高 原 (綜述) 呂長俊(審校)

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 濱州市 256603

膿毒癥與凝血-炎癥網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

高 原 (綜述) 呂長俊(審校)

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 濱州市 256603

膿毒癥;凝血;炎癥反應(yīng);網(wǎng)絡(luò)

膿毒癥(sepsis)是創(chuàng)傷、燒傷、休克、感染、大手術(shù)等臨床急危重患者的嚴(yán)重并發(fā)癥之一,也是誘發(fā)膿毒性休克(septic shock)多器官功能障礙綜合征(MODS)的重要原因,后者病死率可高達(dá) 50%～78%。流行病學(xué)調(diào)查顯示膿毒癥的病死率已超過急性心肌梗死。每年全球有超過 1800萬嚴(yán)重膿毒癥病例,但患病率仍以每年 1.5%的速度遞增[1]。

膿毒癥是指由感染引起的全身炎癥反應(yīng),其癥狀是由宿主的防御反應(yīng)系統(tǒng)引起的,而并非入侵的病原體直接引起。近年來的研究證實(shí),在膿毒癥最突出的特點(diǎn)之中,主要是凝血系統(tǒng)的激活和并發(fā)的抗凝血系統(tǒng)與纖溶系統(tǒng)的下調(diào)促進(jìn)了癥狀的產(chǎn)生。炎癥誘導(dǎo)產(chǎn)生的凝血反過來又促進(jìn)了炎癥反應(yīng),二者相互影響,形成網(wǎng)絡(luò),共同促進(jìn)了膿毒癥的惡化。因此研究凝血-炎癥這一網(wǎng)絡(luò)有利于進(jìn)一步揭示膿毒癥的發(fā)病機(jī)制,為探索膿毒癥的有效的治療方法奠定理論基礎(chǔ),本文對(duì)此作一綜述。

1 凝血的激活

血液凝固系統(tǒng)常常受到全身細(xì)菌入侵的影響[2],凝血是膿毒癥最顯著的特點(diǎn)之一。凝血反應(yīng)可以通過共同下調(diào)抗凝血系統(tǒng)和纖溶系統(tǒng)來導(dǎo)致膿毒癥的惡化,炎癥導(dǎo)致的凝血對(duì)炎癥反應(yīng)產(chǎn)生正反饋?zhàn)饔?。凝血和炎癥共同作用的基礎(chǔ)是血管壁的損傷和宿主受感染組織的反應(yīng)[3]。膿毒癥時(shí)由于炎性細(xì)胞和多種炎性遞質(zhì)的釋放,激活了凝血系統(tǒng),同時(shí)纖溶系統(tǒng)和生理性抗凝系統(tǒng)受到不同程度的抑制,血液處于高凝狀態(tài),微血管內(nèi)微血栓廣泛形成,導(dǎo)致微循環(huán)障礙,膿毒癥進(jìn)一步發(fā)展為嚴(yán)重膿毒癥和膿毒性休克[4]。其中組織因子、血小板和血管性血友病因子(vWF)在凝血激活方面起著重要作用。

1.1 組織因子 組織因子是炎癥促凝血反應(yīng)的關(guān)鍵起始物,與 FVII(a)結(jié)合形成復(fù)合物,并激活 FIX和 FX后反過來分別增強(qiáng) FX和凝血酶原的激活,從而激活凝血反應(yīng)。凝血酶原轉(zhuǎn)變成凝血酶,凝血酶使得纖維蛋白原轉(zhuǎn)變成纖維蛋白。一些靈長類動(dòng)物和健康成人志愿者的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了由 TF-FVIIa參與的炎癥促凝血反應(yīng)的重要性。證明了在靜脈注射大腸桿菌之后的內(nèi)毒素血癥和菌血癥中阻斷 TF-FVIIa活性可以完全消除凝血的激活并在一些致死性動(dòng)物模型上能防止 DIC并降低致死率[4,5]。

