褪黑素在膿毒癥治療中的作用機(jī)制及應(yīng)用研究進(jìn)展▲

羅 峰 謝 勝 王金鑫 黃茂光 羅貞藝 張麗敏 黎麗群 譚金晶 劉園園

(1 廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院,廣西南寧市 530001; 2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院脾胃病科,廣西南寧市 530023)

【提要】 膿毒癥是一種由感染引起的全身性炎癥反應(yīng)綜合征,嚴(yán)重時可導(dǎo)致感染性休克或死亡。目前膿毒癥的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明,該病的治療主要以對癥支持為主,缺乏特異性治療手段。諸多研究表明,褪黑素可以通過多種途徑影響膿毒癥的發(fā)展過程。因此,本文對褪黑素治療膿毒癥的作用機(jī)制及應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,旨在為膿毒癥的臨床治療提供新的思路。

膿毒癥是一種由感染引起的全身性炎癥反應(yīng)綜合征,可導(dǎo)致器官灌注不足、組織缺氧、代謝紊亂和多器官功能衰竭,具有較高的發(fā)病率和病死率[1-2]。膿毒癥發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,與炎癥反應(yīng)失衡、凝血功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、免疫功能障礙、線粒體損傷等多種因素有關(guān),但目前尚缺乏有效的針對性治療方法。因此,探尋新型、高效、安全的治療方法是當(dāng)前研究的重點。褪黑素是一種多效性調(diào)節(jié)分子,廣泛分布于人體的各個組織和器官,具有調(diào)節(jié)生物節(jié)律、抗氧化、抗炎、增強(qiáng)免疫、抗腫瘤等多方面的生理作用[3]。近年來,有關(guān)褪黑素在膿毒癥治療中的作用機(jī)制研究日益增多[4]。本文就褪黑素治療膿毒癥的作用機(jī)制及應(yīng)用研究進(jìn)行綜述,以期為膿毒癥的臨床治療提供新的思路。

1 褪黑素與膿毒癥的關(guān)系

褪黑素是與人體內(nèi)源防御機(jī)制有關(guān)的物質(zhì)之一,其作為人體內(nèi)天然的抗氧化劑,對維持細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的穩(wěn)定和保護(hù)機(jī)體組織器官的健康至關(guān)重要。研究表明,褪黑素不僅可以通過抗氧化、抗炎、抗細(xì)胞凋亡等方式增強(qiáng)細(xì)胞的自我修復(fù)能力,還可以調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)多種生物節(jié)律的節(jié)律性,如睡眠-覺醒節(jié)律、食欲-代謝節(jié)律、免疫-炎癥節(jié)律等,對維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和整體健康狀態(tài)具有重要意義[5]。膿毒癥是一種感染狀態(tài)下宿主反應(yīng)失調(diào)引起的可危及生命的臨床綜合征,其發(fā)生率、病死率居高不下[1]。在我國ICU患者中,膿毒癥的發(fā)病率約為20.6%,死亡率達(dá)35.5%,嚴(yán)重膿毒癥的病死率更是高達(dá)50%以上[4]。多項研究發(fā)現(xiàn),血清褪黑素水平在不同程度的感染和死亡風(fēng)險中呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。Perras等[6]檢測了302例ICU患者的夜間血清褪黑素水平,發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重感染患者的夜間血清褪黑素水平與其疾病嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān),即感染越嚴(yán)重,夜間血清褪黑素水平越低。而另一項針對膿毒癥患兒的研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥組的血清褪黑素濃度高于對照組,且膿毒癥死亡組的血清褪黑素濃度高于存活組[7]。為了進(jìn)一步闡明血清褪黑素水平與重癥感染患者預(yù)后之間的關(guān)系,Lorente等[8]開展了一項針對膿毒癥患者的前瞻性、觀察性、多中心研究,結(jié)果表明,在明確診斷后30 d內(nèi)死亡的嚴(yán)重膿毒癥患者的血清褪黑素水平較高,而且血清褪黑素水平與血清丙二醛、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-6和乳酸水平及器官功能障礙評分呈正相關(guān)。Lorente等[9]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),嚴(yán)重膿毒癥診斷后1周內(nèi)的血清褪黑素水平與膿毒癥患者的病情嚴(yán)重程度和死亡率有關(guān)。然而,Lorente等[8]與Perras等[6]的研究結(jié)果存在差異,可能是由于褪黑素受晝夜節(jié)律分泌的影響,而這兩個研究對褪黑素采集的時間不同所致。此外,有研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥的發(fā)生和預(yù)后受機(jī)體晝夜節(jié)律系統(tǒng)的影響[10],時鐘基因被破壞會導(dǎo)致生物能量衰減和活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)物質(zhì)的形成,激活炎性小體,誘導(dǎo)促炎介質(zhì)的表達(dá),從而增加膿毒癥引發(fā)多器官衰竭和死亡的風(fēng)險[11]。而褪黑素能夠修復(fù)機(jī)體受損的晝夜節(jié)律系統(tǒng),恢復(fù)時鐘基因的正常表達(dá),并且通過調(diào)節(jié)先天免疫和線粒體功能來減輕膿毒癥引起的多器官損傷?？梢?血清褪黑素水平可能是一個反映膿毒癥患者預(yù)后風(fēng)險的潛在生物標(biāo)志物,這為膿毒癥的臨床診療提供新的思路。

