膿毒癥與內(nèi)皮細(xì)胞損傷

張曉娟，馬曉春

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，遼寧 沈陽 110001)

膿毒癥是危重病患者首位死亡原因，盡管進(jìn)行了各種新的治療嘗試，但其病死率仍高達(dá)40% ～60%。膿毒癥所致的血管內(nèi)皮細(xì)胞(vascular endothelial cell，VEC)損傷和微循環(huán)障礙是其引發(fā)器官功能障礙的核心環(huán)節(jié)［1］，炎癥介質(zhì)作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)而引發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞的活化、損傷，參與膿毒癥的發(fā)生與發(fā)展過程。內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell，EC)不僅是一個靶器官，而且是全身系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)(SIRS)、多器官功能障礙(MODS)進(jìn)一步擴(kuò)展的基地［2］。EC被激活、損傷、功能障礙的出現(xiàn)是膿毒癥導(dǎo)致多器官功能障礙的中心環(huán)節(jié)，這一觀點在許多膿毒癥休克的實驗?zāi)Ｐ椭械玫阶C實［3］。理解EC活化和損傷，功能障礙與膿毒癥之間的關(guān)系，對于深化對膿毒癥的認(rèn)識顯然十分必要。

1 EC的生理功能

1.1 成人血管EC 表面積可達(dá)4000～7000 m2，其重量約1 kg［4］。覆蓋于血管內(nèi)壁，構(gòu)成血管通透性的主要屏障。血管EC外觀呈卵石狀，其長軸與血流方向一致，其形態(tài)因臟器不同而存有差異，與實質(zhì)器官緊密相連。以往認(rèn)為EC僅具有覆蓋血管內(nèi)腔和隔離血液與機(jī)體內(nèi)環(huán)境的屏障作用，現(xiàn)已知EC是體內(nèi)最大的代謝和內(nèi)分泌器官，具有多種生物活性，在調(diào)節(jié)凝血、細(xì)胞黏附、營養(yǎng)交換、血管緊張度以及局部促炎和抗炎介質(zhì)平衡方面發(fā)揮重要作用.

1.2 EC在凝血方面的作用 EC在生理狀態(tài)下通過表達(dá)各種抗凝物抑制凝血:①EC表面含有大量蛋白多糖，能結(jié)合血漿中抗凝蛋白(如抗凝血酶)，同時EC合成組織因子途徑抑制物(TFPI)，使這些抗凝蛋白活性增強(qiáng)。②血栓調(diào)節(jié)蛋白(TM)抑制凝血酶、活化蛋白C、在蛋白S的作用下滅活凝血因子Ⅴa與Ⅷa而發(fā)揮抗凝作用。③EC釋放低水平組織型纖溶酶原激活物(tPA)，使纖溶酶原激活成為纖溶酶，從而激活纖溶系統(tǒng)。④EC產(chǎn)生前列環(huán)素(PGI2)和一氧化氮(NO)，并作用于EC表面上的ADP酶，從而抑制血小板的凝集。

1.3 EC具有調(diào)節(jié)血管平滑肌張力的功能 血管緊張度取決于舒縮血管物質(zhì)的平衡關(guān)系。由EC合成和分泌的NO是作用最強(qiáng)的舒張血管的物質(zhì)［5］，還有多種物質(zhì)參與了EC的舒血管作用，如PGI2、緩激肽等。內(nèi)皮素21(ET21)是最強(qiáng)的縮血管物質(zhì)，另外EC釋放的縮血管物質(zhì)還有血栓素A2，上述物質(zhì)的相互平衡維持著正常的血管張力。

2 EC活化、損傷和功能障礙

EC的狀態(tài)可被劃分為兩種:靜止?fàn)顟B(tài)(非活化狀態(tài))和活化狀態(tài)。靜止?fàn)顟B(tài)的EC表達(dá)一種抗凝、抗細(xì)胞黏附及血管舒張狀態(tài)。而活化狀態(tài)的EC表達(dá)一種促凝、促黏附及促血管收縮［6］。EC激活是指EC表達(dá)由抗凝轉(zhuǎn)變?yōu)榇倌⑨尫艃?nèi)皮黏附分子、產(chǎn)生炎癥介質(zhì)、產(chǎn)生血管活性物質(zhì)。炎癥刺激時EC激活但并不是說每一個EC表達(dá)上述所有改變，EC是否表達(dá)所有或一部分上述改變?nèi)Q于炎癥刺激的時間、性質(zhì)和強(qiáng)度。而且在機(jī)體的不同部位EC對炎癥刺激的反應(yīng)也是不同的。

