中醫藥抑制細胞焦亡治療膿毒癥的研究進展與探析＊

郅 強，張 楠，馮光玲，孫維義，趙媛媛，楊世發

（1.河南中醫藥大學第一臨床醫學院 鄭州 450000；2.河南中醫藥大學第一附屬醫院 鄭州 450000）

膿毒癥（sepsis）是因外傷、手術創傷或感染等引起全身嚴重炎癥反應失控，進而發生嚴重器官功能障礙的急危重癥，甚至可能發展為膿毒性休克，嚴重威脅患者生命[1]。膿毒癥是一個涉及全球的嚴重健康問題，全球膿毒癥每年新發超過1900萬例，死亡人數超過530萬，且許多患者即使存活下來也會遺留有嚴重的認知障礙和功能殘疾[2-3]。相對而言，國內關于膿毒癥高質量系統性流行病學研究數據仍然不足，且多集中于單地區研究，且以重癥監護病房病人為主。其中一項關于四川省三級醫院的重癥病房膿毒癥流行病學多中心研究顯示，膿毒癥的患病率為18.3%，死亡率可達57.5%[4]。而多數膿毒癥患者（尤其是處于膿毒癥早期）常在普通病房治療，因此膿毒癥的發病率應該比統計的更高。

膿毒癥有較高的死亡率與嚴重的并發癥，也是造成患者外科手術術后的常見死亡原因，目前膿毒癥的治療方法多以抗感染、液體復蘇及使用血管活性藥物等一些非特異性療法為主，并不能有效降低膿毒癥的高死亡率[5]，仍需對其進行機制研究以開發新療法。細胞焦亡（pyroptosis）參與人體固有免疫，與膿毒癥的發生發展關系密切，以往有學者認為細胞焦亡在膿毒癥發生初期可能因其對機體固有免疫的積極作用發揮抗感染的效果，但近些年的研究顯示細胞焦亡的激活在患者膿毒癥期間會促進全身性級聯炎癥反應的失控，引起多器官功能損傷[6-7]。因此，對于有效抑制細胞焦亡激活的藥物及其機制的探索為膿毒癥的治療提供了新的思路，已經成為近些年抗膿毒癥研究的重點。

祖國醫學發展迅速，大量證據顯示，膿毒癥臨床常規治療基礎上加用中醫藥可以提高臨床療效、改善患者預后[8-10]。盡管如此，其機制研究仍不十分清楚。相對西藥而言，中醫藥具有多靶點、多通路治療疾病的優勢。近些年中醫藥在抑制細胞焦亡性炎癥反應進而發揮抗膿毒癥作用方面的探索成果顯著，本文在前人的研究基礎上，對其研究成果進行綜述與探析，以期為未來開展中醫藥治療膿毒癥的新療法研究提供思路。

1 細胞焦亡簡介

1.1 細胞焦亡特征

細胞焦亡是一種依賴于半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase）激活且伴隨有大量炎癥因子釋放的細胞程序性死亡模式[11]。不同于細胞凋亡的非炎性吞噬，細胞焦亡導致的是細胞炎性死亡，其過程主要表現為細胞質膜孔道的形成、細胞腫脹破壞、胞膜溶解、炎癥因子釋放、固有免疫的發生，進而導致細胞死亡[12]。細胞焦亡對于調節機體炎性免疫有著舉足輕重的作用，適當的細胞焦亡有利于激活機體固有免疫，對抗外界病菌對機體的入侵；而過激的細胞焦亡則會導致炎癥因子大量釋放，引起炎癥失控相關疾病。

1.2 細胞焦亡機制

細胞焦亡的激活途徑主要分為經典途徑（依賴Caspase-1）及非經典途徑(依賴Caspase-4/5/11)。

在細胞焦亡經典途徑中，炎性小體激活是重要的條件。在如今發現的多種典型炎性小體中，核苷酸結合寡聚化結構域樣受體(NLR protein,NLRP)3是主要介導細胞焦亡的炎性小體[13]。NLRP3的激活主要受兩個信號途徑調控，即Toll樣受體4（Toll-link receptors 4,TLR4）途徑和ATP依賴的嘌呤受體途徑[14]。NLRP3會結合凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated specklike protein containing a CARD,ASC），激活 與切割Caspase-1及消皮素D（Gasdermin D,GSDMD）蛋白，GSDMD蛋白的N端會易位至細胞膜并寡聚化形成內徑約為10-14 nm的孔洞，促進炎癥因子白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和 白 細 胞 介 素-18（interleukin-18,IL-18）分泌至孔外，誘導細胞焦亡[15-16]。

