小檗碱对脓毒症作用机制的研究进展

王菲 综述王日兴 审校

海南医学院第二附属医院急诊科，海南海口 570311

脓毒症是指由于感染而导致全身炎症反应综合征以及宿主对感染的反应调节异常，最终引起威胁生命的器官功能障碍[1]。随着脓毒症的发生发展，其治疗也成为了研究热点，包括抗生素、中药、复苏策略等。可是，却很少有完全针对脓毒症治疗的药物确定，结果脓毒症死亡率直线上升，也成为最常见的死亡疾病，每年的报告均表示脓毒症及其器官功能衰竭是住院患者死亡的主要原因[2]，故脓毒症的发生发展、发病机制及治疗的研究始终处于临床基础研究的重要地位。

机体所产生的炎症反应是脓毒症最重要发生机制之一，病原体侵入机体时最终都会被先天免疫系统所发现，从而产生炎症，而炎症也是先天免疫最早反应之一。伴随着炎性细胞因子的释放，同时诱导新的细胞因子的产生和释放[3]，当炎症反应被放大和调节失调时，就会产生细胞因子风暴，过度的炎症导致脓毒症，从而引起先天免疫激活[4]。脓毒症先天免疫的激活是可通过模式识别受体(PRR)进行的，包括膜结合的Toll样受体(TLRs)、核苷酸结合寡聚化结构域样受体(NLRs)、视黄酸诱导基因Ⅰ样受体(RLRs)、C型凝集素受体(CLRs)。研究最多的是TLRs,尤其是TLR4，而TLR4属于Toll样受体之一，被鉴定为脂多糖(LPS)的受体[5]。脂多糖(LPS)存在于革兰阴性菌外膜，属于重要成分之一，能诱导发生严重脓毒症或脓毒症休克。有研究证实巨噬细胞中TLR4触发的信号传导机制在脓毒症发生发展中扮演着重要角色[6]。TLRs与配体之间的相互作用是通过TIR结构域诱导的，从而激活c-Jun氨基末端激酶(JNK)、细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)、p38丝裂原活化蛋白激酶(P38-MAPK)、核因子-κB(NF-κB)信号通路，随后是炎症因子的产生[7]，分泌促炎因子TNF-α、IL-6以及低水平或无水平IL-12，同时刺激分泌高水平抗炎因子IL-10[8]，进一步表明巨噬细胞在脓毒症的发生发展中扮演着重要角色。另一方面，研究证实早期阶段脓毒症患者会产生大量促炎因子，引起炎症反应，使得脓毒症加重，但是，同时通过负反馈调节，抗炎细胞因子大量释放，其对炎性介质及炎症发展均有抑制作用，从而抑制过度炎症[9]。抗炎因子作为脓毒症发生过程中的保护剂，其治疗脓毒症及其作用机制也成为研究热点之一，但抗炎因子作为临床治疗仍存在争议。小檗碱是从中草药中分离出来的生物活性碱，属于中药黄连主要成分之一，具有多种药理作用，比如抗氧化剂[10]、抗炎、抗微生物[11]、降血脂[12]、降血糖[13]等，同时有治疗子宫内膜癌的潜在作用[14]。本综述简要回顾小檗碱给药对脓毒症发生发展过程中的影响，最后，讨论小檗碱治疗脓毒症的临床相关性。

