脓毒症肝损伤发生机制研究进展

陈 琳，厉其昀(综述)，吴家宽(审校)

(东南大学医学院附属南京同仁医院心内科,南京 211102)

脓毒症是一种由感染引起的全身炎性反应综合征，常导致脓毒症休克甚至多器官功能障碍综合征。肝脏不仅是脓毒症中最易受损的器官之一，还对脓毒症的发生、发展有举足轻重的作用，其结构、功能和代谢的变化影响着脓毒症病情的发展，是脓毒症中各脏器损害中最重要的器官。急性肝损伤可发生在脓毒症的任何阶段，在多器官功能障碍综合征的发生、发展中起着重要作用。有研究表明，早期肝功能障碍是脓毒症死亡的一项独立而实际的预警因素，超过传统的循环、肾脏、中枢神经系统等死亡预警因素[1]，因此早期肝功能障碍可以作为危重患者的独立预后因素，而尽早改善肝功能有助于改善患者预后。近年来对脓毒症肝损伤发病机制的研究取得了一定的进展，现综述如下。

1 能量代谢障碍

早在20世纪80年代就已经发现，肝脏是脓毒症中能量代谢障碍发生最早，程度最严重的器官。肝细胞线粒体是机体重要的能量代谢中心，Cori循环、丙氨酸-葡萄糖循环都发生于此。有研究发现，脓毒症实验动物肝细胞线粒体膜上的主要ATPase(包括Na+，K+-ATPase、Ca2+-ATPase、Mg2+-ATPase)活性均降低，这些膜蛋白被抑制将造成膜的流动性及通透性改变，引起能量代谢障碍[2]。有研究结果显示，脓毒症实验动物肝细胞线粒体膜上丙二醛水平增加，导致线粒体膜直至过氧化程度加重，膜完整性破坏、膜蛋白功能被抑制、核苷酸等大分子物质被破坏，从而损伤线粒体结构和功能，造成能量代谢障碍[3]。

2 肝微循环与肝血流改变

内毒素引起肝脏微循环改变是导致肝损伤的主要机制之一，内毒素所致的肝脏微循环障碍与肝窦内皮细胞的损害、肝星形细胞、库普弗细胞的激活以及缩血管和扩血管物质的失衡有一定相关性[4]；内毒素所致的肝脏急性微血管反应包括黏附、聚集于肝窦壁的白细胞、血小板数目增加，滞留于肝窦或黏附于窦后静脉壁，导致肝窦内血流下降、细胞流速减慢阻塞血管，以及肝窦内皮细胞肿胀损害，表达黏附分子和库普弗细胞吞噬功能下降等[5]。虽然肝脏有门静脉和肝动脉双重血供，但脓毒症时，胃肠作为牺牲器官，血容量急剧减少，胃肠缺血导致门静脉血流减少；脓毒症时平均动脉压降低，造成肝动脉低灌注，以上双重作用造成肝组织缺血，此时由于脓毒症时肝脏的高代谢水平，同时肝脏微血管收缩，黏附分子的过度表达、吞噬细胞功能下降、细胞因子产生等通过物理阻塞和炎症性损伤加重了微循环障碍。

3 对库普弗细胞的影响

肝脏中吞噬清除内毒素的细胞主要是库普弗细胞，肝脏库普弗细胞占全身巨噬细胞总量的70%以上，库普弗细胞在肝脏清除内毒素和内毒素肝损伤过程中发挥着关键作用，业已证实，调控巨噬细胞灭活内毒素和内毒素激活巨噬细胞释放炎性因子的分别是清道夫受体[6]以及CD14[7]、CD11、CD18和L-选择素等，CD18和L-选择素与内毒素结合的亲和力较低，在调控大剂量内毒素激活单核巨噬细胞中发挥重要作用。谢国旗等[8]研究表明，在内毒素肝损伤的过程中，肝内存在着两种内毒素激活途径，即CD14依赖和非依赖途径。低剂量内毒素主要通过激活CD14受体引起组织细胞受损，而高剂量内毒素除上述途径外，可能还激活非CD14依赖途径，引起肝细胞损伤。因此，CD14表达显著增高，而清道夫受体表达显著降低造成了库普弗细胞的防御作用减弱，加速了脓毒症肝损伤的进展。此外，有证据表明，大剂量的内毒素会对肝库普弗细胞骨架结构产生影响，引起库普弗细胞的吞噬及清除作用下降，进一步加剧了脓毒症肝损伤[9]。

