脓毒血症的研究机制及免疫炎症因子吸附装置①

蹇艾利 郭 乐 申元英 姜石松（云南大理大学基础医学院微生物学及免疫学教研室，大理 671000）

“脓毒血症”一词源于希腊语单词“sepo”，指在细菌存在的情况下，动物、植物或有机物能得到分解［1］。脓毒血症的发病原因是宿主被病原体感染后免疫反应失调而引起的全身性器官功能障碍，严重时可危及生命，主要表现为全身炎症反应增强［2-3］。目前，脓毒血症是重症监护病房（ICU）患者发生死亡的首要原因，全世界每年有超过3 000万人确诊，病死率高达30%［4-6］。脓毒血症治疗费用高昂，仅在美国，每年的治疗费用就超过200亿美元［7］。现在对于脓毒血症的治疗没有特效药物，主要集中在抗内毒素药物、抗Toll样受体信号通路药物、抗细胞因子药物和高剂量糖皮质激素治疗方面［7］。研究发现，在脓毒血症病程中使用以上药物的剂量和时间不恰当的话，会有导致免疫抑制的风险，而脓毒血症晚期阶段的病死率恰恰和免疫抑制及免疫抑制引起的功能障碍明显相关［8］。基于这一原因，治疗脓毒血症的血液净化装置应运而生，它不仅可以净化掉体内的内毒素和过量炎症细胞因子，还可以帮助代谢物质的排放，并且其作用越来越明显。

1 脓毒血症的发病机制

1.1免疫激活 随着对脓毒血症发病机制的深入研究，已明确脓毒血症的主要特征表现为全身炎症反应综合征，病因可以是感染、失血性休克、创伤和严重组织损伤、热损伤、缺血再灌注损伤等，但宿主免疫系统对感染的反应是导致严重脓毒血症和脓毒症休克的首要原因［9-10］。病原微生物具有一些特殊结构被称之为病原相关分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs），PAMPs被固有免疫细胞如单核-巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞等识别，通过固有免疫细胞表面的模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）而启动固有免疫应答［11］。在初始阶段，宿主-微生物相互作用后，固有免疫被广泛激活，其目的是清除病原体。如果病原体不能被及时清除，固有免疫将协调体液免疫和细胞免疫产生特异性的防御反应［12］。在众多PRRs中，Toll样受体（TLRs）比较重要。其中，TLR2负责识别革兰阳性杆菌的细胞壁抗原，如肽聚糖和磷壁酸；TLR4负责识别革兰阴性杆菌的内毒素如脂多糖（LPS），LPS通过与LPS结合蛋白（LPS binding protein，LBP）结合，将相关抗原信息传递给巨噬细胞表面的CD14，帮助启动TLR4信号通路从而活化巨噬细胞［13］。另外，活化的巨噬细胞分泌大量的TNF、IL-1、IL-6等促炎因子，进而激活第二级炎症级联反应，包括细胞因子、脂质介质和活性氧，并上调细胞黏附分子，导致炎症细胞迁移到组织中，从而引发全身炎症反应［12，14-15］。适度的炎症反应有助于病原体的清除，但是TNF本身作为一种刺激因子可以反过来继续活化巨噬细胞，从而加重促炎因子的释放，形成细胞因子风暴导致炎症反应加重。因此脓毒血症的关键事件之一是固有免疫细胞的激活，无论是由整个细菌还是细菌的产物引起，都会导致机体局部和全身炎症反应［10］。脓毒血症和脓毒血症休克的病理生理学尚不完全清楚，但已知与促炎和抗炎介质的释放有关。

1.2免疫抑制 对于脓毒血症患者而言，持续升高的TNF家族细胞因子可以通过激活Fas-FasL途径来诱导细胞凋亡，导致T细胞、B细胞的数量明显减少，诱发早期的免疫抑制反应［15-16］。炎症反应被认为是导致严重脓毒血症中组织损伤的原因，而抗炎反应涉及到对继发感染的敏感性增强［17］。在一项关于严重脓毒血症和脓毒血症的对比研究中，发现严重脓毒血症患者的Treg细胞以及该细胞分泌的TGF-β、IL-10等抗炎因子浓度明显高于脓毒血症患者，并且随着脓毒血症病情的持续加重，TGF-β可以进一步诱导Treg细胞活化，从而加重免疫抑制［18］。因此在脓毒血症患者血液中，促炎和抗炎反应同时存在［19］。许多细胞因子、趋化因子或其他蛋白已被作为潜在的生物标志物来表征脓毒血症的高炎症状态，其中TNF、IL-6、IL-1β这3种促炎因子起到了重要作用［7］。它们在内皮细胞的激活、白细胞的聚集、急性反应物的产生及诱导全身炎症反应等方面不可或缺［20］。然而随着病程延长，出现免疫抑制反应，包括巨噬细胞失活、抗原呈递减少、淋巴细胞增殖活性受到抑制，导致释放大量抗炎细胞因子，如IL-10、IL-13和IL-27，使机体对病原微生物的易感性增加［21］。

