血栓调节蛋白在脓毒症中的研究进展

聂 宁 鲁 彦 王惠雨 李 斌 周 荣

脓毒症是机体对感染反应失调导致的威胁生命的多器官功能障碍综合征,我国脓毒症的发生率为33.6%,病死率为29.0%[1]。早期诊断和及时干预是降低脓毒症病死率的关键,但由于脓毒症的发病机制尚未完全阐明,目前对脓毒症的诊疗方式及效果有限。血栓调节蛋白(thrombomodulin, TM)是一种内皮细胞膜糖蛋白,在保护内皮细胞、维持血管内稳态等方面具有重要作用,而内皮细胞是脓毒症发生时病原体和毒素主要的攻击靶点。在脓毒症发生时,TM从受损的内皮细胞进入血液循环后成为可溶性血栓调节蛋白(soluble thrombomodulin, sTM)被检测到,可以作为脓毒症的新型生物学标志物。越来越多的研究表明,以TM为治疗靶点开发的新型抗凝药物重组人可溶性血栓调节蛋白(recombinant human soluble thrombomodulin, rhTM)可以有效改善脓毒症预后,为临床上治疗脓毒症患者提供了新的治疗策略[2,3]。本文将重点从脓毒症与TM的相关研究进展进行综述,展望TM对脓毒症的诊疗前景。

一、TM的结构、功能及表达

TM是由557个氨基酸组成的Ⅰ型跨膜蛋白,包含胞内区、跨膜区及胞外区3个部分[4]。胞外区是TM的主要构成部分,由凝结素样结构域、6个表皮生长因子样结构域(epithelial growth factor-like domain, EGF-like domain)及丝氨酸-苏氨酸结构域组成,具有抗炎、抗凝及抗纤维蛋白酶溶解作用。跨膜区和胞内区分别由单次跨膜结构域以及胞质域组成,能改变上皮细胞形态,便于细胞迁移。由于包含多个结构域,TM具有多种生物学功能,主要通过参与炎性反应、凝血过程和细胞增殖及分化在维持机体正常的生理功能方面发挥重要作用[5]。TM由单核-吞噬细胞、血管平滑肌细胞、肺泡上皮细胞、中性粒细胞和造血祖细胞等多种细胞合成,可在所有血管内皮细胞上表达,是血管内皮细胞稳态的重要调节因子[5]。血管损伤相关性疾病,如脓毒症、病毒感染、恶性肿瘤、糖尿病、心血管疾病、弥散性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation, DIC)等均可引起受损的血管内皮细胞释放大量的sTM至血液,导致患者外周血sTM水平明显增加[6]。

二、TM在脓毒症中的作用

炎性反应失控和凝血功能障碍是脓毒症重要的发病机制,TM作为炎性反应和凝血系统的重要调节蛋白,与脓毒症的发生、发展密切相关。

1.TM减轻脓毒症炎性反应:高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1, HMGB1)作为一种典型的损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)在脓毒症炎性反应中至关重要[7]。既往研究表明,TM凝集素样结构域与HMGB1结合后抑制HMGB1/Toll样受体4(toll-like receptor 4, TLR4)/核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)炎性信号通路发挥抗炎作用[8]。近年来,研究者对TM抗炎通路提出了一系列新的学说:(1)中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil traps, NETs)的发现使人们认识到损伤组织释放的DAMPs可诱导NETs的形成,从而加剧脓毒症全身炎性反应。TM通过阻止NETs的形成降低脓毒症炎性细胞因子水平[9]。(2)既往研究认为,TM的6个EGF-like domain主要发挥抗凝作用,但新的研究发现其第5表皮生长因子样区与内皮细胞表达的G蛋白偶联受体15(G protein-coupled receptor 15, GPCR15)结合后抑制NF-κB发挥抗炎作用[10]。(3)炎性脂质介质(lipidic medium, LMs)作为一种新发现的炎性细胞因子在脓毒症发病机制中发挥重要作用,TM通过降低LMs水平来减轻脓毒症炎性反应[11]。

