脓毒症与血管内皮细胞损伤

陈玉红 张玉想

脓毒症(sepsis)是当前重症监护病房(intensive care unit，ICU)所面临的棘手难题，病死率高达18%～29%，而且，由脓毒症及其相关疾病造成的死亡率仍然呈上升趋势［1］。脓毒症病理过程复杂，涉及大量细胞因子、炎性介质与凝血系统的激活，其中血管内皮细胞(vascular endothelial cells，VEC)损伤导致的功能改变在其发病过程中起着重要作用［2］。本文主要就VEC在脓毒症中的作用、损伤的机制及其标志物做一综述。

1 VEC的功能与损伤因素

1886年，His首先提出内皮(Endothelium)这一概念以来，长时间内人们对于VEC的认识仅限于它衬在血管内壁，为血流提供光滑的表面;作为半透膜，起屏障作用，调节血管内外的物质交换。随着研究的深入，人们逐渐认识到VEC不仅是血管的屏障，还可以通过合成和分泌调节血管平滑肌舒张和收缩的相关因子，调节血管张力和凝血活性，防止血小板黏附和血栓形成;而且，VEC可合成膜基底的胶原蛋白和蛋白多糖，维持血管内外的物质交换和营养传递，并通过改变VEC之间的紧密连接和桥粒连接，调节血管的通透性;此外，VEC受外界刺激时，可表达和产生多种免疫功能相关分子，在机体的免疫应答过程中起重要调节作用。引起VEC损伤的因素很多，早在1975年人们就认识到内毒素、病毒、抗原-抗体复合物、血流动力学改变、血小板、激素和一氧化氮(NO)等能够损伤血管内皮。近年来，脓毒症VEC功能障碍成为人们研究的热点。

2 脓毒症时血管内皮损伤的机制

在脓毒症的病理过程中，VEC是病原体及其毒素的一个主要靶器官，内毒素等细菌成分作用于血管内皮，引起血管性假性血友病因子(von wilebrand factor，vWF)、内皮素-1(endothelin-1，ET-1)、组织型纤溶酶原激活物(tissue-Plasminogen)等释放增多，血管通透性增加，血管张力降低，血小板聚集增多，损伤VEC，从而进一步引起炎症系统和凝血系统紊乱，最终导致全身炎症反应综合症(SIRS)和多器官功能障碍综合征(MODS)。

2.1 脓毒症时VEC的激活 脓毒症时VEC的激活主要有3条途径:(1)细菌直接攻击完整的VEC;(2)细菌壁的某些成分如脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)可激活VEC表面的模型识别受体;(3)来源于宿主的其他血浆成分均可激活VEC。VEC的这种适应性反应有利于清除入侵的病原微生物和坏死组织，但内皮的过度激活可导致严重的损伤。脓毒症时VEC损伤的激活物主要包括:(1)脂多糖结合蛋白(LBP):脓毒症时，LPS诱导急性反应，血浆LBP浓度可明显提高，与LPS形成LPSLBP复合物，再与CD14结合，形成LPS-LBP-CD14复合物，可促进LPS的毒性作用。(2)CD14分子:CD14分子是体内介导LPS生物效应的重要受体之一。CD14在人体内有两种存在形式:膜结合型CD14(mCD14)和可溶性CD14(sCD14)。mCD14主要通过糖基磷脂酰基酶(Glycosylphosphatidylinositol，GPI)锚形物附着在单核-巨噬细胞、中性粒细胞以及树突状细胞等髓样细胞表面;sCD14无GPI结构，主要是把LPS信号传导给mCD14阴性细胞，如内皮细胞、上皮细胞等，介导这些细胞对内毒素的应答反应。Gluck等［3］报道，脓毒症患者血浆中 sCD14水平明显升高，mCD14水平明显下降，且这种变化与疾病的严重程度及预后相关。(3)Toll样受体(TLR):1997年Medzhitov等［4］在人类细胞表面发现了一种属于Ⅰ型跨膜蛋白的受体，称为TLR。研究发现已经克隆的人TLRs家族成员至少有10个，分别命名为TLR1-10，其中，TLR2和TLR4与LPS信号传递关系密切，TLR2可能是LPS的低亲和力受体，但可对G+菌的胞壁成分肽聚糖(PGN)、脂磷壁酸(LTA)进行模式识别，还可识别完整的G+菌，从而激活细胞内信号传导机制。而TLR4则可能是LPS信号传递的主要受体，LPS、LBP和 CD14三者相互作用，激活TLR4信号途径，激活转录因子和编码各种细胞因子的基因，释放白介素-1(IL-1)、IL-6、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等多种细胞因子。

