内毒素血症的免疫学发病机制

作者                作者单位

郭媛 　 南昌大学第一附属医院消化内科330006

魏筱华  南昌大学第一附属医院药剂科330006

谢珺    南昌大学第一附属医院药剂科330006

白爱平  南昌大学第一附属医院消化内科330006

内毒素血症的发病机制至今尚不十分清楚，研究表明，机体固有及适应性免疫反应过度激活在内毒素血症发病中占有重要地位[3]。进入血液的内毒素激活机体免疫细胞，诱导免疫细胞释放大量的炎症分子，导致机体组织器官的损伤。

一、核因子κB(NF-κB)的激活及炎症介质的诱导

NF-κB是调节炎症因子基因表达的关键转录因子之一，在内毒素血症及其他炎症性疾病的发病中发挥重要作用[4]。NF-κB主要由P65和P50两个亚基组成，存在于机体所有的组织细胞内，调节细胞的生长、繁殖和代谢[5]。在常态下，NF-κB存在于细胞的细胞质内，与其抑制因子IκB结合。当细胞受内毒素、肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素(IL)-1β等炎症分子刺激后，IκB被磷酸化降解，NF-κB被释放、激活并移位到细胞核内，与基因的启动子结合，诱导TNF、IL-1β、INF-γ、诱导型一氧化氮合酶(inducible NO synthase，iNOS)、趋化因子如IL-8、巨噬细胞趋化因子(MDF)及趋化因子受体等炎症分子的转录、表达，所表达的上述炎性细胞因子通过与受体结合后进一步刺激免疫细胞，反馈激活NF-κB，加剧了组织的损伤[6]。

内毒素血症发病时，大量进入血液及组织的内毒素与中性粒细胞、巨噬细胞等固有免疫细胞表面TLR4等受体结合，诱导这些固有免疫细胞内NF-κB的激活，活化的NF-κB向细胞核移位，调控很多炎症分子的表达，如TNF、IL-1β、IL-8、IL-6等，这些炎症因子进一步诱导机体异常免疫反应[7];同时，活化的NF-κB诱导中性粒细胞、巨噬细胞等固有免疫细胞表达iNOS，分泌基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)如MMP-9、弹性蛋白酶(Elastase)等蛋白，并抑制基质金属蛋白酶抑制剂(TIMP)的表达[8]。这些大量表达的蛋白酶被分泌到细胞外，渗透到组织间液，降解细胞间的基质成分，加重组织水肿和细胞的无氧环境，造成多器官组织的损伤[9]。

同时，内毒素及其所产生的大量炎症细胞因子如TNF、IL-1β、IL-6等，能诱导内皮细胞NF-κB的激活，活化的NF-κB向细胞核内移位，调节内皮细胞表达细胞间黏附分子1(ICAM-1)、血管内皮细胞黏附分子1(VCAM-1)等黏附分子[10]。内皮细胞所表达的ICAM-1、VCAM-1等黏附分子参与白细胞穿越毛细血管壁到达炎症部位的发生过程，诱导中性粒细胞、淋巴细胞、单核巨噬细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞等炎症细胞穿出血管壁到达炎症部位。炎性细胞浸润会加重组织器官的水肿、出血、坏死等损伤表现，造成组织细胞的损伤和凋亡[11]。

新近研究表明，免疫细胞的NF-κB活性与内毒素血症的预后直接相关[12]。内毒素血症患者外周血单核细胞和中性粒细胞中NF-κB的活性明显升高，其中，由内毒素血症诱导全身炎症反应综合征而死亡的患者，其单核细胞NF-κB活性显著高于生存组。而抑制NF-κB的激活能明显减轻机体的异常免疫反应，缓解内毒素血症导致的全身炎症反应综合征病情[13]。

二、一氧化氮(NO)

NO由机体组织细胞内一氧化氮合酶(NO synthase，NOS)催化L-精氨酸所生成。免疫细胞内的NOS主要分为两种类型[14]：原生型一氧化氮合酶(constitutive NO synthase，cNOS)和iNOS。cNOS在免疫细胞内存在的时间很短暂，仅为数分钟，并且所生成NO量较少，而iNOS在细胞内存在的时间较长，且能合成的NO量远多于cNOS。炎症反应时，巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞受炎症分子及介质刺激，表达大量的iNOS，并催化大量NO的产生[14]。

