免疫紊乱在脓毒症中的作用

蒋龙元

中山大学孙逸仙纪念医院急诊科（广州510120）

脓毒症（Sepsis）是临床急危重症患者常见并发症之一，具有高发病率和病死率。因病情发展迅速且发病机制涉及多器官和多系统，现仍缺乏切实有效的救治措施，脓毒症已成为提高危重症患者成活率的一大障碍［1］。深入探讨脓毒症的病理生理机制，阐明脓毒症的发病规律，对脓毒症的预防、治疗及预后具有重要的理论意义和应用价值。既往对脓毒症的研究一度将焦点集中在感染所引发的过度炎症反应，然而临床上的抗感染治疗未能显著地改善脓毒症患者的预后。随着人们对脓毒症研究的深入和认识的完善，2016年发布的脓毒症指南3.0 版将脓毒症定义为宿主在面对感染时由于反应失调导致的、危及生命的多器官功能障碍。新定义也预示着免疫功能逐渐成为脓毒症研究的热点领域。已有的研究表明，脓毒症的发生与其进展过程中免疫功能紊乱密切相关，主要表现为免疫细胞增殖能力下降、凋亡水平上升，同时调节性免疫细胞活性增加［1］。深入探讨脓毒症中免疫功能的变化机制，将极大地促进对脓毒症发病机制的理解，同时为脓毒症预防和治疗开拓新的思路。本文对当前脓毒症免疫机制相关的研究作一述评。

1 脓毒症与免疫紊乱

1.1 固有免疫（1）中性粒细胞：中性粒细胞是固有免疫系统的重要组成部分，可通过吞噬病原体、释放可溶性抗菌剂和形成胞外中性粒细胞陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs）清除病原体微生物［2］。研究表明，在脓毒症早期，血液中大量成熟的中性粒细胞数量增加并在感染部位聚集，但随着脓毒症的进展，中性粒细胞迁移能力减弱且凋亡增加，影响机体固有免疫系统功能［2］。（2）巨噬细胞：巨噬细胞具有M1 和M2 两种激活状态。M1 亚型在干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）和Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）的共同诱导下生成，并分泌肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6 等促炎症因子。M2 亚型由IL-4 和IL-3 诱导产生，并分泌抗炎细胞因子（如：IL-4、IL-10）。M1 在脓毒症早期被激活并释放大量促炎细胞因子，同时M1∕M2 比例的增加可有效减缓炎症导致的多器官损伤。脓毒症后期巨噬细胞凋亡增加及M2 亚型极化的增加与免疫抑制引起的继发感染密切相关［1］。此外，研究表明巨噬细胞的凋亡可由TNF-α和高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1，HMGB1）诱导，同时在IL-1、IL-6 及粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）等细胞因子缺乏时巨噬细胞凋亡亦会增加［1，3］。（3）树突细胞（dendritic cells，DC）：DC 细胞是体内重要的抗原呈递细胞。当DC 识别病原体后，未成熟的DC 细胞会迅速分化为成熟的DC 细胞，成熟的DC 细胞通过高表达共刺激分子和主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex molecules，MHC）呈递抗原，并分泌促炎症因子。脓毒症时DC 细胞的成熟和活化受到抑制，未成熟的DC 激活TLR1、TLR3 并分泌IL-10，从而抑制免疫反应。此外，未成熟的DC还能介导调节T 细胞的分化，从而促进IL-10 等抑制炎症细胞因子的分泌［4］。