2 褪黑素治療膿毒癥的作用機(jī)制

2.1 抗氧化 氧化和抗氧化系統(tǒng)的平衡失調(diào)是膿毒癥的關(guān)鍵特征,其可反映疾病的嚴(yán)重程度。氧化與抗氧化失衡導(dǎo)致自由基過量產(chǎn)生,對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA等生物分子造成損傷,并干擾細(xì)胞功能。為了抵抗氧化應(yīng)激反應(yīng),生物體內(nèi)存在多種抗氧化防御系統(tǒng),其中褪黑素及其代謝產(chǎn)物是高效的抗氧化劑。褪黑素及其代謝產(chǎn)物在生物體內(nèi)構(gòu)成一個保護(hù)網(wǎng)絡(luò),不僅能夠發(fā)揮褪黑素直接清除或中和多種ROS/氮物質(zhì)的作用,還能夠通過其代謝產(chǎn)物形成的“自由基清除級聯(lián)反應(yīng)”增強(qiáng)抗氧化效果[12]。已有多項研究證實,褪黑素在膿毒癥中具有顯著的抗氧化作用,能有效預(yù)防多器官功能障礙的發(fā)生[13-14]。此外,褪黑素還能刺激谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、谷胱甘肽還原酶、葡萄糖-6磷酸脫氫酶及過氧化氫酶等抗氧化酶的表達(dá)與合成,增強(qiáng)谷胱甘肽(glutathione,GSH)、維生素C、維生素E等強(qiáng)抗氧化劑的水平,從而降低細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激水平[12]。Sewerynek等[15]發(fā)現(xiàn),褪黑素可降低脂多糖誘導(dǎo)的膿毒癥大鼠模型腦和肝臟內(nèi)的GSH水平,并增加總GSH濃度和GSH-Px活性。