低剂量的NO是体内重要的血管舒张剂，参与机体微循环功能的调节[14]。但在炎症状态下，iNOS高度表达，催化L-精氨酸转化为L-胍氨酸，从而产生大量NO。作为氧自由基，NO能直接损伤线粒体的氧化呼吸功能，并损伤细胞DNA，造成细胞损伤[15]。内毒素血症时，受内毒素及炎症细胞因子如TNF、IL-1β等刺激，中性粒细胞、巨噬细胞等固有免疫细胞高表达iNOS，iNOS进一步催化大量NO的合成和释放[16]。一方面，NO具有扩张血管的作用，内毒素血症所产生的大量NO造成机体血压下降;另一方面，NO具有很强的细胞毒作用，NO与氧离子结合，形成毒性产物过氧亚硝基，造成组织细胞的损伤和凋亡[16]。同时，NO影响机体的能量代谢，造成组织细胞的损伤。糖酵解是内毒素血症组织氧代谢的主要方式，而过量NO可通过抑制磷酸甘油醛脱氢酶活性抑制糖酵解途径，使能量产生受抑制，导致细胞能量代谢障碍[16]。

新近研究发现，在内毒素血症发病过程中，抑制NO的合成能有效减轻多器官的功能损伤，并降低内毒素血症的死亡率[17]。

三、 TH1/TH17细胞反应

新近研究发现，适应性细胞免疫反应如1型辅助性T细胞(TH1)、分泌IL-17的辅助性T细胞(TH17)也参与了内毒素血症休克的发病机制。

TH1、TH17等适应性免疫细胞的分化及功能调节等相关研究成为免疫学研究的热点之一。幼稚T辅助细胞在IL-12等细胞因子刺激下向TH1细胞分化，并调节成熟TH1细胞的功能，如分泌INF-γ等。T-bet(T box expressed in T cells)是调节TH1分化及功能的关键转录因子，调控TH1细胞的功能表达及分泌INF-γ[18]。一些细胞因子如IL-23、IL-21、IL-6等则能诱导幼稚T细胞向TH17细胞分化，并调节成熟TH17细胞的功能，如分泌IL-17等。RORγt(retinoic acid receptor related orphan receptor γt)是调节TH17分化及功能的关键转录因子，在TH17所介导的自身免疫性疾病发病中发挥重要作用[19]。TH1、TH17在很多免疫性疾病的病变组织中高表达，包括类风湿性关节炎、脑脊髓炎、炎症性肠病等，能诱导炎症部位免疫细胞、基质细胞等分泌TNF-α、IL-1β、IL-6等细胞因子和炎症介质，造成机体组织的损伤，在免疫性疾病的发病中发挥重要作用[20]。

内毒素血症时，受内毒素刺激，巨噬细胞、树突状细胞等固有免疫细胞分泌大量的IL-12、IL-6、IL-23等细胞因子。经T细胞受体(T cell receptor，TCR)刺激，IL-12、IL-6、IL-23等细胞因子能诱导辅助性T细胞表达T-bet、RORγt等转录因子，诱导细胞向TH1、TH17细胞分化，分化的TH1、TH17细胞分泌大量的IFN-γ、IL-17等细胞因子，这些细胞因子不仅能直接损伤组织细胞，同时也能进一步诱导炎症分子如TNF、iNOS及趋化因子等的表达，加重组织细胞的损伤[21-22]。

研究发现，内毒素血症时，机体的适应性免疫反应，尤其是TH1、TH17细胞免疫反应被激活，并加重内毒素血症的病情。而抑制TH1、TH17细胞反应，能有效防治内毒素血症休克的发生[23]。

综上所述，机体以中性粒细胞、巨噬细胞等为主的固有免疫细胞及以TH1、TH17等细胞为主的适应性免疫细胞功能紊乱在内毒素血症发病中起着核心作用[24]。研究证明，抑制机体中性粒细胞、巨噬细胞功能及异常TH1、TH17等细胞免疫反应，能有效地缓解内毒素血症病情[25]。

目前，有关内毒素血症导致机体多器官功能损伤及衰竭的研究很多[26-29]，这些体内外研究大多集中在内毒素血症所诱导的组织细胞的损伤和凋亡，及应用相关药物治疗对组织细胞的保护作用，涉及内毒素血症发病机制，尤其是免疫学发病机制的研究报道尚较少，并且，这些实验研究没有针对性地抑制机体异常固有及适应性细胞免疫反应，疗效也不尽如人意。深入研究内毒素血症异常固有免疫反应的适应性TH细胞反应的调节机制，以达到有效地调节中性粒细胞、TH等细胞的激活及功能的效果，有利于深入探讨内毒素血症发病机制，为内毒素血症的治疗寻找可能的靶点。

【参考文献】

[1]　Brunn GJ， Platt JL. The etiology of sepsis：turned inside out.Trends Mol Med,2006,12(1)：10-16.

[2]　张永一，郭昌星.抗生素诱导内毒素血症研究进展.中华全科医学，2008,6(12)：1297-1298.

[3]　Pinheiro da Silva F，Soriano FG.Neutrophils recruitment during sepsis：Critical points and crossroads.Front Biosci,2009,14：4464-4476.

[4]　杨光田，王进.核因子-κB在大鼠内毒素休克中的作用.中国急救医学，2005,25(2)：104-106.

