T淋巴細胞亞群在膿毒癥中的研究進展

冀威臣 趙紅亮

1 長治醫學院,山西省晉城市 048026; 2 晉城市人民醫院

膿毒癥是指因機體對感染產生的炎癥反應失調而引起的器官功能障礙的臨床綜合征(Sepsis 3.0)。盡管在膿毒癥的早期識別、預防和治療方面取得了顯著成效,但膿毒癥在發病率和死亡率方面仍居高不下。據報道,全世界每年膿毒癥病人總數很可能要超過1 900萬,其中每年至少有600萬人的重癥患者要面臨著死亡,病死率在1/6～1/3,而且存活的患者數量中每年約有300萬人伴隨著神經認知系統功能障礙問題[1]。

膿毒癥的發病機制相對復雜,對其深層機制的進一步探索是全球的共同研究熱點。關于膿毒癥病因的最早思考來自William Osler(1849—1919),其發現某些感染患者顯然死于身體對感染的反應,而不是感染本身。隨后,許多研究又發現,患者本身的異常免疫抑制狀態將影響到膿毒癥早期的炎癥發生或發展階段[2],特別可能是由參與免疫反應過程的免疫細胞出現大量異常凋亡而引起免疫抑制反應。膿毒癥進展期間的免疫抑制會干擾先天性免疫系統和適應性免疫系統,但已知T淋巴細胞功能在膿毒癥進展期間受到最嚴重的損害。T淋巴細胞作為影響機體免疫應答反應的關鍵細胞,T淋巴細胞功能紊亂及數量變化在膿毒癥發展過程中的作用不可忽視。所以深入了解膿毒癥疾病過程中的免疫功能,尤其是T淋巴細胞亞群,將深入了解其機制以及臨床對該病的治療提供理論基礎,也有助于提出新的治療方案。

1 膿毒癥與免疫紊亂

為了抵制致病菌的入侵和維持機體內環境的穩定,機體免疫系統進化出精密且合理的自我免疫防御體系:生理屏障和免疫防御體系。生理屏障主要由皮膚及黏膜組成,免疫防御反應則根據應答方式的區別,分為固有免疫和適應性免疫應答。固有免疫包括細胞免疫和體液免疫。單核/巨噬細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞、中性粒細胞等參與細胞免疫的細胞,能夠選擇性通過模式識別受體(Pattern recognition receptors,PRRs)分泌一些促炎細胞因子,誘導激活T淋巴細胞,進一步使得適應性免疫應答出現[3]。另一方面,內源性細胞及組織的損傷成分構成了損傷相關分子模式(Damage-associated molecular patterns,DAMPs),PRRs和DAMPs互相作用,進一步使免疫應答激活,促進炎癥反應的激活。同時為了避免炎癥反應過強,抗炎反應也發揮重要作用,因此免疫應答的結果取決于促炎反應與抗炎反應相互的平衡與約束。

膿毒癥本質上是一種炎癥反應引起的應激性疾病,促炎與抗炎反應貫穿疾病過程,與此同時也與機體免疫狀態息息相關[4]。目前普遍認為膿毒癥是一種低免疫麻痹狀態。因此免疫失衡是膿毒癥發生與發展的重要環節。雖然免疫失調機制尚未完全闡明,但全身炎癥反應綜合征(Systemic inflammatory response syndrome, SIRS)/代償性抗炎反應綜合征(Compensatory antiinflammatory response syndrome, CARS)與免疫失衡密切相關[5]。T淋巴細胞可參與調控機體各種免疫應答、全身炎癥免疫反應過程等過程,不僅其在SIRS/CARS應答水平的維持系統中具有很重要的作用,而且在抑制免疫麻痹中也發揮重要作用。

