膿毒癥誘導的腸損傷及其防治措施的研究進展

李香琴,馬曉媛,田李星 綜述,梁華平 審校

(第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所/創傷燒傷與復合傷國家重點實驗室,重慶 400042)

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膿毒癥誘導的腸損傷及其防治措施的研究進展

李香琴,馬曉媛,田李星 綜述,梁華平 審校

(第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所/創傷燒傷與復合傷國家重點實驗室,重慶 400042)

[關鍵詞]膿毒癥;腸損傷;預防;治療

膿毒癥是一種由感染引起的全身炎癥反應綜合征，是目前住院患者最大的威脅之一。 而腸道在膿毒癥的發病機制中起著至關重要的作用，腸道既是膿毒癥受累的重要器官之一，又是加重膿毒癥反應的器官。正常情況下，腸道細菌及其產物與腸道黏膜屏障存在動態平衡，腸道黏膜屏障可以防止水分和電解質的丟失，阻止抗原和微生物進入體內，同時又可以使人體和環境實現分子交換，從而攝取食物中的營養物質[1]。因此，完整的腸黏膜屏障是防止腸源性疾病和保障身體營養供應必不可少的。膿毒癥時，腸道內環境平衡失調，炎性因子產物增加， 細胞凋亡增多， 腸道黏膜屏障受到破壞，腸黏膜通透性發生改變， 致使腸道菌群失調，進而引發菌血癥和多器官功能衰竭。因此，腸道在膿毒癥的發生、發展過程中起著重要的作用。

1膿毒癥誘發的腸損傷

1.1通透性改變腸上皮細胞和細胞間的緊密連接共同構成腸的選擇性屏障，使腸內容物選擇性通過而阻止抗原、微生物及其毒素進入機體。膿毒癥時，各種炎性因子及內毒素等可通過影響緊密連接蛋白的表達和分布，使緊密連接遭到破壞，腸黏膜屏障受損，通透性增加，腸道細菌及毒素透過腸黏膜上皮引起腸源性感染，進而導致多器官功能衰竭。研究表明，肌球蛋白輕鏈激酶(mlck) 活性增加將導致肌球蛋白輕鏈磷酸化和肌球蛋白依賴的Mg2+-ATPase通道開放，腸通透性增加[2]。

1.2腸動力改變正常生理條件下，腸道節律性收縮、舒張，通過蠕動吸收營養物質，排出廢物。膿毒癥時，腸道組織損傷，生理環境被破壞，腸動力學功能發生改變。Eskandari等[3]發現脂多糖(LPS)活化腸道定居的巨噬細胞，使其誘導型一氧化氮合酶(iNOS)表達升高，一氧化氮(NO)產生增多，減弱腸的收縮反應，提示NO在膿毒癥誘導的腸損傷中起著重要作用。Gonzalo等[4]發現LPS通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑影響小腸平滑肌的收縮性，LPS與TLR4結合啟動下游的MAPK信號通路，進而上調細胞外信號調節激酶(ERK)、p38、C-Jun氫基末端激酶(JNK)的表達，使炎性因子和自由基生成增多，損傷腸黏膜平滑肌。

1.3菌群失調及移位正常機體內寄居著多種微生物菌群，它們以微生態平衡的方式共生于人體腸道內，其中99%由厭氧菌構成。膿毒癥導致腸道微生態失衡，厭氧菌數量下降，病原菌的黏附及定植能力大大增強，病原微生物可透過腸黏膜屏障進入血液及淋巴液，通過血液循環到達全身各個部位，引起腸源性感染。在嚴重打擊下，腸道致病菌增加的同時，益生菌則明顯減少，而腸道益生菌數量的下降，可能更加促進了致病菌對腸上皮的黏附和細菌易位。