組織因子在正常的脈管系統(tǒng)不表達(dá);相反,在不與血液直接接觸的組織中大量的表達(dá),比如大血管外膜層、心肌細(xì)胞和皮下組織。在組織學(xué)上,組織因子似乎表達(dá)在血液組織屏障上,所以一旦內(nèi)皮屏障被打破凝血反應(yīng)就會(huì)快速啟動(dòng)[6]。但是在炎癥狀態(tài)下,循環(huán)系統(tǒng)中組織因子同樣被一些諸如細(xì)胞因子、C反應(yīng)蛋白和一些高度糖基化終產(chǎn)物的介質(zhì)所激活。這種可誘導(dǎo)型組織因子主要表達(dá)在單核和巨噬細(xì)胞上,可以在一些嚴(yán)重細(xì)菌感染的患者表現(xiàn)出來?？烧T導(dǎo)型組織因子通過 P-選擇素依賴的方式被血小板和粒細(xì)胞所激活。在體外條件下,不同的細(xì)胞因子如 TNF-α和 IL-1β能誘導(dǎo)上皮細(xì)胞的組織因子,但是仍然不清楚這是否也能在活體內(nèi)引起相應(yīng)程度的反應(yīng)[6]。通過對(duì)狒狒靜脈注入 E.coli的研究顯示,在膿毒癥中組織因子在血管壁上表達(dá),特別是表達(dá)在暴露于血流紊亂的血管壁區(qū)域[7]。但是,仍有爭論反對(duì)機(jī)體膿毒癥中內(nèi)皮上的組織因子的作用,比如通過對(duì)家兔靜脈注射兩倍后來劑量內(nèi)毒素造成全身性內(nèi)毒素出血性壞死反應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)組織因子在內(nèi)皮細(xì)胞不表達(dá)。并且內(nèi)毒素家兔模型經(jīng)免疫組化染色未檢測出內(nèi)皮上組織因子的表達(dá)[8]。

1.2 血小板和 vWF 膿毒癥的病理生理中所涉及到血小板以在膿毒癥中經(jīng)常出現(xiàn)的血小板減少癥為其特點(diǎn)[9]。膿毒癥中血小板既能被內(nèi)毒素激活也能被致炎因子激活[10,11]。激活的血小板外膜表面帶負(fù)電荷,這為凝血的發(fā)生提供了理想的表面載體。如此看來,激活的血小板在炎癥致凝血反應(yīng)中起了重要的作用。一些凝血有關(guān)的蛋白酶如凝血酶可以激活血小板,血小板被激活后分泌促炎蛋白和生長因子,也反過來促進(jìn)了炎癥反應(yīng)。如前所述,血小板也可以通過 P-選擇素依賴途徑與單核細(xì)胞源性吞噬細(xì)胞系統(tǒng)相互作用,并通過這個(gè)方式增強(qiáng)吞噬細(xì)胞系統(tǒng)組織因子的表達(dá)[11,13]。

血小板有在受損的內(nèi)皮層形成血小板血栓的功能。此過程的第一步是血小板在 vWF的作用下粘附到內(nèi)皮下暴露的膠原上。vWF主要由內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生,其次由血小板產(chǎn)生,并在后續(xù)的血小板聚集中起一定的作用。當(dāng)內(nèi)皮被激活或損傷時(shí),vWF就被儲(chǔ)備池釋放到循環(huán)血液中。因而,人們普遍把 vWF水平作為內(nèi)皮損傷的標(biāo)志[14]。內(nèi)皮組織可以通過釋放 vWF促進(jìn)血小板粘附和聚集,并且這是一種更加潛在和巨大的形式。再者,它的間接作用體現(xiàn)在,當(dāng)內(nèi)皮受損時(shí),內(nèi)皮下膠原表面暴露,使得血小板通過 vWF-依賴方式粘附到暴露的膠原上。

