胡志凱，范 駿

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院急診科,南昌 330006)

膿毒癥是嚴(yán)重?zé)齻?、?chuàng)傷、休克和感染等危重病的主要死亡原因之一，其發(fā)病率高、病情發(fā)展迅速、治療費(fèi)用高、醫(yī)療資源消耗巨大，是全球亟待解決的公共衛(wèi)生難題和學(xué)術(shù)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。2017年全球膿毒癥患者有近4890萬(wàn)例，其中1100萬(wàn)例膿毒癥相關(guān)的死亡，占全球總死亡人數(shù)的19.7%[1]。膿毒癥患者往往預(yù)后不良，生活質(zhì)量下降，背負(fù)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。膿毒癥被最新定義為由于宿主對(duì)感染的反應(yīng)失調(diào)而導(dǎo)致的危及生命的器官功能障礙[3]，這提示器官功能障礙在膿毒癥患者預(yù)后中起著關(guān)鍵作用，膿毒癥器官功能保護(hù)對(duì)膿毒癥治療有重要臨床意義。

谷氨酰胺是人體中含量最豐富，用途最廣的氨基酸。在每個(gè)細(xì)胞中，谷氨酰胺都能作為底物去合成核苷酸、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)、抗氧化劑以及其他有助于維持細(xì)胞完整性和功能的物質(zhì)[4]。對(duì)于危重患者如膿毒癥，谷氨酰胺被認(rèn)為是一種“條件必需”氨基酸，并且低谷氨酰胺水平往往提示預(yù)后不良[5]。膿毒癥期間，多種器官會(huì)出現(xiàn)不同程度的功能障礙。本文查閱近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)，擬對(duì)谷氨酰胺對(duì)膿毒癥時(shí)器官保護(hù)作用作一綜述。

1 谷氨酰胺對(duì)腦的保護(hù)

膿毒癥初期大量的炎癥因子“瀑布樣”釋放，最終會(huì)導(dǎo)致感染性休克。膿毒癥以及感染性休克將會(huì)破壞血腦屏障、炎癥因子大量進(jìn)入，同時(shí)也會(huì)有神經(jīng)毒性反應(yīng)，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)變得脆弱?；颊呱窠?jīng)功能發(fā)生改變，從開(kāi)始的精神錯(cuò)亂到昏迷，這種綜合征被稱作膿毒癥相關(guān)性腦病(sepsis-associated encephalopathy，SAE)[6]。由于液體復(fù)蘇、抗生素治療、血管活性藥物應(yīng)用及器官功能支持等“集束化”治療已取得顯著進(jìn)展，膿毒癥幸存者的數(shù)量正在逐步增加[2]。但是有超過(guò)半數(shù)的存活患者伴隨著長(zhǎng)期的嚴(yán)重的認(rèn)知功能障礙[7]，嚴(yán)重影響著患者日后的生存質(zhì)量。谷氨酰胺作為一種“條件性必需”氨基酸，有助于膿毒癥患者的大腦保護(hù)。有研究報(bào)道谷氨酰胺可能是通過(guò)增加蛋白質(zhì)氧連-N-乙酰葡糖胺(O-linked-N-acetyl-glucosamine，O-GlcAc)修飾有關(guān)[8]。LUO等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了谷氨酰胺通過(guò)增強(qiáng)熱休克蛋白70(heat shock protein70,HSP70)的表達(dá)，來(lái)減輕腦損傷，促進(jìn)神經(jīng)恢復(fù)。HSP70是一種應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白，已經(jīng)被很多研究證實(shí)能夠保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)，可能存在多種機(jī)制。首先HSP70通過(guò)抗細(xì)胞凋亡途徑，可以減輕腦組織的損傷[10]。其次，HSP70還可以調(diào)節(jié)炎癥途徑，它能夠降低NF-κB的活性[11]，NF-κB活性的降低隨之影響TNF-α的表達(dá)[12]，減輕炎癥對(duì)大腦的損傷。谷氨酰胺還可以影響膿毒癥大鼠腦內(nèi)的血小板衍生生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor,PDGF)及其受體來(lái)保護(hù)腦功能[13]。PDGF是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的生長(zhǎng)因子之一，可以有效地保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)，促進(jìn)神經(jīng)的修復(fù)[14]。

