膿毒癥期間內皮糖萼結構及功能變化的研究進展

[摘要]內皮糖萼是襯于血管內皮表面的多功能結構，其在維持血管穩態中起關鍵作用。內皮糖萼的基本成分包括糖蛋白和蛋白聚糖。膿毒癥期間，內皮糖萼通過多種機制降解，內皮結構和功能受損，引起微循環障礙，最終導致患者多器官功能衰竭直至死亡。本文對膿毒癥期間內皮糖萼結構及功能的變化作一綜述，以期為膿毒癥的治療提供新的思路。

[關鍵詞]內皮細胞；糖萼；膿毒癥；膿毒癥休克

[中圖分類號]R631+.3[文獻標識碼]A[DOI]10.3969/j.issn.1673-9701.2024.20.030

膿毒癥被定義為“宿主對感染反應失調引起的危及生命的器官功能障礙”，其每年影響全球數百萬人[1]。膿毒癥病程早期，免疫系統被激活，刺激炎癥細胞釋放大量炎癥介質，消滅病原微生物；同時活化凝血系統，形成免疫血栓，限制病原微生物進一步播散[2]。如上述防御機制失控，由保護性作用轉變為自身破壞性作用，不但損傷局部組織，甚至會打擊全身各器官，加劇膿毒癥的惡性發展。內皮糖萼（endothelialglycocalyx，EG）是一層由內皮細胞（endothelialcell，EC）合成的膠凍樣物質，襯于血管內皮腔面，將EC與流動的血液分隔開[3]。生理情況下，EG憑借特殊的結構和功能對EC發揮一定的保護作用。膿毒癥期間，多種機制共同作用誘導EG降解并脫落，EC的防御屏障被破壞，最終演變為多器官功能衰竭乃至死亡。深入理解膿毒癥期間EG的降解機制、動態監測患者內皮及EG功能、盡早實施個體化干預策略有助于保護膿毒癥患者內皮的完整性，防止器官功能進一步惡化。

1EG的結構及功能

1.1EG的結構

EG的基礎結構大致相同，主要包括蛋白聚糖、多糖蛋白和糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）；厚度因物種、血管部位、血管類型和血流速度而異，為0.5～5.0μm[3-6]。蛋白聚糖借助多配體蛋白聚糖（syndecan，SDC）、磷脂酰肌醇蛋白聚糖等特殊基團錨定于EC，構成EG的骨架結構[7]。包括硫酸乙酰肝素（heparansulfate，HS）、硫酸軟骨素（chondroitinsulfate，CS）、硫酸皮膚素（dermatansulfate，DS）、透明質酸（hyaluronicacid，HA）在內的GAG以側鏈形式共價連接在蛋白聚糖表面[6]。硫酸化的GAG鏈帶負電荷，是EG靜電電荷屏障的結構基礎，HS是其中最重要的成分，占EG中GAG的一半以上[8-9]。HA不同于其他GAG，未硫酸化，不帶電荷，是細胞膜CD44的主要配體之一；其與受體相互作用后，可幫助EC抗炎抗氧化，如其可與其他硫酸化GAG形成復合物從而穩定糖萼的凝膠樣結構[4]。EG本身無活性，蛋白聚糖和多糖蛋白交織成篩網狀，并將許多血漿源性及EC源性的可溶性成分，如白蛋白、血栓調節蛋白、細胞外超氧化物歧化酶和抗凝血酶Ⅲ等網羅并整合其中，形成具有多種生理活性的內皮頂層[6]。EG持續受到血液流動帶來的機械應力損傷，同時由EC不斷合成并吸附血流中的可溶性成分，總體結構保持相對穩定[6]。

1.2EG的功能

EG位于血流和EC之間，憑借其復雜的結構和豐富的生理功能而成為EC的天然保護防線[10]。EG保護EC免受血流機械應力的直接損傷。EG作為EC上的機械感受器，敏銳地感受并轉導血流產生的機械應力，活化機械敏感離子通道，引起一系列胞內級聯反應，激活血管EC一氧化氮合酶/一氧化氮信號通路，促進血管擴張，降低血管阻力，改善微循環血流灌注[10]。超氧化物歧化酶與EG相應位點結合，平衡和調節氧化應激，減少氧自由基介導的EC損傷[10]。