對于區(qū)分EC激活和損傷或功能障礙可能會幫助我們理解膿毒癥的發(fā)病機(jī)制從而為治療提供新的目標(biāo)。EC激活可以看到EC的一些功能變化，如對凝血及微血管舒縮的影響，但卻無法解釋毛細(xì)血管通透性問題，而毛細(xì)血管滲漏在膿毒癥又普遍存在。EC損傷或功能障礙可以解釋這一現(xiàn)象出現(xiàn)。EC損傷導(dǎo)致內(nèi)皮屏障功能喪失，內(nèi)皮通透性增加，從而導(dǎo)致循環(huán)物質(zhì)的移位及組織水腫。EC損傷或功能障礙將導(dǎo)致EC凋亡。血漿凋亡標(biāo)志物的出現(xiàn)如核小體可能提示重度的內(nèi)皮細(xì)胞損傷。事實上，膿毒癥和MODS患者中循環(huán)核小體的水平是升高的，而在SIRS時則處于低水平。但目前很難將EC激活和損傷或功能障礙區(qū)別清楚，內(nèi)皮不但是炎癥反應(yīng)的目標(biāo)還是炎癥反應(yīng)的源泉［7］。

3 EC活化、損傷和功能障礙與膿毒癥

3.1 EC受損的形態(tài)學(xué)改變 膿毒癥伴隨有EC形態(tài)學(xué)的改變，注射了內(nèi)毒素的動物EC從基底膜脫離，導(dǎo)致內(nèi)皮下水腫［8，9］，細(xì)胞的損害包括有核空泡形成、突起和胞質(zhì)的斷裂［10］，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)從脂多糖注射開始幾分鐘到數(shù)小時都存在［11］。在人體也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象［12］，內(nèi)皮損傷在顯微鏡下可見EC形態(tài)改變或受損，輕者表現(xiàn)細(xì)胞膜松解、翹起、重者排列，邊界模糊并失去原有形態(tài)。Lee在家兔注射脂多糖(LPS)后15分鐘觀察到內(nèi)皮細(xì)胞核呈空泡狀、細(xì)胞質(zhì)水腫、呈碎片狀，EC與基底層呈不同程度分離［13］，而且內(nèi)皮損傷持續(xù)一段時間。內(nèi)皮脫顆粒發(fā)生在注射內(nèi)毒素后的數(shù)小時，持續(xù)至少5天，大約在21天后才得以恢復(fù)，發(fā)生去內(nèi)皮化的表面大約占血管內(nèi)皮表面的25%［14］。在盲腸結(jié)扎穿孔大鼠模型中炎癥發(fā)作10小時左右，基底下內(nèi)皮層與完整的EC連接分離［15］。炎癥因子增加EC通透性，炎癥開始的6小時會出現(xiàn)血管通透性增加，12～24小時達(dá)高峰;EC結(jié)構(gòu)的破壞能使炎癥和血液的有行成分侵潤到間質(zhì)［15，16］，這可能是膿毒癥患者出現(xiàn)毛細(xì)血管滲漏相關(guān)的分子機(jī)制。

