免疫紊亂在膿毒癥中的作用

蔣龍元

中山大學孫逸仙紀念醫院急診科（廣州510120）

膿毒癥（Sepsis）是臨床急危重癥患者常見并發癥之一，具有高發病率和病死率。因病情發展迅速且發病機制涉及多器官和多系統，現仍缺乏切實有效的救治措施，膿毒癥已成為提高危重癥患者成活率的一大障礙［1］。深入探討膿毒癥的病理生理機制，闡明膿毒癥的發病規律，對膿毒癥的預防、治療及預后具有重要的理論意義和應用價值。既往對膿毒癥的研究一度將焦點集中在感染所引發的過度炎癥反應，然而臨床上的抗感染治療未能顯著地改善膿毒癥患者的預后。隨著人們對膿毒癥研究的深入和認識的完善，2016年發布的膿毒癥指南3.0 版將膿毒癥定義為宿主在面對感染時由于反應失調導致的、危及生命的多器官功能障礙。新定義也預示著免疫功能逐漸成為膿毒癥研究的熱點領域。已有的研究表明，膿毒癥的發生與其進展過程中免疫功能紊亂密切相關，主要表現為免疫細胞增殖能力下降、凋亡水平上升，同時調節性免疫細胞活性增加［1］。深入探討膿毒癥中免疫功能的變化機制，將極大地促進對膿毒癥發病機制的理解，同時為膿毒癥預防和治療開拓新的思路。本文對當前膿毒癥免疫機制相關的研究作一述評。

1 膿毒癥與免疫紊亂

1.1 固有免疫（1）中性粒細胞：中性粒細胞是固有免疫系統的重要組成部分，可通過吞噬病原體、釋放可溶性抗菌劑和形成胞外中性粒細胞陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs）清除病原體微生物［2］。研究表明，在膿毒癥早期，血液中大量成熟的中性粒細胞數量增加并在感染部位聚集，但隨著膿毒癥的進展，中性粒細胞遷移能力減弱且凋亡增加，影響機體固有免疫系統功能［2］。（2）巨噬細胞：巨噬細胞具有M1 和M2 兩種激活狀態。M1 亞型在干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）和Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）的共同誘導下生成，并分泌腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6 等促炎癥因子。M2 亞型由IL-4 和IL-3 誘導產生，并分泌抗炎細胞因子（如：IL-4、IL-10）。M1 在膿毒癥早期被激活并釋放大量促炎細胞因子，同時M1∕M2 比例的增加可有效減緩炎癥導致的多器官損傷。膿毒癥后期巨噬細胞凋亡增加及M2 亞型極化的增加與免疫抑制引起的繼發感染密切相關［1］。此外，研究表明巨噬細胞的凋亡可由TNF-α和高遷移率族蛋白B1（high mobility group box 1，HMGB1）誘導，同時在IL-1、IL-6 及粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）等細胞因子缺乏時巨噬細胞凋亡亦會增加［1，3］。（3）樹突細胞（dendritic cells，DC）：DC 細胞是體內重要的抗原呈遞細胞。當DC 識別病原體后，未成熟的DC 細胞會迅速分化為成熟的DC 細胞，成熟的DC 細胞通過高表達共刺激分子和主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex molecules，MHC）呈遞抗原，并分泌促炎癥因子。膿毒癥時DC 細胞的成熟和活化受到抑制，未成熟的DC 激活TLR1、TLR3 并分泌IL-10，從而抑制免疫反應。此外，未成熟的DC還能介導調節T 細胞的分化，從而促進IL-10 等抑制炎癥細胞因子的分泌［4］。