細胞焦亡非經典途徑的激活并不依賴于NLRP3。入侵機體的革蘭氏陰性細菌的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可以直接激活Caspase-4/5/11，繼而裂解GSDMD，導致細胞膜孔洞的形成，促進IL-1β和IL-18從細胞中的釋放，導致細胞焦亡的發生[17]。然而，Caspase-11不具有將前體IL-1β及IL-18加工成成熟IL-1β和IL-18的功能，其可以作為信號分子參與LPS對NLRP3的激活，進而活化Caspase-1，分泌低水平IL-1β參與細胞焦亡[18]。這表明細胞焦亡經典與非經典途徑之間可能存在著一些交互作用，有待進一步研究明確其機制。

與此同時，最近的研究顯示，以上兩種激活途徑可能并非激活細胞焦亡所必需。Zhang等[19]的研究顯示，化療藥物多柔比星可以通過調控活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）/c-Jun氨基末端蛋白激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信 號 通 路 促 進Caspase-3對GSDME（Gasdermin E)的切割進而誘導乳腺癌細胞的焦亡。Caspase-8是Caspase-3的上游激活劑，可以控制細胞凋亡。與此同時，Caspase-8可以通過切割GSDMD觸發鉀外流引起的細胞膜損傷，進而誘發不以Caspase-1/11為主的細胞焦亡，導致NLRP3激活、ASC寡聚化及IL-1β釋放[20]。

以上研究表明細胞焦亡的激活受到眾多靶點的調控，而中醫藥在治療疾病中具有調控多靶點的優勢已成為共識，深入研究中醫藥對細胞焦亡的多靶點調控機制，可能是開發治療眾多炎性疾病療法的新思路。

2 細胞焦亡與膿毒癥的關系

一般情況下，細胞焦亡可以在對抗細胞內病原菌的固有免疫中起到積極作用，保護機體免受侵入性病原菌的感染；而在膿毒癥時期，細胞焦亡的激活會擴大炎癥反應繼而使其失控，促進膿毒癥進一步發展，甚至會導致膿毒性休克，威脅患者生命[21]。在膿毒癥出現時，大量活化的炎癥細胞可以觸發細胞焦亡，持續合成并分泌IL-1β和IL-18，這一過程使得炎癥信號進一步放大，導致炎癥失控，造成組織細胞損傷，引起器官功能障礙[22]。有證據顯示，NLRP3和Caspase-1 mRNA水平與巨細胞病毒引起的膿毒癥的嚴重程度密切相關[23]。與此同時，另有研究表明[24]，Caspase-1是預測嚴重創傷后膿毒癥發生的潛在標志物。而大量的證據也證實[25-27]，細胞焦亡在促進膿毒癥發展的同時，也是膿毒癥性器官功能損傷的重要原因。

總而言之，膿毒癥的進展及不良預后與細胞焦亡導致的炎癥失控密切相關，通過抑制細胞焦亡的激活可為膿毒癥的治療提供新策略。

3 膿毒癥和細胞焦亡的中醫理論

3.1 膿毒癥的中醫理論

膿毒癥的本質是全身炎癥性反應，而中醫學內并無對膿毒癥的明確定義，但依據其證候與臨床特點，可將其歸入“傷寒”、“溫病”、“外感熱病”等范疇[28]。在該病早期可有發熱、口干、乏力之表現，為溫熱之邪入侵機體；中期可見高熱、昏迷等表現，為病邪入里；晚期則見氣息微弱、四肢厥冷的表現，為心陽虧耗、陰陽離絕[29]。《黃帝內經》認為“熱著寒之”，因此在中醫方面，膿毒癥的治療多采用清熱藥物，如大黃、黃芩等，然膿毒癥患者多有因正氣不足致血液運行無力而產生的瘀血阻滯，因此治療時在清熱藥的運用外多加用益氣、活血類中藥，如人參、黃芪、赤芍等[30]。

3.2 細胞焦亡的中醫理論

細胞焦亡的本質是伴隨大量炎癥因子釋放的細胞程序性死亡模式，在中醫方面，可以以中醫理論中的“陰陽”來描述細胞焦亡，即細胞存在陰陽對立屬性[31]。中醫認為，人體作為一個有機的整體，也存在“陰陽”之說,其內的“陰陽平衡”調節著細胞的一系列生命活動，包括生長、凋亡、死亡整個細胞生命過程。《內經》有云“陰平陽秘,精神乃治”，細胞陰陽的調控對于人體陰陽平衡至關重要，適當的細胞焦亡有利于機體的“陰陽平衡”，然而當存在諸如外傷、手術創傷或感染時，則會導致細胞焦亡的過度激活，進而引起“陰陽失衡”。

4 中醫藥抑制細胞焦亡治療膿毒癥

近些年來中醫藥在抑制細胞焦亡治療膿毒癥方面取得了較多進展，其可以通過調控多靶點抑制多種細胞焦亡途徑的激活，發揮抗膿毒癥及改善膿毒癥相關器官損傷的作用。下文總結并探析了其研究成果及相關研究方法。見表1。