2.2 抗炎 膿毒癥初期的特征是過度的促炎反應(yīng),進(jìn)而引起全身性的炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致器官功能障礙和死亡。褪黑素是一種能夠調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的激素,其抗炎作用涉及多種機(jī)制,包括抗氧化、下調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶和環(huán)氧化酶-2、阻止NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)炎癥小體活化、抑制核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)激活、抑制高遷移率族蛋白B1和Toll樣受體4激活、上調(diào)核因子紅細(xì)胞相關(guān)因子2等[16]。其中,NF-κB/NLRP3炎癥小體通路參與多種炎癥狀態(tài),會引發(fā)過度的炎癥反應(yīng)和線粒體損傷,已成為褪黑素發(fā)揮抗炎作用的新靶點[17]。研究發(fā)現(xiàn),褪黑素可以有效抑制膿毒癥小鼠模型心臟中的“時鐘基因/NF-κB/NLRP3”構(gòu)成的先天免疫通路,將先天免疫中不受控制的、過度的炎癥反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸妊装Y狀態(tài)[18]。近年來,越來越多的動物實驗證實褪黑素能抑制各種炎癥模型中的炎癥反應(yīng)。例如,褪黑素可以降低脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷(acute lung injury,ALI)大鼠模型肺部炎癥水平,這與其減少NK-κB亞基p65親和肽和腫瘤壞死因子α的表達(dá),以及增加IL-10的表達(dá)有關(guān)[19];褪黑素也可以劑量依賴性地降低脂多糖誘導(dǎo)的膿毒癥小鼠模型血清中腫瘤壞死因子α和IL- 6的水平[20];此外,在敗血癥條件下褪黑素還能抑制人內(nèi)皮細(xì)胞中的NF-κB激活,并調(diào)節(jié)IL-6和IL-8等促炎因子的表達(dá)[21]。血管內(nèi)皮生長因子作為炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì),是膿毒癥患者不良預(yù)后的危險因素,其水平可能與膿毒癥的發(fā)病率和病死率相關(guān)聯(lián)。研究表明,褪黑素能抑制膿毒癥大鼠模型血清血管內(nèi)皮生長因子水平,從而起到抗炎作用[22]。以上研究表明,褪黑素具有多重免疫通路的抗炎特性。

2.3 保護(hù)線粒體 線粒體功能障礙是引起膿毒癥生理病理變化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[23]。線粒體作為真核生物中重要的細(xì)胞器,幾乎涉及細(xì)胞的所有活動,如自噬、凋亡、葡萄糖代謝及三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)產(chǎn)生等,影響細(xì)胞的存活和死亡。但是線粒體在進(jìn)行能量代謝的同時,會產(chǎn)生大量ROS,可對線粒體本身和周圍細(xì)胞造成氧化應(yīng)激損傷。為抵御這種損傷,線粒體產(chǎn)生大量的褪黑素來清除ROS。研究表明,褪黑素在線粒體中高度富集,其濃度遠(yuǎn)高于血清,可發(fā)揮強(qiáng)大的抗氧化作用來保護(hù)線粒體,而且褪黑素還能有效增加ATP的生成,提高電子傳遞鏈的效率,阻止線粒體外膜破裂而發(fā)生細(xì)胞凋亡[24]。

腎臟、心臟及大腦是線粒體密度較大的器官,最容易引起膿毒癥誘發(fā)的線粒體功能障礙。研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥患者的心肌細(xì)胞可觀察到線粒體丟失、塌陷和空泡,腎細(xì)胞出現(xiàn)透明化和腎小管空泡[25]。這些異?，F(xiàn)象源于多種因素對線粒體的損害,包括ROS和一氧化氮的直接作用、丙酮酸脫羧酶活性降低、電子傳遞鏈?zhǔn)茏?、硫胺素缺乏及微循環(huán)分流等,影響線粒體功能,導(dǎo)致生物能代謝紊亂[26]。多項動物實驗表明,褪黑素能恢復(fù)膿毒癥小鼠模型的線粒體ATP含量,降低內(nèi)毒素對復(fù)合物Ⅰ和Ⅳ的抑制作用,維持正常的線粒體膜電位[27-28]。在脂多糖誘導(dǎo)的膿毒癥小鼠模型中,褪黑素可以通過提高ATP含量、增強(qiáng)復(fù)合物 Ⅳ 的活性和恢復(fù)呼吸控制指數(shù)來預(yù)防或減輕線粒體功能障礙[29]。García等[30]研究表明,褪黑素能夠逆轉(zhuǎn)脂多糖誘導(dǎo)的誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)激活和線粒體損傷,并提高呼吸鏈復(fù)合物的表達(dá)水平,從而對膿毒癥大鼠模型的肝臟起保護(hù)作用。Zhang等[20]發(fā)現(xiàn),褪黑素可恢復(fù)線粒體膜電位,降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激水平并抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-12的促凋亡活化,從而逆轉(zhuǎn)膿毒癥心肌細(xì)胞內(nèi)的線粒體損傷。此外,褪黑素還參與調(diào)節(jié)線粒體內(nèi)的沉默信息調(diào)節(jié)因子3(silent information regulator 3, SIRT3)途徑,保護(hù)線粒體免受氧化應(yīng)激的損傷,維持線粒體穩(wěn)態(tài)[31]。