1.2 获得性免疫（1）B 淋巴细胞：研究表明，脓毒症时B 细胞数量减少，且存活的B 细胞呈现MHC II 表达减少、细胞表面CD21 减少而CD95 升高的亚型B 细胞［5］。该类亚型B 细胞因HLA-DR 表达减少抗原呈递能力减弱，活性和增殖能力均降低。此外，脓毒症休克的发生亦与调节B 细胞（regulatory B cells，Bregs）有关。Breg 由TLR 和IL-35 诱导产生，Bregs 可通过如下四种途径发挥免疫抑制效应：同源抑制、细胞接触介导抑制、旁路抑制和间接抑制［5］。（2）T 淋巴细胞：T 细胞在获得性免疫系统中至关重要。依据不同的发育途径及生物功能差异，T 淋巴细胞主要分为CD8+细胞毒性T 淋巴细胞、CD4+辅助性T 淋巴细胞（CD4+Th）和调节性T 淋巴细胞（regulatory T cells，Tregs），CD8+T 细胞和CD4+Th 细胞分别识别组织相容性复合体（MHC）I 类和II 类分子上的抗原肽。其中，未成熟的CD4+Th 淋巴细胞激活后可分化为成另一T细胞亚型（包括Th1、Th2、Th17 等细胞），该细胞亚型通过促进细胞免疫和体液免疫调控脓毒症患者机体免疫应答［6-7］。Tregs 则可抑制其他T 细胞亚群的免疫反应，分泌IL-10、IL-35、转化生长因子（TGF）-β等抑炎性细胞因子。脓毒症时T 淋巴表现为细胞凋亡增加，辅助性T 淋巴细胞亚群比例失衡且Tregs 分化增加，T 淋巴细胞形态和功能变化是脓毒症后期发生免疫麻痹的重要作用机制［6-7］。

2 脓毒症免疫紊乱的几大研究领域

2.1 脓毒症的补体系统（complement system，CS）CS虽然在进化上是原始，却是天然免疫系统对抗病原体的主要组成部分之一［8］。作为补体系统的核心，C3由T 细胞表达的组织蛋白酶L（CTSL）切割成C3a和C3b，其中C3a具有促炎作用，C3b参与并介导C5的形成。研究表明，在预后不良的脓毒症患者中观察到补体系统明显耗竭，且与炎症标志物相比，CS的浓度和凝血参数具有更好的显关性［9］。但补体系统的过度激活会引起炎症反应失控，有学者指出C3指标的下降能较好地预测脓毒症并发急性肾损伤的进展［10］。此外，C5a可通过促进巨噬细胞分泌促炎细胞因子，诱导凝血功能障碍，从而导致多器官功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）患者死亡，影响脓毒症的预后［11-12］。因此，免疫细胞和脓毒症特异性靶向补体成分的作用是前景广阔的研究领域。

2.2 脓毒症期间的自噬作用自噬参与能调节髓系（树突状细胞、中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和MCs）和淋巴（B 和T 细胞）等免疫细胞的分化、更新和稳定，被认为是炎症和传染病发病机制中起关键作用的免疫机制之一［13］。脓毒症期间通过诱导自噬可抑制免疫细胞凋亡，维持细胞因子平衡（促炎和抗炎细胞因子的稳态），并保持线粒体功能来保护宿主免受MODS 的影响［14］。而自噬的减少则加重脓毒症期间组织和器官损伤［15］。调节脓毒症发展过程中的自噬作用，是恢复机体免疫稳态的新思路和新策略。

2.3 脓毒症期间自噬、补体成分和炎症因子之间的相互作用已有文献报道CS、炎症因子和自噬之间相互作用，果蝇巨球蛋白补体相关蛋白（Mcr）是一种补体相关物质，通过影响细胞自噬过程，在胚胎发育中细胞死亡和炎症过程中起着至关重要的作用，该研究意外地揭示细胞的补体相关物质可通过免疫信号程序调节邻近细胞的自噬［16］。因此，在哺乳动物的炎症性疾病（脓毒症）中，这个分子生物学机制值得进一步探索。补体成分C3 在视网膜变性的自噬过程中起着重要的作用，C3 的缺失会导致视网膜自噬活性降低［17］。补体对自噬过程的调控，在脓毒症和相关的多器官功能障碍中可能起着关键作用。研究三者的相互作用和调节机制可能是脓毒症新的靶向治疗方向。