2 脓毒血症的治疗现状

在20世纪90年代，关于脓毒血症的治疗，大部分人都致力于抗TNF的研究［22］。研究发现在活体脓毒血症模型中早期给予小鼠抗TNF血清治疗，可以提高存活率并减少器官损伤［23］。随后利用抗TNF抗体、可溶性TNF受体、TNFR融合蛋白等也得到了相同结果［22，24］。但是有研究表明TNF的抑制与微生物的清除不当和结果恶化有关，原因可能是阻断了早期的炎症反应［25-26］。早先脓毒血症的常规治疗主要是清除内毒素与各种细胞因子，但是这些物质很难用常规药物进行有效清除，如果应用抗体疗法会产生抗原-抗体免疫复合物，后者可通过刺激补体加重炎症。近年来，为了减少抗原抗体复合物引起的副作用，血液净化装置应运而生，血液净化装置不仅可以清除掉患者血液中的内毒素和细胞因子，还可以有效清除血液中的有害代谢产物及特殊成分。目前，对于脓毒血症的治疗，不仅抗生素治疗和控制感染源，而且以对症治疗为主，然后辅以血液净化装置［27］。

2.1血液净化装置的基本原理 血液净化装置是一种通过把人体血液引流到体外，经过一系列体外循环装置来清除血液中代谢产物、有害成分及异常血浆的治疗装置［28］。血液净化装置包括血液滤过（HF）、血液透析滤过（HDF）、血浆置换（PE）、血液灌流、单纯超滤（IUF）、免疫吸附、持续性肾脏替代治疗（CRRT）、持续性血浆滤过吸附、持续性蛋白吸附［29］。本文着重分析不同免疫吸附装置的区别及优缺点。

2.2免疫吸附装置的分类

2.2.1特异性吸附内毒素Toraymyxin是一种采用固定化多黏菌素B（PMX）吸附去除在体内循环的内毒素的体外血流灌流装置，PMX是一种多肽类抗生素，它的氨基与作为内毒素活性中心的脂质A的磷酸基之间通过离子键相互作用，其疏水基团与脂质A的疏水基团之间通过疏水键相互作用来中和脂质A的活性［30］。这种血液净化装置最早在日本用于革兰氏阴性菌感染的患者，被证实可以大量中和内毒素的毒性作用［31］。意大利的一项研究发现Toraymyxin血液灌流装置可以明显改善脓毒血症患者的血流动力学和器官功能障碍，从而降低病死率［32］。但是后来在法国和美国的两项研究中发现利用该血液灌流装置与常规治疗相比，结果无明显差异［33-34］。有研究发现当PMX在局部和全身水平释放时，其肾毒性作用和神经毒性作用也会增加［30］。并且在使用PMX的患者中发现使用抗菌药物有被吸附的趋势，如果PMX会吸附这些抗菌药物，那么维持这些药物的有效血药浓度就成了一个问题［30］。研究表明环丙沙星、利奈唑胺、盘尼西林等抗菌药物都能被PMX吸附，这些药物的被吸附将不利于脓毒血症的治疗［30］。

