脓毒症状态下机体免疫抑制发生机制

刘大全，邹富胜，李东华，吴尚为

脓毒症状态下机体免疫抑制发生机制

刘大全，邹富胜，李东华，吴尚为

脓毒症是机体针对病原体感染而产生的一种复杂的全身炎症反应状态。机体发生脓毒症时，会同时存在促炎反应和抗炎反应两种状态，它们之间的相互转换和相互制约决定了疾病的发展程度及预后。在传统脓毒症发病机制的基础之上，免疫细胞功能紊乱的机制越来越受到人们的重视。单核细胞、T细胞在脓毒症状态下会发生数量的增减和功能的改变，细胞表面及内部相关信号通路分子的表达水平也会随病情的发展而变化，总体表现出免疫抑制状态。本文对脓毒症状态下的机体免疫抑制机制进行系统综述，为更好地诊断和治疗脓毒症提供理论依据。

脓毒症；免疫抑制；免疫细胞

脓毒症是指机体为应对严重的、危及生命的感染而产生的炎症反应[1]。脓毒症是ICU病人的头号死因，仅就美国而言，每年大约有25万人死于脓毒症[2]。临床对脓毒症的治疗大多针对起始阶段的过度炎症反应。随着治疗手段的不断提高，患者往往可以度过炎症反应期而进入免疫抑制期[3-4]。在此期患者固有免疫细胞和适应性免疫细胞均会受到不同程度的破坏，导致免疫细胞的功能紊乱[5]。本文对脓毒症诱导的免疫抑制机制进行系统综述，以期为临床治疗脓毒症、降低死亡率提供依据。

1 脓毒症状态下宿主的免疫反应变化

以往研究认为，脓毒症起始阶段为过度炎症反应期，随着病情的发展可进入免疫抑制期[6]。近期研究显示，尽管在脓毒症发病早期，表现为发热、休克和高代谢状态，以促炎反应为主，但机体的抗炎反应也同时开始发挥作用。当机体遭受创伤或烧伤时，白细胞中与固有免疫相关的基因表达上调，而与适应性免疫相关的基因表达则下调[7]。这种固有免疫的过度激活将导致过度炎症反应状态的持续存在，从而引起相应器官功能障碍。如该反应长期持续存在，则可导致脓毒症患者死亡率上升。近期的研究结果表明，脓毒症患者的死亡往往跟免疫系统被抑制密切相关。对脓毒症患者死亡30～180min内的脾脏和肺内的细胞进行分析，促炎和抗炎因子的产生均受到抑制，抑制性受体如程序性细胞死亡蛋白1、调节性T细胞（regulatory T cell,TReg）和髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cell,MDSC)的数量均有所增加，而CD28和HLA-DR介导的信号通路表达水平均有所下降[8]。这些结果均说明，脓毒症的病理生理机制中包含复杂的免疫抑制机制。

脓毒症患者早期可表现为全身系统性的炎症反应，后期则发展为严重的免疫功能抑制状态。新近的研究结果倾向于，引起脓毒症患者发病甚至死亡的主要因素并不是炎症反应本身，而是机体发生严重的免疫抑制状态。支持这一观点的证据包括：（1）脓毒症发生时，患者外周血中单核细胞所分泌的促炎细胞因子的数量明显下降[9-10]。（2）许多脓毒症患者死亡前存在机会性感染，而存在机会性感染正是机体免疫缺陷的又一证据[5]。（3）许多针对脓毒症炎症反应环节进行干预的研究表明，抗炎治疗不能明显改善预后。这是因为抗炎治疗只能针对器官或组织的局部感染灶，而不能改变机体的免疫抑制状态，对整个脓毒症机体并无太多的益处[11]。越来越多的研究结果支持上述有关脓毒症机体免疫抑制的新理论，将为正确阐明脓毒症的发病机制和决定未来脓毒症新的治疗方向起到的关键作用。

2 脓毒症状态下机体免疫细胞的凋亡现象

由于免疫抑制作用的存在，脓毒症患者机体各器官中免疫细胞数量大幅降低，这些免疫细胞包括CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞、滤泡状树突细胞和指状树突细胞）[12-13]。免疫细胞凋亡可发生在各个年龄段的脓毒症患者，并可涉及多个淋巴组织，如脾脏、胸腺、淋巴结以及肠道相关淋巴组织等[14]。肠道上皮细胞发生凋亡后，淋巴细胞固有层受到损伤，直接导致了肠道细菌移位的发生，从而促进了系统性炎症反应及二重感染的发生。由脓毒症引发的免疫细胞凋亡涉及死亡受体信号通路和线粒体介导信号通路等多个途径，很难针对单一信号通路位点对脓毒症的免疫细胞凋亡进行干预和治疗[15]。细胞凋亡除了使免疫细胞数量减少之外，还导致剩余的免疫细胞功能紊乱。单核细胞、巨噬细胞以及树突状细胞可以大量吞噬凋亡的细胞，导致TH2细胞诱导的免疫无应答现象及白介素10（IL-10）分泌增加，进一步降低了吞噬细胞对病原体的吞噬作用，出现免疫耐受[16]。因此，脓毒症诱导的细胞凋亡是从多角度影响机体的免疫功能。