2.2 脓毒症时与血管内皮损伤有关的炎性介质 脓毒症过程中损伤VEC的炎性介质包括:(1)LPS:是炎症反应的启动因子，血浆LPS与LBP相结合形成LPS-LBP复合物，与吞噬细胞等炎性细胞表面受体CD14结合，激活吞噬细胞释放TNF-α的效应可增加1000倍。(2)TNF:由单核-巨噬细胞合成的TNF称为TNF-α，活化的T淋巴细胞合成的称为TNF-β。TNF-α是炎性反应过程中最早释放的重要细胞因子，其既可参与炎性反应又可间接刺激其他炎性介质参与炎性反应，故有“广谱炎性介质”之称。单核-巨噬细胞受刺激后合成大量TNF-α，后者可与血管VEC发生黏附而损伤内皮细胞;同时，TNF-α可激活多形核白细胞和内皮细胞等效应细胞产生大量炎性介质损伤VEC而引起毛细血管通透性增高。(3)IL:IL-1主要由单核-巨噬细胞产生，内皮细胞、成纤维细胞也可产生。可增强多形核白细胞的趋化性，诱导单核-巨噬细胞产生IL-6、IL-8等。IL-6由单核-巨噬细胞、多形核白细胞、淋巴细胞产生，为重要的炎性介质，对免疫具有重要的调节作用。IL-8主要由单核-巨噬细胞产生，是多形核白细胞的激活和趋化因子。IL-10由T淋巴细胞、B淋巴细胞及单核-巨噬细胞产生，为抗炎细胞因子，可非特异地降低IL-1、TNF的产生及活性。IL-12由单核-巨噬细胞、B淋巴细胞产生，可控制细胞介导的免疫反应，促进T淋巴细胞、自然杀伤细胞的分化和增殖，并刺激这些细胞产生γ干扰素(IFN)增强淋巴细胞、自然杀伤细胞的细胞毒性。IL-13由激活的T淋巴细胞产生，为免疫反应调节物，具有抑制炎性介质分泌的功能;IL-13直接作用于单核细胞，抑制IL-6的分泌，明显抑制LPS处理的单核细胞及其他免疫细胞mRNA的转录。(4)氧自由基:是重要的炎性介质，可使多形核白细胞向炎症区游走、聚集，激活并释放溶酶体酶，损伤血管内皮细胞。亦可增强细胞内磷脂酶A2的活性，催化花生四烯酸的合成。(5)花生四烯酸代谢产物:花生四烯酸存在于所有细胞膜磷脂中，可被代谢为脂类炎症介质。如白三烯［白三烯B4(LTB4)、白三烯C4(LTC4)、白三烯 D4(LTD4)］、前列腺素［前列腺素 F2(PGF2)、前列腺素 I2(PGI2)］、血栓素［血栓素 A2(TXA2)］，其中LTC4、LTD4和TXA2具有缩血管作用，可引起血管通透性增加。(6)血小板活化因子:主要来自血小板、多形核白细胞、单核-巨噬细胞和血管内皮细胞，可引起血管收缩、血管通透性增高。(7)肽类炎性介质:活化的多形核白细胞、单核-巨噬细胞可释放蛋白酶类，如中性粒细胞弹性蛋白酶、胶原酶、组织蛋白酶等，破坏血管基底膜及内皮细胞而引起血管通透性改变。

2.3 过程 脓毒症时，LPS释放入血后，先与LBP结合，之后再与单核细胞、T细胞等免疫活性细胞表面的mCD14相互作用，进而通过TLR将LPS信号转导到细胞内，激活靶基因，产生多种细胞因子如 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-10等，引起促炎-抗炎失调，并激活血管内皮细胞，使其也分泌多种细胞因子，这些细胞因子又反作用于血管内皮细胞，进一步加重血管内皮损伤。