完整EG遮蓋住內皮表面黏附分子的作用位點，在EC表面形成彌漫靜電屏障，將帶負電荷的血液成分如血小板、紅細胞、白細胞與EC分隔開，避免其直接接觸血管內皮，這是EG抗黏附的重要機制[4，11]。EG這一自身特性對病原體同樣起到物理距離防御和黏附性防御作用。進入體內的病原體隨著血液播散到全身，通過與EC相互作用定植或感染機體，大多數細菌和病毒表面帶負電荷，與EG之間的靜電排斥可阻止病原體接近EC表面[12]。

EC兼具抗凝和促凝兩種特性。EG結合多種抗凝物質是生理情況下EC呈現抗凝特性的重要原因。在GAG中，HS可結合抗凝血酶Ⅲ增強其抗凝活性，滅活多種凝血因子，還可結合組織因子途徑抑制劑抑制促凝過程的啟動階段；DS則可激活肝素輔因子Ⅱ抑制凝血酶活性[2]。CS是凝血酶結合血栓調節蛋白的重要位點，通過提高兩者結合的親和力可激活蛋白C抗凝途徑[13]。EG發生降解后，EC的完整性遭到破壞，凝血-抗凝的動態平衡被打破，內皮膠原纖維暴露，激活血小板，啟動凝血級聯反應；EG中具有肝素樣抗凝活性的物質釋放到血液循環中，可能會誘導自身肝素化，進一步損傷EC。EG發揮大分子篩作用限制分子量>70kDa的分子進出血管腔，同時其作為血管和組織間隙之間的滲透壓屏障調節血管通透性，防止血管滲漏[3，10]。

2膿毒癥期間EG結構破壞及功能障礙

生理情況下糖萼具有一定的自我修復功能，結構功能相對穩定。膿毒癥期間，在多種機制共同作用下，EG降解并脫落[14]。EG結構被破壞后，EC的屏障保護作用被削弱，同時其抗凝、抗炎、抗氧化的功能逐步喪失，進一步加劇EC損傷，造成機體炎癥反應失控，凝血異常活化，毛細血管滲漏致組織水腫，最終導致危及生命的多器官功能衰竭。了解EG受損的機制有助于更有效地保護膿毒癥患者EG的結構及功能。

2.1EG降解酶

在膿毒癥病程中，幾種降解酶共同參與EG的異常降解。乙酰肝素酶裂解連接EG蛋白聚糖上的HS[9]；基質金屬蛋白酶可從內皮細胞膜直接裂解蛋白聚糖[4]。降解酶之間可發生相互作用，乙酰肝素酶表達水平的升高會促進基質金屬蛋白酶的表達，從而加重EG損傷。用肝素酶、軟骨素酶和透明質酸酶處理大鼠腸系膜毛細血管后小靜脈，其EG厚度可分別減少43.3%、34.1%和26.1%；同時使用3種酶處理，EG厚度可減少89.7%[15]。因此，以抑制降解酶活性為目標的治療可能對膿毒癥患者有益。

2.2炎癥反應

炎癥反應失衡是膿毒癥發病機制中的關鍵一環，病程早期全身高炎癥反應釋放大量炎癥介質，直接破壞EG，同時激活降解酶促進EG降解[16]。已有大量研究證實，炎癥細胞因子如腫瘤壞死因子-α（tumornecrosisfactor-α，TNF-α）、白細胞介素（interleuki，IL）-1β、IL-6和IL-10與EG降解產物之間存在關聯。血管生成素（angiopoietin，Ang）-2是內皮衍生的細胞因子，在膿毒癥等炎癥過程中表達，抑制Ang-1引起的酪氨酸激酶受體Tie2磷酸化，促進白細胞黏附，加劇炎癥反應，被認為是參與EG降解的環節之一。抑制Ang-2可減少EG降解并改善膿毒癥小鼠模型的存活率[5]。EG的完整性也影響膿毒癥炎癥反應的發生發展，如HS和SDC能與EC表面的趨化因子結合，EG降解后趨化因子大量釋放以進一步放大炎癥[17]。