2.TM在脓毒症中的抗凝作用:血管内皮受损常导致全身微血管内血栓形成,这是脓毒症发生、发展的重要病理特征之一[12]。TM发挥抗凝作用能抑制脓毒症患者血栓形成。经典的抗凝通路包括依赖蛋白C (protein C, PC)途径及非依赖PC途径[13]。TM作为抗凝活性糖蛋白直接抑制凝血酶活性[14]。此外,TM与凝血酶结合后激活PC转化为活化蛋白C(activated protein C, APC)直接灭活凝血因子Ⅴ和Ⅷ,减少凝血酶活化,同时抑制凝血系统的放大,使凝血反应减弱[14]。已有研究证实,NETs是一种新型的先天性免疫反应,由含有组蛋白、中性粒细胞丝氨酸蛋白酶等颗粒蛋白的DNA细丝组成,参与凝血激活[9]。TM可通过限制NETs的形成来抑制脓毒症相关的免疫血栓形成[15]。

三、TM在脓毒症中的预测价值

在脓毒症发生的初始阶段,大量TM因内皮细胞损伤被中性粒细胞弹性蛋白酶裂解后成为sTM释放至血液。因此,sTM可以作为脓毒症早期诊断和预后判断的新型生物学标志物。

1.sTM用于早期预测脓毒症的发生:对于可疑性脓毒症患者,早期预测脓毒症的发生是降低患者病死率的关键。一项观察性研究比较了179例脓毒症患者和125例非脓毒症重症监护病房(intensive care unit, ICU)患者的sTM水平,发现脓毒症组的sTM水平明显高于非脓毒症组,表明sTM能够早期识别脓毒症患者[16]。“脓毒症3.0”的提出强调了凝血及器官功能障碍是脓毒症患者预后不良的主要原因,但有20%～30%的患者入院时未表现出明显的凝血及器官功能障碍症状[17]。已有研究证实,sTM能预测脓毒症相关凝血病(sepsis-associated coagulopathy, SAC)的发生,受试者工作特征曲线分析表明,sTM较D-二聚体具有更好的诊断SAC能力,两者的曲线下面积(area under the curve, AUC)分别为0.864和0.775[16]。Katayama等[18]研究检测了多种生物学标志物对脓毒症相关肾损伤发生的预测作用,通过多变量Logistic回归分析表示sTM是脓毒症相关肾损伤的早期独立预测因子。脓毒性休克是脓毒症进展的最危重阶段,伴有严重的循环功能障碍和代谢/细胞功能异常,病死率高达50%。研究表明,sTM预测脓毒性休克发生的敏感度为80.2%,特异性为88.9%,明显高于降钙素原(procalcitonin, PCT)、序贯性器官衰竭评分(sequential organ failure assessment, SOFA)和急性生理与慢性健康评分Ⅱ等指标。因此,sTM较传统的临床指标更具有优势,不仅可以早期诊断脓毒症,而且具有更好的脓毒症危险分层能力。

2.sTM是脓毒症的预后生物学标志物:sTM已经被证实与危重症患者的预后相关,而脓毒症恰恰是目前ICU中最常见的临床综合征。因此,sTM可能是脓毒症的预后标志物。一项ProCESS临床试验发现,入院时及入院后24h的sTM水平均与脓毒症患者的60天病死率呈正相关,认为sTM是评估脓毒症患者预后的良好指标。然而,临床工作者对sTM的实际应用提出了质疑,他们更倾向于应用价格低廉的SOFA评分评估脓毒症患者预后。对此,Fang等[19]研究对比了sTM与PCT、SOFA评分对脓毒症预后的预测价值,表明sTM评估脓毒症预后的能力明显高于PCT及SOFA评分。此外,临床干预能影响患者预后,有研究发现,sTM与干预治疗后脓毒症患者病情变化之间存在相关性,可以监测干预治疗对脓毒症预后的影响[19]。多种生物学标志物联合评估脓毒症预后更准确、更全面。已有研究表明,sTM联合脑钠肽(brain natriuretic peptide,BNP)判断预后的能力高于单一的sTM或BNP(AUC分别为0.937、0.913、0.874)[20]。综上所述,sTM对脓毒症具有较好的预后评估价值,临床上应综合考虑多种因素对预后的影响,动态监测sTM水平可以检验临床治疗策略对脓毒症的疗效。

