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黃蜂毒素致橫紋肌溶解機(jī)制的研究進(jìn)展

2022-03-24 09:29:57李沙沙李興嶼周杰楊翠國(guó)富建喻安永張?zhí)煜?/span>
關(guān)鍵詞:蜂毒肌細(xì)胞黃蜂

李沙沙,李興嶼,周杰,楊翠,國(guó)富建,喻安永,張?zhí)煜?/p>

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 急診科,貴州 遵義 563003)

橫紋肌溶解(rhabdomyolysis,RM)是因各種致病因素導(dǎo)致橫紋肌細(xì)胞膜、膜通道損傷,隨之細(xì)胞內(nèi)容物肌紅蛋白、肌酸激酶(CK)、小分子物質(zhì)等進(jìn)入血液循環(huán),引起機(jī)體能量失衡的嚴(yán)重疾病[1- 2];常由遺傳、肌肉創(chuàng)傷、感染、藥物、毒物等因素引起,但臨床最常見(jiàn)的是毒物、藥物因素。根據(jù)誘發(fā)因素、原發(fā)病、細(xì)胞受損程度及并發(fā)癥的不同,RM表現(xiàn)出不同的癥狀,輕者可無(wú)臨床癥狀,僅有化驗(yàn)結(jié)果的異常,常被臨床醫(yī)生忽視而延誤診治;重者可出現(xiàn)肌痛、痙攣、醬油色尿以及急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)等。而黃蜂蟄傷并發(fā)RM的重癥患者中被證實(shí)有79.5%發(fā)生AKI而導(dǎo)致預(yù)后不良[3],但具體作用機(jī)制未完全闡明。因此,研究黃蜂蟄傷所致RM的機(jī)制,可為黃蜂蟄傷救治提供理論依據(jù)。

1 我國(guó)毒蜂的特征

我國(guó)蜂種約有200種,臨床以蜜蜂科和胡蜂科叮咬常見(jiàn),而胡峰科中黃蜂蟄傷的發(fā)生最多、毒性最強(qiáng)、群蜂蜇傷危重及死亡率最高[4]。根據(jù)地區(qū)性及蜂種的流行病學(xué)特征,我國(guó)黃蜂蟄傷的發(fā)生主要有幾大特征:(1) 地區(qū)性:多發(fā)生亞熱帶季風(fēng)氣候的山區(qū)、林區(qū),如貴州、湖北等;(2) 季節(jié)性:夏、秋季高發(fā);(3) 性別:男性多于女性;(4) 部位集中:頭面頸部、上肢蟄傷常見(jiàn)。黃蜂蟄傷輕者僅表現(xiàn)為受傷部位紅腫、疼痛,拔出蟄針、消毒傷口后可治愈,也可無(wú)臨床表現(xiàn),易被臨床醫(yī)生忽視;危重患者合并嚴(yán)重并發(fā)癥,如AKI、休克、多臟器衰竭等,死亡率達(dá)5.6%~50%[5],但通過(guò)重癥監(jiān)護(hù)、血液凈化、免疫及輸血制品等積極救治,生存率可達(dá)87.5%[6]。

2 黃蜂毒素成分及其致病機(jī)制

蜂毒成分復(fù)雜,主要包括酶類、肽類和非肽類物質(zhì)[7- 9]。酶類主要包括磷脂酶A2(Phospholipase A2, PLA2)、蛋白酶等;肽類主要包括蜂毒肽(Melittin)和神經(jīng)毒素等;非肽類物質(zhì)包括組胺、兒茶酚胺等[10]。不同的蜂種蜂毒成分也有一定差異,蜜蜂毒素主要為多肽,呈酸性;黃蜂毒素主要以蛋白質(zhì)為主,呈堿性,主要成分有組胺、Melittin、PLA2、透明質(zhì)酸酶(hyaluronidase,Hya)、蜂毒多肽等。雖然蜂種不同,但它們毒素的主要成分均含有Melittin、PLA2、Hya,分別占蜂毒成分的50%、12%、2%~3%[11- 12]。作者將以黃蜂毒素含量最多的3種成分Melittin、PLA2、Hya以及基因多態(tài)性等為出發(fā)點(diǎn),系統(tǒng)地對(duì)黃蜂蟄傷引發(fā)RM機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

