膿毒癥相關性腦病發病機制的研究進展

王 旭 曲艷平 賀文廷 董 浩 范智東

1.大理大學臨床醫學院，云南大理 671000；2.大理大學第一附屬醫院麻醉科，云南大理 671000

膿毒癥是由于機體對感染的應激反應失衡而導致的一種危及生命的器官功能紊亂綜合征[1]。全球每年診斷膿毒癥的患者總例數約為3 100 萬，是全球重癥加強護理病房患者入院和死亡的主要原因，約70%的膿毒癥患者會并發腦功能障礙[2-4]。膿毒癥相關性腦病（sepsis associated encephalopathy，SAE）是評價膿毒癥嚴重程度、臨床發展及轉歸的一個重要因素，通常是由全身炎癥反應導致的彌漫性腦功能障礙。SAE 患者的死亡率明顯升高，在急性期SAE 常表現為意識的急速變化，包括注意力缺陷、焦慮、行為異常、定向障礙、意識模糊、癱瘓、嗜睡、昏迷、伸肌強直及周圍神經功能障礙等，隨后可能導致長期或永久性的認知功能損害[5]。研究報道，在盲腸結扎穿刺（cecal ligation and puncture，CLP）小鼠模型中，存活的小鼠出現了急性腦病并伴有長期認知功能損害[3]。盡管SAE 引起的危害已經引起了臨床的重視，但目前對其發病機制的研究仍缺乏深入的了解。本文主要對近年來關于SAE發病機制的研究進行綜述，以期為SAE 更深入的理解及臨床治療提供參考。

1 SAE 的發病機制

1.1 血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）破壞

SAE 發生的始動和關鍵環節是系統性炎癥引起的BBB 損傷[6]。BBB 是中樞神經系統中一種復雜的血管多細胞結構，主要依賴于腦微血管內皮細胞及其間的緊密連接（tight junction，TJ）實現屏障功能，將中樞神經系統與系統循環相隔離，從而保持中樞神經系統的穩態環境[7-8]。膿毒癥時，炎癥介質主要通過模式識別受體靶向作用于BBB 上的內皮細胞[9]。內皮細胞內脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）與Toll 樣受體4 結合后釋放細胞因子[10]。細胞因子、活性氧（reactive oxygen species，ROS）等介質活化并上調基質金屬蛋白酶的表達，其通過降解TJ 蛋白（閉鎖小帶蛋白1、閉合蛋白、密封蛋白），以及連接黏附分子，引起BBB 通透性增加，炎癥因子進入大腦，導致SAE 的發生[9]。此外，Yue 等[8]發現，肥大細胞激活可增加腦微血管內皮細胞對LPS 的易感性，CLP 誘導的SAE 小鼠海馬中的肥大細胞過度激活，通過抑制肥大細胞激活可減少BBB 的破壞，提高生存率，改善認知功能障礙。綜上，腦微血管內皮細胞損傷后，TJ 蛋白表達下降，造成BBB 損傷。這是SAE 發生發展的關鍵始動環節，炎癥因子在其中發揮重要作用。見圖1。

圖1 膿毒癥相關性腦病的發病機制

1.2 小膠質細胞激活

小膠質細胞是腦內固有免疫細胞，其活化是SAE發生發展的中心環節[11-12]。當BBB 被破壞時，靜息狀態的小膠質細胞迅速活化[10]。活化后的小膠質細胞分為經典M1 和替代M2 兩種類型。LPS 或干擾素可通過誘導經典M1 型活化，促進核因子κB 和轉錄激活子1 的激活，上調小膠質細胞標志物CD86 和組織相容性復合體Ⅱ的表達，產生大量的ROS 和活性氮（reactive nitrogen species，RNS），并釋放白細胞介素-1α、白細胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-6 等多種炎癥因子。然而，白細胞介素-4/白細胞介素-13可誘導替代M2 型活化，促進炎癥消退和組織修復[13]。此外，小膠質細胞可通過過表達一氧化氮合酶或直接釋放谷氨酸引起興奮性毒性神經元死亡[14]。同時，小膠質細胞活化可通過CD40 和配體的表達，促進白細胞介素-6 和白細胞介素-1β 的合成，以及核因子κB的激活，從而導致炎癥攻擊的持續存在[15]。持續激活的小膠質細胞可增加炎癥因子和ROS 的產生，從而形成惡性循環，加重了膿毒癥BBB 的損傷[16]。因此，抑制小膠質細胞活化是SAE 防治的關鍵。