2.3缺血再灌注損傷

膿毒癥，尤其是膿毒癥休克患者易出現缺血再灌注損傷，導致氧自由基生成的增加，引發氧化應激反應，介導EG損傷。在休克細胞模型中，盡管缺血缺氧便足以降解EG，但缺血再灌注可導致EG的厚度更大幅度變薄，這兩種情況都依賴氧自由基和Ca信號[18]。

2.4液體復蘇

液體復蘇是膿毒癥和膿毒癥休克的重要治療方法。然而，過度的液體復蘇和不恰當的復蘇液種類可能導致EG降解。循環血量增多時，心房壁受到拉伸釋放心房利鈉肽（atrialnatriureticpeptide，ANP）[19]；ANP可誘導離體豚鼠心臟冠脈血管EG快速降解[20]。過量的輸液復蘇可使患者血漿ANP和EG降解產物同時增多，表明ANP上調可能是容量超負荷相關EG降解的機制[21]。Hippensteel等[22]研究發現，膿毒癥患者每輸液1L與循環HS增加200ng/ml相關，證實膿毒癥患者液體復蘇與EG降解之間存在關聯，但其機制尚不明確。

3保護膿毒癥患者EG的潛在方法

3.1預防EG異常降解

鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）是一種來源于鞘氨醇的鞘脂，通過磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信號通路誘導EC上糖萼的合成，同時激活EC上S1P受體，抑制基質金屬蛋白酶的活性[23]。膿毒癥和膿毒癥休克患者的血清S1P水平降低，且與膿毒癥嚴重程度呈負相關。

肝素可抑制肝素酶對HS的降解，并可作為外源性GAG參與修復EG結構，維持EG功能，這在膿毒癥休克動物模型中得到證實。具有肝素酶抑制作用的舒洛地特可修復膿毒癥小鼠EG的破壞，降低血管通透性，改善不良預后。肝素治療可改善新型冠狀病毒肺炎（coronavirusdisease19，COVID-19）患者血漿誘導人臍靜脈內皮細胞EG降解[24]。肝素酶抑制應用于膿毒癥患者仍需更加嚴謹的臨床研究予以驗證。

3.2促進EG的修復

成纖維細胞生長因子是EG參與生理修復的介質，EG降解產生的HS被激活后與相應受體結合，傳導修復EG的信號。膿毒癥時，這一過程受到抑制，EG修復明顯延遲，提高循環成纖維細胞生長因子水平有助于EG結構重建。未來，探索促進EG自身修復可能是膿毒癥治療的重要靶點之一。

4膿毒癥患者EG的監測

目前，膿毒癥患者EG的監測主要基于2種方法。第一，可通過測量患者血漿/血清和尿液中EG降解產物的水平（如SDC、HA、HS和CS），間接評估患者EG的受損程度。SDC有4種類型，為SDC1～4，在人相關研究中通常測定的SDC1是EG表面最普遍的類型，其缺失會誘導內皮向促炎表型轉變[9]。第二，還可使用一些特殊成像設備觀測微循環參數，如測量灌注邊界區域可評估EG狀態。

4.1膿毒癥患者EG降解產物

在體外細胞和膿毒癥動物模型中發現，與對照組相比，使用脂多糖造模的膿毒癥小鼠主動脈EG厚度和硬度顯著降低；提取人臍靜脈內皮細胞、肺微血管內皮細胞并在體外用TNF-α、脂多糖處理后，其EG均有一定程度的變薄[25]。但這些模型不能精準模擬人膿毒癥期間復雜的病理生理學機制。EG降解在人體內很難被直接觀測，如在膿毒癥患者血液或尿液中可檢測到EG降解產物，間接說明EG結構遭到異常破壞。