2.1 Melittin

Melittin為黃蜂毒素的主要成分,由26個(gè)氨基酸殘基組成,是強(qiáng)堿性肽,其N端和C端區(qū)域分別是疏水和親水的,這一特性使Melittin不僅是水溶性的,還是膜活性的[13],同時(shí)作為一種重要的成孔毒素[14],能以物理或化學(xué)的方式破壞原核和真核細(xì)胞膜,可直接與磷脂膜表面的負(fù)電荷自發(fā)的結(jié)合,快速透過(guò)混合脂膜和卵磷脂膜[8]。Melittin對(duì)細(xì)胞膜的直接作用主要表現(xiàn)在當(dāng)毒素濃度較低時(shí),Melittin與磷脂雙層表面結(jié)合處會(huì)形成破孔,破壞磷脂雙層的完整性,出現(xiàn)原子、離子和分子的泄漏以及膜滲透性的增強(qiáng);高濃度時(shí),磷脂酰膽堿頭基甲基化水平調(diào)節(jié)Melittin誘導(dǎo)脂質(zhì)彎曲,使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物滲漏進(jìn)入血液循環(huán)[15- 16],最終導(dǎo)致RM。

Melittin對(duì)細(xì)胞膜的間接作用主要由Ca2+濃度來(lái)影響。正常肌細(xì)胞中,細(xì)胞外Ca2+濃度通常是細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的10 000倍以上,因此,Ca2+濃度的動(dòng)態(tài)平衡是維持肌細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要因素。研究證實(shí)Melittin可使人肌肉的Ca2+釋放閾值降低37%,導(dǎo)致大量細(xì)胞外Ca2+涌入細(xì)胞內(nèi),細(xì)胞內(nèi)外濃度差發(fā)生變化,當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+超過(guò)一定界限后,肌細(xì)胞膜會(huì)失去完整的屏障保護(hù)作用,進(jìn)一步引起橫紋肌細(xì)胞功能損害。機(jī)制:(1) 引起肌細(xì)胞的持續(xù)收縮。當(dāng)Melittin致肌細(xì)胞膜受到損傷后,細(xì)胞外的Ca2+進(jìn)入肌細(xì)胞內(nèi),使肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加,Ca2+與肌鈣蛋白C結(jié)合,使肌鈣蛋白C的構(gòu)象發(fā)生變化,增強(qiáng)肌鈣蛋白C與肌鈣蛋白I、肌鈣蛋白T的結(jié)合力,使肌細(xì)胞處于一種持續(xù)收縮狀態(tài),使三磷酸腺苷(ATP)大量消耗導(dǎo)致肌細(xì)胞內(nèi)能量耗竭。(2) 激活PLA2。Ca2+能激活蜂毒中PLA2和其他酶的活性,這些酶可破壞肌原纖維、細(xì)胞骨架和膜蛋白。

細(xì)胞外Ca2+流入細(xì)胞內(nèi),促使線粒體內(nèi)Ca2+濃度增加,超負(fù)荷的Ca2+又會(huì)反過(guò)來(lái)作用于線粒體,其結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞使ATP生成障礙導(dǎo)致能量耗竭[17]。研究證實(shí),在線粒體內(nèi)外之間存在一組蛋白復(fù)合體:線粒體膜通透性轉(zhuǎn)化孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)[18],其基本組成成分中的親環(huán)蛋白D(cyclophilin D,CypD)是mPTP開放的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[19],其機(jī)制是通過(guò)正向調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)- 線粒體Ca2+交換和線粒體Ca2+負(fù)荷,由此調(diào)控mPTP開放,mPTP的開放會(huì)使線粒體內(nèi)膜通透性升高,導(dǎo)致線粒體腫脹,當(dāng)內(nèi)外膜壓力過(guò)高,線粒體會(huì)發(fā)生破裂,將會(huì)釋放一些促細(xì)胞凋亡的因子,隨后細(xì)胞凋亡因子與細(xì)胞凋亡蛋白酶結(jié)合發(fā)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)促使細(xì)胞凋亡的激活,導(dǎo)致肌細(xì)胞壞死。但目前未見(jiàn)黃蜂毒素與mPTP相關(guān)研究文獻(xiàn)報(bào)道,其相關(guān)機(jī)制研究有可能為黃蜂蟄傷后RM的治療提供理論依據(jù)。