以上研究表明,褪黑素對線粒體具有保護(hù)作用,可通過多種途徑維持線粒體的正常功能和結(jié)構(gòu),阻止膿毒癥的發(fā)生與發(fā)展。

3 褪黑素在膿毒癥所致多器官損傷動物模型及體外細(xì)胞中的應(yīng)用

3.1 肺損傷 ALI是膿毒癥常見的嚴(yán)重并發(fā)癥,表現(xiàn)為呼吸衰竭、低氧血癥和肺水腫,是導(dǎo)致患者死亡的主要原因之一,其發(fā)生機(jī)制與肺泡上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞損傷、肺通透性增加、肺間質(zhì)水腫、肺泡腔內(nèi)炎癥細(xì)胞浸潤和透明薄膜形成等多種因素相關(guān)。研究表明,褪黑素可以通過 SIRT3 依賴性方式對超氧化物歧化酶 2的去乙酰化來保持肺上皮細(xì)胞的線粒體功能與結(jié)構(gòu),從而減輕膿毒癥引起的損傷、炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡[31];褪黑素還可以通過降低基質(zhì)金屬蛋白酶水平、刺激抗氧化酶釋放、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子水平及改善內(nèi)毒素血癥期間的能量平衡來發(fā)揮保護(hù)和治療肺損傷的作用[32]。此外,有研究發(fā)現(xiàn),褪黑素可以降低盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)大鼠模型血清中血管內(nèi)皮生長因子水平,減少毛細(xì)血管滲漏和組織損傷[22];在膿毒癥合并ALI小鼠模型中,給予褪黑素可以通過SIRT1/血清糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶1/Nedd 4-2信號通路增加上皮鈉通道的表達(dá),促進(jìn)肺泡液重吸收,進(jìn)而緩解肺泡壁增厚、炎癥細(xì)胞浸潤和出血等ALI的特征性改變[33];而將褪黑素與凋亡性脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合應(yīng)用可以抑制NF-κB、轉(zhuǎn)化生長因子β及基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá),并增強(qiáng)血紅素加氧酶1、醌氧化還原酶-1脫氫酶1和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2活性,從而發(fā)揮抗炎和抗氧化作用來減少肺實質(zhì)損傷[34]。

3.2 心血管損傷 心血管疾病是膿毒癥患者常見的并發(fā)癥,其中膿毒性心肌病最為常見,表現(xiàn)為短暫或可逆的心功能障礙。膿毒癥可引起全身性炎癥反應(yīng)失衡,引發(fā)心肌細(xì)胞內(nèi)的線粒體損傷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和肌動蛋白-肌球蛋白偶聯(lián)受損等,使心肌細(xì)胞功能障礙,導(dǎo)致心輸出量降低和血液動力學(xué)不穩(wěn)定[35]。心肌細(xì)胞的線粒體穩(wěn)態(tài)被破壞可引發(fā)病理信號通路、心肌細(xì)胞收縮功能障礙,甚至心肌細(xì)胞死亡,是膿毒癥心肌損傷的核心病理生理機(jī)制之一[35]。研究表明,給予膿毒癥心肌損傷小鼠模型褪黑素干預(yù),可以降低其心臟組織中還原型輔酶Ⅱ氧化酶2、ROS的水平,并通過改善心肌細(xì)胞線粒體功能、促進(jìn)還原型輔酶Ⅱ-細(xì)胞色素C還原酶的表達(dá)及下調(diào)還原型輔酶Ⅰ氧化酶水平來提高超氧化物歧化酶、GSH、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶的水平,進(jìn)一步增強(qiáng)心肌細(xì)胞的抗氧化能力[36]。另一項研究檢測膿毒癥小鼠模型受損的線粒體功能,發(fā)現(xiàn)褪黑素可保護(hù)線粒體免受氧化/亞硝化損傷,以避免氧化磷酸化和電子傳遞水平的能力缺陷,從而使線粒體正常工作[37]。Ortiz等[38]的研究表明,褪黑素可通過抑制iNOS和保持神經(jīng)源性NOS水平來避免線粒體中脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化應(yīng)激,并恢復(fù)線粒體功能。此外,絲裂原活化蛋白激酶-細(xì)胞外信號相關(guān)激酶通路[20]、巨噬細(xì)胞刺激1-c-Jun氨基末端激酶通路[39]、受體相互作用蛋白激酶3[40]及細(xì)胞色素C氧化酶[41]也參與了褪黑素對心肌細(xì)胞線粒體功能的保護(hù)作用,從而維持線粒體的穩(wěn)態(tài),改善心功能不全。

