中医药抑制细胞焦亡治疗脓毒症的研究进展与探析＊

郅 强，张 楠，冯光玲，孙维义，赵媛媛，杨世发

（1.河南中医药大学第一临床医学院 郑州 450000；2.河南中医药大学第一附属医院 郑州 450000）

脓毒症（sepsis）是因外伤、手术创伤或感染等引起全身严重炎症反应失控，进而发生严重器官功能障碍的急危重症，甚至可能发展为脓毒性休克，严重威胁患者生命[1]。脓毒症是一个涉及全球的严重健康问题，全球脓毒症每年新发超过1900万例，死亡人数超过530万，且许多患者即使存活下来也会遗留有严重的认知障碍和功能残疾[2-3]。相对而言，国内关于脓毒症高质量系统性流行病学研究数据仍然不足，且多集中于单地区研究，且以重症监护病房病人为主。其中一项关于四川省三级医院的重症病房脓毒症流行病学多中心研究显示，脓毒症的患病率为18.3%，死亡率可达57.5%[4]。而多数脓毒症患者（尤其是处于脓毒症早期）常在普通病房治疗，因此脓毒症的发病率应该比统计的更高。

脓毒症有较高的死亡率与严重的并发症，也是造成患者外科手术术后的常见死亡原因，目前脓毒症的治疗方法多以抗感染、液体复苏及使用血管活性药物等一些非特异性疗法为主，并不能有效降低脓毒症的高死亡率[5]，仍需对其进行机制研究以开发新疗法。细胞焦亡（pyroptosis）参与人体固有免疫，与脓毒症的发生发展关系密切，以往有学者认为细胞焦亡在脓毒症发生初期可能因其对机体固有免疫的积极作用发挥抗感染的效果，但近些年的研究显示细胞焦亡的激活在患者脓毒症期间会促进全身性级联炎症反应的失控，引起多器官功能损伤[6-7]。因此，对于有效抑制细胞焦亡激活的药物及其机制的探索为脓毒症的治疗提供了新的思路，已经成为近些年抗脓毒症研究的重点。

祖国医学发展迅速，大量证据显示，脓毒症临床常规治疗基础上加用中医药可以提高临床疗效、改善患者预后[8-10]。尽管如此，其机制研究仍不十分清楚。相对西药而言，中医药具有多靶点、多通路治疗疾病的优势。近些年中医药在抑制细胞焦亡性炎症反应进而发挥抗脓毒症作用方面的探索成果显著，本文在前人的研究基础上，对其研究成果进行综述与探析，以期为未来开展中医药治疗脓毒症的新疗法研究提供思路。

1 细胞焦亡简介

1.1 细胞焦亡特征

细胞焦亡是一种依赖于半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase）激活且伴随有大量炎症因子释放的细胞程序性死亡模式[11]。不同于细胞凋亡的非炎性吞噬，细胞焦亡导致的是细胞炎性死亡，其过程主要表现为细胞质膜孔道的形成、细胞肿胀破坏、胞膜溶解、炎症因子释放、固有免疫的发生，进而导致细胞死亡[12]。细胞焦亡对于调节机体炎性免疫有着举足轻重的作用，适当的细胞焦亡有利于激活机体固有免疫，对抗外界病菌对机体的入侵；而过激的细胞焦亡则会导致炎症因子大量释放，引起炎症失控相关疾病。

1.2 细胞焦亡机制

细胞焦亡的激活途径主要分为经典途径（依赖Caspase-1）及非经典途径(依赖Caspase-4/5/11)。

在细胞焦亡经典途径中，炎性小体激活是重要的条件。在如今发现的多种典型炎性小体中，核苷酸结合寡聚化结构域样受体(NLR protein,NLRP)3是主要介导细胞焦亡的炎性小体[13]。NLRP3的激活主要受两个信号途径调控，即Toll样受体4（Toll-link receptors 4,TLR4）途径和ATP依赖的嘌呤受体途径[14]。NLRP3会结合凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated specklike protein containing a CARD,ASC），激活 与切割Caspase-1及消皮素D（Gasdermin D,GSDMD）蛋白，GSDMD蛋白的N端会易位至细胞膜并寡聚化形成内径约为10-14 nm的孔洞，促进炎症因子白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和 白 细 胞 介 素-18（interleukin-18,IL-18）分泌至孔外，诱导细胞焦亡[15-16]。