Nieuwdorp等[26]觀察到健康男性受試者靜脈注射1ng/kg內毒素后，其EG厚度變薄，同時血漿HA水平升高；使用TNF-α抑制劑依那西普對受試者進行預處理，受試者EG厚度變薄，血漿HA水平升高，凝血活化得到一定程度的改善。Nelson等[27]研究發現，重癥監護病房膿毒癥患者與健康對照組相比，血漿GAG、SDC1水平升高，且非幸存者GAG水平顯著高于幸存者，SDC1升高程度與膿毒癥相關性器官功能衰竭評價（sepsis-relatedorganfailureassessment，SOFA）相關。研究發現，膿毒癥休克患者HS和HA平均水平也高于健康對照組，且HS和HA水平與IL-6和IL-10水平相關[28]。Steppan等[29]對比3種人群血漿中EG降解產物水平，發現膿毒癥組和接受腹部大手術組患者的平均SDC1、HS水平均高于健康對照組。Sallisalmi等[30]也發現，膿毒癥患者血漿SDC1、血管黏附蛋白-1平均水平高于健康對照組，說明膿毒癥患者EG受損后，內皮黏附性隨之增加。在重癥及危重癥COVID-19患者中觀察到血漿SDC1水平升高，且SDC1持續升高與患者的病死率增加有關[31]。另有研究發現，膿毒癥休克患者尿液中GAG水平顯著升高，其對患者發生腎功能不全、急性呼吸窘迫綜合征、住院期間死亡有一定的預測價值[32]。以上研究提示，EG降解產物作為膿毒癥EG降解的分子標志物，可用于評估膿毒癥相關并發癥和不良預后。

4.2床旁微循環成像技術評估EG

灌注邊界區域被認為是評估EG分解的替代指標。第2代手持式視頻顯微鏡側流暗場成像（side-streamdarkfield，SDF）成像技術可用于觀測灌注邊界區域[33]。應用SDF成像技術評估膿毒癥患者舌下微循環，發現與健康對照組相比，膿毒癥患者舌下微血管的血流指數和灌注血管比例降低，舌下血流灌注區域異質性及灌注邊界區域顯著升高[34]。表明膿毒癥患者早期微循環EG受損，微循環血管灌注密度減少，血流異常分布，速度減慢或停止，氧氣擴散距離增加，組織氧合受損，進一步導致器官功能障礙，影響患者預后。使用原子力顯微鏡在體外觀察發現，細胞EG厚度與相應的灌注邊界區域值呈負相關。入住重癥監護病房后24h內患者灌注邊界區域升高與膿毒癥病死率相關[35]。Rovas等[36]應用SDF成像技術觀察發現，重癥COVID-19和細菌性膿毒癥患者（SOFA≥8分）出現相似的灌注邊界區域增加，灌注毛細血管密度均降低在50%以上，滋養血管中的紅細胞流動速度也顯著降低，表明細菌性膿毒癥和重癥COVID-19患者中微血管功能障礙的模式和嚴重程度相似。使用新型微循環成像技術監測分析微循環參數，評估EG功能可能會成為未來對膿毒癥患者進行風險分層、判斷預后并指導個體化治療的趨勢。

5小結與展望

EG在參與機體炎癥反應、維持免疫功能、凝血與抗凝、調節血管舒張性與通透性等多方面具有重要作用。膿毒癥及膿毒癥休克患者早期即可出現EG破壞，隨之引起的血管內皮功能障礙和微循環灌注不足是膿毒癥發生發展的病理基礎。經液體復蘇后全身宏觀血流動力學指標被糾正，微循環仍可與大循環失偶聯，并最終導致患者不良預后。動態監測EG結構和功能可及時發現并干預膿毒癥患者內皮功能障礙，避免其進展到難以糾正的微循環衰竭狀態。在抗炎、抗氧化、合理液體復蘇等治療策略的基礎上探索預防EG降解及促進其結構功能恢復的新方法是來膿毒癥診療的重要研究方向。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] SINGERM，DEUTSCHMANCS，SEYMOURCW，etal.Thethirdinternationalconsensusdefinitionsforsepsisandsepticshock（sepsis-3）[J].JAMA，2016，315（8）：801–810.

[2] LEBERZAMMERJ，VONHUNDELSHAUSENP.Chemokines，moleculardriversofthromboinflammationandimmunothrombosis[J].FrontImmunol，2023，14：1276353.

