脓毒症与凝血-炎症网络研究进展

高 原 (综述) 吕长俊(审校)

滨州医学院附属医院 滨州市 256603

脓毒症与凝血-炎症网络研究进展

高 原 (综述) 吕长俊(审校)

滨州医学院附属医院 滨州市 256603

脓毒症;凝血;炎症反应;网络

脓毒症(sepsis)是创伤、烧伤、休克、感染、大手术等临床急危重患者的严重并发症之一,也是诱发脓毒性休克(septic shock)多器官功能障碍综合征(MODS)的重要原因,后者病死率可高达 50%～78%。流行病学调查显示脓毒症的病死率已超过急性心肌梗死。每年全球有超过 1800万严重脓毒症病例,但患病率仍以每年 1.5%的速度递增[1]。

脓毒症是指由感染引起的全身炎症反应,其症状是由宿主的防御反应系统引起的,而并非入侵的病原体直接引起。近年来的研究证实,在脓毒症最突出的特点之中,主要是凝血系统的激活和并发的抗凝血系统与纤溶系统的下调促进了症状的产生。炎症诱导产生的凝血反过来又促进了炎症反应,二者相互影响,形成网络,共同促进了脓毒症的恶化。因此研究凝血-炎症这一网络有利于进一步揭示脓毒症的发病机制,为探索脓毒症的有效的治疗方法奠定理论基础,本文对此作一综述。

1 凝血的激活

血液凝固系统常常受到全身细菌入侵的影响[2],凝血是脓毒症最显著的特点之一。凝血反应可以通过共同下调抗凝血系统和纤溶系统来导致脓毒症的恶化,炎症导致的凝血对炎症反应产生正反馈作用。凝血和炎症共同作用的基础是血管壁的损伤和宿主受感染组织的反应[3]。脓毒症时由于炎性细胞和多种炎性递质的释放,激活了凝血系统,同时纤溶系统和生理性抗凝系统受到不同程度的抑制,血液处于高凝状态,微血管内微血栓广泛形成,导致微循环障碍,脓毒症进一步发展为严重脓毒症和脓毒性休克[4]。其中组织因子、血小板和血管性血友病因子(vWF)在凝血激活方面起着重要作用。

1.1 组织因子 组织因子是炎症促凝血反应的关键起始物,与 FVII(a)结合形成复合物,并激活 FIX和 FX后反过来分别增强 FX和凝血酶原的激活,从而激活凝血反应。凝血酶原转变成凝血酶,凝血酶使得纤维蛋白原转变成纤维蛋白。一些灵长类动物和健康成人志愿者的实验证实了由 TF-FVIIa参与的炎症促凝血反应的重要性。证明了在静脉注射大肠杆菌之后的内毒素血症和菌血症中阻断 TF-FVIIa活性可以完全消除凝血的激活并在一些致死性动物模型上能防止 DIC并降低致死率[4,5]。

组织因子在正常的脉管系统不表达;相反,在不与血液直接接触的组织中大量的表达,比如大血管外膜层、心肌细胞和皮下组织。在组织学上,组织因子似乎表达在血液组织屏障上,所以一旦内皮屏障被打破凝血反应就会快速启动[6]。但是在炎症状态下,循环系统中组织因子同样被一些诸如细胞因子、C反应蛋白和一些高度糖基化终产物的介质所激活。这种可诱导型组织因子主要表达在单核和巨噬细胞上,可以在一些严重细菌感染的患者表现出来。可诱导型组织因子通过 P-选择素依赖的方式被血小板和粒细胞所激活。在体外条件下,不同的细胞因子如 TNF-α和 IL-1β能诱导上皮细胞的组织因子,但是仍然不清楚这是否也能在活体内引起相应程度的反应[6]。通过对狒狒静脉注入 E.coli的研究显示,在脓毒症中组织因子在血管壁上表达,特别是表达在暴露于血流紊乱的血管壁区域[7]。但是,仍有争论反对机体脓毒症中内皮上的组织因子的作用,比如通过对家兔静脉注射两倍后来剂量内毒素造成全身性内毒素出血性坏死反应的研究发现组织因子在内皮细胞不表达。并且内毒素家兔模型经免疫组化染色未检测出内皮上组织因子的表达[8]。

1.2 血小板和 vWF 脓毒症的病理生理中所涉及到血小板以在脓毒症中经常出现的血小板减少症为其特点[9]。脓毒症中血小板既能被内毒素激活也能被致炎因子激活[10,11]。激活的血小板外膜表面带负电荷,这为凝血的发生提供了理想的表面载体。如此看来,激活的血小板在炎症致凝血反应中起了重要的作用。一些凝血有关的蛋白酶如凝血酶可以激活血小板,血小板被激活后分泌促炎蛋白和生长因子,也反过来促进了炎症反应。如前所述,血小板也可以通过 P-选择素依赖途径与单核细胞源性吞噬细胞系统相互作用,并通过这个方式增强吞噬细胞系统组织因子的表达[11,13]。

血小板有在受损的内皮层形成血小板血栓的功能。此过程的第一步是血小板在 vWF的作用下粘附到内皮下暴露的胶原上。vWF主要由内皮细胞产生,其次由血小板产生,并在后续的血小板聚集中起一定的作用。当内皮被激活或损伤时,vWF就被储备池释放到循环血液中。因而,人们普遍把 vWF水平作为内皮损伤的标志[14]。内皮组织可以通过释放 vWF促进血小板粘附和聚集,并且这是一种更加潜在和巨大的形式。再者,它的间接作用体现在,当内皮受损时,内皮下胶原表面暴露,使得血小板通过 vWF-依赖方式粘附到暴露的胶原上。