體外細(xì)胞實驗結(jié)果顯示,褪黑素可作為抗炎劑來抑制脂多糖誘導(dǎo)的心肌損傷[42-43],但其相關(guān)通路機(jī)制尚未闡明。目前已有研究揭示了褪黑素可通過不同的信號通路調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞炎癥的過程:Zhen等[44]發(fā)現(xiàn)褪黑素通過抑制JAK2/STAT3信號通路來減輕心肌細(xì)胞的炎癥反應(yīng);Rahim等[45]的研究表明,褪黑素能夠激活Nrf2信號傳導(dǎo),進(jìn)而抑制NLRP3的形成和細(xì)胞凋亡,從而保護(hù)膿毒癥患者的心肌細(xì)胞;Di等[46]報告褪黑素通過AMP活化蛋白激酶激活介導(dǎo)的自噬通量來保護(hù)心肌細(xì)胞免受脂多糖誘導(dǎo)的線粒體損傷、炎癥和凋亡,并改善心功能障礙;An等[47]發(fā)現(xiàn)褪黑素通過PI3K/AKT通路來增強(qiáng)抗氧化活性,抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡,對膿毒癥引起的心肌功能障礙具有顯著的保護(hù)作用。SIRT是一類在膿毒癥發(fā)生與發(fā)展過程中調(diào)控細(xì)胞免疫和代謝的重要分子,能感知能量變化并參與細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo),涉及衰老、炎癥、凋亡和自噬等多個生理過程。有研究表明,SIRT1在膿毒癥小鼠模型心肌細(xì)胞中的表達(dá)水平隨著炎癥的進(jìn)展而逐漸升高,隨著病情緩解逐漸恢復(fù)至正常范圍[48];而Pi等[49]和Zhang等[50]均證實了褪黑素可以通過激活 SIRT1抑制心肌細(xì)胞的凋亡和促進(jìn)自噬,最終改善膿毒癥引起的心功能損傷。此外,褪黑素還參與調(diào)節(jié)膿毒癥血管功能障礙,保護(hù)微循環(huán)免受膿毒癥損傷。研究表明,腹腔注射10 mg/kg褪黑素可抑制NLRP3/IL-1β信號通路,阻斷內(nèi)皮型一氧化氮合酶蛋白水解,從而緩解膿毒癥導(dǎo)致的血管內(nèi)皮功能障礙[51]。而Lansink等[52]發(fā)現(xiàn),盡管褪黑素不能改善膿毒癥大鼠模型的凝血功能,但可顯著抑制其血小板消耗和溶血反應(yīng)。

綜上所述,褪黑素能夠通過多種途徑保護(hù)膿毒癥患者的心血管損傷,主要包括維持線粒體功能、改善微循環(huán)、抗炎、抗氧化、促進(jìn)自噬抗凋亡和緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等。