1 小檗碱在脓毒症所导致部分器官损伤中的应用

1.1 小檗碱与脓毒症小肠损伤腹腔内感染是一种常见而复杂的临床情况，可导致肠道屏障功能障碍、全身炎症反应综合征(SIRS)、组织损伤、多器官功能障碍综合征等多种危及生命的疾病。盐酸小檗碱是中药黄连的天然提取物，已被广泛应用于治疗各种胃肠道疾病，迄今为止临床研究中尚未报道任何毒性作用[15]，还能有效改善患者炎症水平而无不良反应。脓毒症引起多个器官障碍，并且伴随多脏器损害时有活化的中性粒细胞浸润，国内学者已证实小檗碱对内毒素血症小鼠肠道损害的保护作用机制，研究结果显示小檗碱可抑制TLR4-NF-κB-MIP-2通路从而减轻脂多糖所诱导的肠道损伤，并且能够减少脓毒症引起的中性粒细胞浸润，而仅用育亨宾并不能预防脂多糖引起的肠道损伤[16]。小檗碱(30 mg/kg)预处理可通过提高超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性，降低(MDA)和一氧化氮(NO)的水平，抑制TLR4和NF-κB的表达，这也表明一定剂量的小檗碱能与氧化/抗氧化相关介质相互作用来调节脓毒症炎症反应，从而减轻内毒素血管内皮损伤，减少外周血中下游炎症分子的过量产生，降低肠组织损伤程度提高内毒素血症小鼠存活率，但高剂量(120 mg/kg)的小檗碱对预防肠道损伤和提高SOD和GSH-Px活性均无明显作用[17]。NLRs是细胞溶质模式识别受体，在肠黏膜的保护及稳态中扮演着非常重要的角色[18]，小檗碱的保护作用可能独立于NLRs途径，但目前的研究结果不能立即排除小檗碱影响该信号通路下游分子表达的可能性。而已有研究可能通过TLR通路减少了败血症期间肠黏膜中的细胞死亡，降低肠黏膜通透性[19]。除此之外，肠黏膜屏障还与锌的分布有关，脓毒症所引起的肠黏膜屏障损伤，可以通过小檗碱诱导Zrt-Irt-like蛋白14(ZIP14)并影响锌的重新分布[20]，而减轻血浆内毒素水平及低锌血症，增加了肠黏膜中锌的积累和ZIP14 mRNA的表达，从而抑制脓毒症中肠屏障损伤。目前小檗碱在降脂和胰岛素抵抗中的作用机制尚不完全清楚，但可能的机制之一与它对胃肠道菌群的作用有关[21]。代谢内毒素血症的发展强烈依赖于肠道细菌和肠道细菌介导的肠道上皮的完整性[22]，国外文献更多是关于小檗碱对于脓毒症所引起的肠道菌群紊乱的作用机制研究。通过对小檗碱(BBR)施用对腹膜内大肠杆菌诱发败血性死亡的体内影响的研究，最终得出小檗碱给药的效果与免疫学改变有关，免疫学改变以CD4+和CD8+淋巴细胞群的变化以及IL-6和TNF-α的产生为代表，同时强调了小檗碱作为脓毒症治疗上抗生素佐剂的益处[23]，可以单用或与其他疗法联合使用，可以成为一种新的科研研究方向及治疗策略，恢复内毒素血症的正常肠道功能。

1.2 小檗碱与脓毒症心血管损伤脓毒症心血管疾病是严重脓毒症和脓毒症休克最常见并发症，目前已有证据证实天然中药是脓毒症心血管损害治疗的有效成分。脓毒症心肌病是脓毒症心血管疾病中最常见的，是脓毒症患者中一种逐渐被认可的短暂或可逆的心功能障碍形式[24]。有报道小檗碱可以提高败血性小鼠的存活率并抑制炎症，并且逆转钙循环损害，且能使脂多糖所诱导的心脏收缩功能损害得到有效改善[25]，但仍不清楚对于脓毒症心肌病(SCM)的保护作用机制。有研究通过建立脓毒症心肌模型，表明小檗碱可能通过减轻LPS诱导的心肌细胞肿胀监测心脏血流动力学，提高舒张功能和改善心脏功能，并且还可能刺激心肌收缩，对败血症性心肌病具有保护作用。但仍需要进一步研究评估小檗碱是否通过调节其他机制(例如，心肌线粒体动力学)来减轻SCM，小檗碱靶向线粒体的病理生理机制及治疗策略仍存在争议[26]。国外已有学者在已经患有心血管疾病的患者中采用小檗碱，其具有减轻内皮炎症的能力[27]，Kexin样前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶家族的第9个成员(PCSK9)主要是作用于肝细胞上的低密度脂蛋白受体，主要参与脂质代谢，属于一种酶原[28]。BROWN等[29]回顾了PCSK-9在炎症和疾病中的新兴作用，其可能是心血管疾病治疗的最新潜在靶点，而小檗碱在多项研究中被观察到具有PCSK9抑制活性，且已被证明可通过降低甾醇调节元件结合蛋白-2(SREBP-2)和肝细胞核因子1(HNF1α)转录因子，导致PCSK9转录水平显著下降[30]，可改善血管健康。这一发现也表明小檗碱在脓毒症心血管损害上运用的可能。

1.3 小檗碱与脓毒症肺部损伤脓毒症引起的严重组织损伤中，急性肺损伤也是其中之一，不管脓毒症是从哪个器官开始的，肺通常是最先衰竭的[31]，其演变过程中炎症因子的释放加重肺损伤的程度，肺损伤的一个共同特征是广泛存在于血管内和肺泡内纤维蛋白沉积导致气体交换受损，故纤维蛋白沉积是其严重炎症的重要特征[32]。已证实炎症和凝血的作用是相互的，并不是单向存在的关系[33]，组织因子(TF)能够启动血液凝固过程，但只有在血管壁完整性遭到破坏时才会暴露于循环血液中，故抑制组织因子途径可能成为小檗碱治疗急性肺损伤的机制之一[34]。同时有报道LPS诱导脓毒症模型中，小檗碱能够降低其肺W/D比值(湿干重比值)[35]，减轻LPS引起的肺水肿。

