鄭燕華 吳瑩瑩 馮凱 司少艷 張建中,3

早在公元前一千多年,伊斯蘭哲學家Ibn Sīnā就識別了膿毒癥并將其定義為血液和組織的腐敗并伴有發(fā)熱[1]。但對于膿毒癥的定義始終混亂,直至1991年人們才達成共識,認為膿毒癥是微生物感染引起的發(fā)熱(或體溫過低)、心動過速、呼吸急促和血液白細胞改變,即全身性炎癥反應(SIRS)[2]。隨著醫(yī)療技術的發(fā)展和醫(yī)療實踐的增加,膿毒癥已不再是一種直接危及生命的疾病,卻是一種慢性危重病,通常與長時間的炎癥、免疫抑制、器官損傷和無脂肪組織消耗有關[3],存活下來的膿毒癥患者在出院后仍有持續(xù)的死亡風險以及長期的認知和功能缺陷。盡管隨著醫(yī)學的進步,膿毒癥的住院死亡率已有明顯的下降,但使用免疫調(diào)節(jié)劑的療效仍然令人失望。同樣,沒有一個生物標志物可以明確診斷膿毒癥或預測其臨床結局。因此,改善膿毒癥結局依舊任重道遠。

膿毒癥的病理生理學特征是在感染過程中機體的免疫調(diào)節(jié)功能出現(xiàn)異常,產(chǎn)生并釋放了大量的炎癥介質并因此而引發(fā)全身性炎癥反應[4]。膿毒癥涉及到了多種細胞類型、炎癥介質和凝血因子,最近的研究更是集中在了固有免疫系統(tǒng)和T細胞在膿毒癥中的作用。細胞因子是有效的炎癥介質,幾乎參與了免疫和炎癥的各個方面。在感染過程中其血清水平明顯增加,導致了其他炎癥效應分子的水平也發(fā)生變化。大量的研究表明,白介素-10(interleukin-10, IL-10)在膿毒癥進程中起重要的負調(diào)節(jié)作用[5-9]。另外,IL-10家族的其他成員也在膿毒癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用,如IL-22[10-13]等。因此,筆者著重介紹膿毒癥的免疫學特征以及IL-10及其家族成員IL-22在膿毒癥中的研究進展,探討IL-10家族成員IL-10、IL-22與膿毒癥的關系。

一、膿毒癥的免疫學特征

1．細胞因子風暴

膿毒癥從根本上說是由固有免疫系統(tǒng)激活介導的炎癥性疾病。目前,在膿毒癥中發(fā)現(xiàn)有固有免疫反應激活的兩個重要特征:(1)膿毒癥通常是通過由負責免疫監(jiān)測的補體及特異性細胞表面受體同時識別多個微生物產(chǎn)物和內(nèi)源性危險信號來啟動的[14];(2)這些多信號通路的激活最終導致炎癥、適應性免疫和細胞代謝中涉及的幾種常見基因的表達,包括與炎癥相關的細胞因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)、IL-1、IL-12、IL-18及I型干擾素(interferon,IFN)等以及由這些細胞因子啟動的其他炎性細胞因子和趨化因子(包括IL-6、IL-8、IFNγ、CC趨化因子配體2(CCL2)、CCL3和CXC趨化因子配體10(CXCL10)[3],這些炎性介質的產(chǎn)生和釋放可引起膿毒癥初期的系統(tǒng)性炎癥反應特征[15]。在膿毒癥發(fā)展的早期發(fā)生了過度炎癥狀態(tài),通常被稱為細胞因子風暴[16]?！凹毎蜃语L暴”一詞生動地反映了免疫系統(tǒng)的紊亂和炎癥反應的失控。與細胞因子風暴相關的炎癥在局部部位開始,并通過血液循環(huán)擴散到全身。

2.淋巴細胞凋亡與免疫抑制

免疫抑制在膿毒癥進程中具有非常重要的意義。膿毒癥患者血液循環(huán)中淋巴細胞減少、出現(xiàn)未成熟中性粒細胞(多形核)、單核細胞喪失產(chǎn)生炎性細胞因子和抗原呈遞的能力、以及中性粒細胞樣髓系來源的抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSC)數(shù)量增多等[3]。對膿毒癥患者的尸檢研究表明,細胞凋亡是固有免疫和適應性免疫抑制的潛在驅動因素[17]。淋巴細胞的凋亡性減少是免疫抑制的直接因素,導致了重度膿毒癥患者中淋巴細胞減少[18]。淋巴細胞凋亡程度與膿毒癥的嚴重程度有關,而持續(xù)的淋巴細胞減少可預測膿毒癥死亡率[19]。凋亡細胞也通過與其他白細胞的相互作用來抑制免疫功能,例如,凋亡淋巴細胞的吞噬導致巨噬細胞和樹突狀細胞釋放抗炎細胞因子如IL-10和TGFβ。該過程還在基因轉錄水平上抑制了促炎細胞因子的產(chǎn)生,從而導致了膿毒癥中固有免疫反應無力[19]。從藥理上或基因上干預膿毒癥誘導的細胞凋亡可明顯改善膿毒癥動物模型的存活率,再次證明了膿毒癥誘導的細胞凋亡的功能性后果。