3.3 肝臟損傷 肝臟在膿毒癥的發(fā)生與發(fā)展中扮演著重要角色。由于機(jī)體內(nèi)大部分凝血及炎癥反應(yīng)過程均在肝臟內(nèi)進(jìn)行,因此膿毒癥期間肝臟清除細(xì)菌、免疫調(diào)節(jié)及組織修復(fù)對機(jī)體具有至關(guān)重要的作用。然而,當(dāng)機(jī)體內(nèi)的凝血及炎癥反應(yīng)等過程發(fā)生異常時,肝臟可能會繼發(fā)急性損傷,導(dǎo)致肝功能衰竭。肝功能衰竭不僅會加重機(jī)體全身多臟器損傷,而且可能會導(dǎo)致膿毒癥患者死亡。研究表明,在脂多糖誘發(fā)的肝損傷大鼠模型中,給予褪黑素干預(yù)可以有效減輕其血清和組織中肝損傷標(biāo)志物水平,并增強(qiáng)組織中酶促和非酶促抗氧化系統(tǒng)的活性,從而清除ROS,防止炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡的進(jìn)展,提示褪黑素具有顯著的肝細(xì)胞保護(hù)潛力[53]。研究發(fā)現(xiàn),腹腔注射褪黑素可提高盲腸結(jié)扎穿孔誘發(fā)膿毒癥大鼠模型肝臟中SIRT1表達(dá)和AKT磷酸化水平,下調(diào)血漿中IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α水平,并促進(jìn)STAT3蛋白磷酸化,從而抑制關(guān)鍵肝糖異生酶的表達(dá),恢復(fù)正常的葡萄糖代謝[54]。褪黑素還能通過下調(diào)血管細(xì)胞黏附分子水平來抑制絲裂原活化蛋白激酶磷酸化,并通過抑制ROS生成來調(diào)節(jié)未折疊蛋白反應(yīng),從而預(yù)防肝臟細(xì)胞凋亡[55]。此外,Doerrier等[56]發(fā)現(xiàn)膿毒癥小鼠模型的線粒體功能障礙主要與復(fù)合物Ⅰ的損傷有關(guān),而使用褪黑素可以預(yù)防或逆轉(zhuǎn)線粒體損傷,恢復(fù)復(fù)合物Ⅰ活性和ATP產(chǎn)生。

3.4 腎臟損傷 急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)是膿毒癥的嚴(yán)重并發(fā)癥之一,其病死率極高,目前尚缺乏有效的治療手段。炎癥因子激活和氧化應(yīng)激損傷是導(dǎo)致膿毒癥患者發(fā)生AKI的主要機(jī)制。這些機(jī)制可引起一氧化氮合酶、NF-κB和細(xì)胞因子等表達(dá)異常,進(jìn)而導(dǎo)致腎血管收縮、腎血流量減少、腎小管上皮細(xì)胞或急性腎小管壞死等,最終引起AKI。Chen等[57]的研究結(jié)果顯示,褪黑素能夠促進(jìn)膿毒癥小鼠模型腎臟中氧化因子Nox4的表達(dá),進(jìn)而下調(diào)ROS水平,有助于減輕腎纖維化和炎癥反應(yīng)。Yilmaz等[58]的研究表明,褪黑素能減輕AKI大鼠模型腎臟和肝臟組織中的氧化應(yīng)激反應(yīng),抑制Toll樣受體4/NF-κB信號通路和腫瘤壞死因子α的活性,緩解腎小球損傷、真核細(xì)胞器空泡化和炎癥反應(yīng)。Qiu等[59]發(fā)現(xiàn),在膿毒癥誘發(fā)的AKI小鼠模型中,鐵死亡介導(dǎo)了腎小管上皮細(xì)胞的凋亡,而褪黑素通過上調(diào)Nrf2/HO-1通路抑制鐵死亡,從而發(fā)揮保護(hù)腎臟功能的作用。Dai等[60]的研究表明,褪黑素通過調(diào)節(jié)Pten誘導(dǎo)激酶 1/Parkin1信號通路抑制NLRP3炎癥小體激活,從而抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)展,保護(hù)腎臟免受膿毒癥損傷。此外,褪黑素與脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)用可下調(diào)促炎因子表達(dá),并降低ROS水平,抑制細(xì)胞凋亡和纖維化,從而有效預(yù)防膿毒癥誘發(fā)的AKI[61]。