[5]　Gaur U， Aggarwal BB.Regulation of proliferation，survival and apoptosis by members of the TNF superfamily.Biochem Pharmacol,2003,66(8)：1403-1408.

[6]　Yamamoto Y，Gaynor RB.Role of the NF-kappaB pathway in the pathogenesis of human disease states.Curr Mol Med,2001,1(3)：287-296.

[7]　Mancino A，Lawrence T.Nuclear factor-kappaB and tumor-associated macrophages.Clin Cancer Res,2010,16(3)：784-789.

[8]　Newby AC.Metalloproteinase expression in monocytes and macrophages and its relationship to atherosclerotic plaque instability.Arterioscler Thromb Vasc Biol,2008,28(12)：2108-2114.

[9]　Vaday GG，Franitza S，Schor H，et al.Combinatorial signals by inflammatory cytokines and chemokines mediate leukocyte interactions with extracellular matrix.J Leukoc Biol,2001,69(6)：885-892.

[10]　Zen K，Parkos CA.Leukocyte-epithelial interactions.Curr Opin Cell Biol,2003,15(5)：557-564.

[11]　McEver RP.Adhesive interactions of leukocytes，platelets，and the vessel wall during hemostasis and inflammation.Thromb Haemost,2001,86(3)：746-756.

[12]　Paterson RL，Galley HF，Dhillon JK，et al.Increased nuclear factor kappa B activation in critically ill patients who die.Crit Care Med,2000,28(4)：1047-1051.

[13]　Singer P，Shapiro H，Theilla M，et al.Anti-inflammatory properties of omega-3 fatty acids in critical illness：novel mechanisms and an integrative perspective.Intensive Care Med,2008,34(9)：1580-1592.

[14]　Persichini T， Cantoni O， Suzuki H，et al.Cross-talk between constitutive and inducible NO synthase：an update.Antioxid Redox Signal,2006,8(5/6)：949-954.

[15]　Fortin CF， McDonald PP， Fülp T， et al.Sepsis，leukocytes，and nitric oxide (NO)：an intricate affair.Shock,2010,33(4)：344-352.

[16]　Chandra A，Enkhbaatar P，Nakano Y，et al.Sepsis：emerging role of nitric oxide and selectins.Clinics (Sao Paulo),2006,61(1)：71-76.

[17]　Murakami A，Ohigashi H.Targeting NOX，INOS and COX-2 in inflammatory cells：chemoprevention using food phytochemicals.Int J Cancer,2007,121(11)：2357-2363.

[18]　Bowen H，Kelly A，Lee T，et al.Control of cytokine gene transcription in Th1 and Th2 cells.Clin Exp Allergy,2008,38(9)：1422-1431.

[19]　Peck A，Mellins ED.Plasticity of T-cell phenotype and function：the T helper type 17 example.Immunology,2010,129(2)：147-153.

[20]　Leung S，Liu X，Fang L，et al.The cytokine milieu in the interplay of pathogenic Th1/Th17 cells and regulatory T cells in autoimmune disease.Cell Mol Immunol,2010,7(3)：182-189.

[21]　Chung DR，Kasper DL，Panzo RJ，et al.CD4+ T cells mediate abscess formation in intra-abdominal sepsis by an IL-17-dependent mechanism.J Immunol,2003,170(4)：1958-1963.

[22]　Flierl MA，Rittirsch D，Gao H，et al.Adverse functions of IL-17A in experimental sepsis.FASEB J,2008,22(7)：2198-2205.

[23]　Kong W，Yen JH，Vassiliou E，et al.Docosahexaenoic acid prevents dendritic cell maturation and in vitro and in vivo expression of the IL-12 cytokine family.Lipids Health Dis,2010,9：12.

[24]　Cinel I，Opal SM.Molecular biology of inflammation and sepsis：a primer.Crit Care Med,2009,37(1)：291-304.

[25]　Ganea D，Delgado M.Vasoactive intestinal peptide (VIP) and pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) as modulators of both innate and adaptive immunity.Crit Rev Oral Biol Med,2002,13(3)：229-237.

[26]　Li Y，Liu B，Fukudome EY，et al.Surviving lethal septic shock without fluid resuscitation in a rodent model.Surgery,2010,148(2)：246-254.

[27]　Shinozaki S，Inoue Y，Yang W，et al.Farnesyltransferase inhibitor improved survival following endotoxin challenge in mice.Biochem Biophys Res Commun,2010,391(3)：1459-1464.

[28]　Zanotti-Cavazzoni SL， Guglielmi M， Parrillo JE，et al.Fluid resuscitation influences cardiovascular performance and mortality in a murine model of sepsis.Intensive Care Med,2009,35(4)：748-754.

[29]　Arikan AA，Yu B，Mastrangelo MA，et al.Interleukin-6 treatment reverses apoptosis and blunts susceptibility to intraperitoneal bacterial challenge following hemorrhagic shock.Crit Care Med,2006,34(3)：771-777.