4 炎性因子的变化

近年来发现脓毒症病程早期起关键作用的是炎性因子，在脓毒症休克肝损伤中，有多种炎性因子参与了肝损伤过程。脓毒症时内毒素进入血液循环，激活核因子活化蛋白转录因子1和核因子B，从而启动靶基因的转录和表达[10]，刺激免疫系统和血管内皮系统，并激活释放包括NO、肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β、白细胞介素6等多种炎性因子，形成瀑布反应，最终导致全身多器官功能损害[11]。有研究认为，在脓毒症的发生、发展中，肿瘤坏死因子α是最重要的促炎因子，是引起许多脏器损害和死亡的“核心因子”，同时也是始动因子，白细胞介素1β起到协同作用[12]。而白细胞介素10是体内最重要的抗炎细胞因子，对炎性免疫应答有抑制作用，作用于炎症级联反应的多个环节，可以抑制巨噬细胞产生肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β、白细胞介素6，在一定程度上对肝功能起到保护，有助于炎性反应的控制和病情的好转[13]。促炎因子会使机体器官损伤，出于保护性反应，抗炎因子也大量分泌，保持促炎与抗炎两者之间的平衡。而两者一旦失去平衡，全身炎性反应失控可能出现两个极端:①大量炎性介质释放入循环，刺激更多炎性介质“瀑布”样释放，而内源性抗炎介质又不足以抵消其作用，结果导致全身炎性反应综合征；②内源性抗炎介质释放多于促炎介质，结果会导致代偿性抗炎反应综合征，并可能导致过度的免疫抑制而使感染失控[14]。炎症与抗炎的失衡导致炎性反应扩散和失控，使细胞因子由保护性作用转变为自身破坏性作用，对肝功能造成损伤，可见炎性和抗炎细胞因子的平衡可能决定了感染的严重程度，并与患者的预后直接相关。

5 氧自由基和脂质过氧化

氧自由基是不成对电子位于氧原子上的自由基，占人体自由基总量的95%以上。自由基一般很活泼，很容易与其他分子反应。氧自由基与脂肪结合后，使脂质过氧化产物增加，同时使氧化物质活性降低，并先后趋化炎症细胞和其他细胞进入损伤区及肝脏等器官，从而释放炎性因子，并进一步促进氧自由基的释放。脓毒症时体内生成大量的氧自由基[15]，而自由基的形成及其引发的链式过氧化反应是肝损伤发生的主要机制。自由基引发脂质过氧化反应，使肝线粒体严重受损，诱导肝细胞凋亡或坏死；业已证实，丙二醛是脂质过氧化的主要降解产物，它可与蛋白质的游离氨基作用，引起蛋白质分子内和分子间的交联，引起肝细胞膜和线粒体膜完整性的破坏，膜蛋白功能的抑制，进一步引起肝组织损伤[16]。

6 血小板活化因子的作用

血小板活化因子(platelet activating factor，PAF)是由磷脂酶A2和乙酰基转移酶共同作用于细胞膜甘油磷酸胆碱而生成的一种生物活性磷脂，是迄今为止发现的一种活性最强的生物活性磷脂，参与了体内多种病理生理反应。PAF造成肝损伤的机制，一方面，PAF经过血液循环到达肝脏，通过促进血小板聚集、活化，使微血栓形成，导致肝细胞供血不足；另一方面，PAF主要来源于库普弗细胞，并受到门静脉内毒素的影响，与内毒素协同作用，通过核因子B信号转导系统激活内毒素，诱导其他介质的生成，形成正反馈，进一步加重了内毒素损伤肝脏的过程[17]。此外，PAF还可能通过活化中性粒细胞及库普弗细胞产生花生四烯酸及氧自由基，造成肝损伤，还有研究表明，PAF可通过肌酸三磷酸途径使细胞内钙超载，直接导致肝细胞损伤[18]。

7 肝细胞凋亡

细胞凋亡是细胞死亡的形式之一，又称程序性细胞死亡，细胞调亡是在基因控制和酶促反应下按一定程序进行的细胞的主动过程，是机体维持自身稳定的一种基本生理机制，它的发生有赖于相关基因的表达和蛋白质的合成。脓毒症时内毒素首先刺激肝库普弗细胞分泌肿瘤坏死因子α，而肿瘤坏死因子α与肝细胞及其受体结合，通过信号转导诱导肝细胞凋亡，脓毒症肝细胞凋亡的受体信号通路包括[19]:Fas/Apo-1介导肝细胞凋亡、肿瘤坏死因子α及其受体介导的肝细胞凋亡、转化生长因子β及其受体介导的肝细胞凋亡、粒酶介导的肝细胞凋亡、氧化剂介导的肝细胞凋亡等，以上各种凋亡信号传递至caspase-3并使其活化，肝细胞凋亡以此开始，并以蛋白底物裂解、细胞解体为结局。活化的caspase-3是凋亡的主要执行者[20]。更有研究认为，肝细胞凋亡是造成肝脏损伤和肝脏疾病最基本的中心环节[21]，因此细胞凋亡在脓毒症肝损伤的发生、发展中占有重要地位。

8 其他原因

其他原因包括环加氧酶2表达上调、NO产生增多、Ca2+跨膜内流增加、感染控制不力、脏器支持治疗不当、不适当的药物使用等，加之以上各种机制之间的相互协同作用，更加快了脓毒症肝损伤的进展。同时由于其他器官的衰竭，也会加重肝脏的负担，形成恶性失代偿循环，进一步加重肝功能损伤。

9 小 结

脓毒症肝损伤发生机制复杂，有多种因素参与，肝脏是脓毒症中最重要的器官，肝功能的早期改善有助于提高脓毒症的治愈率。研究脓毒症肝损伤的发生机制可以为防治脓毒症肝损伤提供理论基础和治疗思路，因此参考以往机制研究的基础，还应再进行深入的临床及实验研究，以更好地掌握脓毒症肝损伤的发病机制，寻找出新的预防和治疗方法。

[1] 崔金玲,任新生.脓毒症发生早期肝功能障碍的临床研究[J].岭南急诊医学杂志,2007,812(4):251-252.