3.6 腦損傷 全身性感染引發(fā)的膿毒癥相關(guān)性腦病(sepsis-associated encephalopathy,SAE)是一種常見的神經(jīng)精神障礙綜合征,其以意識改變、行為異常為主要特征,與患者較差的預(yù)后和長期認(rèn)知功能障礙有關(guān)[68]。SAE的發(fā)病涉及炎癥因子失衡、血腦屏障破壞、腦血流灌注不足、神經(jīng)遞質(zhì)異常和線粒體功能受損等機(jī)制。Ji等[69]研究結(jié)果顯示,在SAE小鼠模型中早期使用褪黑素,可通過降低炎癥因子IL-1β水平、緩解海馬區(qū)域的氧化應(yīng)激和增加神經(jīng)營養(yǎng)因子含量等方式,保護(hù)神經(jīng)元功能,降低死亡率。Jiang等[70]發(fā)現(xiàn),褪黑素能通過MT1/JAK2/STAT3途徑調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞從A1型向A2型的轉(zhuǎn)變,從而有效緩解膿毒癥幼鼠模型的腦白質(zhì)損傷。此外,褪黑素能夠改善血腦屏障的完整性和通透性,從而減輕腦水腫和腦白質(zhì)損傷。例如,褪黑素可以減輕脂多糖對AMP活化蛋白激酶信號通路和緊密連接蛋白的影響,恢復(fù)血腦屏障的完整性[71];也可以通過激活SIRT1來減輕膿毒癥小鼠模型的腦水腫和神經(jīng)元凋亡,保護(hù)血腦屏障的完整性[72]。

3.7 骨骼肌損傷 膿毒癥患者早期會發(fā)生高分解代謝,引發(fā)機(jī)體代謝紊亂和骨骼肌功能結(jié)構(gòu)損傷,出現(xiàn)呼吸肌和運動肌萎縮,進(jìn)而導(dǎo)致患者體重急劇下降、呼吸機(jī)依賴時間延長、運動康復(fù)困難等不良后果[73]。目前對于感染性肌肉萎縮尚缺乏有效的針對性治療,但早期康復(fù)干預(yù)可能有利于改善患者的預(yù)后。Kurcer等[74]的研究表明,褪黑素能夠有效改善脂多糖誘導(dǎo)的膈肌功能障礙。Escames等[75]發(fā)現(xiàn),褪黑素通過抑制一氧化氮合酶活性,保護(hù)線粒體功能,減少氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡,從而防止骨骼肌損傷。而在膿毒癥大鼠模型中,褪黑素可提高其ATP和GSH水平,進(jìn)而預(yù)防肌肉損傷[76]。此外,褪黑素還可通過調(diào)節(jié)下丘腦神經(jīng)肽的表達(dá)來顯著抑制3-甲基組氨酸、酪氨酸釋放和肌萎縮基因的表達(dá),從而抑制骨骼肌的分解,減輕膿毒癥大鼠模型骨骼肌消耗[77]。

