細胞焦亡在膿毒癥心功能障礙中的研究進展

李盼 馬莉

作者單位：730030 甘肅蘭州，蘭州大學第二醫(yī)院急危重癥科

根據(jù)美國重癥醫(yī)學年會上提出的Sepsis3.0，膿毒癥被定義為由于機體對于感染的反應(yīng)失調(diào)而造成危及生命的器官功能障礙[1]。它有著復雜的發(fā)生過程并且可出現(xiàn)致命性的全身多臟器功能障礙，直接導致了患者極差的預(yù)后。近年來隨著研究的不斷推進，膿毒癥的病理生理機制得到了更深入的理解，治療方法也得到了很大的改善和提高，然而這些并不能改變膿毒癥患者病死率逐年升高的事實[2～4]。流行病學資料表明，膿毒癥的死亡率已經(jīng)接近于20.6%，高強度和高醫(yī)療成本使得膿毒癥給全世界的醫(yī)療系統(tǒng)帶來了潛在的負擔。由于心臟維持著機體最基本的生命功能，因此心功能障礙成為膿毒癥后器官功能障礙首要考慮的問題。細胞焦亡是近年來的研究熱點，它也不斷被證實在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后方面有著重要作用。本研究結(jié)合近年來的研究，對細胞焦亡與膿毒癥心功能障礙進行綜述，力求為膿毒癥患者找到最佳的治療方案。

1 膿毒癥心功能障礙的發(fā)病機制

當損傷和感染等因素侵犯宿主時，宿主內(nèi)在的PAMPs（病原體分子模式）和DAMPs（損傷相關(guān)分子模式）被激活，宿主通過模式識別受體使得機體釋放大量炎癥介質(zhì)從而導致炎癥反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生，產(chǎn)生相應(yīng)的免疫反應(yīng)，發(fā)揮清除病原體、抵御外界損害的作用。然而并非所有損傷和感染的結(jié)局都如此。當機體抵抗力低下、感染的病原體數(shù)量較多、毒性較強而使得機體無法完全清除病原體或自身易感性較強時，機體會出現(xiàn)一系列免疫失調(diào)現(xiàn)象，進展為后期的免疫抑制，伴隨有分解代謝綜合征（PICS）。其診斷標準為：住院時間＞14d；持續(xù)性的炎癥反應(yīng)：CR ＞150mg/L；免疫抑制：淋巴計數(shù)＜0.8×109/L；分解代謝綜合征：血清白蛋白＜30g/L和（或）前白蛋白＜0.1g/L，肌酐升高指數(shù)＜80%[5]。當發(fā)生PICS 時，持續(xù)的炎癥反應(yīng)導致中性粒細胞過度活化，導致內(nèi)皮細胞和組織器官受損，出現(xiàn)早期器官功能障礙。后期由于免疫抑制，機體抵抗力下降，各種機會致病菌侵入機體，損害已經(jīng)受損的組織與器官，出現(xiàn)臟器的功能障礙，加之分解代謝增強，修復和愈合能力也每況愈下，抗炎和促炎反應(yīng)失衡及分解代謝綜合征這三種狀態(tài)相互促進，周而復始，最終導致機體各個組織臟器功能障礙，危及患者生命。

膿毒癥會導致全身各個器官出現(xiàn)異常，其中損傷最重的為心臟，由膿毒癥所誘發(fā)的心功能障礙成為膿毒癥患者預(yù)后不良的主要原因，而由膿毒癥所誘發(fā)的心功能障礙是可逆的，即當患者的膿毒癥得到干預(yù)并順利恢復后，機體心功能也恢復到發(fā)生膿毒癥之前的狀態(tài)。而當機體發(fā)生膿毒癥時，心肌損傷過程可能涉及多種機制，包括內(nèi)外毒素、細胞因子釋放、一氧化氮產(chǎn)生、補體激活和機體代謝紊亂等[6]，體內(nèi)和體外模型的研究表明，C5a 及其受體（C5aR1 和C5aR2）在膿毒癥期間心功能障礙的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用。使用C5a 中和抗體可減少膿毒癥期間發(fā)生的心功能障礙和其他不良事件，心臟功能障礙的分子基礎(chǔ)與C5a 的產(chǎn)生及其與心肌細胞表面C5a 受體的相互作用有關(guān)。

2 細胞焦亡的概念與發(fā)病機制

近年來，隨著研究的深入，細胞焦亡也成為膿毒癥患者心肌損傷的一大原因。細胞焦亡是一種伴隨大量炎癥因子釋放并且依賴胱天蛋白酶（Caspase）的細胞程序性死亡方式。它最早于2001年被提出，該詞由“pyro”和“ptosis”組合形成，前者表示“火燒的、灼熱的”，后者表示“下落、下墜”，這也暗含了焦亡的性質(zhì)，即炎癥性死亡[7]。它是一種區(qū)別于凋亡和細胞壞死方式，研究表明，細胞凋亡和焦亡都有著DNA 的斷裂和細胞膜的破壞，出現(xiàn)細胞內(nèi)容物流出，細胞徹底死亡，兩者的區(qū)別在于，前者的發(fā)生依賴的是一種MLKL 蛋白（mixed lineage kinase domain-1ike protein），它使得細胞膜發(fā)生寡聚化和質(zhì)膜易位，并且這個過程具有選擇性，即只允許部分離子進入細胞參與胞內(nèi)反應(yīng)的發(fā)生，從而導致細胞內(nèi)外滲透壓發(fā)生改變，最終出現(xiàn)細胞破裂；而后者依賴的是Gasdermin D 蛋白，它不具有選擇性，僅僅導致細胞膜的破壞，細胞內(nèi)容物外流，細胞發(fā)生扁平化，出現(xiàn)細胞死亡[8，9]。