2.4 脓毒症时的微生物微生物群在炎症性疾病中的作用已得到充分证实，因其对肠道免疫系统的成熟和具有免疫调节作用的几种代谢物（如短链脂肪酸）的释放具有调节作用［18］。炎症介导的IL-1β和IL-18释放直接影响抗菌肽的产生［18］。NLRP3 炎性因子的失调使得肠道微生物群的IL-1β产生增加。肠道微生物群的改变可增强局部抗菌肽的分泌和调节性T 细胞的免疫抑制作用［19］。此外，NLRP3 炎性体的缺乏会破坏正常的肠-肝循环，并导致肠道微生物失调并进入循环，促进脓毒症发展［20］。脓毒症期间改变的免疫反应可能会改变肠道微生物，还可以诱导肠道的炎症和氧化应激途径，引起局部的菌群失调。从脓毒症患者获得的粪便样本显示肠杆菌占优势，而拟杆菌和双歧杆菌种类减少。微生物群的变化严重减少了有益的厌氧菌，并破坏了肠上皮的完整。此外，其他可能改变肠道微生物区系的因素包括缺氧、肠上皮屏障破坏、药物治疗（包括血管活性药物、质子泵抑制剂、危重疾病期间肠外营养）改变肠壁内pH 值。动物实验和临床的脓毒症研究证实，存活的肠道细菌极易转运到ARDS 患者的肺中［21］，从脓毒症发生ARDS 患者获得的支气管肺泡灌洗液（BALF）显示肠道细菌的丰富程度与脓毒症的严重程度显著相关［21］。肺TNF-α在BALF 中的水平与肠道微生物主导改变的肺微生物区系显著相关［21］。因此，观察脓毒症时肠道微生物易位及其与其他重要器官损伤（例如急性肾损伤）的关系意义重大。此外，针对脓毒症的抗生素治疗进一步改变了微生物群［22］。肠道菌群的改变可能对免疫反应产生负面影响，并加剧炎症损害。脓毒症期间微生物群的变化非常明显，和其他粪便挥发性有机化合物（VOCs）一起可以作为早期诊断标志物［23］。粪便VOCs 不仅反映肠道菌群组成，还反映其代谢活性和与宿主同时发生的相互作用。在脓毒症中靶向微生物群可能开发出新的生物标志物，以及早发现脓毒症的严重程度并改善其预后。另外，粪便代谢组学这一新方法具有光明的前景，因为它提供了微生物活性的功能性读数，同时反映了肠道微生物组的组成。粪便代谢组学谱分析是探索肠道菌群，热点与菌群相互作用以及肠道菌群对宿主表型影响的新方法［24］。因此，在脓毒症中靶向肠道菌群具有巨大的潜力，可为脓毒症治疗提供新的方向。

2.5 自噬、微生物群和CS 在脓毒症期间的相互作用自噬可以调节肠道屏障中微生物代谢产物的产生，对脓毒症过程中肠道菌群和肠道免疫起主要作用。在脓毒症中，CS 与微生物群相互作用存在于一些早产儿的病例中，但二者之间的直接作用尚未明确［25］。CS、自噬和微生物组之间健康的相互作用在脓毒症过程中会丢失，三者相互作用的改变可能在脓毒症免疫紊乱中发挥相关作用。

3 脓毒症免疫方向未来研究前景

随着人们对脓毒症研究的深入，免疫调节在脓毒症发病机理中的作用越来越受到重视，但其在患者预后上的改善作用仍有待证实。近年来，随着分子生物学技术的发展，mi-RNA 成为脓毒症免疫调节机制的一大研究热点，对mi-RNA 在免疫细胞及细胞因子的调节作用的相关研究，将更好地阐述脓毒症的发病机制。细胞自噬在脓毒症中可通过多种方式调节机体免疫细胞应答，且其过程随着脓毒症的发展而动态变化，自噬作为脓毒症治疗的新兴途径，是脓毒症免疫机制领域中值得深入探索的方向。固有及适应性免疫细胞及各类细胞因子仍是脓毒症的研究重点之一，细胞生物学及免疫学的发展将促进新细胞因子的发掘和免疫细胞新功能的探索。此外，完善患者脓毒症免疫抑制状态检测和免疫抑制调节药物的开发，将不仅为脓毒症免疫治疗的推广提供重要的指导意义，而且为切实推进脓毒症的免疫治疗在临床实施。脓毒症的未来将开启免疫靶向调节治疗的时代，将持续不断致力于探索基于患者的免疫状态和疾病的不同阶段来调整脓毒症的精准治疗靶点。