炎性反应对脑死亡供体器官影响的研究进展

窦晓婧，王清平（天津市第一中心医院麻醉后监测治疗室，天津，430071）

近年来，对动物实验及临床研究的回顾性分析均证实脑死亡供体器官的移植后功能恢复延迟及移植失败的发生率高于活体器官移植[1-2]。脑死亡状态可以减少移植器官功能、增加移植物的不良预后，但脑死亡对供体器官功能影响的潜在机制尚未被完全揭示。已有研究表明，脑死亡触发了机体循环、内分泌、代谢等系统及炎性反应的剧烈变化，各供体器官出现了炎性反应及儿茶酚胺的不利影响并导致该器官移植后出现不良结果[3-4]。多项研究证据表明，脑死亡供体在器官水平会表现出系统性炎性反应，其反应程度越高，移植后器官功能损害程度越严重[5-6]。目前尚未明确脑死亡本身或是围脑死亡期不良事件造成这种系统性炎性反应，本文就脑死亡与系统性炎性反应相关性及其对供体器官功能损害的相关临床研究进行综述。

1 系统性炎性反应的特点

患者受到组织损伤如外科手术、烧伤、意外损伤等都可导致发生全身炎症反应综合征（SIRS）。SIRS诊断应符合下述2项以上指标：体温＞38℃或＜36℃，心率＞90次/分，呼吸频率＞20次/分或过度通气时二氧化碳分压（PaCO2）＜32 mmHg（1 mmHg＝0.133 kPa），白细胞计数＞12×109/L或＜3×109/L。SIRS可以导致机体器官发生功能障碍，严重患者可出现低血压和休克。临床中，肺脏和肾脏常为最先受累的器官。

系统性炎症反应是由免疫、凝血、纤溶、内分泌和补体系统的细胞和体液成分介导的，由局部或全身多种不同的细胞（以白细胞为主）释放细胞因子，通过复杂的相互作用产生细胞反应。血浆中细胞因子可源于循环系统中细胞的合成或血管外器官水平的分泌，因此，测定血浆中细胞因子浓度可能仅反映了全部细胞因子浓度的一小部分[7]。

重要的促炎性反应因子包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α），急性炎性反应中TNF-α是血浆中最先出现的促炎性反应因子之一，其重要作用是刺激产生其他促炎性反应因子如白细胞介素（IL-1β、IL-6、IL-8），以及抗炎性反应因子白细胞介素-10（IL-10）。人类志愿者及动物研究表明，在诸如大手术、急性组织损伤、内毒素释放后的几小时至几天内血浆中可序贯出现特征性炎性因子表达。虽然炎性因子的来源尚不清楚，但不同程度来源于脏器的产生。在器官水平上以肾脏的免疫最为活跃，这反映了危重患者急性肾、肺功能不全的出现先于其他器官功能不全。

脑死亡后系统性炎性反应以血浆细胞因子水平为最初的表现。另有研究发现，最初激活的内皮细胞及粒细胞表面表达黏附因子能够参与细胞间相互作用，常为细胞间黏附因子-1（ICAM-1）、血管细胞黏附因子-1（VCAM-1）、E选择蛋白（E-selectin）及 P 选择蛋白（P-selectin）[8]。

危重（包括脑死亡）患者多器官功能不全和衰竭的原因可能主要是细胞坏死和凋亡[9]。细胞凋亡是一种受基因调控的细胞死亡过程，形态特征表现为染色质凝聚、胞质收缩、细胞皱缩及凋亡小体形成。凋亡对机体器官衰竭作用尚不清楚。脓毒症致死患者脾标本中免疫细胞凋亡数量高于创伤性或非脓毒症重症 （包括脑死亡） 患者。同时，脓毒症患者循环中可发现大量淋巴细胞凋亡[10]。

2 脑死亡供体器官的炎性反应

绝大多数诊断为脑死亡的患者合并系统性炎性反应。脑死亡造成外周器官生理损伤及结构紊乱，早期即出现SIRS表现。脑死亡患者可出现包括白细胞等生化指标的炎性反应临床特点。

