劉妍 綜述，李倩 審校

(皖南醫(yī)學院附屬弋磯山醫(yī)院急診內(nèi)科，安徽 蕪湖 241001)

膿毒癥3.0定義是指因機體對感染的反應(yīng)失調(diào)而導致的危及生命的器官功能障礙。全世界膿毒癥患者的數(shù)量每年增加1900萬，死亡率超過1/4[1]，在中國，嚴重膿毒癥在醫(yī)院和重癥監(jiān)護病房(ICU)死亡率在33.5%至48.7%之間[2]，尤其是膿毒癥伴有多器官功能障礙的情況下，死亡率大大增加。膿毒癥病情發(fā)展迅速，因此早期精確診斷，及時治療很大程度上決定了臨床患者的良好預(yù)后和治愈成效。目前臨床應(yīng)用中關(guān)于膿毒癥的診斷標準存在滯后性和不確定性，如快速序貫器官衰竭評估(qSOFA)標準，從精神改變，收縮壓以及呼吸頻率三個方面發(fā)現(xiàn)可疑感染患者，雖然能迅速識別膿毒癥患者，但易受到其他因素(如麻醉，液體復(fù)蘇)干擾，不夠準確。因此，探索膿毒癥潛在的生理發(fā)病機制，利用生物信息技術(shù)實時動態(tài)監(jiān)測其合并不同臟器功能損傷時各種生物分子的變化，探究不同信號通路如何參與其中發(fā)揮致病作用，同時利用影像學技術(shù)，實驗室檢測等制定出更為精準客觀的診斷標準，從而提高膿毒癥的診斷敏感性并減少并發(fā)癥的發(fā)生，降低其死亡率。

1 膿毒癥與肺臟

急性肺損傷是膿毒癥并發(fā)器官損傷的常見并發(fā)癥。許多研究表明膿毒癥中的早期氧化應(yīng)激和過度的炎癥反應(yīng)是急性肺損傷的關(guān)鍵。膿毒癥期間由于促炎/抗炎介質(zhì)失衡，肺毛細血管內(nèi)皮細胞和肺泡上皮細胞受損，肺泡毛細血管膜通透性增加，形成肺水腫[3]。在肺和支氣管肺泡灌洗液(BALF)中，促炎性Ly6ChighCD11b CD45 Ly6G-與Ly6ClowCD11b CD45 Ly6G-單核細胞的比例顯著增加，表明膿毒癥早期向炎癥表型轉(zhuǎn)變。子宮珠蛋白(CC16)是由肺部氣管支氣管非纖毛細胞分泌的具有抗炎性質(zhì)的蛋白質(zhì)分子，在早期肺損傷后作為內(nèi)在的抗炎信號，調(diào)節(jié)早期單核細胞/巨噬細胞驅(qū)動的炎癥[4]。有數(shù)據(jù)表明，在膿毒癥大鼠模型中，生長素釋放肽ghrelin降低了LPS誘導的IL-1β，TNF-α和IL-6，NF-κB易位以及AM的iNOS和Akt活性，減少了炎性細胞因子產(chǎn)生，從而對膿毒癥誘導的ALI發(fā)揮保護作用[5]。TNF-α是機體氧化應(yīng)激時由單核巨噬細胞和淋巴細胞最早分泌的，最重要的促炎因子，它誘導IL-1、IL-6等多種促炎因子的產(chǎn)生，促使大批炎癥細胞在肺部匯集，造成肺組織結(jié)構(gòu)的破壞[6]。在ALI小鼠的組織中，MiR-124的表達較弱，MAPK14的表達較高。miR-124的過表達或MAPK14的沉默通過下調(diào)炎性細胞因子的表達來減輕ALI的癥狀[7]。氯胺酮通過抑制IκB-α，NF-κBp65和MAPK的激活，調(diào)節(jié)HMGB1-RAGE途徑從而減輕膿毒癥誘發(fā)的急性肺損傷[8]。結(jié)合很多研究，促炎/抗炎介質(zhì)失調(diào)，細胞因子形成及異常細胞凋亡是參與膿毒癥合并ALI過程中的幾種主要病理生理機制，因而臨床治療中可可以通過抗炎抗氧化抗細胞凋亡等途徑達到減輕膿毒癥合并ALI癥狀的目的。