2.2 PLA2

PLA2是廣泛分布于動(dòng)物各組織細(xì)胞膜及線粒體膜的一種鈣依賴型酶,由134個(gè)氨基酸殘基組成。PLA2主要分為3大類:(1) 分泌型PLA2(sPLA2),存在于蛇和蜜蜂的毒液中;(2) 胞質(zhì)型PLA2(cPLA2);(3) 非鈣依賴性PLA2(iPLA2)。sPLA2在細(xì)胞反應(yīng)中起著核心作用,包括磷脂代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及炎癥和免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)[20],特別是人sPLA2在支氣管擴(kuò)張的機(jī)制研究中取得了顯著進(jìn)展[21]。黃蜂毒素中的PLA2隸屬于胞外分泌型堿性糖蛋白,是蜂毒的主要活性成分和過(guò)敏原。PLA2對(duì)肌細(xì)胞的破壞機(jī)制主要是水解位于甘油磷脂分子中的第2位酯酰鍵,該位點(diǎn)的酯酰鍵可被水解為溶血磷脂和脂肪酸[8]。脂肪酸是骨骼肌的主要能量來(lái)源,可與體內(nèi)的蛋白質(zhì)作用調(diào)節(jié)細(xì)胞的能量代謝。機(jī)制:(1) 作用于肌細(xì)胞膜上的鈉離子通道,使細(xì)胞膜去極化,Ca2+流入細(xì)胞內(nèi),使胞內(nèi)Ca2+濃度增加;(2) 破壞脂肪酸β氧化;(3) 可能通過(guò)特異的膜介導(dǎo)作用、間接相互作用等方式致脂肪酸分解產(chǎn)生能量障礙[22]。溶血磷脂與Melittin協(xié)同作用破壞自身水解位點(diǎn),使膜磷脂脂質(zhì)雙層的完整性遭到破壞,細(xì)胞外Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),Ca2+能激活PLA2和其他酶的活性,產(chǎn)生膜溶解物對(duì)膜構(gòu)架造成損傷,最終導(dǎo)致RM。

2.3 Hya

Hya是一種廣泛分布于自然界中的糖苷酶,存在于哺乳動(dòng)物、動(dòng)物毒液及微生物中,根據(jù)Hya的不同特點(diǎn)可有多種分類[23]。Hya在黃蜂毒素中含量約占蜂毒干重的2%~3%,不隨毒蜂的生長(zhǎng)而發(fā)生變化[8],是蜂毒中主要的過(guò)敏原之一,且研究較多[24]。Hya具有很強(qiáng)的生物活性,可降解血管周圍基質(zhì)中的透明質(zhì)酸,是毒素從蟄傷部位進(jìn)入血液循環(huán)的關(guān)鍵,為黃蜂毒素的擴(kuò)散及滲透打開通道,故被稱為蜂毒的“擴(kuò)散因子”[4,7- 8]。研究證實(shí)Hya是一種重要的藥物擴(kuò)散劑、溶栓劑,可以加快皮下注射藥物的吸收,能有效消除水腫和血腫,還可以治療青光眼、白內(nèi)障[8],臨床應(yīng)用前景廣泛。