3 脓毒症状态对机体免疫细胞的影响

3.1 中性粒细胞和MDSCs 中性粒细胞在脓毒症早期阻止病原体入侵的过程中起至关重要的作用。正常情况下，中性粒细胞从由骨髓中释放出来到自身发生凋亡只需24 h，但在脓毒症时，中性粒细胞的寿命明显延长。脓毒症时，未成熟的中性粒细胞大量从骨髓释放，并延迟凋亡。所以，脓毒症时机体外周血中性粒细胞的数量明显增加[17]。动物试验和临床试验均发现，发生脓毒症时中性粒细胞向感染灶移动的趋化和清除细菌、活性氧的能力均有所下降[18]。中性粒细胞趋化能力的降低可能与NO增多或CXC趋化因子受体-2减少有关，Toll样受体的功能异常也可能参与其中[18]。中性粒细胞功能异常直接增加了脓毒症患者发生院内感染的机会，增加了脓毒症的死亡率。针对性输入外源性的中性粒细胞，则可以明显改善脓毒症休克病人的预后[19]。脓毒症时中性粒细胞会分化成具有免疫抑制作用的亚群，亚群内的细胞则产生大量抑制免疫反应的细胞因子IL-10，这种处于免疫抑制状态的中性粒细胞亚群，无论在内毒素还是在创伤引起的脓毒症患者的血液中，均可以被检测到[20]。在脓毒症的个体中，免疫抑制性中性粒细胞亚群是与MDSCs平行出现的，MDSCs可以抑制T细胞的增殖并且抑制T细胞分泌γ-干扰素（IFN-γ）和IL-2，从而全面抑制T细胞的功能[21]。MDSCs在脓毒症的不同时期，可以分别增强或减弱机体的炎症反应强度。由于MDSCs在细胞形态方面变化多样，目前对脓毒症机体中MDSCs水平的检测缺乏统一的标准，还无法详细评价MDSCs在脓毒症病程中的具体变化情况[22]。

3.2 树突状细胞 在脓毒症状态下易受到攻击的免疫细胞还包括树突状细胞（dendritic cell，DCs）s。首先，与正常人相比，脓毒症患者外周血和脾脏中DCs的数量均明显减少，且DCs数量的减少程度常常与院内感染及死亡的发生密切相关[23]。其次，脓毒症时DCs的功能也发生了相应的变化，其细胞表面HLA-DR的表达明显下降，同时伴随IL-10的分泌增加[24]。再者，单核细胞来源的DCs还具有抑制正常T细胞功能和促进TReg细胞增殖的作用。动物实验表明，脓毒症可以引起DCs凋亡和功能紊乱，如果上述过程被抑制，则可以明显增加脓毒症个体的生存率[25-26]。如果通过基因工程的方法，使小鼠的DCs高表达凋亡抑制基因BCL-2时，则由脓毒症引起的DCs凋亡现象将大幅降低，并且脓毒症小鼠的生存率也将明显上升。说明脓毒症引起的免疫抑制机制当中，DCs的凋亡是非常重要的一环[26]。FMS样酪氨酸激酶3配体（FMS-related tyrosine kinase 3 ligand,FLT3L)是一种能促进DCs快速生长的因子，在由铜绿假单胞菌引起的脓毒症小鼠模型中，使用FLT3L可以迅速恢复DCs的生理功能，并降低小鼠的死亡率。同时，FLT3L还可以促进DCs分泌IL-12、IL-15和IFNγ以及增强CD4+T细胞、自然杀伤细胞和中性粒细胞的功能[27]。

3.3 单核细胞和巨噬细胞 当内毒素、细菌菌体成分等TLR激动剂作用于机体后，可以明显抑制单核细胞释放炎症因子的能力。脓毒症患者的单核细胞还表现出分泌肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、IL-1α、IL-6和IL-1等促炎因子的能力下降，而分泌IL-1受体拮抗剂（interleukin-1 receptor antagonist，IL-1RA）和IL-10等抗炎因子的能力增强[28]。这种现象说明，在脓毒症机体内内毒素等刺激物确实激活了单核细胞，但与此同时却使单核细胞的分泌功能发生紊乱，并直接提高了脓毒症患者发生院内感染和死亡的概率[29]。内毒素作用于单核和巨噬细胞后会产生两方面作用，一是使细胞大量释放免疫抑制分子（主要是IL-10），二是使细胞减少抗原提呈分子（如HLA-DR）的表达[30]。其中IL-10的分泌可以抑制机体的免疫系统功能，并使脓毒症患者发生二重感染的几率增加。在一些脓毒症动物模型中还观察到，如果人为降低IL-10表达量，则可以增强机体对内毒素的耐受能力，使脓毒症动物的生存率明显提高[31]。HLA-DR的表达量降低是脓毒症状态下单核细胞功能受损的重要标志之一，并且是预测脓毒症患者发生院内感染和死亡的独立危险因素。这也表明，单核细胞的功能紊乱与脓毒症患者的不良预后密切相关[32]。