[3] DOGNéS，FLAMIONB，CARONN.Endothelialglycocalyxasashieldagainstdiabeticvascularcomplications：Involvementofhyaluronanandhyaluronidases[J].ArteriosclerThrombVascBiol，2018，38（7）：1427–1439.

[4] DOGNéS，FLAMIONB.Endothelialglycocalyximpairmentindisease：Focusonhyaluronanshedding[J].AmJPathol，2020，190（4）：768–780.

[5] HANS，LEESJ，KIMKE，etal.AmeliorationofsepsisbyTIE2activation-inducedvascularprotection[J].SciTranslMed，2016，8（335）：335ra55.

[6] REITSMAS，SLAAFDW，VINKH，etal.Theendothelialglycocalyx：Composition，functions，andvisualization[J].PflugersArch，2007，454（3）：345–359.

[7] MOOREKH，MURPHYHA，GEORGEEM.Theglycocalyx：Acentralregulatorofvascularfunction[J].AmJPhysiolRegulIntegrCompPhysiol，2021，320（4）：R508–R518.

[8] LIAOYE，LIUJ，ARNOLDK.Heparansulfatesandheparansulfatebindingproteinsinsepsis[J].FrontMolBiosci，2023，10：1146685.

[9] BECKERBF，JACOBM，LEIPERTS，etal.Degradationoftheendothelialglycocalyxinclinicalsettings：Searchingforthesheddases[J].BrJClinPharmacol，2015，80（3）：389–402.

[10] INCEC，MAYEUXPR，NGUYENT，etal.Theendotheliuminsepsis[J].Shock，2016，45（3）：259–270.

[11] UCHIMIDOR，SCHMIDTEP，SHAPIRONI.Theglycocalyx：Anoveldiagnosticandtherapeutictargetinsepsis[J].CritCare，2019，23（1）：16.

[12] FOOTECA，SOARESRN，RAMIREZ-PEREZFI，etal.Endothelialglycocalyx[J].ComprPhysiol，2022，12（4）：3781–3811.

[13] SHENQ，GUOY，WANGK，etal.Areviewofchondroitinsulfate'spreparation，properties，functions，andapplications[J].Molecules，2023，28（20）：7093.

[14] BECKERBF，CHAPPELLD，BRUEGGERD，etal.Therapeuticstrategiestargetingtheendothelialglycocalyx：Acutedeficits，butgreatpotential[J].CardiovascRes，2010，87（2）：300–310.

[15] GAOL，LIPOWSKYHH.Compositionoftheendothelialglycocalyxanditsrelationtoitsthicknessanddiffusionofsmallsolutes[J].MicrovascRes，2010，80（3）：394–401.

[16] CHAPPELLD，HOFMANN-KIEFERK，JACOBM，etal.TNF-alphainducedsheddingoftheendothelialglycocalyxispreventedbyhydrocortisoneandantithrombin[J].BasicResCardiol，2009，104（1）：78–89.

[17] PROUDFOOTAEI，JOHNSONZ，BONVINP，etal.Glycosaminoglycaninteractionswithchemokinesaddcomplexitytoacomplexsystem[J].Pharmaceuticals（Basel），2017，10（3）：70.

[18] JACKSON-WEAVERO，FRIEDMANJK，RODRIGUEZLA，etal.Hypoxia/reoxygenationdecreasesendothelialglycocalyxviareactiveoxygenspeciesandcalciumsignalinginacellularmodelforshock[J].JTraumaAcuteCareSurg，2019，87（5）：1070–1076.

[19] BRUEGGERD，SCHWARTZL，CHAPPELLD，etal.Releaseofatrialnatriureticpeptideprecedessheddingoftheendothelialglycocalyxequallyinpatientsundergoingon-andoff-pumpcoronaryarterybypasssurgery[J].BasicResCardiol，2011，106（6）：1111–1121.

[20] BRUEGGERD，JACOBM，REHM M，etal.AtrialnatriureticpeptideinducessheddingofendothelialglycocalyxincoronaryvascularbedofGuineapighearts[J].AmJPhysiolHeartCircPhysiol，2005，289（5）：H1993–1999.