2 膿毒癥與T淋巴細胞亞群

T淋巴細胞在人體免疫方面起著核心作用,其在胸腺中生長成熟,占外周血淋巴細胞總數的65%～75%[6]。根據T淋巴細胞不同的標記特征和功能可分為CD3+、CD4+、CD8+亞群。其中CD3+是所有T細胞的表面標志,是免疫調節與機體細胞產生自身免疫的基礎,可代表T淋巴細胞的數量;CD4+是輔助T細胞(TH)和效應T細胞的表面標志, TH細胞可以直接刺激B淋巴細胞迅速產生抗體,而且可以誘導T淋巴細胞成熟轉變或增殖轉變為效應細胞,將會增強機體的免疫;CD8+是細胞毒T細胞和抑制T細胞的表面標志。據報道,T淋巴細胞最早在膿毒癥發病3h就受到嚴重影響[7]。當不同T淋巴細胞亞群(CD4+、CD8+)的分布數量及功能代謝變化時,人體會發生免疫失衡,進一步導致膿毒癥的發生與發展。因而,從不同T細胞亞群功能來討論其對膿毒癥嚴重程度及預后判斷中的作用,將更廣泛、更深入理解膿毒癥發生免疫反應的機制。

2.1 CD4+T淋巴細胞亞群 CD4+T淋巴細胞在受多種細胞因子、抗原特性變異過程和多種內分泌激素等多方面作用下,分化成幾個不同分子形態類型的細胞亞群,主要有Th1、Th2、Th3、Th9、Th17、Th22、調節性T淋巴細胞(Treg)和濾泡性輔助性T淋巴細胞(follicular helper T, Tfh)等。它們介導的免疫應答主要是通過分泌細胞因子來發揮作用的。這些T細胞亞群則由其分化產生出來的細胞因子不同便分別具有各自的生化特性。而且并不是僅僅通過其亞群細胞的絕對數來代表人體免疫情況,比例的失衡如:Th1/Th2、Th17/Treg也與膿毒癥的預后顯著相關。本文主要選取Th1、Th2、Th17、Th22、Treg來進行綜述。

2.1.1 Th1、Th2細胞與Th1/Th2:CD4+T細胞亞群中最先發現Th1和Th2細胞,Th1細胞在細胞免疫和超敏反應中發揮作用,Th2細胞主要參與體液免疫,二者處于動態平衡。其中,白細胞介素12(IL-12)通過信號轉導從而轉錄激活因子(STAT-4)傳遞信號影響Th1,而IL-4通過STAT-6傳遞信號影響Th2。膿毒癥的初始階段Th1細胞增多,在膿毒癥的晚期,Th2細胞增多,并且機體表現為抗炎狀態。Gupta等[8]在創傷后膿毒癥患者的研究中發現,Th2細胞增多可能提示病情更重且預后不良。早在1995年,O’Sullivan等就發現[9]膿毒癥導致CD4 T細胞從Th1表型轉換為Th2表型,這種膿毒癥患者血清中Th1 百分率下降, Th2 百分率升高,Th1/ Th2 比值下降的現象又叫做Th1/Th2 漂移現象。據推測,這種漂移現象可能有助于CARS的發展,從而導致過度炎癥和隨后的SIRS。Tan等[10]研究發現,由于Th1/Th2比率的偏離可能使膿毒癥患者局部炎癥加重而導致腦功能障礙。Xue等[11]研究也得出了同樣的結論,膿毒癥病程中Th2/Th1的升高與預后密切相關,成反比關系,若患者Th2/Th1比值升高持續不降,28d病死率可以達到47.1%。不僅膿毒癥患者與健康人相比有差異,許多研究發現,膿毒癥休克組患者與普通膿毒癥組也有明顯差異。穆雪鹍等[12]研究發現,重度膿毒癥組患者的Th1百分率、Th1/Th2比值顯著低于膿毒癥組患者,而Th2百分率顯著高于膿毒癥組。因此,T淋巴細胞中Th1向Th2轉化可使患者發生免疫抑制,且往往與患者預后差相關。

2.1.2 Th17、Treg細胞與Th17/Treg:Th17細胞可以引起促炎癥反應,因其可以分泌IL-17和IL-6。值得關注的是,Th17細胞主要與幾種自身免疫性疾病有關,包括類風濕性關節炎和多發性硬化癥等疾病。然而,Th17細胞也可以抵御病原體,包括真菌和細菌在黏膜表面的定植。Brunialti等[13]通過臨床觀察發現,膿毒癥患者入院時Th17細胞數量較高,但第7天時其數量減少。研究進一步發現嚴重膿毒癥期間Th17免疫反應減弱與死亡率增加有關。因此,在膿毒癥的過程中,Th17的缺失對患者有害。