2 膿毒癥與腎臟

臨床研究表明膿毒癥患者合并AKI發(fā)病率逐年上升，居高不下，并且臨床數(shù)據(jù)追蹤顯示膿毒癥合并AKI的幸存者中仍有不同程度的腎損傷[9]。 膿毒癥后期病理生理學變化主要表現(xiàn)為血流動力學的紊亂，由于大量炎癥介質(zhì)釋放，引起多種臟器血流灌注障礙及功能損傷，其中腎臟是主要損傷臟器之一。膿毒癥所致AKI的發(fā)病機制可能有以下幾個方面：(1)血流動力學的改變：嚴重膿毒癥時全身血管阻力降低，心輸出量(CO)升高，與膿毒癥相關(guān)的AKI則顯示腎血管阻力增加，腎小管功能障礙，水鈉潴留，而腎血流量并無顯著減少。有數(shù)據(jù)分析膿毒癥AKI時的腎臟血流(renal blood flow，RBF)變化的情況，在膿毒癥休克時RBF和CO無明顯下降，GFR(腎小球濾過率)卻大幅度降低[10]。于是考慮膿毒癥合并AKI時腎臟血流量和腎功能有分離現(xiàn)象，即RBF正常甚至增長，而腎功能存在一定程度的損傷；(2)微循環(huán)障礙：由于膿毒癥中大量的炎癥介質(zhì)生成，血管內(nèi)皮結(jié)構(gòu)破壞，細胞水腫，毛細血管通透性增加，血管滲漏，由于內(nèi)皮細胞屏障破壞而引起各種粘附分子(如白細胞和血小板)的聚集，以及分子間的相互作用協(xié)同誘導腎毛細血管微血栓的形成[11]。同時內(nèi)毒素的形成可導致凝血功能的異常，凝血因子過度消耗增加AKI血栓形成的風險。范紅平等研究發(fā)現(xiàn)[12]，膿毒癥患者血循環(huán)中存在高濃度的內(nèi)毒素，刺激單核細胞和腎小球系膜細胞等釋放大量的細胞因子和炎性介質(zhì)，引起腎實質(zhì)的炎癥細胞浸潤，導致腎臟實質(zhì)細胞損害，甚至死亡。有文獻說明膿毒癥患者中sVE-鈣黏著蛋白的脫落與嚴重的急性腎損傷和致死性的器官功能障礙有關(guān)，血管內(nèi)皮鈣粘蛋白(VE-鈣黏著蛋白)是一種跨膜糖蛋白，脫落的VE-鈣粘蛋白致使腎毛細血管內(nèi)皮受損，影響膿毒癥的不良預(yù)后以及腎功能損傷的嚴重程度[13]。由此可見膿毒癥合并急性腎損傷時，除了細胞炎癥反應(yīng)，腎實質(zhì)細胞損傷外，同時抗炎/促炎系統(tǒng)失衡也可引起凝血功能的異常，腎血管內(nèi)皮細胞損傷，誘導腎臟微血栓形成，阻礙腎小球的濾過功能及腎臟的血流灌注，從而導致腎功能不可逆的損傷。

3 膿毒癥與中樞神經(jīng)系統(tǒng)