2 纖溶作用的削弱

纖溶系統(tǒng)也進(jìn)一步調(diào)控著止血的過程,其中纖溶酶是起關(guān)鍵作用的酶,其可以降解纖維蛋白凝塊。纖溶酶經(jīng)過不同蛋白酶作用由纖溶酶原生成,特別應(yīng)該指出的是 tPA和尿激酶型(uPA)這兩種。PAs的主要抑制物是 PAI-1(纖溶酶原激活物抑制劑),它是由內(nèi)皮細(xì)胞和肝組織產(chǎn)生,能夠與 tPA和 uPA結(jié)合。在炎癥狀態(tài)下,纖溶反應(yīng)首先是釋放貯存在內(nèi)皮細(xì)胞里的 tPA和 uPA。但是了它們的增多被由TNF-α和 IL-1β激活產(chǎn)生應(yīng)答的呈現(xiàn)延遲出現(xiàn)但持久增高水平的 PAI-1中和了[15]。最終削弱了纖溶作用?；蚋牧夹∈蟮膶?shí)驗(yàn)說明了膿毒癥中炎癥導(dǎo)致的凝血反應(yīng)中纖溶解系統(tǒng)的重要性,結(jié)果顯示對(duì)tPA或 uPA缺乏小鼠和野生型小鼠注射內(nèi)毒素,前者器官中有更廣泛的纖維蛋白沉積,然而對(duì)于 PAI-1缺乏小鼠的結(jié)果卻相反[16]。

3 凝血導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)

不僅炎癥能導(dǎo)致凝血的激活,凝血反過來也能影響炎癥[17,18]。例如,雜合子蛋白 C缺乏小鼠和表達(dá)低濃度內(nèi)源性蛋白 C的轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)較高水平的促炎因子并且它們被腹腔注射內(nèi)毒素后在肺臟中的中性粒細(xì)胞浸潤增多[19,20]。發(fā)現(xiàn)抗凝血酶可以減少白細(xì)胞上 β2-選擇素的表達(dá)并且其可以通過粘附到中性粒細(xì)胞來阻止趨化因子介導(dǎo)的白細(xì)胞移行。再者,抗凝血酶能夠增強(qiáng)前列環(huán)素的生成,從而抑制了內(nèi)皮細(xì)胞中 NF-κB的信號(hào)并通過單核細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞來減少IL-6的生成[17]。在體外,活化蛋白 C能通過抑制包括單核細(xì)胞表達(dá) TF和 TNF-α、NF-κB染色體易位 、細(xì)胞因子的信號(hào)、TNF-α介導(dǎo)上調(diào)的細(xì)胞表面白細(xì)胞粘附分子以及白細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用等方式來降低炎癥反應(yīng)[17,21]。凝血酶調(diào)節(jié)蛋白(TM)也能在多方面發(fā)揮抗炎作用。首先,TM是蛋白 C激活為活化蛋白 C必不可少的成分;因此,TM在活化蛋白 C抗炎作用方面起到了關(guān)鍵作用。其次,TM結(jié)合凝血酶,從而阻止它發(fā)揮促炎作用。再者,結(jié)合 TM的凝血酶能使凝血酶活化的纖溶抑制物(TAFI)活化,后者被證實(shí)能夠降低緩激肽的活性以及補(bǔ)體的激活[22]。最后,TM的凝集素結(jié)構(gòu)域可能對(duì)炎癥反應(yīng)的精密編排起到了直接作用。缺少 N末端的基因改良小鼠的 TM凝集素樣結(jié)構(gòu)域確實(shí)在肺中發(fā)現(xiàn)大量的中性粒細(xì)胞募集并且可以減少全身給予內(nèi)毒素后的存活率[23]。重要的是,缺少凝集素樣區(qū)域的 TM并不影響其激活蛋白 C的能力,這表明 TM的這一部分的抗炎作用并不受活化蛋白 C的調(diào)控。