四、TM作为脓毒症的治疗靶点

在发生脓毒症时,炎性反应失控和凝血功能紊乱相互作用可导致SAC和脓毒症相关器官功能障碍的发生,以TM为治疗靶点开发的新型抗凝药物rhTM主要通过重建血栓调节蛋白/活化蛋白C系统维持凝血功能正常,对脓毒症患者具有一定的保护作用。

1.rhTM治疗SAC:rhTM在日本上市后主要用于弥漫性血管内凝血的临床治疗,目前已有临床研究将rhTM用于SAC的治疗,并取得了阶段性的成功。日本的一项多中心、回顾性研究表明,采用0.06mg/(kg·d)rhTM,连续6天的治疗能显著降低SAC患者的病死率。美国的一项临床2B期试验也证实了rhTM治疗SAC的有效性及安全性。但最新的美国SCARLET随机临床试验发现,rhTM治疗组及安慰剂组的28天全因病死率分别为26.8%及29.4%,差异无统计学意义(P=0.32),表明了rhTM对SAC患者并没有治疗作用[21]。这可能是因为脓毒症作为一种临床异质性疾病,不同的脓毒症表型对rhTM的治疗反应各不相同。Kudo等[22]将3694例脓毒症患者分为dA、dB、dC及dD 4组临床表型,dA组及dB组患者病情危重伴有重度及中度凝血病,dC组患者病情中度伴有轻度凝血病,dD组患者病情轻且无凝血病。研究提示,rhTM治疗4组患者的28天病死率及住院病死率之间存在差异,dA组患者预后更好,更推荐重度SAC患者使用rhTM[22]。

2.rhTM治疗脓毒症相关器官功能障碍:炎性反应失控及凝血功能紊乱是脓毒症相关器官功能障碍发生的重要机制[5]。rhTM可能是脓毒症相关器官功能障碍患者的有效干预措施。多项动物实验已经表明,rhTM在脓毒症相关器官功能障碍的发生中具有一定的保护作用[23,24]。rhTM通过下调组蛋白H3水平减轻脓毒症小鼠肾脏局部炎症和细胞毒性,进而促进肾功能恢复。此外,rhTM通过抑制脓毒症小鼠肺组织的炎性反应、细胞增殖/分化和糖萼合成,减弱了由内皮损伤引起的脓毒症相关急性呼吸窘迫综合征(sepsis-associated acute respiratory distress syndrome, SARDS)[24]。临床研究进一步证实rhTM可以改善脓毒症相关器官功能障碍患者的预后。脓毒症相关急性肾损伤的患者出院时rhTM治疗组对肾脏替代治疗的依赖性明显低于对照组,rhTM治疗组患者的28天病死率显著降低,证实rhTM对脓毒症相关急性肾损伤患者具有一定保护作用[2]。另一项研究表明,SARDS患者中rhTM治疗组的ICU病死率及病死率(22.1%、35.6%)均低于对照组(36.2%、49.7%),提示SARDS患者可以从rhTM治疗中获益[3]。

五、展 望

脓毒症的诊断和治疗是急危重症医学领域面临的重要临床问题,医学技术的进步使得脓毒症的早诊断、早治疗取得了重大进步。但由于脓毒症的病理生理学机制尚未完全阐明,脓毒症的发生率和病死率仍居高不下。TM是内皮细胞表面的多功能跨膜糖蛋白,通过多种信号通路在脓毒症的发生、发展过程中发挥重要作用。TM作为新的靶点为脓毒症的临床诊治提供了新思路。虽然目前TM在脓毒症中的具体作用机制尚未完全阐明,另外基于TM治疗的适应证、时间窗和安全性也需要进一步明确。但随着研究深入,上述有关TM的问题终将迎刃而解,未来以TM为靶点的新型诊疗策略将会更有效地服务于临床实践。