多项研究表明，与活体移植供体器官相比，脑死亡供体器官存活率降低与供体血浆炎性因子（如促炎因子、黏附因子）的增长程度相关[11-12]。炎性反应标记物与移植器官预后可能仅具有较高的相关性而并非因果关系。在边缘供体或合并严重打击如出血、组织损伤、感染等脑死亡供体可造成炎性反应标记物升高，这仅反映了边缘供体与不良预后的相关性[13]。

2.1 脑死亡供体的系统性炎症反应机制

2.1.1 缺血的脑组织释放炎性反应因子导致系统性炎性反应的发生。McKeating等[14]的研究表明，脑外伤或蛛网膜下腔出血均可导致颅内释放炎性因子如IL-6进入循环系统。

2.1.2 Barklin等[15]的临床研究证实，脑干损伤患者可出现交感神经儿茶酚胺风暴，包括高血压危象及快速心率，由于血管过度收缩导致机体新陈代谢由需氧转为缺氧，从而导致系统性炎性反应的发生，同时其他机制包括血流量改变诱导内皮细胞剪切力变化及缺血导致内脏细胞因子释放均可激活NF-κB转录因子，导致炎性细胞因子转录增加。

2.1.3 机体代谢与炎性反应密切相关，Barklin等[16]的另一项研究表明，脑死亡后内分泌激素如儿茶酚胺、生长激素、胰高血糖素及皮质醇的变化可以促进炎性反应发生。

2.1.4 脑死亡可通过神经介质与SIRS关联。脑死亡后出现神经源性肺水肿，肺释放神经肽γ（NPγ）和降钙素基因相关肽（CGRP）诱发SIRS，这种关联的机制仍需进一步研究[17]。

2.1.5 脑死亡过程中一些合并情况如脑死亡前合并创伤、出血、颅内出血、引流、感染、呼吸机通气等亦可诱发炎性反应，重症监护病房（ICU）治疗中应密切注意脑死亡发生后的心血管、代谢、内分泌系统剧烈变化。血管扩张、低血容量、心功能障碍等均可导致血流动力学异常，使器官灌注及血流量受损，出现器官缺氧。器官缺氧是炎性反应重要的诱发因素，Murugan等[18]的研究显示，反映低血容量的前负荷反应性指标与血浆中IL-6浓度变化密切相关。

3 脑死亡炎性反应对供肾的影响

目前，对于脑死亡供体肾脏的炎性反应研究结果不尽相同。Nijboer等[6]的研究显示，移植肾脏中黏附因子（ICVM-1和VCAM-1）浓度上调提示移植后1～3年可能出现移植肾功能衰竭，Schwarz等[13]研究发现，脑死亡供体肾脏中E-selection和热休克蛋白呈高表达，与活体供肾比较，脑死亡供肾冷缺血后活检ICMV-1、VCMV-1表达升高，ICMV-1上调是移植肾功能恢复延迟的预测因素。Birks等[5]比较了脑死亡与活体供体的肾活检，认为 ICMV-1、VCMV-1、IL-1、IL-6、IL-8、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、转化生长因子-β（TGF-β）的mRNA水平无明显差异。细胞免疫学检查的研究发现，脑死亡供肾活检组织中T淋巴细胞及巨噬细胞高于活体供肾，再灌注阶段活体供肾适度释放细胞因子，而脑死亡供肾则有大量细胞因子释放。Kim等[19]对冷缺血/再灌注后的移植肾进行活检发现，与活体供肾相比，脑死亡供肾中IL-10、γ-干扰素（IFN-γ）、TNF-αmRNA有更高表达水平。目前研究证实脑死亡启动了供体肾炎性反应，造成移植肾再灌注后炎性因子大量释放，且冷缺血和再灌注过程可激发黏附因子上调以及细胞因子mRNA表达增加。