1.2 獲得性免疫（1）B 淋巴細胞：研究表明，膿毒癥時B 細胞數量減少，且存活的B 細胞呈現MHC II 表達減少、細胞表面CD21 減少而CD95 升高的亞型B 細胞［5］。該類亞型B 細胞因HLA-DR 表達減少抗原呈遞能力減弱，活性和增殖能力均降低。此外，膿毒癥休克的發生亦與調節B 細胞（regulatory B cells，Bregs）有關。Breg 由TLR 和IL-35 誘導產生，Bregs 可通過如下四種途徑發揮免疫抑制效應：同源抑制、細胞接觸介導抑制、旁路抑制和間接抑制［5］。（2）T 淋巴細胞：T 細胞在獲得性免疫系統中至關重要。依據不同的發育途徑及生物功能差異，T 淋巴細胞主要分為CD8+細胞毒性T 淋巴細胞、CD4+輔助性T 淋巴細胞（CD4+Th）和調節性T 淋巴細胞（regulatory T cells，Tregs），CD8+T 細胞和CD4+Th 細胞分別識別組織相容性復合體（MHC）I 類和II 類分子上的抗原肽。其中，未成熟的CD4+Th 淋巴細胞激活后可分化為成另一T細胞亞型（包括Th1、Th2、Th17 等細胞），該細胞亞型通過促進細胞免疫和體液免疫調控膿毒癥患者機體免疫應答［6-7］。Tregs 則可抑制其他T 細胞亞群的免疫反應，分泌IL-10、IL-35、轉化生長因子（TGF）-β等抑炎性細胞因子。膿毒癥時T 淋巴表現為細胞凋亡增加，輔助性T 淋巴細胞亞群比例失衡且Tregs 分化增加，T 淋巴細胞形態和功能變化是膿毒癥后期發生免疫麻痹的重要作用機制［6-7］。

2 膿毒癥免疫紊亂的幾大研究領域

2.1 膿毒癥的補體系統（complement system，CS）CS雖然在進化上是原始，卻是天然免疫系統對抗病原體的主要組成部分之一［8］。作為補體系統的核心，C3由T 細胞表達的組織蛋白酶L（CTSL）切割成C3a和C3b，其中C3a具有促炎作用，C3b參與并介導C5的形成。研究表明，在預后不良的膿毒癥患者中觀察到補體系統明顯耗竭，且與炎癥標志物相比，CS的濃度和凝血參數具有更好的顯關性［9］。但補體系統的過度激活會引起炎癥反應失控，有學者指出C3指標的下降能較好地預測膿毒癥并發急性腎損傷的進展［10］。此外，C5a可通過促進巨噬細胞分泌促炎細胞因子，誘導凝血功能障礙，從而導致多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）患者死亡，影響膿毒癥的預后［11-12］。因此，免疫細胞和膿毒癥特異性靶向補體成分的作用是前景廣闊的研究領域。

2.2 膿毒癥期間的自噬作用自噬參與能調節髓系（樹突狀細胞、中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞和MCs）和淋巴（B 和T 細胞）等免疫細胞的分化、更新和穩定，被認為是炎癥和傳染病發病機制中起關鍵作用的免疫機制之一［13］。膿毒癥期間通過誘導自噬可抑制免疫細胞凋亡，維持細胞因子平衡（促炎和抗炎細胞因子的穩態），并保持線粒體功能來保護宿主免受MODS 的影響［14］。而自噬的減少則加重膿毒癥期間組織和器官損傷［15］。調節膿毒癥發展過程中的自噬作用，是恢復機體免疫穩態的新思路和新策略。

2.3 膿毒癥期間自噬、補體成分和炎癥因子之間的相互作用已有文獻報道CS、炎癥因子和自噬之間相互作用，果蠅巨球蛋白補體相關蛋白（Mcr）是一種補體相關物質，通過影響細胞自噬過程，在胚胎發育中細胞死亡和炎癥過程中起著至關重要的作用，該研究意外地揭示細胞的補體相關物質可通過免疫信號程序調節鄰近細胞的自噬［16］。因此，在哺乳動物的炎癥性疾病（膿毒癥）中，這個分子生物學機制值得進一步探索。補體成分C3 在視網膜變性的自噬過程中起著重要的作用，C3 的缺失會導致視網膜自噬活性降低［17］。補體對自噬過程的調控，在膿毒癥和相關的多器官功能障礙中可能起著關鍵作用。研究三者的相互作用和調節機制可能是膿毒癥新的靶向治療方向。

