圍手術期免疫反應的研究進展

顧 韡，薄祿龍，鄧小明（上海市胸科醫院麻醉科，上海00030；第二軍醫大學長海醫院麻醉科，上海00433）

·綜述·

圍手術期免疫反應的研究進展

顧 韡1，薄祿龍2，鄧小明2（1上海市胸科醫院麻醉科，上海200030；2第二軍醫大學長海醫院麻醉科，上海200433）

圍手術期免疫反應及其炎癥通路被認為是引起圍手術期器官損傷、術后免疫功能不全及相關疾病的重要因素．麻醉藥物、圍手術期常用藥物、血液制品等均可影響圍手術期免疫反應．例如，常用麻醉和阿片類藥物可抑制固有和適應性免疫，抑制自然殺傷細胞的功能，可能影響其對腫瘤監視功能．隨著轉錄組學、質譜流式細胞技術等研究手段的不斷應用，學界對圍手術期免疫反應將會建立更趨清晰的認識與理解．本文就近年來該領域的研究進展作一綜述．

圍手術期；免疫反應；麻醉；血液輸注

0 引言

創傷或手術導致的組織損傷可引起復雜的機體免疫反應．受損細胞或組織釋放警報素，后者通過受體介導途徑誘導炎癥級聯反應，參與組織修復和內環境平衡的調控．近年來，學界對圍手術期免疫反應及炎癥通路愈發重視，認為其可能是引起圍手術期器官損傷、術后免疫功能不全及相關疾病（感染、腎損傷及癌癥復發等）的因素之一．此外，麻醉藥物、圍手術期常用藥物、血液制品輸注等因素均可影響圍手術期免疫反應［1］．為全面了解圍手術期機體免疫反應及調控因素，本文對其相關研究進行綜述．

1 組織損傷與免疫反應

組織損傷不止是手術切割等應激因素，還包括嚴重創傷或組織毀損、手術所致失血或休克、器官缺血及再灌注損傷等．上述因素相互疊加誘發機體系統反應，可加重原發器官損傷，導致膿毒癥等發生風險增加，誘發炎癥級聯反應及免疫抑制［2］．警報素作為損傷相關分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）是組織損傷造成細胞應激或壞死時釋放的一類物質．DAMPs可被認為是內源性病原相關分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs），具有與PAMPs類似的重要結構，甚至可激活相同的模式識別受體（pattern?recognition receptors，PRRs），這也是嚴重無菌性炎癥和膿毒癥的臨床表現難以區分的重要原因［3］．DAMPs可激活Toll樣受體、NOD樣受體等多種PRRs誘發酶促級聯反應，導致核轉錄因子下游信號的磷酸化，進而改變細胞因子轉錄水平．

警報素不僅激活固有免疫反應，還可通過抗原遞呈細胞（如單核細胞、樹突狀細胞）激活適應性免疫．多項研究提示，血漿IL?6、IL?10水平與組織損傷程度成正比，與骨科、胃腸道術后等患者院內感染發生率增加相關［4］．然而，促炎細胞因子IL?6也可上調細胞因子信號抑制物?1（suppressor of cytokine signaling?1，SOCS?1）表達，抑制T細胞向Th1分化．組織損傷程度越重，單核細胞表面HLA?DR表達水平越低，且并與院內感染相關［5］．因此，警報素釋放與后續炎癥級聯反應、免疫抑制表型關系的機制研究，目前仍有待闡明．

隨著轉錄組學技術的蓬勃發展，Xiao等［6］對167例嚴重燒創傷患者外周血白細胞內20 720個基因的轉錄水平進行系統檢測．結果發現，燒創傷、小劑量內毒素可導致顯著的“基因組風暴”（genomic storm），涉及＞80%的胞內信號通路或功能．顯著上調的包括整合素信號通路、白細胞外滲、Fcγ受體介導的吞噬、多種因子或受體（IL?10、TLR、肝配蛋白受體、IL?6、肌動蛋白細胞骨架、TREM1、B細胞受體信號通路）；顯著下調的包括鈣離子介導的T細胞凋亡、T細胞內iCOS?iCOS、CD28信號通路，CD8 T細胞內CTLA4信號通路、T細胞受體信號通路等．該研究提示固有免疫系統、B細胞受體和IL?10等信號通路中的基因表達上調，而抗原提呈和T細胞激活等相關基因表達下調．該研究重新定義了既往組織損傷炎癥反應的“雙峰模型”，提出促炎與抗炎信號通路同時激活的觀點．