4.1 中醫藥抑制細胞焦亡經典途徑治療膿毒癥

在膿毒癥期間，炎性小體NLRP3的活化是細胞焦亡經典途徑激活的一個重要標志，其可以激活Caspase-1誘導細胞焦亡的發生，因此抑制NLRP3的活化是抑制細胞焦亡、控制炎癥發展的一項有效措施。Yang等[32]發現，胡薄荷酮可以通過抑制NLRP3炎性小體表達發揮對膿毒癥小鼠的抗炎作用。同時，李曼等[33]研究發現，黃芪甲苷可以通過抑制NLRP3炎性小體對Caspase-1的活化作用，減輕膿毒癥小鼠腸屏障功能障礙。

炎癥失控造成的組織細胞損傷是膿毒癥性器官功能受損的重要原因，中醫藥抑制細胞焦亡可以有效控制炎癥級聯反應，改善器官功能障礙。何荷等[34]研究發現，綠原酸對LPS誘導的膿毒癥小鼠肺損傷有一定的保護作用，該結果是通過抑制ROS/硫氧還蛋白互作蛋白（thioredoxin-interactingprotein，TXNIP）/NLRP3信號通路進而抑制細胞焦亡經典途徑而實現的。與此同時，白藜蘆醇被證明可以通過激活沉默信息調節因子2相關酶1(silent mating type information regulation 2 homolog-1,SIRT1)抑制NLRP3炎癥小體的激活，從而降低Caspase-1和ASC的表達，改善膿毒癥后腸黏膜屏障功能損傷[35]。Guo等[36]發現，百里醌可以通過抑制NLRP3和Caspase-1來減輕膿毒癥引起的小鼠急性腎損傷。帕金（Parkin）蛋白是一種具有E3泛素蛋白連接酶的蛋白，Gao等[37]在盲腸結扎穿孔術(CLP)誘導的膿毒癥小鼠中發現，虎杖苷可以通過誘導Parkin介導的線粒體自噬抑制NLRP3炎癥小體激活，降低Caspase-1和ASC的表達，改善膿毒癥急性腎損傷。

在眾多膿毒癥性器官損傷中，肺部損傷所導致的呼吸功能受損是膿毒癥患者的主要死亡原因之一，改善膿毒癥性肺部傷是降低膿毒癥死亡率的重要措施。Wang等[38]研究發現，二氫楊梅素可以通過抑制NLRP3導致的Caspase-1依賴性細胞焦亡減輕膿毒癥小鼠出現的急性肺損傷，改善小鼠的存活率。Li等[39]發現，芒果苷可以通過以p65依賴性方式抑制NLRP3炎癥小體激活來減輕LPS誘導的膿毒癥小鼠急性肺損傷。于此同時，馬錢苷也被證明可以通過制核因子κB(NFκB)信號通路抑制NLRP3炎癥小體激活達到減輕膿毒癥小鼠急性肺損傷效果[40]。

此外，丹參酮IIA磺酸鈉[41]、大黃素[42]、梔子苷[43]等均可以通過抑制NLRP3激活導致的Caspase-1依賴性細胞焦亡經典途徑，改善膿毒癥小鼠心肌功能損傷。而槐果堿[44]通過誘導自噬、6-姜酚[45]通過抑制核因子E2相關 因子2（nuclear factor NF-E2-related factor 2,Nrf2）信號通路可以抑制細胞焦亡經典途徑對膿毒癥膿毒癥小鼠的肝損傷有較好的保護作用。

中醫藥可以通過多靶點抑制NLRP3的激活及其誘導的細胞焦亡經典途徑發揮抗膿毒癥作用。然而，調控細胞焦亡經典途徑的相關通路及其靶點并非單獨作用，而是相互介導。目前的相關研究仍集中于細胞焦亡經典途徑中NLRP3的上下游靶點，對其它相關信號通路及其關鍵因子的探索仍有待加強。

4.2 中醫藥抑制細胞焦亡非經典途徑治療膿毒癥

依賴于Caspase-11的非經典細胞焦亡途徑是細胞焦亡的重要途徑之一，其不僅可以在LPS的刺激下直接裂解GSDMD導致細胞焦亡的發生，也可以作為信號分子激活細胞焦亡經典途徑。