细胞焦亡非经典途径的激活并不依赖于NLRP3。入侵机体的革兰氏阴性细菌的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可以直接激活Caspase-4/5/11，继而裂解GSDMD，导致细胞膜孔洞的形成，促进IL-1β和IL-18从细胞中的释放，导致细胞焦亡的发生[17]。然而，Caspase-11不具有将前体IL-1β及IL-18加工成成熟IL-1β和IL-18的功能，其可以作为信号分子参与LPS对NLRP3的激活，进而活化Caspase-1，分泌低水平IL-1β参与细胞焦亡[18]。这表明细胞焦亡经典与非经典途径之间可能存在着一些交互作用，有待进一步研究明确其机制。

与此同时，最近的研究显示，以上两种激活途径可能并非激活细胞焦亡所必需。Zhang等[19]的研究显示，化疗药物多柔比星可以通过调控活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）/c-Jun氨基末端蛋白激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信 号 通 路 促 进Caspase-3对GSDME（Gasdermin E)的切割进而诱导乳腺癌细胞的焦亡。Caspase-8是Caspase-3的上游激活剂，可以控制细胞凋亡。与此同时，Caspase-8可以通过切割GSDMD触发钾外流引起的细胞膜损伤，进而诱发不以Caspase-1/11为主的细胞焦亡，导致NLRP3激活、ASC寡聚化及IL-1β释放[20]。

以上研究表明细胞焦亡的激活受到众多靶点的调控，而中医药在治疗疾病中具有调控多靶点的优势已成为共识，深入研究中医药对细胞焦亡的多靶点调控机制，可能是开发治疗众多炎性疾病疗法的新思路。

2 细胞焦亡与脓毒症的关系

一般情况下，细胞焦亡可以在对抗细胞内病原菌的固有免疫中起到积极作用，保护机体免受侵入性病原菌的感染；而在脓毒症时期，细胞焦亡的激活会扩大炎症反应继而使其失控，促进脓毒症进一步发展，甚至会导致脓毒性休克，威胁患者生命[21]。在脓毒症出现时，大量活化的炎症细胞可以触发细胞焦亡，持续合成并分泌IL-1β和IL-18，这一过程使得炎症信号进一步放大，导致炎症失控，造成组织细胞损伤，引起器官功能障碍[22]。有证据显示，NLRP3和Caspase-1 mRNA水平与巨细胞病毒引起的脓毒症的严重程度密切相关[23]。与此同时，另有研究表明[24]，Caspase-1是预测严重创伤后脓毒症发生的潜在标志物。而大量的证据也证实[25-27]，细胞焦亡在促进脓毒症发展的同时，也是脓毒症性器官功能损伤的重要原因。

总而言之，脓毒症的进展及不良预后与细胞焦亡导致的炎症失控密切相关，通过抑制细胞焦亡的激活可为脓毒症的治疗提供新策略。

3 脓毒症和细胞焦亡的中医理论

3.1 脓毒症的中医理论

脓毒症的本质是全身炎症性反应，而中医学内并无对脓毒症的明确定义，但依据其证候与临床特点，可将其归入“伤寒”、“温病”、“外感热病”等范畴[28]。在该病早期可有发热、口干、乏力之表现，为温热之邪入侵机体；中期可见高热、昏迷等表现，为病邪入里；晚期则见气息微弱、四肢厥冷的表现，为心阳亏耗、阴阳离绝[29]。《黄帝内经》认为“热着寒之”，因此在中医方面，脓毒症的治疗多采用清热药物，如大黄、黄芩等，然脓毒症患者多有因正气不足致血液运行无力而产生的瘀血阻滞，因此治疗时在清热药的运用外多加用益气、活血类中药，如人参、黄芪、赤芍等[30]。

3.2 细胞焦亡的中医理论

细胞焦亡的本质是伴随大量炎症因子释放的细胞程序性死亡模式，在中医方面，可以以中医理论中的“阴阳”来描述细胞焦亡，即细胞存在阴阳对立属性[31]。中医认为，人体作为一个有机的整体，也存在“阴阳”之说,其内的“阴阳平衡”调节着细胞的一系列生命活动，包括生长、凋亡、死亡整个细胞生命过程。《内经》有云“阴平阳秘,精神乃治”，细胞阴阳的调控对于人体阴阳平衡至关重要，适当的细胞焦亡有利于机体的“阴阳平衡”，然而当存在诸如外伤、手术创伤或感染时，则会导致细胞焦亡的过度激活，进而引起“阴阳失衡”。

4 中医药抑制细胞焦亡治疗脓毒症

近些年来中医药在抑制细胞焦亡治疗脓毒症方面取得了较多进展，其可以通过调控多靶点抑制多种细胞焦亡途径的激活，发挥抗脓毒症及改善脓毒症相关器官损伤的作用。下文总结并探析了其研究成果及相关研究方法。见表1。