3 VEC损伤的标志物

3.1 传统标志物 (1)vWF:vWF是一种多聚体大分子糖蛋白，由VEC受刺激而释放，介导血小板黏附及血栓形成，因此，vWF与VEC损伤及凝血功能障碍均有密切关系，血浆vWF水平可反映VEC受损的程度，作为治疗、预后的评价指标之一。(2)血栓调节蛋白(Thrombomodulin，TM):TM是由VEC合成，是凝血酶活化蛋白C(PC)所必需的辅因子。TM具有双重抗凝功能，一方面可加速PC的活化，另一方面具有直接抑制凝血酶的促凝功能。当VEC损伤时，TM由VEC表面脱落进入血循环，血浆TM水平就增高。TM是衡量VEC受损的重要分子标志物之一，它的变化可用于判断VEC受损程度，在一定程度上可预测病情的转归［5］。(3)NO:VEC受损时，NO合成释放减少，NO合酶(NOS)可间接反映体内NO水平。所以，当NOS活性明显低于正常，NO水平降低，提示血管内皮受损。但也有研究表明，炎性细胞因子及LPS可激活NOS大量表达，诱导高浓度的NO，对VEC具有明显氧化损伤作用。(4)ET:ET是1988年Shin-ichi等［6］从培养的猪VEC上清液中分离出的一种含有21个氨基酸残基的多肽，分子量是2492，是迄今发现的作用最强最持久的缩血管升压活性多肽。已证实ET有3种形式:ET-1、ET-2、ET-3。其中ET-1是VEC生成的惟一ET，具有收缩血管、激活肾素血管紧张素系统(RAS)、正性肌力、促进血管平滑肌增殖作用。ET水平的升高是由于血管内皮受损或受刺激后ET产生释放增加所致，所以ET的升高在一定程度上反映了VEC损伤的程度。(5)P-选择素(P-selection，PS)、E-选择素(E-selection，ES):PS和ES均系黏附因子中的选择素家族。PS是反映血小板和EC受损和激活状态的良好指标，是与血小板活化及炎症有关的重要的血管黏附因子。ES具有内皮特异性，它仅通过受到炎症因子刺激后活化的VEC表达，是介导白细胞与VEC黏附因子起始阶段的重要因子，因此，血浆中ES水平能可靠地反映VEC的活化与损伤。

3.2 较新指标 (1)循环内皮细胞(circulating endothelial cell，CEC):Alexander等临床研究发现，CEC是反映VEC损伤的一种新的标志物。CEC由受损的VEC脱落于外周血中形成，是目前活体内惟一可以直接反映血管内皮损伤的指示物，且主要反映血管内皮损伤的程度［7］。近来研究显示，CEC的改变与器官功能障碍及血管损伤可明显相关，存在脓毒症的危重病患者CEC数量较健康对照者明显增加。(2)植物血凝素样氧化型低密度脂蛋白受体(Lectin like ox-LDL Receptor，LOX-1):国外学者发现人类EC上有一种能够摄取ox-LDL的新型受体LOX-1，此类受体的主要功能是介导VEC提取ox-LDL，LOX-1的激活进一步诱导了黏附因子的产生，导致内皮细胞的损伤。近来研究认为，LOX-1，多采用RT-PCR技术检测血管LOX-1mRNA的表达反映VEC损伤及内皮功能障碍。(3)内皮祖细胞(endothelial progenitor cell，EPC):研究表明，内皮功能障碍的本质是内皮损伤与修复之间动态平衡的破坏，然而，成熟VEC是终末分化细胞，增值能力低，修复受损内皮功能有限。EPC是成人外周血中一种独特的细胞亚型，它表达内皮细胞标识并显示内皮特性［8］。Murayama等［9］的研究也表明，EPC 参与内皮修复，EPC水平与内皮功能密切相关。(4)组织型纤溶酶原激活物(tissue-type plasminogen activator，t-PA)、组织型纤溶酶原激活物抑制物(Tissue-type plasminogen activator preparation，PAI)t-PA是由527个氨基酸组成的单链丝氨蛋白酶，VEC是其合成的重要场所。VEC损伤时，t-PA大量释放，因而被认为是内皮损伤的标志物之一。PAI与t-PA检测意义相似。(5)基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs):MMPs是一组由结缔组织细胞分泌、参与细胞外基质(ECM)降解的一个Zn2+依赖性蛋白水解酶家族，正常情况下表达量很少，但在细菌毒素、细胞因子等外源性和内源性因素的刺激下，MMP-9自中性粒细胞等炎性细胞大量释放，从而破坏血管基底膜及组织结构，导致组织损伤;同时VEC失去了生存和活动的依托，促进了VEC的凋亡，使VEC产生不可逆的损伤［10］。由此有学者推测，MMP-9水平的变化可用于预测细胞外基质的损伤和破坏程度，间接反映内皮细胞的受损程度，这一推测已在国外的动物实验中得到证实［11］。

综上所述，脓毒症时VEC在启动、调节和维持宿主炎性反应的过程中起着关键的作用。通过对内皮功能障碍分子机制的进一步了解，有利于寻找更加有效的治疗方法以降低脓毒症患者的病死率，而血管内皮作为治疗的靶器官将更多地被关注和研究［12，13］。

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9 Murayama T，Tepper OM，Silver M，et al.Determination of bone marrowderived endothelial progenitor cells significance in angiogenic growth factor-induced neovascularization in vivo.Exp Hematol，2002，30:967-972.

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