1.3 線粒體功能障礙

線粒體是維持機體正常生理活動的物質基礎，其被視為機體能量代謝中樞。線粒體損傷是膿毒血癥所致多臟器損傷的主要原因，線粒體穩態對膿毒血癥患者的預后及存活具有重要意義[17]。線粒體通過持續運動、融合、分裂以保持其自身穩態，這種融合與分裂的穩態可對破壞的細胞器進行修復，以適應改變的能量需要，并適時啟動凋亡[18]。然而，線粒體分裂/融合失衡可能是SAE 中神經細胞凋亡和氧化應激的主要原因[19]。在SAE 模型中，LPS 刺激會引起線粒體膜電位丟失，引發蛋白相關蛋白1 增殖，并招募抑癌基因P53，進而啟動細胞死亡途徑[20]。ROS、一氧化氮含量升高，可抑制線粒體腺苷三磷酸生成，進而引起細胞色素c 釋放，引起神經細胞凋亡。RNS、一氧化氮、ROS等激活后，還可通過抑制電子傳遞鏈復合體Ⅰ、Ⅳ，導致線粒體功能紊亂，參與SAE 的發生、發展。同時，ROS/RNS 可增加線粒體與內質網的膜透性，上調Ca2+及促炎性細胞因子水平，進而導致線粒體損傷[21]。據報道，線粒體損傷后與核苷酸結合并激活寡聚結構域樣受體蛋白3 炎癥小體[22]。活化的寡聚結構域樣受體蛋白3 炎癥小體通過半胱氨酸蛋白酶1 對細胞中死亡調節蛋白進行剪切，釋放白細胞介素-1β 和白細胞介素-18 等炎癥因子，引起細胞凋亡。此外，Kobayashi等[23]發現，通過對線粒體通透性轉換孔的抑制，可降低ROS 和其他自由基的產生，從而對SAE 中線粒體和細胞功能起到保護作用。因此，維持線粒體的分裂/融合穩態和線粒體膜完整性是防治SAE 的有效途徑。

1.4 神經遞質失衡

神經遞質的變化與SAE 患者譫妄密切相關[24]。膿毒癥中神經遞質失衡導致小膠質細胞和腦內微環境失衡[25]。谷氨酸作為主要的興奮性神經遞質，可使N-甲基-D-天冬氨酸受體過度活化，進而導致神經損傷[26]。Wu 等[27]發現，LPS 可升高小鼠小膠質細胞內Ca2+，引起細胞外調節蛋白激酶及核因子κB 磷酸化，促進小膠質細胞激活及炎癥因子釋放，然而N-甲基-D-天冬氨酸受體抑制劑可抑制這些反應。神經遞質與小膠質細胞具有相互調節作用，穩態小膠質細胞可釋放中等水平的谷氨酸，但激活后的小膠質細胞會釋放毒性劑量的谷氨酸，因此谷氨酸可能對小膠質細胞激活有正反饋作用[25]。此外，乙酰膽堿、γ-氨基丁酸、多巴胺、去甲腎上腺素、5-羥色胺等神經遞質在SAE 的發生和發展中也起到了重要的作用[24]。

1.5 神經細胞凋亡

凋亡作為一種細胞的死亡調控方式，在SAE 的發生、發展中扮演著重要角色[21-22]。細胞內穩態被破壞，如感染、缺氧或氧化應激等可導致蛋白質錯誤折疊數目增加，從而觸發內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）。ERS 是維持細胞內蛋白質的穩態的重要機制[28]。然而，過度ERS 與膿毒癥所致細胞損傷關系密切，Li 等[29]發現，在SAE 的細胞模型中，ERS標志物（GRP78）的過表達以時間依賴性的方式使細胞活力顯著降低并導致細胞凋亡。線粒體促凋亡分子絲氨酸蛋白酶在半胱天冬蛋白酶依賴性凋亡中起重要作用，在凋亡損傷之后，從線粒體移位到胞質，介導了X 連鎖凋亡蛋白抑制劑的降解，阻礙了半胱天冬蛋白酶-9 的降解，進而引起半胱天冬蛋白酶-3 的激活，導致細胞DNA 損傷[30-31]。此外，Gao 等[32]發現，通過對IL-17RA/Akt/ERK1/2 信號通路的抑制，可以緩解氧化應激和神經元凋亡，從而改善CLP 誘導的SAE 大鼠的認知功能障礙。在SAE 病理過程中，PERK/STING/RIPK3 信號通路介導神經細胞壞死性凋亡，進而導致認知損害[33]。在CLP 小鼠模型中，中性粒細胞及中性粒細胞胞外殺菌網絡可導BBB 破壞、神經元凋亡及小膠質細胞活化，導致認知功能損害[34]。綜上，SAE 所致細胞凋亡受多種因素影響，但具體機制仍不清楚，上述發現可為SAE 的進一步預防和治療方案的探究提供新的思路。

2 小結與展望

SAE 嚴重影響患者生活及生存，其發病機制復雜且尚未完全闡明。近年來，SAE 的機制得到了廣泛而深入的研究。本文著重從BBB 破壞、小膠質細胞激活、線粒體功能障礙、神經遞質失衡、細胞凋亡等多個角度概述了SAE 的發病機制。目前，雖然臨床研究者在SAE 的發病機制研究中取得了一些進展，但有效的治療手段仍然有限。未來的研究應集中于探索新的治療方法與SAE 相關炎癥反應、免疫反應及神經損傷之間的關系，以尋找對SAE 有效的藥物作用靶點。此外，臨床研究的設計和方法需要進一步改進，以提高研究的可靠性和可重復性，進而提高SAE 患者的生存率和生活質量。

利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。