膿毒性腦病(SE)是膿毒癥的主要并發(fā)癥，其中樞神經(jīng)系統(tǒng)沒有明顯的感染，臨床癥狀卻表現(xiàn)為彌漫性的腦功能障礙，即精神狀態(tài)及意識水平的改變。SE患者特點主要是：認知能力低下，定向力障礙，精神錯亂，嚴重者可出現(xiàn)昏迷。膿毒相關(guān)性腦病(SE)的發(fā)病機制重點體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)血腦屏障(blood brain barrier，BBB)損傷。血腦屏障在維護腦細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中發(fā)揮關(guān)鍵作用，在LPS誘導的膿毒癥鼠模型中，誘導炎癥和BBB的破壞，通過測量關(guān)鍵緊密連接蛋白的水平來評估BBB的破壞程度。SE患者中由于一系列的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，特別是內(nèi)皮細胞中Drp1-(裂變1)Fis1介導的炎癥信號通路促進了血管通透性調(diào)節(jié)劑的表達，Drp1-Fis1相互作用導致BBB通透性增加，并且使得血腦屏障的緊密連接顯著降低[14]，造成了神經(jīng)細胞元的損傷，由此證明SE的發(fā)生與血腦屏障通透性變化和結(jié)構(gòu)完整性的損害密切相關(guān)；(2)神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)。血-腦屏障BBB功能受損，通透性改變，導致假性神經(jīng)遞質(zhì)前體苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸通過血腦屏障進入腦實質(zhì)，在非特異性β-羥化酶作用下生成假性神經(jīng)遞質(zhì)，同時迷走神經(jīng)元損傷引起膽堿[15]釋放減少，使得正常神經(jīng)遞質(zhì)合成障礙及數(shù)量下降，神經(jīng)遞質(zhì)水平失衡，相應(yīng)的腦循環(huán)代謝受阻，從而造成SE患者意識狀態(tài)和認知情況的轉(zhuǎn)變。除此之外，由于血腦屏障受損，滲透性增大，腦內(nèi)苯丙氨酸濃度增高，而苯丙氨酸則會轉(zhuǎn)化為酪氨酸，也會干擾腦循環(huán)正常神經(jīng)遞質(zhì)的代謝[16]；(3)神經(jīng)元損傷。王歡等[17]的研究在膿毒癥小鼠模型中運用免疫熒光染色追蹤檢測皮質(zhì)層神經(jīng)細胞元的變化，顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)模型組小鼠小膠質(zhì)細胞與對照組相比，數(shù)量增多且體積增大，存在激活現(xiàn)象。Orhun G等[18]人在膿毒癥腦病患者MRI形態(tài)學研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)有明顯的神經(jīng)元丟失，導致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號傳遞紊亂。在膿毒癥幸存者海馬和皮層中，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)區(qū)膽堿能神經(jīng)減少，小膠質(zhì)細胞激活，神經(jīng)元丟失等現(xiàn)象。另外一項膿毒癥動物模型表示caspase-1的激活會破壞血腦屏障以及神經(jīng)細胞超微結(jié)構(gòu)，而抑制caspase-1信號通路可以下調(diào)腦中IL-1β，TNF-α等炎癥因子的表達，同時避免小膠質(zhì)細胞的活化，維護血腦屏障的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[19]。以上證據(jù)表明維持正常的神經(jīng)系統(tǒng)功能狀態(tài)對于減輕膿毒癥患者腦病的臨床癥狀來說至關(guān)重要。

4 膿毒癥與胃腸道

胃腸功能障礙是膿毒癥的常見并發(fā)癥之一。研究表明膿毒癥合并急性胃腸道損傷的發(fā)生率仍在逐年增加，并且伴有嚴重胃腸道功能障礙的患者所占比重較大。綜合近年來的研究，膿毒癥引起的急性胃腸道損傷(AGI)的發(fā)病機理概述如下：(1)胃腸道粘膜損傷。腸胃循環(huán)血液不足，腸內(nèi)細菌過度生長以及大量有毒代謝產(chǎn)物和炎性因子的釋放會導致腸胃黏膜受損。當機體受到嚴重感染時，交感神經(jīng)興奮，胃腸道的應(yīng)激反應(yīng)更加劇烈，腸粘膜上皮細胞水腫，上皮凋落，絨毛損傷、凋亡和壞死。膿毒癥腸粘膜病理學結(jié)果顯示出明顯損害征象，包括回腸絨毛脫落，上皮剝離，固有層出血和潰瘍；(2)細菌移位。由于腸道是大量細菌(每克組織> 1010個生物體)的儲存庫，因此腸屏障的破壞會使機體出現(xiàn)系統(tǒng)性菌血癥和敗血癥的狀態(tài)。胃腸道黏膜可以防止細菌和有害物質(zhì)進入人體，細菌也不會在胃腸道內(nèi)移位。但是膿毒癥時，由于AGI腸粘膜上皮細胞脫落，屏障通透性增加，免疫系統(tǒng)平衡被打破，原先處于抑制狀態(tài)的細菌大量繁殖，內(nèi)毒素釋放流入血液，作用于全身，加重膿毒癥胃腸毒性癥狀；(3)胃腸激素紊亂。胃腸道內(nèi)有40多種內(nèi)分泌細胞，其中對胃腸道運動功能影響顯著的主要是胃動素和Ghrelin[20]。胃動素由小腸Mo細胞分泌，刺激胃和小腸運動[21]。生長素釋放肽多分布于胃腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可作用于小腸并促進小腸平滑肌的收縮，同時也是提高胃能動性和胃酸的分泌調(diào)節(jié)劑，起到保護胃黏膜的作用，此外生長素釋放肽也可通過信號通路減輕胃腸甚至全身的炎癥反應(yīng)。膿毒癥者發(fā)生AGI時，有研究證實，Ghrelin水平明顯下降[22]，同時血清胃腸激素胃動素也會明顯降低，胃腸運動受到影響，有害代謝產(chǎn)物不能及時清除，進一步加重胃腸功能損傷，嚴重時可導致胃腸運動癱瘓，出現(xiàn)腹脹，腸麻痹等。膿毒癥鼠模型中生長激素釋放肽具有增加胃腸道血流量的能力，同時可以調(diào)節(jié)胃組織中凋亡相關(guān)因子的表達[23]。由此看出胃腸激素水平的穩(wěn)定能有效維持胃腸道功能的正常代謝，對減輕膿毒癥中合并的胃腸功能損傷具有重要的意義。