4 脑死亡炎性反应对供肝的影响

研究表明脑死亡可激发供肝的炎性反应，Jassem等[20]对脑死亡及活体供肝冷缺血后活检发现均呈多样化表现，Wiss等[21]研究表明，与活体供肝比较，脑死亡供肝的细胞因子表达增加，并与移植后原发无功及放弃移植发生率呈正相关。但Gatti等[22]的研究表明，与活体供肝相比，脑死亡供肝的黏附因子ICMV-1、VCMV-1表达水平上调，但移植手术并未出现预后差异。

5 脑死亡炎性反应对供心的影响

Birks等[23]研究显示，脑死亡供心移植术后心力衰竭（心衰）患者TNF-α表达升高，TNF-α水平可作为移植后预后不良（右心功能衰竭）的预测因素，与未心衰的患者相比，脑死亡供心移植术后心衰患者TNF-α和IL-6的mRNA升高。Stoica等[24]的研究也表明，与其他来源供心比较，脑死亡供心的IL-6、IL-6受体、P选择素及VCAM-1的表达水平升高。目前多数临床研究证实，炎性反应增加了脑死亡供心移植后心功能障碍的发生率。

6 脑死亡炎性反应对供肺的影响

肺脏可能是脑死亡有害刺激受累最明显的器官，只有＜20%脑死亡供肺适于移植。脑死亡可诱发神经源性肺水肿，也是颅脑损伤常见的并发症。神经源性肺水肿发生机制尚不清楚。Avlonitis等[25]研究结果表明，可能是由于儿茶酚胺诱导肺毛细血管静水压升高、炎性因子或儿茶酚胺引起毛细血管通透性增强所导致。

Fisher等[26]的早期临床研究表明，脑死亡供肺移植前支气管肺泡灌洗液中IL-8升高提示移植肺早期失功甚至导致受体死亡。另一项研究发现，对适于移植供肺与非适于移植供肺的支气管肺泡灌洗液比较，IL-8、TNF-α、中性粒细胞无明显差异[27]。Salama等[28]的研究表明，肺内的内皮素-1高表达提示移植后供肺原发无功的发生率增加。另一项临床研究表明，与非脑死亡供体比较，脑死亡供肺活检中IL-8 mRNA呈高表达，但是非脑死亡供体通气支持时间更短，而呼吸机治疗也是诱发炎性反应的重要因素[29]。

7 脑死亡中细胞凋亡的临床研究

脑死亡阶段的细胞凋亡与炎症可损害待移植器官的功能。目前的临床研究多着重于脑死亡供体炎性反应中细胞因子与黏附因子的变化。少有研究涉及细胞凋亡的意义及其在脏器功能损伤中的作用。Adrie等[30]的一项临床研究中纳入85例脑死亡患者，致死原因包括心跳骤停29例、脑出血42例、颅脑损伤14例，其中45例患者捐献了117个器官。心跳骤停致脑死亡组别中血浆内毒素和细胞因子水平显著升高，标志着严重SIRS的发生。脑卒中组白细胞功能障碍（应急产生细胞因子减少）为其主要表现。各组活检未显示，炎症相关基因mRNA表达增加，但抗凋亡及促凋亡相关基因mRNA均增加，结果更利于诱导凋亡。炎症和细胞凋亡诱导增加可解释脑死亡后进展迅速的器官功能障碍，但系统性炎性反应或循环内毒素水平与低移植物存活率无关[30]。

综上所述，脑死亡患者均可通过临床及生化表现证实出现SIRS。在供体器官水平，与非脑死亡供体相比，炎性标记物更显著出现在脑死亡供体的心、肝及肺中，但在肾中差异并不明显。脑死亡常伴随创伤、低血压、感染等情况，尚不能确认脑死亡供体器官炎性反应是由于脑死亡本身造成的。由于脑死亡与SIRS机制尚不完全清楚，脑死亡的原因及合并症不尽相同，供体器官冷缺血时间差异较大，可能需要更大样本量及更深入的临床研究探讨炎性反应对脑死亡供体器官功能的影响。