4 褪黑素在膿毒癥患者中的臨床應(yīng)用

相關(guān)研究表明,褪黑素水平與膿毒癥患者的死亡率密切相關(guān)[6-8]。Sutton等[78]對膿毒癥住院患者進(jìn)行回顧性隊列研究,發(fā)現(xiàn)接受褪黑素治療的患者30 d內(nèi)院內(nèi)死亡率和總死亡率均顯著低于未接受褪黑素治療的患者,這說明褪黑素可能具有降低膿毒癥患者死亡風(fēng)險的作用。目前,已有多項臨床隨機(jī)對照實驗證實了褪黑素對膿毒癥患者有益,可有效緩解器官功能障礙,減少呼吸機(jī)和血管活性藥物的使用,并提高生存率[79-81]。Hasan等[82]發(fā)現(xiàn),褪黑素治療能減少重癥COVID-19患者的血栓形成,預(yù)防膿毒癥休克,降低死亡率。Mansilla-Roselló等[83]開展的一項單中心、雙盲、隨機(jī)臨床試驗招募了29例術(shù)后感染性全身炎癥反應(yīng)綜合征并伴有器官功能障礙、低灌注或低血壓的重癥感染患者,其中14例患者接受安慰劑治療,另15例患者接受褪黑素(靜脈注射60 mg/d)治療,持續(xù)5 d,結(jié)果顯示與安慰劑組相比,褪黑素組在治療期間的氧化還原狀態(tài)、降鈣素原水平顯著降低,中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞比值顯著減少,并且褪黑素組的住院時間更短,死亡率更低,無明顯不良反應(yīng),表明褪黑素具有抗氧化和抗炎作用,能有效改善膿毒癥患者的預(yù)后。由于褪黑素的分泌受晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的影響,故早期膿毒癥患者的褪黑素分泌會發(fā)生異常變化[84]。Alamili等[13,85]探討了褪黑素對膿毒癥患者炎癥和氧化損傷的影響,發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著降低白天膿毒癥患者的IL-1β和幾丁質(zhì)酶3樣蛋白1等促炎因子水平,但對夜間膿毒癥誘導(dǎo)的炎癥和氧化損傷無顯著影響,表明褪黑素的功效受晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié),在不同時間點對人體的生理功能具有不同的影響。此外,研究發(fā)現(xiàn),褪黑素不僅能緩解膿毒癥患者的多器官功能障礙,還能改善患者的睡眠質(zhì)量[86-87]。

在膿毒癥患者中,肝臟功能障礙會導(dǎo)致細(xì)胞色素P450酶系表達(dá)及功能異常,從而延緩?fù)屎谒氐拇x[88],但目前關(guān)于器官損傷程度對褪黑素藥代動力學(xué)的影響仍處于探索階段。Galley等[89]招募20名健康男性志愿者進(jìn)行一項探索性的Ⅰ期臨床試驗,探討口服不同劑量褪黑素的安全性及其對藥代動力學(xué)和生物效應(yīng)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)志愿者口服褪黑素后無明顯不良反應(yīng),僅有輕微的嗜睡感,其血清中褪黑素濃度迅速升高并在短時間內(nèi)消除,而尿液中的6-羥基褪黑素濃度則相對穩(wěn)定且持續(xù)時間較長;體外研究表明,褪黑素和6-羥基褪黑素可增強(qiáng)線粒體功能,減少氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。Galley等[90]發(fā)現(xiàn),高劑量褪黑素可出現(xiàn)飽和效應(yīng),50 mg劑量組與20 mg劑量組在膿毒癥患者的治療效果上無顯著差異,并且患者均能安全耐受。盡管上述兩項研究為褪黑素治療膿毒癥的有效性和安全性提供了初步數(shù)據(jù),但由于樣本量小、缺乏高質(zhì)量證據(jù)支持,故長期或高劑量使用褪黑素的安全性仍需進(jìn)一步開展臨床研究驗證。

5 小 結(jié)

褪黑素作為一種天然的多效性保護(hù)分子,在膿毒癥治療中具有廣闊的應(yīng)用前景,其能通過抗氧化、抗炎、保護(hù)線粒體功能、抗凋亡、免疫調(diào)節(jié)等途徑保護(hù)膿毒癥患者的多器官功能,從而逆轉(zhuǎn)膿毒癥的發(fā)生與發(fā)展。但目前關(guān)于褪黑素治療膿毒癥的臨床應(yīng)用仍存在較多問題,如對于長期或高劑量使用褪黑素防治疾病的安全性的認(rèn)識仍然有限、褪黑素與其他藥物或治療手段存在的相互作用或影響仍未明確、褪黑素在機(jī)體內(nèi)通過受體介導(dǎo)和非受體介導(dǎo)的雙重作用仍未充分闡明等。因此,未來有必要開展更大規(guī)模、更長期、設(shè)計更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾S機(jī)對照試驗,以明確褪黑素在膿毒癥治療中的作用機(jī)制、最佳給藥途徑、最佳給藥劑量、最佳給藥時間和預(yù)后影響等問題,為臨床防治膿毒癥提供參考。