2 谷氨酰胺對(duì)于心臟的保護(hù)

膿毒癥發(fā)生時(shí)，患者經(jīng)常會(huì)伴隨心功能障礙，膿毒癥所導(dǎo)致的這種特殊的心功能障礙稱之為膿毒癥所致心肌病(sepsis-induced cardiomyopathy，SIC)。膿毒癥引起SIC的機(jī)制很多，現(xiàn)在有越來(lái)越多的證據(jù)表明生物能量和代謝紊亂在其發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用。由于心臟高度依賴大量的三磷腺苷(adenosine triphosphate,ATP)來(lái)維持其功能，線粒體功能受損會(huì)導(dǎo)致心臟功能障礙。膿毒癥時(shí)期線粒體的功能發(fā)生改變，導(dǎo)致氧化磷酸化減少、ATP產(chǎn)生減少、活性氧(reactive oxygen species，ROS)增加以及細(xì)胞凋亡增加[15]。據(jù)相關(guān)研究顯示，HSP70能減輕膿毒癥小鼠的線粒體損傷以及防止心肌細(xì)胞凋亡[16]。另外，HSP70還能夠減輕膿毒癥誘導(dǎo)的自噬來(lái)保護(hù)心肌細(xì)胞[17]。細(xì)胞色素氧化酶(cytochrome oxidase，COX)是電子傳遞鏈的末端氧化酶，在線粒體產(chǎn)生ATP的過(guò)程中起著重要的作用。膿毒癥期間給予谷氨酰胺能夠消除線粒體COX抑制，改善心功能[18]。谷氨酰胺還可以降低半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteine-containing aspartate-specific proteases-3，caspase-3)基因和蛋白的表達(dá)來(lái)降低心肌細(xì)胞凋亡的程度[19]。caspase是一個(gè)蛋白水解酶家族，對(duì)所有的凋亡信號(hào)都是不可或缺的。其中caspase-3是最重要的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶之一，它能分解細(xì)胞蛋白，是細(xì)胞凋亡的執(zhí)行者。

3 谷氨酰胺對(duì)于肺的保護(hù)

肺是膿毒癥最常累及的靶器官，大量釋放的炎癥因子會(huì)對(duì)肺造成嚴(yán)重的損傷，導(dǎo)致患者出現(xiàn)急性肺損傷(acute lung injury，ALI)甚至急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)。在這種情況下，HSP對(duì)于減輕肺炎癥損傷有著至關(guān)重要的作用。有許多研究都證明了谷氨酰胺能增強(qiáng)HSP70的表達(dá)從而減輕肺損傷[20]。組織受損感染時(shí)，HSP70被釋放到胞外，附著在細(xì)胞表面誘導(dǎo)這巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α，可使其濃度達(dá)到原來(lái)的200多倍[21]。此外，HSP70還能誘導(dǎo)T細(xì)胞表達(dá)IL-10等抗炎因子[22]。此外谷氨酰胺還能抑制膿毒癥小鼠高遷移率族蛋白-1(high mobility group box protein-1，HMGB-1)的表達(dá)，減輕ALI、提高存活率[23]。氧化應(yīng)激是ALI損傷的另一個(gè)重要因素，NADPH氧化酶-1產(chǎn)生的ROS在肺損傷中有關(guān)鍵性的作用[24]。CHUANG等[25]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充谷氨酰胺的膿毒癥小鼠肺部的NADPH氧化酶-1 mRNA顯著減少，有效地減輕了肺損傷。谷氨酰胺還能提高γδ T細(xì)胞在肺中的百分比、促進(jìn)分泌、阻止凋亡，能夠有效地抵御炎癥對(duì)肺的損傷[26]。

4 谷氨酰胺對(duì)肝臟的保護(hù)