4 內(nèi)皮細(xì)胞是凝血-炎癥網(wǎng)絡(luò)的樞紐

膿毒癥的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是微血管異常,其中內(nèi)皮的激活和功能障礙起了關(guān)鍵作用。在機(jī)體感染和后來的膿毒癥的過程中,細(xì)菌細(xì)胞壁的成分如細(xì)菌脂多糖激活了內(nèi)皮細(xì)胞表面的模式識(shí)別受體[24]。一旦炎癥反應(yīng)啟動(dòng),大量的宿主驅(qū)動(dòng)中介物包括細(xì)胞因子、趨化因子和補(bǔ)體系統(tǒng)同樣可以激活內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)。內(nèi)皮細(xì)胞作出結(jié)構(gòu)的變化以應(yīng)對(duì)這些中介物,例如細(xì)胞質(zhì)凸起和分離,重要的是伴隨有功能的變化,比如粘附分子的表達(dá),從而導(dǎo)致了血小板的大量聚集和白細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)。膿毒癥中內(nèi)皮功能障礙的一個(gè)顯著特征是血管通透性的增加,引起了體液的重新分配和水腫的產(chǎn)生。血管內(nèi)腔的液體滲漏促使了血容量減少和低血壓,這些都是膿毒癥的主要癥狀[25]。

在正常情況下,內(nèi)皮組織的功能是作為抗凝血的表面來防止細(xì)胞膜上異常的凝血激活。然而,一旦到了膿毒癥,內(nèi)皮組織就被激活,轉(zhuǎn)變成凝血酶原表面,從而引起有害的級(jí)聯(lián)反應(yīng)并最終導(dǎo)致多器官衰竭。

5 結(jié)語

凝血紊亂和炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)是膿毒癥致死的重要原因之一。有大量的證據(jù)顯示凝血的激活以及抗凝和纖溶作用的下調(diào),是導(dǎo)致膿毒癥預(yù)后產(chǎn)生的這種膿毒癥促炎癥反應(yīng)狀態(tài)的突出特點(diǎn)。在這一過程中內(nèi)皮細(xì)胞起到了關(guān)鍵的作用,可能表現(xiàn)在組織因子的表達(dá)和 vWF的分泌以及血小板的相互作用,以及炎癥因子的參與。凝血和炎癥形成網(wǎng)絡(luò),相互促進(jìn)。如何打破這個(gè)網(wǎng)絡(luò),也就是找到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的樞紐即內(nèi)皮細(xì)胞,并能切斷影響它的一些關(guān)鍵路徑,比如抗凝和抗炎的結(jié)合成為尋找治療膿毒癥的關(guān)鍵,但是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)依然相當(dāng)復(fù)雜,還有待今后的進(jìn)一步研究,逐漸使膿毒癥的病理生理過程清晰起來,為今后的臨床治療奠定理論基礎(chǔ)。

[1] Dellinger RP,Carlet JM,Masur H,et al.Surviving sepsis campaign guidelines for management of severe sepsisand septic shock[J].Intensive Care Med,2004,30(4):536-555.

[2] Levi M,Ten Cate H.Disseminated intravascular coagulation[J].N Engl JMed,1999,341:586-592.

[3] Opal SM.The nexus between system ic inflammation and disordered coagulation in sepsis[J].JEndotoxin Res,2004,10:125-129.

[3] De Pont,Moons,Levi,M,et al.Recombinant nematode anticoagulant protein c 2,an inhibitor of tissue factor/factor VIIa,attenuates coagulation and the interleukin-10 response in human endotoxem ia[J].J Thromb Haemost,2004,2:65-70.

[4] Taylor FB,Chang A,Ruf W,et al.Lethal Escherichia coli septic shock is prevented by blocking tissue factor with monoclonal antibody[J].Circ Shock,1991,33:127-134.

[5] Camerer E,Kolsto AB,Prydz H.Cell biology of tissue factor,the principal initiator ofblood coagulation[J].Thromb Res,1996,81:39-41.