3.2 EC活化和損傷與凝血增強(qiáng)和纖溶活性下降動物實驗和人體實驗均證明膿毒癥以凝血激活為特征性表現(xiàn)［17］。①在炎癥和膿毒癥時，內(nèi)皮和單核細(xì)胞表達(dá)TF增加，TF是外源性凝血系統(tǒng)的啟動因子，其與凝血因子Ⅶ的相互作用激活外源性凝血系統(tǒng)，促進(jìn)凝血。而EC釋放抗凝物質(zhì)如蛋白C和TFPI減少。②血栓調(diào)節(jié)蛋白主要功能是放大蛋白C的作用，在體外，TNF-α和IL-1刺激內(nèi)皮細(xì)胞使其表達(dá)TM減少，在成人膿毒癥中TM和內(nèi)皮細(xì)胞蛋白受體表達(dá)下降，血漿中蛋白C和蛋白S和ATIII都減少，膿毒癥患者活性蛋白C(APC)減少往往提示預(yù)后不良［18］。EC受損無活性的TM釋放入血，其中蛋白酶對TM的裂解也使TM的表達(dá)減少，有活性的蛋白C減少。膿毒癥蛋白C缺乏一方面由于肝臟合成減少，一方面可能與蛋白消耗增加有關(guān)。活化的因子Ⅶ和Ⅹ能夠通過蛋白水解作用和激活蛋白受體來增強(qiáng)EC的活化，激活蛋白受體可增加凝血過程的炎癥損傷;③EC受損，tPA釋放減少，同時血漿纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)釋放增加，導(dǎo)致促纖溶活性下降。膿毒癥過程中，對細(xì)菌及內(nèi)毒素最初的反應(yīng)是合成和釋放纖溶激活物質(zhì)，但這一過程非常短暫，常迅速被產(chǎn)生纖溶抑制物質(zhì)所取代，主要是PAI-1，許多研究表明，膿毒癥患者PAI-1水平升高，PAI-1水平提示預(yù)后不良［19］。④EC受損PG12和NO釋放減少，從而有利于白細(xì)胞和血小板的聚集。⑤磷脂微粒的形成，這些微粒是微小的囊泡狀結(jié)構(gòu)，外膜表面有磷脂酰絲氨酸(在正常情況下僅在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)存在)它是維生素K依賴的凝血因子錨定物，微粒能通過暴露的TF外源性凝血系統(tǒng)來促進(jìn)凝血。微粒由血小板產(chǎn)生，在微粒間可插入攻擊質(zhì)膜的補(bǔ)體復(fù)合物。EC和凋亡細(xì)胞也可產(chǎn)生微粒，內(nèi)皮來源的微粒可能是對EC造成不可逆損傷的原因之一。凝血激活伴隨纖溶活性下降，纖維蛋白沉積在組織，從而出現(xiàn)組織壞死，增加了重癥患者的死亡風(fēng)險。相反抑制凝血可能預(yù)防MODS［20，21］。應(yīng)用抗凝血酶，TFPI，APC 調(diào)節(jié)凝血過程已經(jīng)在膿毒癥休克動物模型中證明可以減少MODS 發(fā)生率和死亡率［22，23］。