2.4 膿毒癥時的微生物微生物群在炎癥性疾病中的作用已得到充分證實，因其對腸道免疫系統的成熟和具有免疫調節作用的幾種代謝物（如短鏈脂肪酸）的釋放具有調節作用［18］。炎癥介導的IL-1β和IL-18釋放直接影響抗菌肽的產生［18］。NLRP3 炎性因子的失調使得腸道微生物群的IL-1β產生增加。腸道微生物群的改變可增強局部抗菌肽的分泌和調節性T 細胞的免疫抑制作用［19］。此外，NLRP3 炎性體的缺乏會破壞正常的腸-肝循環，并導致腸道微生物失調并進入循環，促進膿毒癥發展［20］。膿毒癥期間改變的免疫反應可能會改變腸道微生物，還可以誘導腸道的炎癥和氧化應激途徑，引起局部的菌群失調。從膿毒癥患者獲得的糞便樣本顯示腸桿菌占優勢，而擬桿菌和雙歧桿菌種類減少。微生物群的變化嚴重減少了有益的厭氧菌，并破壞了腸上皮的完整。此外，其他可能改變腸道微生物區系的因素包括缺氧、腸上皮屏障破壞、藥物治療（包括血管活性藥物、質子泵抑制劑、危重疾病期間腸外營養）改變腸壁內pH 值。動物實驗和臨床的膿毒癥研究證實，存活的腸道細菌極易轉運到ARDS 患者的肺中［21］，從膿毒癥發生ARDS 患者獲得的支氣管肺泡灌洗液（BALF）顯示腸道細菌的豐富程度與膿毒癥的嚴重程度顯著相關［21］。肺TNF-α在BALF 中的水平與腸道微生物主導改變的肺微生物區系顯著相關［21］。因此，觀察膿毒癥時腸道微生物易位及其與其他重要器官損傷（例如急性腎損傷）的關系意義重大。此外，針對膿毒癥的抗生素治療進一步改變了微生物群［22］。腸道菌群的改變可能對免疫反應產生負面影響，并加劇炎癥損害。膿毒癥期間微生物群的變化非常明顯，和其他糞便揮發性有機化合物（VOCs）一起可以作為早期診斷標志物［23］。糞便VOCs 不僅反映腸道菌群組成，還反映其代謝活性和與宿主同時發生的相互作用。在膿毒癥中靶向微生物群可能開發出新的生物標志物，以及早發現膿毒癥的嚴重程度并改善其預后。另外，糞便代謝組學這一新方法具有光明的前景，因為它提供了微生物活性的功能性讀數，同時反映了腸道微生物組的組成。糞便代謝組學譜分析是探索腸道菌群，熱點與菌群相互作用以及腸道菌群對宿主表型影響的新方法［24］。因此，在膿毒癥中靶向腸道菌群具有巨大的潛力，可為膿毒癥治療提供新的方向。

2.5 自噬、微生物群和CS 在膿毒癥期間的相互作用自噬可以調節腸道屏障中微生物代謝產物的產生，對膿毒癥過程中腸道菌群和腸道免疫起主要作用。在膿毒癥中，CS 與微生物群相互作用存在于一些早產兒的病例中，但二者之間的直接作用尚未明確［25］。CS、自噬和微生物組之間健康的相互作用在膿毒癥過程中會丟失，三者相互作用的改變可能在膿毒癥免疫紊亂中發揮相關作用。

3 膿毒癥免疫方向未來研究前景

隨著人們對膿毒癥研究的深入，免疫調節在膿毒癥發病機理中的作用越來越受到重視，但其在患者預后上的改善作用仍有待證實。近年來，隨著分子生物學技術的發展，mi-RNA 成為膿毒癥免疫調節機制的一大研究熱點，對mi-RNA 在免疫細胞及細胞因子的調節作用的相關研究，將更好地闡述膿毒癥的發病機制。細胞自噬在膿毒癥中可通過多種方式調節機體免疫細胞應答，且其過程隨著膿毒癥的發展而動態變化，自噬作為膿毒癥治療的新興途徑，是膿毒癥免疫機制領域中值得深入探索的方向。固有及適應性免疫細胞及各類細胞因子仍是膿毒癥的研究重點之一，細胞生物學及免疫學的發展將促進新細胞因子的發掘和免疫細胞新功能的探索。此外，完善患者膿毒癥免疫抑制狀態檢測和免疫抑制調節藥物的開發，將不僅為膿毒癥免疫治療的推廣提供重要的指導意義，而且為切實推進膿毒癥的免疫治療在臨床實施。膿毒癥的未來將開啟免疫靶向調節治療的時代，將持續不斷致力于探索基于患者的免疫狀態和疾病的不同階段來調整膿毒癥的精準治療靶點。