[6] Lupu C,Westmuckett AD,Peer G,et al.Tissue factor-dependent coagulation is preferentially up-regulated within arterial branching areas in a baboonmodel of Escherichia coli sepsis[J].Am JPathol,2005,167:1161-1172.

[7] Erlich J,Fearns C,Mathison J,et al.Lipopolysaccharide induction of tissue factor expression in rabbits[J].Infect Immun,1999,67:2540-2546.

[8] Akca S,Haji-Michael P,de Mendonca A,etal.Time course ofplatelet counts in critically ill patients[J].Crit Care Med,2002,30:753-756.

[9] Zielinski T,Wachowicz B,Saluk-Juszczak J,et al.Polysaccharide part of Proteus mirabilis lipopolysaccharide may be responsible for the stimulation of platelet adhesion to collagen[J].Platelets,2002,13:419-424.

[10] Zimmerman GA,McIntyre TM,Prescott SM,et al.The platelet-activating factor signaling system and its regulators in syndromes of inflammation and thrombosis[J].Crit Care Med,2002,30:S294-S301.

[11] Shebuski RJ,Kilgore KS.Role of inflammatory mediators in thrombogenesis[J].J Pharmacol Exp Ther,2002,300:729-735.

[12] Del Conde I,Shrimpton CN,Thiagarajan P,et al.Tissue-factorbearing microvesicles arise from lipid rafts and fuse with activated platelets to initiate coagulation[J].Blood,2005,106:1604-1611.

[13] Reinhart,Bayer O,Brunkhorst F,et al.Markers of endothelial damage in organ dysfunction and sepsis[J].Crit Care Med,2002,30:S302-S312.

[14] Van der Poll T,Levi M,Buller HR,et al.Fibrinolytic response to tumor necrosis factor in healthy subjects[J].J Exp,Med,1991,174:729-732.

[15] Carmeliet P,Schoonjans L,Kieckens L,et al.Physiological consequences of loss of plasminogen-activator gene-function in mice[J].Nature,1994,368:419-424.

[16] Esmon CT.The interactions between inflammation and coagulation[J].Br J Haematol,2005,131:417-430.

[17] LeviM,Van der Poll.T,Buller HR.Bidirectional relation between inflammation and coagulation[J].Circulation,2004,109:2698-2704.

[18] Lay AJ,Donahue D,Tsai MJ,et al.Acute inflammation isexacerbated in mice genetically predisposed to a severe protein C deficiency[J].Blood,2007,109:1984-1991.

[19] LeviM,Dorffler-Melly J,Reitsma P,et al.Aggravation of endotoxininduced disseminated intravascular coagulation and cytokine activation in heterozygous protein-C-deficient mice[J].Blood,2003,101:4823-4827.

[20] Van de Wouwer M,Collen D,Conway EM.Thrombomodulinprotein C-EPCR system:integrated to regulate coagulation and inflammation.Arterioscler[J].Thromb Vasc Biol,2004,24:1374-1383.

[21] Myles T,Nishimura T,Yun TH,etal.Thrombin activatable fibrinolysis inhibitor,a potential regulator of vascular inflammation[J].J Biol Chem,2003,278:51059-51067.

[22] Conway EM,Van de Wouwer.The lectin-like domain of thrombomodulin confersprotection from neutrophil-mediated tissue damage by suppressing adhesion molecule expression via nuclear factor-B and mitogen-activated protein kinase pathways[J].J Exp Med,2002,196:565-577.

[23] Henneke P,Golenbock DT.Innate immune recognition of lipopoly saccharide by endothelial cells[J].Crit Care Med,2002,30:S207-S213.

[24] Aird WC.The role of the endothelium in severe sepsis and multiple organ dysfunction syndrome[J].Blood,2003,101:3765-3777.

R631

A

1001-9510(2010)01-0060-03

2009-12-01)