Gaudilliere等［7］采用質譜流式細胞技術（mass cytometry）這一最新研究手段，對32例接受髖關節置換手術患者的外周血樣本進行分析．結果表明，手術創傷可引起時間依賴的、特定類型的細胞免疫信號活化網絡．在術后早期，自然殺傷細胞、中性粒細胞和CD14＋單核細胞增多，而術后24 h內CD4＋、CD8＋T細胞減少，而與骨髓來源的抑制細胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）表型相似的CD33＋CD11b＋CD14＋HLA?DRlow單核細胞增加6倍．作為一類免疫抑制細胞，MDSCs仍無公認的細胞表面分子，其可通過ROS、Arginase?1、IL?10和TGF?β等機制直接抑制T細胞功能［8］．CD62Ldim中性粒細胞源性MDSCs在創傷后立刻出現，并以CD11b依賴途徑誘導T細胞抑制．CD14＋HLADRlow單核細胞內信號STAT3等信號磷酸化水平在術后恢復密切相關［7］．總之，在轉錄組學、CyTOF單細胞分析技術等幫助下，既往關于燒創傷等所致炎癥與免疫反應改變的認識將大幅更新，并有助于開發新生物標記物與治療手段．

2 麻醉藥物與免疫反應

圍手術期免疫反應不但涉及嚴重的組織損傷，麻醉藥也可影響免疫功能，從而使該問題更趨復雜．臨床常難準確區分創傷、外科手術及麻醉藥物對圍手術期免疫反應影響的強弱．目前，鑒于大部分研究來自體外實驗或動物模型，一般認為麻醉藥物直接或間接抑制免疫反應．吸入和靜脈麻醉藥可引起淋巴細胞凋亡，抑制中性粒細胞的吞噬功能．常用麻醉和阿片類藥物可抑制固有和適應性免疫，抑制自然殺傷細胞的功能，可能影響其對腫瘤監視功能［9］．麻醉藥物的繼發免疫抑制作用主要通過神經免疫調節通路、膽堿能抗炎途徑的激活和抑制腎上腺皮質功能實現．

麻醉方法的選擇對圍手術期免疫反應的影響已有大量研究．麻醉引起的免疫功能不全有多種形式表現，當前研究重點多集中于促腫瘤、促感染和炎性環境等方面．對接受手術治療的慢性感染、腫瘤患者，進一步研究麻醉對免疫反應的影響具有重要的臨床價值．與單純全身麻醉相比，椎管內麻醉科降低膝關節置換術后患者肺炎等感染發生率［10］．與全身麻醉復合硬膜外麻醉相比，單純全身麻醉延長術后免疫抑制時間，降低T淋巴細胞絕對計數和Th1／Th2比例，增加調節性T細胞（Treg）亞群［11］．然而，有Meta分析提示硬膜外麻醉復合全身麻醉并不能確切抑制腫瘤復發［12］．此外，一項針對40萬例接受髖或膝關節置換術患者的回顧性分析顯示，盡管椎管內麻醉降低術后感染風險，但椎管內復合全身麻醉并不顯著降低感染風險［13］．盡管實驗研究表明麻醉藥物或方法與腫瘤復發相關，但臨床證據依然不足，需更多臨床隨機試驗予以明確．

3 圍手術期常用藥物與免疫反應

地塞米松常作為預防性止吐藥，在圍手術期被應用．單次劑量的地塞米松還有助增強鎮痛效果，減輕手術部位水腫．然而，Elston等［14］發現，單次劑量（8 mg）地塞米松即可對健康成年男性腎上腺皮質功能產生顯著抑制，注射1 d后血漿皮質醇低于其基礎水平的5%，2 d后盡管恢復至正常范圍，但4 d后也僅恢復至基礎水平的80%．理論上，地塞米松可增加術后感染風險，但多項臨床研究并未發現二者相關［15］．Waldron等［16］通過系統綜述與Meta分析的方法納入45項研究共計5796例圍手術期患者，發現單次劑量的地塞米松沒有增加術后感染發生風險，并不會延長傷口愈合時間，但顯著增加了術后24 h血糖水平．與免疫調節有關的其他藥物治療，如乙酰氨基酚、非甾體類抗炎藥和加巴噴丁，目前研究尚未表明其可增加術后感染風險等［17］．