循環(huán)中未成熟的中性粒細胞和中性粒細胞樣MDSC分泌多種抗炎細胞因子,包括IL-10和轉化生長因子-β(TGF-β),進一步抑制免疫功能[20]。在循環(huán)中未成熟的髓細胞具有抗菌活性缺乏、粘附分子的表達降低以及捕獲病原體的胞外誘捕器減少等特征[21-22]。此外,膿毒癥導致抗原呈遞細胞(APCs),包括樹突狀細胞和巨噬細胞,失去表達活化的HLA-DR的能力。循環(huán)中的抗原遞呈細胞上HLA-DR的丟失與反應性降低相關,且單核細胞無法恢復HLA-DR水平,預示著膿毒癥的不良結局[23]。在膿毒癥的進程中,反常的免疫抑制和感染并發(fā)癥相混雜,伴隨著血培養(yǎng)陽性率的增加以及向機會性感染的轉移[24]。與非膿毒癥的對照組相比,膿毒癥患者的潛伏病毒再激活率顯著升高,42%的膿毒癥患者的血液中可檢測到病毒DNA(非膿毒癥的危重癥患者僅有5%可檢測到病毒DNA)[25]。尸檢結果發(fā)現(xiàn),80%的膿毒癥病例中存在持續(xù)感染灶和微膿腫[26],證明膿毒癥患者存在免疫抑制狀態(tài)。而膿毒癥患者淋巴細胞產(chǎn)生促炎因子和Th1細胞因子的能力僅是非膿毒癥患者的10%[27],進一步證實了膿毒癥進程中免疫抑制的存在。因此,針對淋巴細胞凋亡和膿毒癥引起的免疫抑制的干預研究結果非常令人期待。

在細胞因子風暴發(fā)生之后,循環(huán)中IL-10的大量產(chǎn)生是免疫抑制的一個標志,由此可見,IL-10在膿毒癥的進程中起到關鍵性作用。近年來,人們逐步開始關注IL-10家族成員在膿毒癥發(fā)生發(fā)展中的作用,也取得了一些研究進展。

二、IL-10家族

1．IL-10家族成員

近年來,與IL-10相關的細胞因子陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),并將IL-10家族成員擴展為9個,包括:IL-10、IL-19、IL-20、IL-22、IL-24、IL-26、IL-28A、IL-28B和IL-29,其中IL-28A、IL-28B和IL-29又稱IFNλ2、IFNλ3和IFNλ1,統(tǒng)稱III型干擾素[28-30]。IL-10家族成員的基因是聯(lián)系在一起的,其分子結構具有高度保守性,并因此有一個共同的特征,即共享受體。IL-10、IL-24和IL-26由活化的單核細胞和T細胞產(chǎn)生,IL-19和IL-20由活化的單核細胞產(chǎn)生,而IL-22主要由活化的T細胞產(chǎn)生[31]。IL-10家族成員與它們的特異性受體分子的相互作用引發(fā)了一系列廣泛而多樣的信號,并介導了不同的生命活動,包括免疫抑制,增強抗菌和抗病毒免疫,抗腫瘤活性,并促進自身免疫性疾病的自我耐受性,并影響許多免疫機制[29, 32]。除IL-10外,IL-10家族其他成員都發(fā)現(xiàn)得比較晚,故目前人們僅關注IL-10和IL-22在膿毒癥中的作用,而其他家族成員與膿毒癥的關系尚未見報道。

2．Ⅱ型細胞因子受體

IL-10家族成員的受體均為異源二聚體結構,由不同的II型細胞因子受體組成[30],包括IL-10R2(CRF2-4)、IL-22R1(CRF2-9)、IL-22BP(CRF2-10)、IL-20R1(CRF2-8)和IL-20R2(CRF2-11)[33]。然而,家族成員并非直接與受體復合物發(fā)生相互作用而引發(fā)下游通路,而是先與其特異性受體亞基相結合之后發(fā)生構象改變,然后與另一個受體亞基結合,激活下游信號通路。IL-10是通過IL-10R1和IL-10R2形成的異源二聚體信號發(fā)揮有效的抗炎作用。IL-10R1主要表達于造血細胞,包括T細胞、B細胞、NK細胞、單核細胞和樹突狀細胞,而IL-10R2則是廣泛表達的。與IL-10不同,家族其他成員的特異性受體亞基(IL-20R1、IL-20R2和IL-22R1)在造血細胞中基本不表達,這些受體主要表達于各種組織的上皮細胞和間質細胞成纖維細胞上[34]。由此可見,新的IL-10家族成員在造血和非造血細胞之間的通信和相互作用中起到橋梁作用,而這一作用與IL-10的免疫調(diào)節(jié)功能截然不同。