[21] CHAPPELLD，BRUEGGERD，POTZELJ，etal.Hypervolemiaincreasesreleaseofatrialnatriureticpeptideandsheddingoftheendothelialglycocalyx[J].CritCare，2014，18（5）：538.

[22] HIPPENSTEELJA，UCHIMIDOR，TYLERPD，etal.Intravenousfluidresuscitationisassociatedwithsepticendothelialglycocalyxdegradation[J].CritCare，2019，23（1）：259.

[23] ZENGY，ADAMSONRH，CURRYFR，etal.Sphingosine-1-phosphateprotectsendothelialglycocalyxbyinhibitingsyndecan-1shedding[J].AmJPhysiolHeartCircPhysiol，2014，306（3）：H363–H372.

[24] POTJESR，COSTATJ，FRAGA-SILVATFC，etal.HeparinpreventsinvitroglycocalyxsheddinginducedbyplasmafromCOVID-19patients[J].LifeSci，2021，276：119376.

[25] WIESINGERA，PETERSW，CHAPPELLD，etal.Nanomechanicsoftheendothelialglycocalyxinexperimentalsepsis[J].PLoSOne，2013，8（11）：e8090RMfSd4wtiTA82RuF5792sA==5.

[26] NIEUWDORPM，MEUWESEMC，MOOIJHL，etal.Tumornecrosisfactor-alphainhibitionprotectsagainstendotoxin-inducedendothelialglycocalyxperturbation[J].Atherosclerosis，2009，202（1）：296–303.

[27] NELSONA，BERKESTEDTI，SCHMIDTCHENA，etal.Increasedlevelsofglycosaminoglycansduringsepticshock：Relationtomortalityandtheantibacterialactionsofplasma[J].Shock，2008，30（6）：623–627.

[28] NELSONA，BERKESTEDTI，BODELSSON?daHpuT+AfK80sT7xlO0+Sw==;M.Circulatingglycosaminoglycanspeciesinsepticshock[J].ActaAnaesthesiolScand，2014，58（1）：36–43.

[29] STEPPANJ，HOFERS，FUNKEB，etal.Sepsisandmajorabdominalsurgeryleadtoflakingoftheendothelialglycocalix[J].JSurgRes，2011，165（1）：136–141.

[30] SALLISALMIM，TENHUNENJ，YANGR，etal.Vascularadhesionprotein-1andsyndecan-1insepticshock[J].ActaAnaesthesiolScand，2012，56（3）：316–322.

[31] ZHANGQ，YEZ，BIGNOTTIA，etal.Longitudinalassessmentofplasmasyndecan-1predicts60-daymortalityinpatientswithCOVID-19[J].JClinMed，2023，12（2）：552.

[32] SCHMIDTEP，OVERDIERKH，SUNX，etal.Urinaryglycosaminoglycanspredictoutcomesinsepticshockandacute&nb3ae93104510d1263d1cd460e06ad24eb5509877032e55e287bbd99e1c98679d1sp;respiratorydistresssyndrome[J].AmJRespirCritCareMed，2016，194（4）：439–449.

[33] EDULVK，GUTIERREZFJ.Devicesforassessingmicrocirculation[J].CurrOpinCritCare，2023，29（3）：236–243.

[34] ROVASA，SEIDELLM，VINKH，etal.Associationofsublingualmicrocirculationparametersandendothelialglycocalyxdimensionsinresuscitatedsepsis[J].CritCare，2019，23（1）：260.

[35] BEURSKENSDM，BOLME，DELHAAST，etal.Decreasedendothelialglycocalyxthicknessisanearlypredictorofmortalityinsepsis[J].AnaesthIntensiveCare，2020，48（3）：221–228.

[36] ROVASA，BUSCHERK，OSIAEVII，etal.MicrovascularandproteomicsignaturesoverlapinCOVID-19andbacterialsepsis：TheMICROCODEstudy[J].Angiogenesis，2022，25（4）：503–515.

（收稿日期：2023–12–20）

（修回日期：2024–05–17）