Treg占外周血 CD4+T 細胞的 5%～10%,可以引起抗炎癥反應,因其可以分泌大量的TGF-β和IL-10[14]。Treg細胞還可以抑制T淋巴細胞的增殖分裂,導致細胞凋亡延遲和活性增強,是膿毒癥后期免疫抑制階段產生的原因。Treg細胞不僅能在膿毒癥患者早期免疫失衡中起到作用,而且其在膿毒癥恢復后也存在,這表明Treg細胞貫穿人體膿毒癥的整個過程。因此,對膿毒癥患者Treg細胞持續關注,有助于對患者病情狀態的定量評估和臨床預后變化的準確判斷。

許多研究指出,膿毒癥患者外周的Treg細胞增加,但使其增加的主要原因目前尚無統一結論。Cavassani等[15]認為是其他亞群(即Th1、Th2、Th17和Tfh)優先丟失的結果,但Nascimento等[14]發現膿毒癥存活患者的外周循環中存在較高水平的Tregs、IL-33和IL-10,認為IL-33增加了Treg的數量。總之,關于Treg細胞數量的增多原因仍需進一步深入研究,包括受體和細胞因子方面,甚至可能是免疫代謝方面可以解釋這個問題。

膿毒癥Treg細胞數量增加與預后的關系一直存在爭議。Heuer等[16]在膿毒癥小鼠模型中發現,轉移體外刺激增加的Treg細胞可以加快毒素的清除,進而小鼠存活率將會有所提高,這可能與腹膜中TNF-α產生增加有關。Venet等[17]通過siRNA下調Foxp3表達的研究發現,減少感染宿主的Treg數量和功能可以改善整體免疫功能,但是Kimura等[18]研究發現,減少Treg數量并沒有導致生存率的提高。也有研究發現Treg淋巴細胞與死亡率沒有直接關系,如Wu等發現嚴重膿毒癥存活組第1天的Treg淋巴細胞計數高于死亡組,然而,在第1天和第7天,存活組和死亡組的Treg/CD4百分比和Treg淋巴細胞計數沒有差異,這說明存活組中可能是由于較高的CD4淋巴細胞計數導致較高的Treg淋巴細胞計數。總之,筆者認為Treg細胞在判斷預后作用差異可能是與分析時間有關,Treg細胞在膿毒癥早期研究更加有助于取得積極的結果。

目前研究發現轉化生長因子(TGF)-β參與Th17細胞的分化,而Treg可以分泌TGF-β,這表明Th17細胞與Tregs之間存在密切關系。隨后,越來越多的相關研究關注Th17/Treg,并且研究Th17細胞和Treg細胞之間存在的競爭性作用也是目前國內外細胞免疫功能損傷機理的研究熱點。Guo等[19]發現膿毒癥患者的Th17/Treg細胞比率降低。Gupta等[8]通過研究創傷后膿毒癥患者發現,膿毒癥休克患者的Th17/Treg比例與膿毒癥無休克患者有統計學意義,總結出Th17/Treg比例與患者預后呈正相關。因此,Th17/Treg細胞的失衡是膿毒癥的重要病因之一,維持血清中Th17細胞和Treg細胞的數量及比例平衡對自身免疫功能有重要意義。

然而,關于如何平衡Th17/Treg細胞的比值,目前尚沒有統一建議。Chen等[20]通過小鼠模型研究發現,Treg和Th17細胞的平衡可以通過血必凈注射液來進行調節,可以降低膿毒性休克的死亡率。Guo等[19]研究發現,膿毒癥患者的Th17/Treg細胞失衡可以通過血液濾過來減輕。Sun的一項回顧性研究[21]發現早期腸內營養(EEN)可以降低Th17淋巴細胞百分比、Th17/Treg細胞比率,從而抑制膿毒癥早期的免疫過度激活。這些發現為治療Th17/Treg細胞失衡提供了許多方向與策略。