3．IL-10與膿毒癥

IL-10是一種重要的免疫調(diào)節(jié)性細胞因子,通過抑制由各種免疫細胞引起的促炎癥反應,限制了在感染期間引起的組織損傷和免疫病理學改變[35]。有研究表明,IL-10 -1082G/G基因型與燒傷患者血清IL-10水平升高有關,且與發(fā)生膿毒癥相關[5]。Berg等[36]在急性內(nèi)毒素休克模型中發(fā)現(xiàn)IL-10基因缺失小鼠的LPS致死劑量比野生型小鼠低20倍,提示內(nèi)源性IL-10決定了小鼠的LPS耐受量。由于IL-10在膿毒癥的免疫抑制中的重要作用,學者們嘗試使用IL-10重組蛋白來治療膿毒癥。通過小鼠盲腸結扎和穿刺(CLP)模型研究IL-10對CLP小鼠存活率的影響,發(fā)現(xiàn)在膿毒癥誘導6 h后給予1 μg或更多的重組小鼠IL-10治療可顯著降低膿毒癥小鼠的死亡率,并可抑制膿毒癥后血液循環(huán)中TNFα的升高。然而,在建模的同時或建模前6 h給予相同劑量的IL-10治療卻對CLP小鼠的存活率沒有明顯影響[37-38]。但是,在以葡萄球菌腸毒素B(staphylococcal enterotoxin B,SEB)誘導的致死性休克小鼠模型中,IL-10在誘導前或與SEB同時給藥均能以劑量依賴的方式阻止小鼠的死亡,但在誘導后給藥效果不明顯。由此可見,IL-10介導的保護作用是明顯的,可作為治療膿毒癥和膿毒癥相關的多器官衰竭的潛在候選物,但在給藥時機上仍存在爭議。

4．白介素-22(IL-22)與膿毒癥

IL-22是除IL-10之外研究最多的IL-10家族細胞因子,主要調(diào)節(jié)上皮細胞的穩(wěn)態(tài),并誘導產(chǎn)生抗菌素和β-防御素,在固有免疫中起重要作用。IL-22由淋巴細胞產(chǎn)生,通過IL-22R1/IL-10R2異源二聚體激活下游信號通路。IL-22R1是IL-22的特異性受體亞基,主要表達于肝、肺、皮膚、胸腺、胰腺、腎臟、胃腸道、滑膜組織、心臟、脂肪組織、乳房和眼睛等器官[39-48]的基質細胞和上皮細胞,但在造血細胞上不表達。IL-22的特異性受體除了膜受體IL-22R1外,還有一個游離型受體IL-22BP(IL-22結合蛋白),該蛋白是IL-22/IL-22R1軸的拮抗劑,對IL-22/IL-22R1軸的功能具有重要的調(diào)節(jié)作用[12]。有廣泛的證據(jù)表明,IL-22在實驗模型中介導上皮組織的保護和再生,包括肝炎,胰腺炎,結腸炎,胸腺損傷等模型[39, 43-44, 49]。然而,IL-22并不是在所有的模型中都是起保護性作用的。IL-22也可以誘導促炎因子的表達,包括IL-1、IL-6、IL-8、IL-11、G-CSF、GM-CSF和LPS結合蛋白[43, 50-51]。由此可見,IL-22可以是組織保護的也可能是促炎的,這兩種作用并不互相排斥。

近幾年,人們開始關注IL-22在膿毒癥中的作用,并證明了IL-22在膿毒癥進程中具有負面影響的。Weber等[12]發(fā)現(xiàn)，CLP腹膜炎模型小鼠的腎臟和脾臟中IL-22水平是升高的,而CLP建模后抑制IL-22的表達則能增強細菌清除率,促進吞噬細胞募集,減輕器官功能障礙,并降低IL-10的表達。同樣地,CLP大鼠模型中也發(fā)現(xiàn)血清IL-22水平升高[52]。單中心研究對16例腹部術后膿毒癥患者的研究表明,與健康志愿者和非膿毒癥手術對照組相比,膿毒癥患者的血清IL-22水平也顯著升高,且膿毒癥患者的血清IL-10也顯著增加[10],表明IL-22和IL-10之間相互依存的關系,它調(diào)節(jié)細菌負擔和宿主免疫/屏障穩(wěn)態(tài)之間的臨界平衡。

三、總結與展望

膿毒癥與宿主免疫功能的異常有關。細胞因子風暴和免疫抑制是膿毒癥的發(fā)展進程中的兩大免疫學特征,具有十分重要的意義[53]。IL-10是膿毒癥免疫抑制的一個重要標志,對于檢測膿毒癥患者的免疫狀態(tài)具有重要的作用,而IL-22在膿毒癥患者血清中的水平升高,并與IL-10水平具有相關性,也證明了IL-10與IL-22之間的相互依存關系,然而,IL-22在膿毒癥中的作用機制目前尚不清楚,還有待進一步的研究。IL-10家族的其他成員在膿毒癥中的作用目前尚未見報道,可能與其發(fā)現(xiàn)較晚有關。目前,也有學者嘗試著通過干預細胞因子風暴和免疫抑制來治療膿毒癥,然而,由于膿毒癥的復雜性,對于膿毒癥的治療方案和效果仍待進一步的發(fā)展與探討。