4 血制品輸注與免疫反應

圍手術期血制品輸注與機體免疫功能的關系已有大量研究．既往研究提示，輸注同種異體血，可增加結腸癌患者術后感染和癌癥復發風險［18］．類似結果在前列腺癌、肝癌和頭頸部腫瘤術后患者中也被報道［19］．值得注意的是，上述研究多為回顧性調查，且樣本量較小，結論在解釋時尤需謹慎．Carson等［20］對納入FOCUS研究的患者進行三年隨訪，該研究以北美地區47家醫院3025例接受髖部骨折手術、心血管風險高危、年齡≥50歲及術后3 d內血紅蛋白≤10 g／dL的患者為對象．結果表明，限制或開放性輸血策略不影響兩組患者遠期生存率；兩組患者腫瘤、感染、卒中、肺部疾病等發生風險相當．換言之，開放性輸血不會導致長期的免疫抑制，也不會影響遠期腫瘤及感染等發生風險．

在機制上，血制品輸注與機體免疫調控的關系尚需深入研究．部分動物及離體研究表明，庫存紅細胞可抑制B及T淋巴細胞增殖，誘導Treg產生，抑制自殺殺傷T細胞功能，抑制樹突狀細胞成熟與抗原遞呈功能［21］．Fragkou等［22］發現，輸血可引起胃腸道術后患者血漿TNF?α、IL?12下降，qRT?PCR提示輸血可引起患者初始免疫功能下降，Th1及Th17比例下降．Torrance等［23］發現，輸血可加重嚴重多器官創傷患者免疫抑制，表現為IL?10、IL?27的mRNA水平升高，外周血TNF?α、INFγ水平下降，患者輸血后24 h感染發生率顯著增高．

5 展望

隨著轉錄組學、質譜流式細胞技術等研究手段的不斷應用，學界對圍手術期免疫反應有了更清晰的認識與理解．在精準醫學這一理念備受推崇的當下，對患者圍手術期免疫反應予以個體化監控與調整成為可能．目前，基礎研究者需進一步厘清創傷等應激所造成的免疫反應變化的調控機制；臨床研究者需設計更為嚴謹的臨床研究，以進一步明確麻醉藥物、血制品輸注與患者遠期感染、腫瘤復發與免疫狀態等關系．總之，基礎研究者不斷實踐轉化醫學，并與臨床研究者保持密切合作，以使患者獲得更多益處．

［1］O'Dwyer MJ，Owen HC，Torrance HD．The perioperative immune response［J］．Curr Opin Crit Care，2015，21（4）：336－342．

［2］Lord JM，Midwinter MJ，Chen YF，et al．The systemic immune response to trauma：an overview of pathophysiology and treatment［J］．Lancet，2014，384（9952）：1455－1465．

［3］Chan JK，Roth J，Oppenheim JJ，et al．Alarmins：awaiting a clinical response［J］．J Clin Invest，2012，122（8）：2711－2719．

［4］Giannoudis PV，Smith RM，Perry SL，et al．Immediate IL?10 expression following major orthopaedic trauma：relationship to anti?inflammatory response and subsequent development of sepsis［J］．Intensive Care Med，2000，26（8）：1076－1081．

［5］Cheron A，Floccard B，Allaouchiche B，et al．Lack of recovery in monocyte human leukocyte antigen?DR expression is independently associated with the development of sepsis after major trauma［J］．Crit Care，2010，14（6）：R208．

［6］Xiao W，Mindrinos MN，Seok J，et al．A genomic storm in critically injured humans［J］．J Exp Med，2011，208（13）：2581－2590．

［7］Gaudilliere B，Fragiadakis GK，Bruggner RV，et al．Clinical recovery from surgery correlates with single?cell immune signatures［J］．Sci Transl Med，2014，6（255）：255ra131．

［8］Ostrand?Rosenberg S，Sinha P．Myeloid?derived suppressor cells：linking inflammation and cancer［J］．J Immunol，2009，182（8）：4499－4506．

［9］Matsuoka H，Kurosawa S，Horinouchi T，et al．Inhalation anesthetics induce apoptosis in normal peripheral lymphocytes in vitro［J］．Anesthesiology，2001，95（6）：1467－1472．

［10］Liu J，Ma C，Elkassabany N，et al．Neuraxial anesthesia decreases postoperative systemic infection risk compared with general anesthesia in knee arthroplasty［J］．Anesth Analg，2013，117（4）：1010－1016．