2 纤溶作用的削弱

纤溶系统也进一步调控着止血的过程,其中纤溶酶是起关键作用的酶,其可以降解纤维蛋白凝块。纤溶酶经过不同蛋白酶作用由纤溶酶原生成,特别应该指出的是 tPA和尿激酶型(uPA)这两种。PAs的主要抑制物是 PAI-1(纤溶酶原激活物抑制剂),它是由内皮细胞和肝组织产生,能够与 tPA和 uPA结合。在炎症状态下,纤溶反应首先是释放贮存在内皮细胞里的 tPA和 uPA。但是了它们的增多被由TNF-α和 IL-1β激活产生应答的呈现延迟出现但持久增高水平的 PAI-1中和了[15]。最终削弱了纤溶作用。基因改良小鼠的实验说明了脓毒症中炎症导致的凝血反应中纤溶解系统的重要性,结果显示对tPA或 uPA缺乏小鼠和野生型小鼠注射内毒素,前者器官中有更广泛的纤维蛋白沉积,然而对于 PAI-1缺乏小鼠的结果却相反[16]。

3 凝血导致的炎症反应

不仅炎症能导致凝血的激活,凝血反过来也能影响炎症[17,18]。例如,杂合子蛋白 C缺乏小鼠和表达低浓度内源性蛋白 C的转基因小鼠中发现较高水平的促炎因子并且它们被腹腔注射内毒素后在肺脏中的中性粒细胞浸润增多[19,20]。发现抗凝血酶可以减少白细胞上 β2-选择素的表达并且其可以通过粘附到中性粒细胞来阻止趋化因子介导的白细胞移行。再者,抗凝血酶能够增强前列环素的生成,从而抑制了内皮细胞中 NF-κB的信号并通过单核细胞和内皮细胞来减少IL-6的生成[17]。在体外,活化蛋白 C能通过抑制包括单核细胞表达 TF和 TNF-α、NF-κB染色体易位 、细胞因子的信号、TNF-α介导上调的细胞表面白细胞粘附分子以及白细胞-内皮细胞的相互作用等方式来降低炎症反应[17,21]。凝血酶调节蛋白(TM)也能在多方面发挥抗炎作用。首先,TM是蛋白 C激活为活化蛋白 C必不可少的成分;因此,TM在活化蛋白 C抗炎作用方面起到了关键作用。其次,TM结合凝血酶,从而阻止它发挥促炎作用。再者,结合 TM的凝血酶能使凝血酶活化的纤溶抑制物(TAFI)活化,后者被证实能够降低缓激肽的活性以及补体的激活[22]。最后,TM的凝集素结构域可能对炎症反应的精密编排起到了直接作用。缺少 N末端的基因改良小鼠的 TM凝集素样结构域确实在肺中发现大量的中性粒细胞募集并且可以减少全身给予内毒素后的存活率[23]。重要的是,缺少凝集素样区域的 TM并不影响其激活蛋白 C的能力,这表明 TM的这一部分的抗炎作用并不受活化蛋白 C的调控。

4 内皮细胞是凝血-炎症网络的枢纽

脓毒症的一个关键点是微血管异常,其中内皮的激活和功能障碍起了关键作用。在机体感染和后来的脓毒症的过程中,细菌细胞壁的成分如细菌脂多糖激活了内皮细胞表面的模式识别受体[24]。一旦炎症反应启动,大量的宿主驱动中介物包括细胞因子、趋化因子和补体系统同样可以激活内皮细胞(ECs)。内皮细胞作出结构的变化以应对这些中介物,例如细胞质凸起和分离,重要的是伴随有功能的变化,比如粘附分子的表达,从而导致了血小板的大量聚集和白细胞的转运。脓毒症中内皮功能障碍的一个显著特征是血管通透性的增加,引起了体液的重新分配和水肿的产生。血管内腔的液体渗漏促使了血容量减少和低血压,这些都是脓毒症的主要症状[25]。

在正常情况下,内皮组织的功能是作为抗凝血的表面来防止细胞膜上异常的凝血激活。然而,一旦到了脓毒症,内皮组织就被激活,转变成凝血酶原表面,从而引起有害的级联反应并最终导致多器官衰竭。

5 结语

凝血紊乱和炎症级联反应是脓毒症致死的重要原因之一。有大量的证据显示凝血的激活以及抗凝和纤溶作用的下调,是导致脓毒症预后产生的这种脓毒症促炎症反应状态的突出特点。在这一过程中内皮细胞起到了关键的作用,可能表现在组织因子的表达和 vWF的分泌以及血小板的相互作用,以及炎症因子的参与。凝血和炎症形成网络,相互促进。如何打破这个网络,也就是找到这个网络的枢纽即内皮细胞,并能切断影响它的一些关键路径,比如抗凝和抗炎的结合成为寻找治疗脓毒症的关键,但是这个网络依然相当复杂,还有待今后的进一步研究,逐渐使脓毒症的病理生理过程清晰起来,为今后的临床治疗奠定理论基础。

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