5 膿毒癥與心臟

臨床數(shù)據(jù)表明，重癥膿毒癥患者有50%的通常伴有左心室收縮功能不全[24]。結(jié)合文獻可以從以下四個方面來理解膿毒癥引起心肌損傷的發(fā)病機制：(1)生物分子改變。膿毒性休克中炎癥因子大量釋放，會不同程度地抑制心臟功能，Hoffman等實驗表明膿毒癥模型中心肌應(yīng)變和應(yīng)變率降低與促炎性細胞因子水平和血漿BNP的升高是相協(xié)調(diào)一致的[25]。他們的作用機理表現(xiàn)分別為：NF-κB-p53在LPS誘導的膿毒癥大鼠模型心肌凋亡過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，核因子NF-κB介導多種炎癥因子的表達，其中p53是細胞凋亡通路中的重要信號，有實驗數(shù)據(jù)示膿毒癥組心肌中p53水平顯著升高[26]，激活細胞信號凋亡通路，導致心肌細胞的損傷甚至凋亡。腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是膿毒癥炎癥級聯(lián)反應(yīng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，促使單核/巨噬細胞釋放大量炎癥因子，聯(lián)合過量生成的IL-6引起心肌細胞的收縮和舒張功能障礙[27]。在膿毒癥中大量氧自由基作用于心肌線粒體，線粒體Ca2+攝取障礙，并且鈣-ATP酶活性降低，細胞內(nèi)鈣離子無法回收，最終鈣超載使線粒體內(nèi)形成磷酸鈣沉積，影響ATP合成，同時激活鈣依賴降解酶，損傷心肌細胞膜。由于膿毒癥患者細胞內(nèi)Ca2+異常升高， 促使單核巨噬細胞分泌細胞因子，加重炎癥反應(yīng)、血管滲漏，最終可能損害心肌細胞，導致心臟功能受損；(2)心肌損傷。心肌細胞凋亡是膿毒癥心肌損傷的重要表現(xiàn)之一。膿毒癥期間產(chǎn)生的大量內(nèi)毒素可激活一系列凋亡酶譜圖，導致心肌細胞凋亡和壞死。SIRT3是心肌細胞線粒體內(nèi)參與多種蛋白去乙?；揎椀囊环N酶，數(shù)據(jù)表明SIRT3的數(shù)量和活性增加有利于保護心肌細胞免受氧化應(yīng)激的損傷。在膿毒癥鼠模型中，與對照組相比膿毒癥小鼠心肌細胞內(nèi)SIRT3含量明顯降低，因此推斷SIRT3參與的信號通路可能是膿毒癥合并心肌損傷時潛在的保護機制[28]。結(jié)合文獻，CRNDE/miR-29a / SIRT1組成的信號網(wǎng)絡(luò)機制，也可能是膿毒癥時心機損傷潛在的攻擊靶點[29]。實驗室證據(jù)表明膿毒癥大鼠的心肌組織在光學顯微鏡下顯示心肌纖維破裂，心肌嗜酸性粒細胞增多，細胞水腫；(3)自主神經(jīng)功能障礙。嚴重膿毒癥合并心肌損傷時，存在心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)相關(guān)細胞凋亡現(xiàn)象，影響了心臟的自主神經(jīng)系統(tǒng)功能。膿毒癥后期大量內(nèi)毒素的產(chǎn)生和釋放，作用于心臟生物信號通路，破壞了神經(jīng)元及相關(guān)膠質(zhì)細胞正常的生理結(jié)構(gòu)及功能，阻礙了心臟自主神經(jīng)的傳導。同時，內(nèi)毒素可以直接抑制心臟的起搏電流并影響心臟的收縮和舒張功能。也有研究認為，膿毒癥應(yīng)激中心肌RAAS系統(tǒng)激活，聯(lián)合炎癥因子及心肌Ca2+的紊亂共同誘發(fā)心肌損傷，導致心功能不全。膿毒癥心肌細胞的損傷凋亡與血管緊張素II 1型受體(AT1R)的低表達有很大的關(guān)系。通過降低AT1R表達使MAPK信號通路失活，降低EF及心率，抑制心肌細胞凋亡(表現(xiàn)為凋亡率降低，p53和Fas1表達降低以及Bcl-2表達升高)，從而提高大鼠的生存率。這些發(fā)現(xiàn)表明AT1R沉默可以通過抑制MAPK信號通路來減輕膿毒癥誘導的心肌損傷[30]。