［11］Chen WK，Ren L，Wei Y，et al．General anesthesia combined with epidural anesthesia ameliorates the effect of fast?track surgery by mitigating immunosuppression and facilitating intestinal functional recovery in colon cancer patients［J］．Int J Colorectal Dis，2015，30（4）：475－481．

［12］Pei L，Tan G，Wang L，et al．Comparison of combined general?epidural anesthesia with general anesthesia effects on survival and cancer recurrence：a meta?analysis of retrospective and prospective studies［J］．PLoS One，2014，9（12）：e114667．

［13］Memtsoudis SG，Sun X，Chiu YL，et al．Perioperative comparative effectiveness of anesthetic technique in orthopedic patients［J］．Anesthesiology，2013，118（5）：1046－1058．

［14］Elston MS，Conaglen HM，Hughes C，et al．Duration of cortisol suppression following a single dose of dexamethasone in healthy volunteers：a randomised double?blind placebo?controlled trial［J］．Anaesth Intensive Care，2013，41（5）：596－601．

［15］Bolac CS，Wallace AH，Broadwater G，et al．The impact of postopera?tive nausea and vomiting prophylaxis with dexamethasone on postoper?ative wound complications in patients undergoing laparotomy for endometrial cancer［J］．Anesth Analg，2013，116（5）：1041－1047．

［16］Waldron NH，Jones CA，Gan TJ，et al．Impact of perioperative dex?amethasone on postoperative analgesia and side?effects：systematic review and meta?analysis［J］．Br J Anaesth，2013，110（2）：191－200．

［17］Mathiesen O，Wetterslev J，Kontinen VK，et al．Adverse effects of perioperative paracetamol，NSAIDs，glucocorticoids，gabapentino?ids and their combinations：a topical review［J］．Acta Anaesthesiol Scand，2014，58（10）：1182－1198．

［18］Cata JP，Wang H，Gottumukkala V，et al．Inflammatory response，immunosuppression，and cancer recurrence after perioperative blood transfusions［J］．Br J Anaesth，2013，110（5）：690－701．

［19］Danan D，Smolkin ME，Varhegyi NE，et al．Impact of blood transfu?sions on patients with head and neck cancer undergoing free tissue transfer［J］．Laryngoscope，2015，125（1）：86－91．

［20］Carson JL，Sieber F，Cook DR，et al．Liberal versus restrictive blood transfusion strategy：3?year survival and cause of death results from the FOCUS randomised controlled trial［J］．Lancet，2015，385（9974）：1183－1189．

［21］Long K，Meier C，Ward M，et al．Immunologic profiles of red blood cells using in vitro models of transfusion［J］．J Surg Res，2013，184（1）：567－571．

［22］Fragkou PC，Torrance HD，Pearse RM，et al．Perioperative blood transfusion is associated with a gene transcription profile characte?ristic of immunosuppression：a prospective cohort study［J］．Crit Care，2014，18（5）：541．

［23］Torrance HD，Brohi K，Pearse RM，et al．Association between gene expression biomarkers of immunosuppression and blood transfu?sion in severely injured polytrauma patients［J］．Ann Surg，2015，261（4）：751－759．

Research progress in perioperative immune response

GU Wei1，BO Lu?Long2，DENG Xiao?Ming2

1Department of Anesthesiology，Shanghai Chest Hospital，Shang?hai 200030，China；2Department of Anesthesiology，Changhai Hospital，Second Military Medical University，Shanghai 200433，China

Perioperative immune response and inflammatory pathways are considered as important factors in organ damage caused during the perioperative period，postoperative immune dysfunction and related diseases．Anesthetics，other agents usually applied perioperatively，and blood transfusion can affect the immune response preoperatively．For example，commonly used anesthetics and opioids can inhibit innate and adaptive immunity，inhibiting the function of natural killer cells，and thus influence their ability on tumor surveillance．With the conti?nuous application of research methods such as transcriptomics and mass cytometry，there will be a clearer under?standing of perioperative immune response．

perioperative period；immune response；anesthesia；blood transfusion

R392

A

2095?6894（2017）03?73?03

2016－10－17；接受日期：2016－11－01

國家自然科學基金面上項目（81471845，81671887）；上海青年醫師培養資助計劃（20141093）

顧 韡．住院醫師．研究方向：圍手術期器官功能保護．E?mail：837818182＠qq．com

薄祿龍．E?mail：nbastars＠126．com