和炎癥。有研究顯示,肝細胞、庫普弗細胞和星狀細胞中都有焦亡反應通路,而細胞焦亡的過度激活會造成細胞的大量死亡,進而造成肝臟損傷。近年來對細胞焦亡的研究也在逐年增加[33-34]。有研究揭示MaR1通過阻止巨噬細胞焦亡來保護肝臟,有望成為靶向膿毒癥誘導肝損傷的治療劑[35]。

4. 鐵死亡:鐵死亡( ferroptosis) 是一種新型的程序性細胞死亡,其主要依賴鐵離子的氧化損傷來引起細胞死亡。研究顯示,Yes-associated protein1 (YAP1)通過破壞NCOA4-FTH1反應來抑制鐵蛋白自噬介導的鐵死亡,從而減輕膿毒癥引起的肝損傷,這表明YAP1可能是膿毒癥肝損傷的潛在治療靶點[36]。

二、治療

(一)常規(guī)治療 ①感染源控制:早期經(jīng)驗性抗菌用藥,根據(jù)病原體和藥敏及時調(diào)整用藥,部分含有感染灶的患者還需清創(chuàng)引流來控制感染。②維持血流動力學穩(wěn)定:最新指南指出,維持血流動力學穩(wěn)定,包括早期目標導向性液體復蘇、使用去甲腎上腺素等有利于患者預后[37]。③早期腸內(nèi)營養(yǎng):對于血流動力學穩(wěn)定且胃腸功能良好的患者,推薦早期開始腸內(nèi)營養(yǎng)[38]。④血糖管理:膿毒癥患者易出現(xiàn)高血糖和胰島素抵抗。膿毒癥早期,持續(xù)適當?shù)囊葝u素降糖治療可以保護膿毒癥大鼠肝臟線粒體[39]。 ⑤常用保肝藥:如異甘草酸鎂、還原型谷胱甘肽、多烯磷脂酰膽堿等保肝藥,注意避免使用傷肝藥物如喹諾酮及大環(huán)內(nèi)酯類等藥物。

(二)糾正腸道菌群失調(diào) 近些年糞便微生物群移植、微生態(tài)制劑包括益生菌、益生元與合生元等治療手段在膿毒癥及其并發(fā)癥中展現(xiàn)出了長足的發(fā)展[12]。

近年來,中藥在膿毒癥肝損傷方面的治療有了很多的研究,研究表明血必凈、熱毒寧、姜黃素、清開靈等在膿毒癥肝損傷治療中有重要研究價值[40]。

(三)改善線粒體功能 ①恢復能量穩(wěn)態(tài):丙酮酸脫氫酶激酶抑制劑二氯乙酸(DCA)和 Rho 激酶抑制劑(Y-27632)使線粒體呼吸鏈復合物活性增加,恢復肝臟能量穩(wěn)態(tài)[41-42]。②減輕線粒體氧化:線粒體靶向抗氧化劑MitoQ、丹皮酚可降低線粒體中活性氧水平[43-44]。③增加線粒體生物生成:一鳶尾素可減輕肝臟的過度炎癥反應,減少 ROS 生成,上調(diào)TFAM表達,增加線粒體生物生成[45]。④增加線粒體自噬:研究顯示,氫氣上調(diào) FUNDC1 表達,增強 FUNDC1 依賴性線粒體自噬,改善線粒體功能[46]。

(四)調(diào)節(jié)自噬 研究表明,細胞自噬通過改善微循環(huán)障礙、清除受損線粒體及調(diào)節(jié)炎癥因子來減輕肝損傷[31]。雷帕霉素提高LC3-Ⅱ的表達,TNF-α、lI-6表達減少,小鼠生存率顯著提高。膿毒癥期間血紅素加氧酶-1介導的自噬對肝損傷有保護作用[47-48]。

現(xiàn)階段自噬的研究大多局限于基礎實驗,未來調(diào)節(jié)自噬有望成為膿毒癥肝損傷治療的潛在途徑。

(五)其他 如前列地爾、N-乙酰半胱氨酸、烏司他丁、羅格列酮、活性氧響應型聚合物納米顆粒、他汀類藥在膿毒癥肝損傷治療中可能具有潛在價值,有待研究。

綜上,膿毒癥肝損傷的發(fā)病機制復雜且相互作用,深入探討膿毒癥肝損傷發(fā)病機制將有助于尋找更有效的治療措施,改善患者預后。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。