2膿毒癥誘導的腸損傷機制

2.1細胞因子及黏附分子增多膿毒癥的發病本質是過度的炎性反應，機體的免疫系統被激活，產生大量炎性因子，并且腸道也被認為是產生炎性因子的器官。

2.1.1TNF-α有學者研究發現TNF-α可以通過核轉錄因子-κB(NF-κB) p50/p65途徑來上調MLCK基因的活性和轉錄，從而提高肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)蛋白水平來增加腸道通透性[5]。 Al-Sadi等[6]發現TNF-α可以通過MAPK途徑來改變腸通透性，TNF-α使ERK1/2快速活化，進而活化Elk-1，活化的Elk-1結合到MLCK啟動子上，使MLCK高度表達。

2.1.2IL-6研究表明IL-6在腸道和全身性炎癥反應中都起著重要作用。有學者發現IL-6可以活化JNK及其亞基轉錄因子AP-1，活化的AP-1進一步活化claudin-2基因，使claudin-2轉錄和表達增加，增加腸通透性[7]。

2.1.3IL-1β IL-1β作為重要的促炎因子，在腸道的炎癥應答中也起著重要作用。有學者發現IL-1β增加腸通透性與p38激酶信號通路相關，IL-1β活化p38激酶下游的轉錄因子ATF-2，使其轉錄入核并與MLCK啟動子區域的cAMP反應元件結合，提高MLCK的表達[8]。 也有學者認為IL-1β通過活化MEKK-1來活化經典的NF-κB信號通路，使p65/p50入核啟動MLCK的轉錄和翻譯[9]。

2.1.4細胞間黏附分子(ICAM)與血管間黏附分子(VCAM)ICAM-1是炎性反應早期白細胞募集的重要因素，VCAM-1則在晚期白細胞浸潤過程中起著關鍵作用。當腸黏膜屏障損傷時，細菌及其代謝產物進入機體活化免疫細胞，產生更多的促炎因子和趨化蛋白，后者使 ICAM-1和VCAM-1水平升高，白細胞募集增多，組織炎癥損傷加重。

2.2上皮細胞凋亡增多Piguet等[10]給小鼠注射一定劑量TNF-α后發現，腸絨毛的上皮細胞出現凋亡和脫離，腸黏膜caspase 1、2、3、6及cathepsin D的表達都升高，caspase抑制劑(ZVAD-fmk)能明顯逆轉腸上皮細胞的凋亡和脫落，改善腸絨毛的萎縮，提示TNF-α誘導的凋亡蛋白酶caspase過度活化在腸黏膜損傷中起著重要作用。Coopersmith等[11]發現，抗凋亡蛋白Bcl2過度表達的轉基因小鼠更能耐受因caspase3過度活化而引起的腸細胞的凋亡，提高實驗動物的生存率。膿毒癥時上皮細胞凋亡程度與腸道氧化應激水平相關，并認為這種過度凋亡可能是凋亡控制蛋白Bcl-2/Bax比例失調導致的，說明caspase調控的凋亡控制蛋白的異常表達對腸上皮細胞的凋亡發揮重要作用。

3干預措施

目前對于喪失腸道屏障功能的患者，傳統的治療方法是使用抗菌藥物來直接抵抗革蘭陰性菌的侵襲，或是使用兒茶酚胺來改善腸的灌流功能。腸道黏膜屏障和菌群分布有著重要的意義，如何改善屏障功能和菌群分布也開始受到關注。 此外,一些藥物在膿毒癥誘發的腸損傷模型中對腸道屏障功能和通透性有一定的改善，這些藥物在其他的人群或疾病中的療效仍需要更多的干預試驗去證實。

3.1臨床干預措施目前臨床上主要是通過腸內外營養支持和益生菌治療來改善膿毒癥誘發的腸損傷。腸內營養克服了腸外營養的不足，改善了營養物質不能與腸道黏膜接觸的弊端，防止黏膜萎縮，增強胃腸道運動，降低腸道內菌群移位。研究證實，益生菌對膿毒癥患者疾病的發展有著積極的作用，可以調理機體免疫力和維持胃腸道功能[12]。益生菌已經越來越多地被應用到臨床來預防感染和膿毒癥的發生，但存在一定的安全性問題，在應用中受到一定的局限。