6 結(jié)語與展望

膿毒癥是嚴重感染引起的全身炎癥反應(yīng)性綜合癥，其中炎癥因子的大量釋放是涉及膿毒癥合并多臟器損傷的共同路徑，肺臟，心臟，腦，腎臟及胃腸均對炎癥因子介導的多種信號路徑作出不同的氧化應(yīng)激和免疫應(yīng)答。ALI的特征是肺泡-毛細血管屏障的通透性增加，間質(zhì)性水腫，大量炎性細胞聚集，促炎/抗炎系統(tǒng)失衡，造成大量實質(zhì)細胞的損傷凋亡，破壞了肺組織正常的生理結(jié)構(gòu)。

凝血系統(tǒng)功能的紊亂是造成膿毒癥合并AKI后期一系列癥狀的重要原因，主要表現(xiàn)為腎臟血流動力學的異常，大量炎癥因子釋放破壞腎實質(zhì)細胞，同時觸發(fā)內(nèi)源性凝血，誘導腎微血管血栓的形成，嚴重阻礙腎臟濾過重吸收的功能。同時腎臟正常生理結(jié)構(gòu)和功能的破壞也會進一步加重凝血/抗凝功能的異常，因而形成了惡性循環(huán)。

膿毒癥合并SE的病理生理機制十分復(fù)雜，其中血腦屏障的損傷是其中的關(guān)鍵，血腦屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性是維護大腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的基礎(chǔ)，SE時血腦屏障緊密連接受損，小膠質(zhì)細胞活化，神經(jīng)元凋亡，神經(jīng)遞質(zhì)代謝紊亂，嚴重阻礙大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號通路的傳遞與表達，致使膿毒癥合并SE的死亡率大大提高。

胃腸道黏膜受損是嚴重膿毒癥時AGI發(fā)生的關(guān)鍵，膿毒癥休克使得機體處于強應(yīng)激狀態(tài)，合并細胞因子釋放，彼此協(xié)同作用使胃腸道黏膜缺血缺氧，黏膜細胞水腫，細胞連接斷裂，屏障功能受損，大量細菌及內(nèi)毒素移位進入血液循環(huán)，從而進一步加重膿毒癥休克合并AGI的病情進展。

數(shù)據(jù)表明，近一半的重癥膿毒癥患者通常伴有心臟收縮功能不全，其中不同程度的心肌損傷是主要原因。嚴重膿毒癥時大量炎癥因子釋放，異常激活不同信號分子通路(如ERK、JNK、p38等)，誘導心肌細胞不可逆的損傷凋亡，從而抑制心臟的收縮和舒張功能。反過來這也為膿毒癥合并心功能不全的臨床治療提供了思路，可以利用分子生物學技術(shù)，上調(diào)如SIRT3的表達和數(shù)量，抑制死亡信號通路的激活，正向靶點作用于心肌細胞，減輕重癥膿毒癥時心功能的損傷。

膿毒癥目前仍是急重癥中威脅患者生命安全的主要病癥之一，目前有大量研究試圖從細胞、分子的水平進一步闡明膿毒癥合并多臟器損傷的發(fā)病機制，不難發(fā)現(xiàn)，各臟器損傷致病機理均存在差異，牽涉路徑也是十分復(fù)雜。疾病的診斷及病情嚴重程度的分級缺乏客觀指標及嚴格定義，臨床治療也多是支持治療及對癥處理，仍然存在一定的局限性，因此未來仍需加強膿毒癥致多臟器功能損傷致病機制方面的研究，針對不同臟器差異性的免疫應(yīng)答及應(yīng)激機制，除了常規(guī)的實驗室影像學等監(jiān)測，可以結(jié)合分子生物信息技術(shù)進一步精準化，精細化各臟器不同損傷程度的評估指標，以改善嚴重膿毒癥的治療現(xiàn)狀，提升治愈率。