肝臟是人體最大的腺體和重要的免疫器官，負(fù)責(zé)清除細(xì)菌和內(nèi)毒素。細(xì)胞焦亡是一種依賴caspase-1/4/5/11介導(dǎo)的一種新型的程序性細(xì)胞死亡，是膿毒癥肝損害的機(jī)制之一。適度的細(xì)胞焦亡有助于機(jī)體清除細(xì)菌和病原體，但是焦亡反應(yīng)過(guò)強(qiáng)則會(huì)導(dǎo)致器官損傷甚至衰竭[27]。PAI等[28]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)對(duì)膿毒癥小鼠進(jìn)行谷氨酰胺預(yù)處理可以在膿毒癥早期上調(diào)caspase-1和caspase-11介導(dǎo)的肝細(xì)胞焦亡，而在膿毒癥晚期下調(diào)其介導(dǎo)的凋亡，進(jìn)而改善肝功能。caspase-1[29]和caspase-2[30]分別是細(xì)胞焦亡經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑中的關(guān)鍵因子。此外谷氨酰胺還能通過(guò)生成谷胱甘肽來(lái)保護(hù)肝細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的損害、并提高肝臟中HSP72的表達(dá)來(lái)減輕肝臟損傷[31]。

5 谷氨酰胺對(duì)于腸道的保護(hù)

膿毒癥時(shí)期，腸道由于缺血缺氧導(dǎo)致蠕動(dòng)減弱，無(wú)法有效地清除細(xì)菌，導(dǎo)致腸道內(nèi)致病菌大量繁殖，并且腸道屏障被破壞，為細(xì)菌的入侵提供了一個(gè)快速通道[32]。因此，保護(hù)腸道屏障成為了控制膿毒癥進(jìn)展的一個(gè)關(guān)鍵要素。谷氨酰胺是血液和骨骼肌中含量最豐富的氨基酸，是腸上皮細(xì)胞修復(fù)以及增殖不可缺少的能源物質(zhì)[33]。谷氨酰胺保護(hù)腸道屏障的機(jī)制有很多。1)谷氨酰胺可以激活多種MAPK途徑來(lái)刺激腸上皮細(xì)胞的增殖，幫助腸道屏障快速修復(fù)[34]。2)谷氨酰胺能夠提高緊密連接蛋白在腸上皮細(xì)胞的表達(dá)[35]，緊密連接蛋白對(duì)于保持腸屏障的完整性以及防止病原體的入侵具有重要意義[36]。3)谷氨酰胺能增加腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(intestinal intraepithelial lymphocytes，ILEs)中TCRγδ IELs[37]和CD8αα+TCRαβ+IELs[38]的組成比例，阻止其凋亡并且下調(diào)其所產(chǎn)生的的炎癥介質(zhì)，減輕腸道內(nèi)的炎癥反應(yīng)。TCRγδ IELs和CD8αα+TCRαβ+IELs都是存在于腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞中的具有免疫調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞，能保護(hù)黏膜屏障的完整、抵御細(xì)菌和病原體的入侵[39]。4)谷氨酰胺能夠抑制NF-κB的表達(dá)和激活，并且下調(diào)TNF-α的釋放，對(duì)于減輕腸道損傷至關(guān)重要[40-41]。

6 谷氨酰胺對(duì)于腎臟的保護(hù)

腎臟也是膿毒癥常累及的器官之一，一旦膿毒癥并發(fā)急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)，其死亡率可能增加6～8倍[42]。膿毒癥導(dǎo)致腎損傷的機(jī)制很復(fù)雜，其中炎癥是最主要的要素。膿毒癥會(huì)導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞調(diào)節(jié)失衡，加劇炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致多器官功能受損[43]。HOU等[44]發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺能夠逆轉(zhuǎn)膿毒癥導(dǎo)致的T淋巴細(xì)胞的減少以及促進(jìn)CD4+T細(xì)胞的活化，從而減輕膿毒癥免疫紊亂和腎臟損傷。此外程序性細(xì)胞死亡-1(programmed cell death，PD-1)與T淋巴細(xì)胞的耗竭有密切的關(guān)系，相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺能夠下調(diào)T、B淋巴細(xì)胞上PD-1的表達(dá)，抑制淋巴細(xì)胞的凋亡，減輕腎臟損傷[45]。KIM等[46]發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺可通過(guò)抑制14-3-3蛋白的c-Jun末端激酶磷酸化抑制急性腎損傷腎小管細(xì)胞凋亡。

7 展望

盡管谷氨酰胺對(duì)膿毒癥器官功能保護(hù)的研究取得一些進(jìn)展，但谷氨酰胺在膿毒癥的臨床應(yīng)用仍存在一些爭(zhēng)議，特別是谷氨酰胺的給藥時(shí)機(jī)、給藥途徑和劑量都需要多中心、大樣本的進(jìn)一步持續(xù)深入研究。