3 基因多態(tài)性

目前關(guān)于RM的基因多態(tài)性研究中,運(yùn)動(dòng)性RM致肌紅蛋白異常的研究較多,如快肌型肌鈣蛋白T(fast troponin T,fTnT)基因第8內(nèi)含子f17955C位點(diǎn)單核苷酸多態(tài)性[25]、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶與肌酸激酶同工酶的基因多態(tài)性[26]與劇烈運(yùn)動(dòng)引起的RM有關(guān);骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow derived mesenchymal stem cells,BMSCs)對(duì)RM致AKI的大鼠具有保護(hù)作用[27],所以BMSCs減少的個(gè)體,也易引起RM甚至導(dǎo)致AKI;黃蜂蟄傷的流行特征顯示,男性被蟄傷的概率大于女性,是否由男女之間某些基因不同而導(dǎo)致,目前缺少相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道。不管是外界因素還是自身個(gè)體間的基因差異,RM的發(fā)生與基因的多態(tài)性相關(guān)已被證實(shí)。蜂毒還可通過(guò)影響蛋白激酶C(PKC)、酪氨酸激酶及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等多種途徑影響細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng),還可使腫瘤壞死因子(TNF- α)、白介素- 6(IL- 6)、白介素- 8(IL- 8)等炎癥介質(zhì)水平顯著升高來(lái)引起肌細(xì)胞的損傷[28]。

4 黃蜂蟄傷后RM的診治

黃蜂蟄傷對(duì)機(jī)體的損傷程度與毒蜂種類、蟄傷次數(shù)及個(gè)體差異有關(guān)。黃蜂蟄傷后引起RM的臨床表現(xiàn)范圍廣泛,但肌痛、肌無(wú)力及醬油色尿最具代表性。實(shí)驗(yàn)室檢查CK截止值大于1 000 U·L-1或CK大于5倍正常上限(ULN)作為輕度RM的標(biāo)準(zhǔn)定義。表現(xiàn)為肌紅蛋白尿癥和AKI表明是嚴(yán)重的RM[15]。黃蜂蟄傷造成機(jī)體的損害在不同階段的治療重點(diǎn)不同。(1) 一般治療:首先拔出毒刺,毒刺與皮膚接觸時(shí)間越長(zhǎng),進(jìn)入機(jī)體的毒液就越多[29];(2) 激素治療:早期使用糖皮質(zhì)激素可對(duì)機(jī)體的抗原抗體反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用[7];(3) 血液凈化:血液凈化是目前處理黃蜂毒素所致多器官功能障礙(multiple organ dysfunction syndrome,MODS)的重要方式,主要有腎臟替代治療(renal replacement therapy,RRT)、血液灌流(hemoperfusion,HP)、血漿置換(plasma exchange,PE)等,對(duì)于黃蜂蟄傷致RM的患者,早期多次進(jìn)行血液凈化可清除體內(nèi)肌紅蛋白、CK大分子及其他中分子、小分子物質(zhì),不僅對(duì)原發(fā)病有良好的療效,還可顯著改善腎功能,縮短病程,降低病死率[7- 30];(4) 免疫治療:蜂毒免疫治療(venom immunotherapy,VIT)是目前唯一有效防止黃蜂蜇傷患者后續(xù)發(fā)生嚴(yán)重過(guò)敏反應(yīng)的治療手段[31],主要針對(duì)特定的蜂毒毒素,使機(jī)體對(duì)蜂毒產(chǎn)生主動(dòng)免疫,使外周T細(xì)胞始終保持在特殊的無(wú)變態(tài)反應(yīng)的階段[32],可以使人體處于長(zhǎng)久的免疫保護(hù)狀態(tài),減少死亡率,安全性高,應(yīng)用范圍廣,但在我國(guó)還未正式開展。

5 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)黃蜂蟄傷的發(fā)生率高,蟄傷后毒素的活性成分以直接或間接方式破壞橫紋肌細(xì)胞膜使膜通透性改變、細(xì)胞內(nèi)線粒體結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生破壞,最終橫紋肌細(xì)胞對(duì)ATP的生成、利用障礙導(dǎo)致RM。RM的發(fā)生與基因的多態(tài)性相關(guān)已被證實(shí),但黃蜂蟄傷后RM的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究證實(shí)。早期對(duì)黃蜂蟄傷致RM患者的病情進(jìn)行評(píng)估,重者早期使用糖皮質(zhì)激素、血液凈化等治療,其中免疫治療可使機(jī)體處于長(zhǎng)久的免疫保護(hù)狀態(tài),可提高危重患者的搶救成功率,具有廣闊的應(yīng)用前景。

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