3.3 EC活化和黏附分子的表達(dá) EC表面或血漿中粘附分子表達(dá)增加是膿毒癥時的普遍現(xiàn)象［24］。炎癥刺激時，內(nèi)皮釋放IL-8、TNF、IL-1這些細(xì)胞因子使細(xì)胞表面黏附分子的表達(dá)和活性均上調(diào)，局部合成血小板活性因子，促進(jìn)中性粒細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用，為白細(xì)胞和單核細(xì)胞黏附于內(nèi)皮，進(jìn)而進(jìn)入組織做準(zhǔn)備。首先白細(xì)胞滾動到內(nèi)皮上，主要由黏附分子中選擇素家族負(fù)責(zé)，包括白細(xì)胞上的L-選擇素，血小板上的P-選擇素(刺激15分鐘后產(chǎn)生)，EC上的E-選擇素(6小時后產(chǎn)生)，作為白細(xì)胞黏附在內(nèi)皮上的受體，使得黏附松弛易于向活性信號滾動。然后由整合素家族(B2-整合素)如CD11/CD18復(fù)合物和免疫球蛋白受體如細(xì)胞間黏附分子(ICAM-1，24小時后產(chǎn)生)，內(nèi)皮白細(xì)胞黏附分子，血小板內(nèi)皮黏附分子，血管細(xì)胞黏附分子，它們使得白細(xì)胞的停滯和黏附增強(qiáng)。激活的白細(xì)胞和這些黏附分子結(jié)合移動到EC表面而游走，滲出，造成組織的損傷。在體外，脂多糖刺激EC可以快速表達(dá)ICAM-1和E-選擇素mRNA。同樣的結(jié)果也可以通過健康志愿者被給與非常低劑量的脂多糖后分離的血漿代替脂多糖后得到。在后面提到的實驗中，在給予人血漿的同時給予TNF-α和/或IL-1b的抗體抑制了mRNA的轉(zhuǎn)錄，證明內(nèi)毒素誘導(dǎo)細(xì)胞因子的釋放，然后表達(dá)E-選擇素和ICAM-1［25］。而且，膿毒癥的預(yù)后和血漿黏附分子的水平緊密相關(guān)［26］，研究表明，膿毒癥患者中，高的ICAM-1，增加了器官功能衰竭的個數(shù)和死亡率。在動物實驗中，基因和藥理學(xué)阻斷ICAM-1可以起到保護(hù)作用［27］。對于E-選擇素，，在健康志愿者注射LPS后和住院的膿毒癥患者中都是增加的［28，29］。血漿 E-選擇素的水平和膿毒癥患者的 SAPSII和 MOF評分呈正相關(guān)［30］。血漿E-選擇素的增加反應(yīng)了內(nèi)皮細(xì)胞膜表達(dá)蛋白的增加，能直接反映內(nèi)皮的激活或功能障礙，它促進(jìn)中性粒細(xì)胞的游走，固定，最總導(dǎo)致在器官的積聚。這種集聚部分是有益于消除感染源，但它也能通過產(chǎn)生炎癥介質(zhì)加劇組織損傷［31］。最近的研究表明:在成年人選擇抑制NF-kB的活性，在注射LPS后，黏附分子表達(dá)下降，中性粒細(xì)胞在器官的浸潤也減少，組織損傷減輕，改善了生存率。血小板促進(jìn)中性粒細(xì)胞積聚證明炎癥和凝血是交織在一起，并共同調(diào)節(jié)感染性休克的病理生理過程［32］。Blanks等研究證實［33］，輸注血小板明顯增加 EC-中性粒細(xì)胞的相互作用。血小板P-選擇素結(jié)合其受體誘導(dǎo)一種促進(jìn)內(nèi)皮黏附分子(VLA-1)的表達(dá)，在膿毒癥的動物模型中可以觀察這一現(xiàn)象，血小板消耗降低了白細(xì)胞在肺的浸潤和組織水腫［34］。

3.4 EC活化或功能障礙與血管活性復(fù)合物 內(nèi)皮產(chǎn)生大量的血管活性復(fù)合物通過調(diào)節(jié)動脈的張力來影響血壓，其中NO是最重要的因素。在正常情況下內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO合成酶，合成的NO通過鈣離子依賴的方式發(fā)揮作用。炎癥時可通過受體增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子引起血壓下降。在TNF-α，IL-1的刺激下內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生另外一種類型的NO合成酶，產(chǎn)生大量的NO，通過非鈣離子依賴的方式發(fā)揮作用，出現(xiàn)內(nèi)皮源性的血管異常舒張，這可能是膿毒癥時的血壓下降的重要原因［35］。因此給予NO抑制劑的治療應(yīng)該可以逆轉(zhuǎn)低血壓，但由于其他效應(yīng)的關(guān)系研究沒有成功。許多學(xué)者證實降低乙酰膽堿誘導(dǎo)作用的擴(kuò)張物來源于大動脈的血管環(huán)，除了解剖學(xué)的損傷外還有以下機(jī)制:①EC表面受體的改變;②信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的改變;③內(nèi)皮NO合酶的功能和密度的改變;④NO釋放途徑及其降解機(jī)制改變。同時內(nèi)皮也產(chǎn)生一些血管收縮復(fù)合物，如內(nèi)皮素。在膿毒癥患者中內(nèi)皮素是增加的［36，37］，但其作用仍不清楚，可能對于內(nèi)皮源性的血管異常舒張起到一定的代償作用。

綜上所述，EC活化和損傷，功能障礙在膿毒癥的發(fā)生和發(fā)展過程中起著重要作用。內(nèi)皮是導(dǎo)致炎癥瀑布樣反應(yīng)的主要靶器官，如何保護(hù)EC也許會是我們臨床上尋找膿毒癥治療的新目標(biāo)。

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