3.2探索中的干預措施

3.2.1干預炎性介質膿毒癥的發病本質是過度的炎性反應，大量的研究表明炎性因子高的患者更易死亡，并且阻斷細胞因子可以改善實驗動物的預后。炎性介質抑制劑或中和劑能有效改善實驗動物的生命體征，降低死亡率。Dominguez等[13]用抗TNF-α的抗體治療膿毒癥小鼠后，發現其能逆轉膿毒癥誘發的腸損傷并提高實驗動物的存活率。 Zhao等[14]發現Hsp90抑制劑根赤殼菌素可以減輕膿毒癥小鼠腸道炎性反應，改善腸道的通透性。然而，也有學者發現單一調控一種或幾種特定的細胞因子并沒有達到預期的治療效果。

3.2.2受體阻斷劑或激動劑張璐瑤等[15]發現β受體阻斷劑艾司洛爾能減少膿毒癥大鼠細菌移位，降低腸黏膜損傷。其對腸黏膜的保護作用可能是通過改善腸的微循環、加強腸蠕動來實現。艾司洛爾還能抑制交感神經的過度活化，減輕炎性反應。Sharawy等[16]發現雌二醇受體激動劑能減少白細胞募集，改善腸道微循環。提示甾體類激素雌二醇對膿毒癥誘導的腸損傷的保護潛能。Lehmann等[17]發現大麻素受體2(CB2R)激動劑HU308能減少腸道白細胞的黏附和炎性介質的釋放，提示靶向CB2R途徑的藥物可以作為治療膿毒癥的潛在藥物。

3.2.3干預信號通路

3.2.3.1Nrf2-ARE通路Nrf2是重要的抗氧化應激通路，正常情況下,Nrf2以Keap1-Nrf2異二聚體的形式存在細胞質中,在受到自由基或化學因子刺激時，Nrf2與Keap1解離并活化，活化的Nrf2進入細胞核，與抗氧化反應元件(ARE) 結合,啟動ARE下游的基因轉錄和表達以抵抗內外界的有害刺激。Li等[18]發現活化Nrf2抗氧化反應元件相關的信號通路能減少促炎因子HMGB1，從而保護膿毒癥誘導的腸損傷，提高大鼠的生存率。

3.2.3.2IκB/NF-κB 通路IκB/NF-κB信號通路參與機體的免疫應答和炎性反應，NF-κB活化后啟動下游的靶基因，使炎性因子和黏附分子表達增加。Yang等[19]發現重組人腦利鈉肽(rhBNP)可以抑制IκB的磷酸化和NF-κB的活化，減少炎性介質TNF-α和IL-6的釋放。 Song等[20]證實茶黃素可以抑制IκB磷酸化和降解，阻止NF-κB P65入核，從而在轉錄水平降低ICAM-1和VCAM-1的表達，進而減少腸黏膜上皮細胞的損傷。

3.2.3.3MAPK 通路MAPK是細胞內的一類絲氨酸、蘇氨酸蛋白激酶，MAPK信號途徑主要包括ERK1/2、JNK、p38 MAPK。Song等[20]證實茶黃素不僅可以抑制NF-κB信號通路，還可以減少JNK 的活化，減少炎性介質的生成。De Filippis等[21]發現褪黑激素可以抑制p38 MAPK的活化，從而減輕腸組織的氧化應激反應。

3.2.3.4SCF/c-kit 通路SCF/c-kit 信號通路對Cajal間質細胞(ICCs)的生長和分化及維持其節律性有著重要的作用。 Miao等[22]發現厚樸酚可以阻止膿毒癥誘導的c-kit 磷酸化及其天然配體干細胞因子(SCF)表達的降低，維持ICCs的功能，從而阻止膿毒癥誘導的腸動力障礙。