2.1.3 Th22 Th22是近年來找到的輔助T淋巴細胞,目前還主要集中在皮膚病研究,而與膿毒癥的研相關究比較少。Th22可以分泌IL-22,在許多腫瘤及自身免疫性疾病中起到促炎的作用。研究表明,Th22 細胞對其他免疫細胞直接影響較小。鄧欣雨等[22]在對膿毒癥急性肺損傷患者研究中發現,外周血Th22細胞明顯升高,表明Th22在膿毒癥急性肺損傷方面有診斷意義。因此,研究Th22與膿毒癥發生發展的關系將會是膿毒癥研究的新方向。

2.2 CD8+T淋巴細胞亞群 CD8+T細胞中的細胞毒性CD8+T細胞可以發揮細胞毒作用。Zhang等[23]研究發現膿毒癥患者CD8+T淋巴細胞下降,可能與T淋巴細胞表面程序性死亡因子-1(PD-1)表達顯著上調可有關。Tian等通過盲腸穿孔的膿毒癥大鼠模型中發現T淋巴細胞亞群中CD3+、CD4+、CD4+/CD8+下降,但CD8+T淋巴細胞仍保持在正常水平。陳俊杰等[24]研究也發現膿毒癥患者血清中CD8與健康對照組之間無明顯差異。總之,對于CD8+T細胞在膿毒癥患者中的意義遠不如CD4+T細胞,需要更多的關注與研究。

3 CD4/CD8比值在膿毒癥中的臨床意義

一般情況下,外周血中CD4+T、CD8+T細胞和CD4+/CD8+比值在正常水平,且其代表的適應性免疫應答處于動態平衡。宋中海等[25]在對膿毒癥預后的分析中發現,T淋巴細胞亞群中的CD4+/CD8+可以有效預測膿毒癥患者的預后。胡彩珍等[26]也得出同一結論,發現膿毒癥患者入院第1天的CD4+/CD8+水平與死亡率呈正相關,CD3+、CD4+、CD8+水平與預后無相關性。但張小彬等[27]的研究卻認為T淋巴細胞亞群水平在預測膿毒癥患者預后無明顯相關性。因此,監測膿毒癥患者T 淋巴細胞亞群仍需進一步精細化,以便判斷是早期免疫抑制還是免疫系統長期損害影響患者預后。

除了CD4+/CD8+比值與預后關系,目前研究熱點聚焦于膿毒癥后的腸道損傷。張立等[28]等研究結果顯示,僅存在于腸道黏膜的I-FABP與外周血CD3+及CD8+呈負相關,說明膿毒癥患者T淋巴細胞亞群與患者腸道損傷情況有關。楊銀娟等[29]研究顯示膿毒癥患者腸道菌群與T淋巴細胞亞群有關,表明膿毒癥患者腸道菌群失調會使患者發生炎癥反應,進而引起免疫抑制。駱付麗等[30]進一步研究發現,不同細菌感染后,T淋巴細胞亞群會發生不同變化,比如對CD4+/CD8+比值來說,革蘭陰性菌感染患者低于革蘭陽性菌感染患者,可以推測膿毒癥患者T細胞亞群可以為早期鑒別革蘭陽性菌及革蘭陰性菌感染提供一定參考。因此,進一步研究CD4+/CD8+比值導致腸道損傷的機制,可以更好地指導臨床進行早期判斷并進行干預,改善腸道微生態,進一步提高膿毒癥的預后。

4 結語

T淋巴細胞亞群在膿毒癥早期免疫狀態調控、預測病情及其發展趨勢中占據一席之地,但Treg細胞增加原因以及對膿毒癥預后的影響尚無統一共識。因此,繼續深入研究T淋巴細胞亞群間復雜的相互調節機制,能夠更好地評估膿毒癥患者機體的炎癥反應和免疫狀態,進而有利于患者的治療和預后。目前關于膿毒癥的治療仍然是早期液體復蘇、抗感染等對癥治療,但按指南規范實施上述治療后,膿毒癥患者的預后仍然較差。隨著越來越多的對膿毒癥發生機制的深入認識,免疫治療已成為膿毒癥的研究方向[7],這為膿毒癥患者的治療提供了新的方向,如免疫檢查點調節療法、細胞因子療法、以線粒體為靶點的抗氧化療法等。最讓人期待的是,隨著對嵌合抗原受體T細胞免疫療法(Chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy,CAR-T)研究的深入,CAR-T未來可能會在膿毒癥的免疫治療中占據一席之地。