3.4 自然杀伤细胞 脓毒症患者外周血中两个主要自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）细胞亚群（CD56Hi和CD56Low）均发生变化，其数量明显减少，且减少程度与死亡率密切相关[33]。不论由创伤还是由烧伤引起脓毒症的动物模型或临床病人，其血液中NK细胞的杀伤能力和细胞因子分泌能力均较正常水平有所下降。在内毒素等刺激物的作用下，NK细胞分泌细胞因子和IFN-γ的数量明显减少。这一点与单核细胞的表现非常相似。NK细胞在抗病毒方面具有非常重要的地位，脓毒症状态下，NK细胞功能失调可显著增加患者病毒感染和二重感染的几率[34]。

3.5 CD4+TH细胞 CD4+TH细胞按其受到刺激后所产生的细胞因子不同，可分为TH1、TH2和TH17三个细胞亚群。在脓毒症状态下，TH1、TH2细胞亚群所产生的细胞因子数量明显减少。这可能与IFNG和GATA3基因的组蛋白甲基化和染色质重构等表观遗传学修饰机制有关。TH17细胞亚群主要通过分泌IL-17和IL-22，起到抗细菌和抗真菌感染的作用。机体在经受细菌、病毒和寄生虫严重感染或有肿瘤生长的状态下，会出现一种被称为T细胞耗竭的状态。当脓毒症状态持续存在时，体内大量产生促炎和抗炎的细胞因子，这就直接导致了T细胞的过度消耗。脓毒症状态下的T细胞耗竭有如下特点：（1）由T细胞分泌的IFN-γ和TNF数量减少，CD4+T细胞表面PD1分子表达增多。（2）巨噬细胞中程序性死亡蛋白配体1（programmed death ligand 1，PDL1）分子表达增多。（3）T细胞合成CD127增加[5]。脓毒症状态下，血管内皮细胞和气道上皮细胞中PDL1分子的过度表达会影响T细胞向感染灶的募集，从而降低机体对感染的防御功能。脓毒症患者外周血T细胞中PDL1分子的过度表达直接引起T细胞增殖能力下降、院内感染的发生以及死亡率的升高。如果人为干扰PD1和PDL1分子间的相互作用，则可以明显改善T细胞耗竭的病理状态以及提高脓毒症模型动物的生存率[35]。

3.6 TReg细胞 许多证据表明，在脓毒症状态下，机体会产生大量的TReg细胞，通过影响固有免疫和适应性免疫两种途径，对机体产生免疫抑制作用。在严重的脓毒症休克患者血液中，有功能的T细胞数量减少，TReg细胞数量就相对增多。在脓毒症状态下普通T细胞会发生凋亡，而TReg细胞通过表达抗凋亡蛋白BCL-2而使其避免发生凋亡。另外，脓毒症发生时警报素家族蛋白（如热休克蛋白和组蛋白）的大量表达，也直接导致TReg细胞数量增加。有研究表明，使用SiRNA干扰FOXP3基因（能影响TReg细胞的分化）表达或使用糖皮质激素诱导的TNF受体相关蛋白GITR（是一种针对TReg细胞的特异性抗体），均可拮抗脓毒症状态下TReg细胞对机体的负面影响[36]。脓毒症时，TReg细胞还能够影响固有免疫细胞，在内毒素的作用下，TReg细胞可以抑制单核和中性粒细胞的正常功能，并通过减少IFN-γ和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)的途径，干扰NK细胞抵抗感染的功能。总之，脓毒症时TReg细胞的异常增多可通过上述机制干扰机体的正常免疫功能，使机体易于发生院内感染和死亡。

4 展望

免疫抑制在脓毒症的发病机制中占有非常重要的地位，其中脓毒症引起的T细胞耗竭是免疫抑制的核心。脓毒症引起的免疫抑制状态最突出的表现为：（1）在内毒素的作用下，单核细胞产生促炎因子(主要指TNF)的能力降低。（2）淋巴细胞的增殖能力下降。脓毒症可引起机体固有免疫和适应性免疫的双重功能紊乱，从而增加机体对病源微生物的易感性。在不久的将来，针对脓毒症的免疫抑制状态的免疫学治疗将成为治疗脓毒症的又一个新的方向。

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（收稿：2014-09-10 修回：2014-12-26）

（责任编辑 张淑坤 屈振亮）

R392.12

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1007-6948(2015)01-0094-04

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