[2] 王秋卉,王锦权,叶文,等.脓毒症对肝脏线粒体膜损伤机制的实验研究[J].中国急救医学,2008,28(2):147-150.

[3] Lorente L,Martín MM,Abreu-González P,etal.Prognostic value of malondialdehyde serum levels in severe sepsis:a multicenter study[J].PLoS One,2013,8(1):e53741.

[4] Hutchins NA,Chung CS,Borgerding JN,etal.Kupffer cells protect liver sinusoidal endothelial cells from Fas-dependent apoptosis in sepsis by down-regulating gp130[J].Am J Pathol,2013,182(3):742-754.

[5] Levi M,van der Poll T.Inflammation and coagulation[J].Crit Care Med,2010,38(2 Suppl):26-34.

[6] Ozment TR,Ha T,Breuel KF,etal.Scavenger receptor class a plays a central role in mediating mortality and the development of the pro-inflammatory phenotype in polymicrobial sepsis[J].PLoS Pathog,2012,8(10):e1002967.

[7] Zhang H,Zhao C,Li X,etal.Study of monocyte membrane proteome perturbation during lipopolysaccharide-induced tolerance using iTRAQ-based quantitative proteomic approach[J].Proteomics,2010,10(15):2780-2789.

[8] 谢国旗,蒋建新,陈永华,等.内毒素致急性肝损伤机制的实验研究[J].中华急诊医学杂志,2002,2(1):6-9.

[9] Qiu Z,Kwon AH,Tsuji K,etal.Fibronectin prevents D-galactosamine/ Lipopolysaccharide-induced lethal hepatic failure in mice[J].Shock,2006,25(1):80-87.

[10] Finney SJ,Leaver SK,Evans TW,etal.Differences in lipopolysaccharide-and lipoteichoic acid-induced cytokine/chemokine expression[J].Intensive Care Med,2012,38(2):324-332.

[11] Filos KS,Kirkilesis I,Spiliopoulou I,etal.Bacterial translocation,endotoxaemia and apoptosis following Pringle manoeuvre in rats[J].Injury,2004,35(1):35-43.

[12] Li XH,Wu MJ,Zhang LN,etal.Effects of polydatin on ALT,AST,TNF-alpha,and COX-2 in sepsis model mice[J].Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi,2013,33(2):225-228.

[13] 陈琳,张铮,秦海东,等.不同血管活性药物对兔脓毒症休克肝损伤的保护作用[J].现代医学,2013,41(1):5-11.

[14] 张青,李琦,毛宝龄,等.内毒素致伤大鼠肺组织促炎与抗炎细胞因子mRNA表达的时相性研究[J].中国危重病急救医学,2004,16(10):585-588.

[15] Sakaguchi S,Furusawa S.Oxidative stress and septic shock:metabolic aspects of oxygen-derived free radicals generated in the liver during endotoxemia[J].FEMS Immunol Med Microbiol,2006(2):167-177.

[16] Zhang L,Wan J,Jiang R,etal.Protective effects of trichostatin A on liver injury in septic mice[J].Hepatol Res,2009,39(9):931-938.

[17] Venkatesha RT,Ahamed J,Nueseh C,etal.Platelet-activating factor-induced chemokine gene expression requires NF-B activation and Ca2+/calcineurin signaling pathways.Inhibition by receptor phosphorylation and-arrestin recruitment[J].J Biol Chem,2004,279(43):44606-44612.

[18] Chu WF,Sun HL,Dong DL.Increasing Intracellular calcium of guinea pig ventricular myocytes induced by platelet activating factor through IP3 pathway[J].Basic Clin Pharmacol Toxicol,2006,98(1):104-109.

[19] Brenner C,Galluzzi L,Kepp O,etal.Decoding cell death signals in liver inflammation[J].J Hepatol,2013,59(3):583-594.

[20] Traeger T,Mikulcak M,Eipel C,etal.Kupffer cell depletion reduces hepatic inflammation and apoptosis but decreases survival in abdominal sepsis[J].Eur J Gastroenterol Hepatol,2010,22(9):1039-1049.

[21] Djafarzadeh S,Vuda M,Takala J,etal.Effect of remifentanil on mitochondrial oxygen consumption of cultured human hepatocytes[J].PLoS One,2012,7(9):e45195.