目前主流觀點認為焦亡機制分為依賴Caspase-1 的經(jīng)典通路和不依賴Caspase-1 的非經(jīng)典通路。在經(jīng)典通路中，當機體在遭遇外界刺激（傷害、毒物、缺氧、病原體等）時，細胞識別了PAMPs 和DAMPs 兩種損傷類型后，引起炎癥小體家族成員之一的NLRP3 形成，后者進一步參與了以ASC 為代表的凋亡蛋白或接頭蛋白的活化，ASC 可以通過募集半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶酶原（Pro-Caspase-1），使得Caspase-1 激活，活化的Caspase-1 可引起IL-1β及IL-18 等炎癥因子的釋放和下游靶蛋白gasdermin D（GSDMD）的切割，后者被切割出C 端結(jié)構(gòu)域和具有與細胞膜上磷脂蛋白結(jié)合的N 端結(jié)構(gòu)域，造成細胞膜孔洞的形成，使得細胞破裂，炎癥因子大量釋放。這種炎癥因子的形成和細胞破裂信號通路的啟動，最終導致細胞死亡和周圍炎癥反應(yīng)的發(fā)生[10～12]。IL-1β 和IL-18 是焦亡經(jīng)典通路和非經(jīng)典通路的共同作用結(jié)果，非經(jīng)典通路可通過激活Caspase-4 和Caspase-5 來裂解IL-1 和IL-18 的前體，從而參與焦亡的發(fā)生。

3 細胞焦亡與膿毒癥及膿毒癥心功能障礙的關(guān)系

焦亡是細胞抵抗外界損傷的一種自我保護方式。但過度的激活也會導致機體損傷，出現(xiàn)膿毒癥甚至膿毒癥休克[13，14]。焦亡的發(fā)生會導致機體出現(xiàn)各種類型的心功能障礙，如焦亡的經(jīng)典通路通過激活NLRP3 炎癥小體進而參與心肌梗死和缺血再灌注的發(fā)生，激活的炎癥小體和使得動脈粥樣硬化形成的斑塊破裂從而導致血栓的發(fā)生，最終導致心肌梗死形成[15，16]。而應(yīng)用了經(jīng)典通路中IL-1β的抑制劑后發(fā)現(xiàn)心肌梗死所誘發(fā)的心肌纖維化程度明顯降低，心功能有所改善[17，18]。研究表明，焦亡同時也參與了糖尿病性心肌病、擴張性心肌病、病毒性心肌炎和膿毒癥性心功能障礙的發(fā)生。而焦亡所致的膿毒癥性心功能障礙也成為膿毒癥患者預(yù)后不良的一大誘因。

焦亡在近年來的研究中呈現(xiàn)指數(shù)增長趨勢，而關(guān)于它與膿毒癥間的關(guān)系也成為目前的一大研究熱點。近年來的研究表明NLPR3 炎癥小體/Caspase-1/IL-1β通路在一定程度上可能參與了由于過度的炎癥反應(yīng)所致的膿毒癥性心功能障礙的發(fā)生[19]。IL-1β在人和動物膿毒癥時均高表達，并且有研究表明，Caspase-1 基因敲除和IL-1 抑制劑均可以對膿毒癥引起的全身多器官炎癥反應(yīng)和損傷起到一定的緩解作用[19～21]。近年來也有研究表明，抑制經(jīng)典通路中的炎癥小體成員之一的NLRP3可使得由LPS 誘導的小鼠膿毒癥心臟功能異常得到緩解并提高小鼠的存活率[22]。另一項研究表明，用NLRP3 抑制劑處理膿毒癥小鼠可以明顯抑制鼠膿毒血癥NLRP3 介導的炎癥小體形成、Caspase-1激活及IL-1β分泌。這在一定程度上提示膿毒癥心功能障礙的保護作用可通過抑制NLRP3 炎癥小體來完成[23]。既往有研究表明，曾用于充血性心力衰竭和高血壓病治療的β 受體阻滯劑卡維地洛具有一定的抗炎效果，在一定程度上可以改善心功能障礙，而近期也有研究指出，卡維地洛可保護細胞的線粒體和溶酶體在免疫應(yīng)答中不被損傷，并可以通過減少焦亡的經(jīng)典通路中NLRP3 炎癥小體的產(chǎn)生而抑制焦亡的激活，最終阻斷焦亡的發(fā)生，從而改善心功能[24]。

綜上所述，膿毒癥的發(fā)病機制相關(guān)研究越來越多，作為膿毒癥所致的器官功能障礙最嚴重也是最重要的器官之一，心臟也成為醫(yī)學界關(guān)注的重點和熱點，目前根據(jù)膿毒癥誘發(fā)的心功能障礙的病理生理機制，已經(jīng)找到了一系列改善心功能障礙的方法，但仍然收效甚微，隨著焦亡這一概念的提出，我們對膿毒癥所致的心功能障礙又有了進一步的了解和認識，并試圖通過這個切入點，使得心功能障礙這一棘手問題得到一定程度的解決，為疾病的預(yù)防以及治療靶點提供了新的方向。未來應(yīng)堅持對疾病發(fā)病機制的研究，力求從根本上解決相應(yīng)的問題，從而減輕患者負擔。