2.2.2特异性吸附细胞因子CytoSorb是一种充满聚合物珠的血液灌流管，表面覆盖着聚乙烯吡咯烷酮的聚苯乙烯二乙烯苯多孔微球，它可以吸附促炎因子和抗炎因子，但不能吸附内毒素［35］。Cyto-Sorb的应用是为了防止细胞因子风暴和患者全身炎症反应的进一步恶化，体外实验显示该设备对细胞因子的清除率达90%～95%［36］。然而在使用这种装置时，医生必须了解患者对药筒组成部分和血小板计数的过敏情况，因为CytoSorb可能会导致血小板减少［37］。CytoSorb具有与PMX相同的问题，即会非特异性吸附抗菌药物，这些药物对于危重患者具有十分重要的作用［37］。研究表明，危重患者对于病原体更易感，应采用更高剂量的抗菌药物，如果这些药物被吸附掉，将不利于患者的治疗［38］。最近一项实验比较了标准治疗和CytoSorb（连续7 d，6 h/d），发现IL-6的血浆水平并没有随着时间的推移而下降，所以该项设备的实际应用价值有待商榷［39］。

2.2.3双重吸附内毒素和细胞因子oXiris血液滤过器：AN69膜是1969年上市的一种由丙烯晴和甲基丙烯磺酸钠分子结合的共聚物组成的吸附膜。由于膜具有磺酸基和高度负电荷，它是由甲基丙烯磺酸单体衍生出的磺酸基，可以吸附细胞因子的阳离子残基，去除分子量较大的分子［40］。并且该膜具有对称的微孔结构和水凝胶结构，所以有助于细胞因子在整个膜内被吸附，从而提高整体吸附能力［41］。oXiris血液滤过器就是在AN69膜的基础上设计的一种血液净化装置，同时与聚乙烯亚胺（PEI）进行了嫁接，由于PEI表达大量的带正电荷的游离氨基酸，又具有极好的亲水性及荷电性，所以它可以吸附带负电荷的分子，如内毒素［36］。因此，oXiris不仅可以吸附细胞因子，还可以同时吸附内毒素。但是膜表面带负电荷的原生AN69膜与血液接触时会产生缓激肽，特别是当患者服用血管紧张素转换酶（ACE）抑制剂时，抑制缓激肽活性的激肽Ⅱ被抑制，导致严重低血压，这是AN69膜的一个严重缺点［42］。即便oXiris利用了PEI在AN69膜表面的部分涂层降低了膜与血液之间接触表面的zeta电位，从而大大减少了缓激肽的产生，但是并非所有的患者都能避免这种不良事件［43］。

近来有研究比较了oXiris、CytoSorb和Toraymyxin 3种设备对细胞因子和内毒素的吸附能力，发现oXiris对细胞因子的吸附能力与CytoSorb旗鼓相当，而吸附内毒素的能力又与Toraymyxin类似［44］。但是oXiris的临床应用结果还有待进一步研究。

3 血液净化装置的展望

关于目前血液净化装置的应用还有一些问题亟待解决：第一，应用时间不明确，吸附装置该用于病程早期、晚期还是全程使用？第二，吸附药物的问题，研究表明Toraymyxin与CytoSorb都有吸附抗菌药物的能力，这些药物对于危重症患者具有重要作用，所以对于这两种吸附装置的应用要慎重。

目前采用血液净化治疗脓毒血症的作用机制主要有：①清除患者体内毒素，控制TLR相关信号通路，减少炎症介质的产生，来抑制炎症反应发生；②清除非特异性炎症介质，打破原有的炎症反应环及保护机体组织，通过增加脓毒血症患者后期HLA-Ⅱ的表达改善免疫抑制；③改善患者体内血流动力学，纠正脓毒血症的血管麻痹。而临床对于选择何种血液净化技术治疗脓毒血症尚无统一标准，在治疗时机以及治疗剂量上也存在一定争议。近年来，由革兰阳性菌感染引起的脓毒血症发病率逐渐上升［45］，但目前尚无关于革兰氏阳性菌及其代谢产物的免疫吸附装置，脓毒血症的治疗不彻底可能与之有关。因此，今后还要加强血液净化在脓毒血症中的应用研究，根据个体差异制定针对性治疗方案，同时还要加强对该病的发病机制的研究，进一步改善现有的血液治疗技术。在脓毒血症中，TNF对其他细胞因子的释放起早期决定性作用，是全身炎症反应的中心，其血浆浓度直接与脓毒血症病死率相关［11，46-49］。

TNF还可以通过增加细胞凋亡参与脓毒血症的免疫调节［49］。本课题组推测针对TNF的血液净化装置也许会成为一种治疗手段。其他炎症因子也可成为血液吸附疗法的新靶点，目前正在研发关于炎症因子的吸附柱，延缓脓毒血症的进展。