4.1 中医药抑制细胞焦亡经典途径治疗脓毒症

在脓毒症期间，炎性小体NLRP3的活化是细胞焦亡经典途径激活的一个重要标志，其可以激活Caspase-1诱导细胞焦亡的发生，因此抑制NLRP3的活化是抑制细胞焦亡、控制炎症发展的一项有效措施。Yang等[32]发现，胡薄荷酮可以通过抑制NLRP3炎性小体表达发挥对脓毒症小鼠的抗炎作用。同时，李曼等[33]研究发现，黄芪甲苷可以通过抑制NLRP3炎性小体对Caspase-1的活化作用，减轻脓毒症小鼠肠屏障功能障碍。

炎症失控造成的组织细胞损伤是脓毒症性器官功能受损的重要原因，中医药抑制细胞焦亡可以有效控制炎症级联反应，改善器官功能障碍。何荷等[34]研究发现，绿原酸对LPS诱导的脓毒症小鼠肺损伤有一定的保护作用，该结果是通过抑制ROS/硫氧还蛋白互作蛋白（thioredoxin-interactingprotein，TXNIP）/NLRP3信号通路进而抑制细胞焦亡经典途径而实现的。与此同时，白藜芦醇被证明可以通过激活沉默信息调节因子2相关酶1(silent mating type information regulation 2 homolog-1,SIRT1)抑制NLRP3炎症小体的激活，从而降低Caspase-1和ASC的表达，改善脓毒症后肠黏膜屏障功能损伤[35]。Guo等[36]发现，百里醌可以通过抑制NLRP3和Caspase-1来减轻脓毒症引起的小鼠急性肾损伤。帕金（Parkin）蛋白是一种具有E3泛素蛋白连接酶的蛋白，Gao等[37]在盲肠结扎穿孔术(CLP)诱导的脓毒症小鼠中发现，虎杖苷可以通过诱导Parkin介导的线粒体自噬抑制NLRP3炎症小体激活，降低Caspase-1和ASC的表达，改善脓毒症急性肾损伤。

在众多脓毒症性器官损伤中，肺部损伤所导致的呼吸功能受损是脓毒症患者的主要死亡原因之一，改善脓毒症性肺部伤是降低脓毒症死亡率的重要措施。Wang等[38]研究发现，二氢杨梅素可以通过抑制NLRP3导致的Caspase-1依赖性细胞焦亡减轻脓毒症小鼠出现的急性肺损伤，改善小鼠的存活率。Li等[39]发现，芒果苷可以通过以p65依赖性方式抑制NLRP3炎症小体激活来减轻LPS诱导的脓毒症小鼠急性肺损伤。于此同时，马钱苷也被证明可以通过制核因子κB(NFκB)信号通路抑制NLRP3炎症小体激活达到减轻脓毒症小鼠急性肺损伤效果[40]。

此外，丹参酮IIA磺酸钠[41]、大黄素[42]、栀子苷[43]等均可以通过抑制NLRP3激活导致的Caspase-1依赖性细胞焦亡经典途径，改善脓毒症小鼠心肌功能损伤。而槐果碱[44]通过诱导自噬、6-姜酚[45]通过抑制核因子E2相关 因子2（nuclear factor NF-E2-related factor 2,Nrf2）信号通路可以抑制细胞焦亡经典途径对脓毒症脓毒症小鼠的肝损伤有较好的保护作用。

中医药可以通过多靶点抑制NLRP3的激活及其诱导的细胞焦亡经典途径发挥抗脓毒症作用。然而，调控细胞焦亡经典途径的相关通路及其靶点并非单独作用，而是相互介导。目前的相关研究仍集中于细胞焦亡经典途径中NLRP3的上下游靶点，对其它相关信号通路及其关键因子的探索仍有待加强。

4.2 中医药抑制细胞焦亡非经典途径治疗脓毒症

依赖于Caspase-11的非经典细胞焦亡途径是细胞焦亡的重要途径之一，其不仅可以在LPS的刺激下直接裂解GSDMD导致细胞焦亡的发生，也可以作为信号分子激活细胞焦亡经典途径。