1.4 小檗碱与脓毒症肾脏损伤急性肾损伤(AKI)也出现在严重脓毒症的早期阶段，甚至在没有心排血量受损的情况下，以及在没有明显全身症状的较轻的感染性疾病中[36]。脓毒症在AKI的促成因素中占据重要地位，由于AKI的发生使得脓毒症死亡率增加6～8倍[37]，然而，脓毒症相关急性肾损伤(SA-AKI)的潜在机制尚未完全阐明。已证实过度炎症反应、肾内血流动力学改变、凝血功能障碍、微血管内皮功能障碍和肾小管上皮细胞(TEC)损伤都与此过程有关[38]，并且线粒体稳态的破坏是AKI肾功能障碍的重要因素。尽管对全肾血流量(RBF)的作用存在广泛争议，脓毒症对人类RBF的影响也尚不清楚，但有报道称脓毒症诱导的AKI的发生并不排除RBF状态降低[39]，相反，在心排出量保持或增多时RBF增加，而心排量减少时RBF减少[40]，而小檗碱给药在脓毒症相关AKI肾血流方面的影响不是完全清楚。最近有研究证实，小檗碱还可抑制NOS2(一氧化氮合酶)，利用氧化应激协助巨噬细胞对脓毒症相关AKI有保护作用[41]。

2 小檗碱与炎症激活相关机制

严重脓毒症和感染性休克是侵袭性感染引起的全身炎症反应[42]，脂多糖(LPS)是一种众所周知的脓毒症诱导子。LPS激活TLR4受体，从而促进巨噬细胞中诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、环氧化酶2(COX-2)、组织因子(TF)和一系列促炎细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6的表达，过量的LPS触发了与脓毒症病理相关的细胞因子风暴。LI等[43]对脓毒症小鼠给药小檗碱，结果显示了血浆TNF-α，IFN-γ和NO的水平降低，但并未抑制内毒素小鼠的血浆IL-12的水平。国外也有研究小檗碱在THP-1(人单核细胞)中的影响，治疗后IL-12在所有分组中无显著变化[44]。国内最新研究证实小檗碱可通过抑制NF-κB信号传导激活，抑制TNF-α、白介素-1β和IL-6的表达，但是否通过其他机制尚还在研究，进一步强烈支持小檗碱可以作为单一药物或有希望的佐剂，与其他药物一起用于败血症患者的治疗[45]，为研究脓毒症机制提供了新的思路。此外，已有研究证实小檗碱有抗炎活性(抑制IL-6的释放)[46]，通过AMPK刺激下调巨噬细胞的促炎反应[47]，如单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、iNOS和COX-2。早期脓毒症患者不仅引起促炎因子的释放，还能通过负反馈调节产生大量抗炎因子，IL-10是一种具有多种免疫调节作用的抗炎细胞因子，可以下调Th1细胞因子和巨噬细胞的共刺激分子，并能抑制IL-12等多种促炎细胞因子的表达[48]。抗炎因子IL-10可能在一定程度上减轻败血性小鼠中性粒细胞组织浸润和多器官损伤，并且在治疗器官损伤上有一定程度缓解。而IL-33作为IL-1细胞因子家族的一员，自发现以来引起了研究者的广泛关注[49]，小檗碱处理降低了IL-33诱导的细胞因子分泌，抑制了IL-33介导的p38磷酸化，并降低了NF-κB转录[50]。这可能提示小檗碱能通过抑制促炎因子和上调抗炎因子的释放来改善脓毒症小鼠生存率，为今后脓毒症的辅助治疗及联合药物治疗开辟新的研究。

3 总结与展望

国内外在小檗碱对于脓毒症治疗的研究很多，其发病机制及治疗的研究始终处于临床基础研究的重要地位。伴随着许多药理作用，小檗碱能够抗病原微生物、降血糖、保护心脑血管等，尤其在脓毒症的治疗上，更是发挥了药理作用，改善器官功能障碍，对脓毒症病情的进一步恶化发挥着一定的作用。但是抑菌作用始终是微弱的，其应用范围还是有一定局限，对于脓毒症治疗还不是绝对的，其许多药理作用还处于研究阶段。目前其他药物联合小檗碱治疗是否增加该药物的药理作用仍还在探索，已有研究证实小檗碱对于脓毒症促炎因子的释放有抑制作用，但由于机体负反馈调节，抗炎因子也会大量分泌，而小檗碱不易溶于水，故其药理作用及作用机制极其复杂，仍需要全面的探讨小檗碱在脓毒症中的分子机制。这为脓毒症患者临床治疗提供了新的方向，为探索改善脓毒症的预后也提供了新思路，临床应进一步确认小檗碱的治疗效果，探讨小檗碱对于脓毒症的保护作用机制。