细胞焦亡在脓毒症心功能障碍中的研究进展

李盼 马莉

作者单位：730030 甘肃兰州，兰州大学第二医院急危重症科

根据美国重症医学年会上提出的Sepsis3.0，脓毒症被定义为由于机体对于感染的反应失调而造成危及生命的器官功能障碍[1]。它有着复杂的发生过程并且可出现致命性的全身多脏器功能障碍，直接导致了患者极差的预后。近年来随着研究的不断推进，脓毒症的病理生理机制得到了更深入的理解，治疗方法也得到了很大的改善和提高，然而这些并不能改变脓毒症患者病死率逐年升高的事实[2～4]。流行病学资料表明，脓毒症的死亡率已经接近于20.6%，高强度和高医疗成本使得脓毒症给全世界的医疗系统带来了潜在的负担。由于心脏维持着机体最基本的生命功能，因此心功能障碍成为脓毒症后器官功能障碍首要考虑的问题。细胞焦亡是近年来的研究热点，它也不断被证实在脓毒症的发生发展及预后方面有着重要作用。本研究结合近年来的研究，对细胞焦亡与脓毒症心功能障碍进行综述，力求为脓毒症患者找到最佳的治疗方案。

1 脓毒症心功能障碍的发病机制

当损伤和感染等因素侵犯宿主时，宿主内在的PAMPs（病原体分子模式）和DAMPs（损伤相关分子模式）被激活，宿主通过模式识别受体使得机体释放大量炎症介质从而导致炎症反应的持续发生，产生相应的免疫反应，发挥清除病原体、抵御外界损害的作用。然而并非所有损伤和感染的结局都如此。当机体抵抗力低下、感染的病原体数量较多、毒性较强而使得机体无法完全清除病原体或自身易感性较强时，机体会出现一系列免疫失调现象，进展为后期的免疫抑制，伴随有分解代谢综合征（PICS）。其诊断标准为：住院时间＞14d；持续性的炎症反应：CR ＞150mg/L；免疫抑制：淋巴计数＜0.8×109/L；分解代谢综合征：血清白蛋白＜30g/L和（或）前白蛋白＜0.1g/L，肌酐升高指数＜80%[5]。当发生PICS 时，持续的炎症反应导致中性粒细胞过度活化，导致内皮细胞和组织器官受损，出现早期器官功能障碍。后期由于免疫抑制，机体抵抗力下降，各种机会致病菌侵入机体，损害已经受损的组织与器官，出现脏器的功能障碍，加之分解代谢增强，修复和愈合能力也每况愈下，抗炎和促炎反应失衡及分解代谢综合征这三种状态相互促进，周而复始，最终导致机体各个组织脏器功能障碍，危及患者生命。

脓毒症会导致全身各个器官出现异常，其中损伤最重的为心脏，由脓毒症所诱发的心功能障碍成为脓毒症患者预后不良的主要原因，而由脓毒症所诱发的心功能障碍是可逆的，即当患者的脓毒症得到干预并顺利恢复后，机体心功能也恢复到发生脓毒症之前的状态。而当机体发生脓毒症时，心肌损伤过程可能涉及多种机制，包括内外毒素、细胞因子释放、一氧化氮产生、补体激活和机体代谢紊乱等[6]，体内和体外模型的研究表明，C5a 及其受体（C5aR1 和C5aR2）在脓毒症期间心功能障碍的发生中起着关键作用。使用C5a 中和抗体可减少脓毒症期间发生的心功能障碍和其他不良事件，心脏功能障碍的分子基础与C5a 的产生及其与心肌细胞表面C5a 受体的相互作用有关。

2 细胞焦亡的概念与发病机制

近年来，随着研究的深入，细胞焦亡也成为脓毒症患者心肌损伤的一大原因。细胞焦亡是一种伴随大量炎症因子释放并且依赖胱天蛋白酶（Caspase）的细胞程序性死亡方式。它最早于2001年被提出，该词由“pyro”和“ptosis”组合形成，前者表示“火烧的、灼热的”，后者表示“下落、下坠”，这也暗含了焦亡的性质，即炎症性死亡[7]。它是一种区别于凋亡和细胞坏死方式，研究表明，细胞凋亡和焦亡都有着DNA 的断裂和细胞膜的破坏，出现细胞内容物流出，细胞彻底死亡，两者的区别在于，前者的发生依赖的是一种MLKL 蛋白（mixed lineage kinase domain-1ike protein），它使得细胞膜发生寡聚化和质膜易位，并且这个过程具有选择性，即只允许部分离子进入细胞参与胞内反应的发生，从而导致细胞内外渗透压发生改变，最终出现细胞破裂；而后者依赖的是Gasdermin D 蛋白，它不具有选择性，仅仅导致细胞膜的破坏，细胞内容物外流，细胞发生扁平化，出现细胞死亡[8，9]。