Zhang等[46]研究发现，木犀草素可以通过抑制依赖于Caspase-11的细胞焦亡，同时抑制Caspase-1表达，减轻脓毒症小鼠急性肺损伤。与此同时，刘雨浓[47]等进行的体外细胞实验显示，黄连解毒汤有效组分因对LPS活化Caspase-11介导的细胞焦亡具有显著的抑制作用，同时也减少了Caspase-11对Caspase-1的激活作用，从而显现出抗脓毒症的潜在作用。脓毒症性心肌功能障碍是心肌细胞焦亡的主要表现。殷玥等[48]进行的动物实验显示，对雄性C57BL/6脓毒症小鼠模型采用楤木皂苷预处理可以显著抑制心肌细胞焦亡，使小鼠生存率升高，且其细胞学实验证实，楤木皂苷的干预明显抑制了Caspase-11的活化，使IL-1β水平明显降低。细菌性脓毒症中凝血系统的过度激活会导致弥散性血管内凝血(disseminated intravascula rcoagulation，DIC)，这是脓毒症休克的主要原因，是一种危及生命的病理生理综合征，抑制细胞焦亡可以显著改善这一状况。Yuan等[49]的研究结果显示，小檗碱生物碱可以通过阻断Msr1的表达，抑制细菌性脓毒症中Caspase-11依赖性细胞焦亡，预防和治疗脓毒症造成的DIC。

相对于中医药通过细胞焦亡经典途径治疗脓毒症而言，非经典途径的研究较少。有研究表明，在LPS脓毒症小鼠模型中，小鼠的死亡率在缺乏Caspase-11的情况下显示出降低的趋势，然而敲除了NLRP3的脓毒症小鼠，其死亡率并未在大剂量LPS诱导脓毒症的情况下出现明显降低[50]。这可能与NLRP3的激活并未如Caspase-11介导的细胞焦亡那样普遍存在有关。且细胞焦亡经典与非经典途径之间存在着交互作用，其中抑制Caspase-11的激活无疑是阻断这种交互作用的有效措施。因此加大对抑制Caspase-11依赖性细胞焦亡非经典途径的探索，对脓毒症治疗也是一个重要的研究方向。

4.3 中医药抑制细胞焦亡其它途径治疗脓毒症

早期的研究认为Caspase-3诱导的细胞死亡属于细胞凋亡，然而近些年随着对细胞焦亡的深入研究发现Caspase-3亦可以激活细胞焦亡，抑制Caspase-3的激活在一定程度上也可以抑制细胞焦亡的发生。张海芳等[51]使用丹参酮干预脓毒症大鼠后发现，丹参酮可以通过抑制Caspase-3介导的细胞焦亡及细胞凋亡，改善脓毒症大鼠心脏损伤功能。

目前关于中医药通过抑制Caspase-3等其它途径介导的细胞焦亡治疗脓毒症的研究较不足，仍然处于探索当中，加大这一方面的研究可能会为未来中医药通过抑制细胞焦亡治疗脓毒症及其与其它程序性细胞死亡模式如细胞凋亡等的关系提供新的见解。

5 小结

目前临床脓毒症治疗中的许多问题仍未解决，如抗菌药耐药性及糖皮质激素的使用增加而带来的副作用等，且单纯的抑制炎症并不能获得理想的治疗效果，因此深入研究脓毒症中炎症失控的相关机制，将是开发有效防治脓毒症新疗法的关键措施。细胞焦亡是一种可以受到多靶点调控的细胞死亡方式，其激活并释放的炎症因子可以促进脓毒症的发展。中医药具有调控多靶点治疗疾病的优势，其可通过调控细胞焦亡经典、非经典途径及其它靶点，抑制细胞焦亡过度激活的炎症反应来防治脓毒症。然而，目前的相关研究仍然存在着一些缺陷。首先，许多药物的研究比较局限，多着眼于细胞焦亡相关因子，对作用通路的系统化研究比较浅显，且缺少对通路间网络关联的研究，无法全面系统的显示作用机制。其次，相关研究多集中在中医药对细胞焦亡经典途径的抑制，关于抑制非经典及其它如Caspase-3途径的探索仍然欠缺。最后，对中药提取物的单一研究并不能很好的体现中医药多组分、多层次、多靶点治疗疾病的优势，对中药复方抑制细胞焦亡治疗脓毒症的探索还需加强。以上问题表明，中医药抑制细胞焦亡治疗脓毒症的研究仍有很长的路要走，与现代医学相结合进行全面系统的探索将是祖国医学发展的重要方向。此外，脓毒症也是外科手术术后严重的致死性并发症，中医药是否可以通过抑制细胞焦亡有效防治手术术后脓毒症及其相关作用机制的研究仍然匮乏。因此，加大中医药在应对此类情况引起的脓毒症等致死性感染性疾病中的临床或基础研究，可能是促进祖国医药在临床防治外科相关疾病治疗过程中所引起的包括脓毒症在内的感染性急危重症的重要前提，也是进一步研究的重点。