Zhang等[46]研究發現，木犀草素可以通過抑制依賴于Caspase-11的細胞焦亡，同時抑制Caspase-1表達，減輕膿毒癥小鼠急性肺損傷。與此同時，劉雨濃[47]等進行的體外細胞實驗顯示，黃連解毒湯有效組分因對LPS活化Caspase-11介導的細胞焦亡具有顯著的抑制作用，同時也減少了Caspase-11對Caspase-1的激活作用，從而顯現出抗膿毒癥的潛在作用。膿毒癥性心肌功能障礙是心肌細胞焦亡的主要表現。殷玥等[48]進行的動物實驗顯示，對雄性C57BL/6膿毒癥小鼠模型采用楤木皂苷預處理可以顯著抑制心肌細胞焦亡，使小鼠生存率升高，且其細胞學實驗證實，楤木皂苷的干預明顯抑制了Caspase-11的活化，使IL-1β水平明顯降低。細菌性膿毒癥中凝血系統的過度激活會導致彌散性血管內凝血(disseminated intravascula rcoagulation，DIC)，這是膿毒癥休克的主要原因，是一種危及生命的病理生理綜合征，抑制細胞焦亡可以顯著改善這一狀況。Yuan等[49]的研究結果顯示，小檗堿生物堿可以通過阻斷Msr1的表達，抑制細菌性膿毒癥中Caspase-11依賴性細胞焦亡，預防和治療膿毒癥造成的DIC。

相對于中醫藥通過細胞焦亡經典途徑治療膿毒癥而言，非經典途徑的研究較少。有研究表明，在LPS膿毒癥小鼠模型中，小鼠的死亡率在缺乏Caspase-11的情況下顯示出降低的趨勢，然而敲除了NLRP3的膿毒癥小鼠，其死亡率并未在大劑量LPS誘導膿毒癥的情況下出現明顯降低[50]。這可能與NLRP3的激活并未如Caspase-11介導的細胞焦亡那樣普遍存在有關。且細胞焦亡經典與非經典途徑之間存在著交互作用，其中抑制Caspase-11的激活無疑是阻斷這種交互作用的有效措施。因此加大對抑制Caspase-11依賴性細胞焦亡非經典途徑的探索，對膿毒癥治療也是一個重要的研究方向。

4.3 中醫藥抑制細胞焦亡其它途徑治療膿毒癥

早期的研究認為Caspase-3誘導的細胞死亡屬于細胞凋亡，然而近些年隨著對細胞焦亡的深入研究發現Caspase-3亦可以激活細胞焦亡，抑制Caspase-3的激活在一定程度上也可以抑制細胞焦亡的發生。張海芳等[51]使用丹參酮干預膿毒癥大鼠后發現，丹參酮可以通過抑制Caspase-3介導的細胞焦亡及細胞凋亡，改善膿毒癥大鼠心臟損傷功能。

目前關于中醫藥通過抑制Caspase-3等其它途徑介導的細胞焦亡治療膿毒癥的研究較不足，仍然處于探索當中，加大這一方面的研究可能會為未來中醫藥通過抑制細胞焦亡治療膿毒癥及其與其它程序性細胞死亡模式如細胞凋亡等的關系提供新的見解。

5 小結

目前臨床膿毒癥治療中的許多問題仍未解決，如抗菌藥耐藥性及糖皮質激素的使用增加而帶來的副作用等，且單純的抑制炎癥并不能獲得理想的治療效果，因此深入研究膿毒癥中炎癥失控的相關機制，將是開發有效防治膿毒癥新療法的關鍵措施。細胞焦亡是一種可以受到多靶點調控的細胞死亡方式，其激活并釋放的炎癥因子可以促進膿毒癥的發展。中醫藥具有調控多靶點治療疾病的優勢，其可通過調控細胞焦亡經典、非經典途徑及其它靶點，抑制細胞焦亡過度激活的炎癥反應來防治膿毒癥。然而，目前的相關研究仍然存在著一些缺陷。首先，許多藥物的研究比較局限，多著眼于細胞焦亡相關因子，對作用通路的系統化研究比較淺顯，且缺少對通路間網絡關聯的研究，無法全面系統的顯示作用機制。其次，相關研究多集中在中醫藥對細胞焦亡經典途徑的抑制，關于抑制非經典及其它如Caspase-3途徑的探索仍然欠缺。最后，對中藥提取物的單一研究并不能很好的體現中醫藥多組分、多層次、多靶點治療疾病的優勢，對中藥復方抑制細胞焦亡治療膿毒癥的探索還需加強。以上問題表明，中醫藥抑制細胞焦亡治療膿毒癥的研究仍有很長的路要走，與現代醫學相結合進行全面系統的探索將是祖國醫學發展的重要方向。此外，膿毒癥也是外科手術術后嚴重的致死性并發癥，中醫藥是否可以通過抑制細胞焦亡有效防治手術術后膿毒癥及其相關作用機制的研究仍然匱乏。因此，加大中醫藥在應對此類情況引起的膿毒癥等致死性感染性疾病中的臨床或基礎研究，可能是促進祖國醫藥在臨床防治外科相關疾病治療過程中所引起的包括膿毒癥在內的感染性急危重癥的重要前提，也是進一步研究的重點。