目前主流观点认为焦亡机制分为依赖Caspase-1 的经典通路和不依赖Caspase-1 的非经典通路。在经典通路中，当机体在遭遇外界刺激（伤害、毒物、缺氧、病原体等）时，细胞识别了PAMPs 和DAMPs 两种损伤类型后，引起炎症小体家族成员之一的NLRP3 形成，后者进一步参与了以ASC 为代表的凋亡蛋白或接头蛋白的活化，ASC 可以通过募集半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶酶原（Pro-Caspase-1），使得Caspase-1 激活，活化的Caspase-1 可引起IL-1β及IL-18 等炎症因子的释放和下游靶蛋白gasdermin D（GSDMD）的切割，后者被切割出C 端结构域和具有与细胞膜上磷脂蛋白结合的N 端结构域，造成细胞膜孔洞的形成，使得细胞破裂，炎症因子大量释放。这种炎症因子的形成和细胞破裂信号通路的启动，最终导致细胞死亡和周围炎症反应的发生[10～12]。IL-1β 和IL-18 是焦亡经典通路和非经典通路的共同作用结果，非经典通路可通过激活Caspase-4 和Caspase-5 来裂解IL-1 和IL-18 的前体，从而参与焦亡的发生。

3 细胞焦亡与脓毒症及脓毒症心功能障碍的关系

焦亡是细胞抵抗外界损伤的一种自我保护方式。但过度的激活也会导致机体损伤，出现脓毒症甚至脓毒症休克[13，14]。焦亡的发生会导致机体出现各种类型的心功能障碍，如焦亡的经典通路通过激活NLRP3 炎症小体进而参与心肌梗死和缺血再灌注的发生，激活的炎症小体和使得动脉粥样硬化形成的斑块破裂从而导致血栓的发生，最终导致心肌梗死形成[15，16]。而应用了经典通路中IL-1β的抑制剂后发现心肌梗死所诱发的心肌纤维化程度明显降低，心功能有所改善[17，18]。研究表明，焦亡同时也参与了糖尿病性心肌病、扩张性心肌病、病毒性心肌炎和脓毒症性心功能障碍的发生。而焦亡所致的脓毒症性心功能障碍也成为脓毒症患者预后不良的一大诱因。

焦亡在近年来的研究中呈现指数增长趋势，而关于它与脓毒症间的关系也成为目前的一大研究热点。近年来的研究表明NLPR3 炎症小体/Caspase-1/IL-1β通路在一定程度上可能参与了由于过度的炎症反应所致的脓毒症性心功能障碍的发生[19]。IL-1β在人和动物脓毒症时均高表达，并且有研究表明，Caspase-1 基因敲除和IL-1 抑制剂均可以对脓毒症引起的全身多器官炎症反应和损伤起到一定的缓解作用[19～21]。近年来也有研究表明，抑制经典通路中的炎症小体成员之一的NLRP3可使得由LPS 诱导的小鼠脓毒症心脏功能异常得到缓解并提高小鼠的存活率[22]。另一项研究表明，用NLRP3 抑制剂处理脓毒症小鼠可以明显抑制鼠脓毒血症NLRP3 介导的炎症小体形成、Caspase-1激活及IL-1β分泌。这在一定程度上提示脓毒症心功能障碍的保护作用可通过抑制NLRP3 炎症小体来完成[23]。既往有研究表明，曾用于充血性心力衰竭和高血压病治疗的β 受体阻滞剂卡维地洛具有一定的抗炎效果，在一定程度上可以改善心功能障碍，而近期也有研究指出，卡维地洛可保护细胞的线粒体和溶酶体在免疫应答中不被损伤，并可以通过减少焦亡的经典通路中NLRP3 炎症小体的产生而抑制焦亡的激活，最终阻断焦亡的发生，从而改善心功能[24]。

综上所述，脓毒症的发病机制相关研究越来越多，作为脓毒症所致的器官功能障碍最严重也是最重要的器官之一，心脏也成为医学界关注的重点和热点，目前根据脓毒症诱发的心功能障碍的病理生理机制，已经找到了一系列改善心功能障碍的方法，但仍然收效甚微，随着焦亡这一概念的提出，我们对脓毒症所致的心功能障碍又有了进一步的了解和认识，并试图通过这个切入点，使得心功能障碍这一棘手问题得到一定程度的解决，为疾病的预防以及治疗靶点提供了新的方向。未来应坚持对疾病发病机制的研究，力求从根本上解决相应的问题，从而减轻患者负担。