3.2.3.5TLRs通路TLRs能夠識別多種病原體相關分子模式(PAMPS)，其中TLR2、TLR4、TLR9被認為與膿毒癥的發病過程密切相關。Li等[23]發現黃連素能降低TLR2、TLR4及升高TLR9的表達，減少細胞因子TNF-α和IL-6的產生，從而維持緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-4的表達，減少腸黏膜細胞的死亡，改善膿毒癥引起的腸通透性的增加。

3.2.4氫氣治療自2007年有學者報道低濃度的氫氣(<4%)對局灶性腦缺血在灌注損傷有保護作用以來，越來越多的研究證實氫氣對其他疾病也有保護作用。Li等[18]發現氫氣能活化內源性抗氧化系統Nrf2-ARE通路，降低HMGB1的水平來發揮腸組織的保護作用，并能提高膿毒癥小鼠的生存率。

3.2.5大黃研究表明，大黃可以抑制NF-κB活性，減少炎性細胞因子釋放而達到抑制炎性反應的作用；減少胃腸道細菌和真菌數量及種類，保護腸道正常菌群，減少腸源性感染的發生；降低血清中HMGB-1的水平，對膿毒癥大鼠具有治療作用[24-25]。

3.2.6谷氨酰胺有學者發現在腸外營養中添加谷氨酰胺能調節腸上皮淋巴細胞分泌細胞因子，維持腸屏障功能[26]。Tung等[27]發現谷氨酰胺通過增加腸黏膜免疫系統的CD8αα+T細胞受體(TCR)αβ+腸上皮淋巴細胞(IELs)的比例來減輕腸道炎性反應，進而緩解腸上皮損傷。

3.2.7其他藥物Ozturk等[28]發現來氟米特可以減少蛋白質和脂質的過氧化來減輕腸道的氧化損傷。有學者發現，一些內源性的物質如胰高血糖素樣肽-2、褪黑激素、血紅素加氧酶-1、脫氫異雄酮等都可以逆轉膿毒癥誘導的腸損傷，其保護機制有些還尚未明確。本團隊前期研究發現，胍丁胺可能通過抑制LPS誘導的NF-κB入核，減少炎性因子的合成和釋放，對膿毒癥小鼠的器官有保護作用，其對腸道的保護作用機制還有待證實。 總之，胍丁胺具有強大的抗炎作用，在膿毒癥等炎癥相關疾病的治療領域具有良好的應用前景。

4展望

盡管對膿毒癥的研究取得了不少的成就，但膿毒癥的防治仍是世界難題，全球膿毒癥聯盟及其創辦成員發起了創辦世界膿毒癥日的號召，并將2012年9月13日定為首個世界膿毒癥日。腸道在膿毒癥的發生、發展過程中扮演者重要角色，膿毒癥誘發腸損傷，而腸損傷又加重腸源性感染，促進膿毒癥的發展。臨床對腸黏膜損傷的診斷主要以腸功能障礙和衰竭的臨床表現為依據，再輔以其他功能指標的檢測。目前對膿毒癥誘導的腸損傷研究中存在不足：(1)影響腸道屏障功能的因素是多方面的，其作用機制還不十分明了，缺乏一套成熟的反映腸道屏障受損的理論基礎；(2)目前雖然發現某些分子或藥物具有腸黏膜保護作用，但都缺乏腸道特異性，近年來的藥物研究主要集中在開發特異性的炎性介質抑制劑、阻斷劑或中和劑，盡管有些藥物在動物模型上取得較好療效，但其臨床療效還有待證實；(3)缺乏新的治療手段，如干細胞治療在輻射誘導的腸損傷中取得了一定進展，但在膿毒癥誘導的腸損傷中的研究未見報道。 未來的研究應加強對腸損傷發病機制的研究，尋找新的更有效的干預靶點和干預手段。

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doi:·綜述·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.11.042

作者簡介：李香琴(1990-)，碩士，主要從事免疫與感染研究。

[中圖分類號]R3

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-8348(2016)11-1571-03

(收稿日期：2015-10-25修回日期：2015-12-29)