唐凱宏，李博慧，劉春梅，東雪寧，金英玉

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院檢驗(yàn)科，哈爾濱 150001)

膿毒血癥是指機(jī)體在重癥感染時(shí)發(fā)生失控性系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)，這種過度的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致機(jī)體多個(gè)器官發(fā)生功能障礙甚至器官衰竭，包括腎臟。急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是重癥膿毒血癥患者的常見合并癥，有文獻(xiàn)報(bào)道，在重癥監(jiān)護(hù)室，約有50%的膿毒血癥患者發(fā)生AKI，病死率高達(dá)40%[1]。膿血癥患者合并AKI后增加了患者的住院時(shí)間和住院費(fèi)用，且與不良預(yù)后相關(guān)，半數(shù)幸存者遭受永久性腎臟損傷或慢性腎臟疾病，增加了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，降低了患者的生活質(zhì)量[2]。然而，目前膿毒血癥相關(guān)AKI(sepsis associated acute kidney injury，SA-AKI)的病理生理機(jī)制仍不明確。由于技術(shù)和倫理限制，腎活檢技術(shù)應(yīng)用于AKI患者相對較少，對于AKI的研究也多處于動(dòng)物及細(xì)胞和分子水平，因此對SA-AKI發(fā)病機(jī)制的了解進(jìn)展緩慢。但有證據(jù)表明，SA-AKI可在缺乏明顯的低灌注跡象的情況下發(fā)生，甚至在腎血管擴(kuò)張和腎血流增加的情況下發(fā)生[3]。組織學(xué)上，SA-AKI的典型特征表現(xiàn)為腎小管損傷呈斑塊狀、不均質(zhì)、根尖空泡化樣，但無腎小管壞死和廣泛的細(xì)胞凋亡[4]。對于膿毒血癥多層次的研究(人類、動(dòng)物水平等)發(fā)現(xiàn)，AKI發(fā)生的病理生理機(jī)制主要包括免疫炎癥反應(yīng)、微循環(huán)功能障礙以及相關(guān)細(xì)胞生物能量代謝改變，這3個(gè)過程對于SA-AKI的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制可能提供一個(gè)新的視角?，F(xiàn)就SA-AKI發(fā)生機(jī)制的研究新進(jìn)展予以綜述。

1 炎 癥

在膿毒血癥期間，血液循環(huán)中的炎癥介質(zhì)介導(dǎo)宿主細(xì)胞損傷，這些炎癥介質(zhì)是來源于病原體的病原體相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)及激活的免疫細(xì)胞合成釋放的損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)。DAMPs和PAMPs不僅可被免疫系統(tǒng)細(xì)胞識別，還可被腎小管上皮細(xì)胞(renal tubular epithelial cells，RTECs)通過跨膜或胞質(zhì)內(nèi)受體家族識別，這些受體被稱為模式識別受體[5]。根據(jù)亞細(xì)胞定位，模式識別受體大致可分為以下幾種類型。Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)：TLRs是胞外和體腔的跨膜受體；核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體；視黃酸誘導(dǎo)基因Ⅰ樣受體：視黃酸誘導(dǎo)基因Ⅰ樣受體是存在于胞質(zhì)的識別受體。模式識別受體識別PAMPs/DAMPs后激活免疫細(xì)胞殺滅微生物是炎癥的開始，細(xì)胞合成和分泌促炎細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1α、IL-6和趨化因子，增強(qiáng)表達(dá)共刺激因子，激活高效的T細(xì)胞，產(chǎn)生花生四烯酸代謝物，并通過組織因子啟動(dòng)外源性凝血途徑及活化凝血酶的形成，通過內(nèi)在凝血途徑級聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步放大血栓形成反應(yīng)[6]。此外，由于內(nèi)皮細(xì)胞損傷和活化蛋白C的大量消耗等，導(dǎo)致體內(nèi)固有的抗凝物質(zhì)減少，出現(xiàn)纖溶和抗纖溶系統(tǒng)失衡，正常血栓形成與纖溶的平衡被細(xì)胞因子誘導(dǎo)的纖溶酶原激活物抑制劑1型及纖溶酶-反纖溶酶復(fù)合物的增加所打破，導(dǎo)致微血栓的形成，加劇了微循環(huán)紊亂[7]。

DAMPs/PAMPs分子量足夠小，可以在腎小球中被過濾，經(jīng)過濾后進(jìn)入腎小管管腔的DAMPs/PAMPs可被RTECs表面的TLRs識別，還可通過鄰近的管周毛細(xì)血管滲漏影響RTECs，RTECs表面的TLRs識別DAMPs/PAMPs后，引起下游炎癥信號級聯(lián)反應(yīng)、促炎細(xì)胞因子和活性氧合成增加以及氧化應(yīng)激和內(nèi)皮細(xì)胞活化增加[8]。內(nèi)皮細(xì)胞的激活可促進(jìn)白細(xì)胞和血小板的滾動(dòng)及黏附，從而增加血栓形成和血流連續(xù)性改變(間歇性或無血流)的風(fēng)險(xiǎn)[9]。此外，內(nèi)皮細(xì)胞活化與血管通透性和滲漏增加相關(guān)，導(dǎo)致腎間質(zhì)水腫并增加氧氣擴(kuò)散到RTECs的距離，加劇RTECs氧供不足[10]。除了內(nèi)皮細(xì)胞和血流改變外，RTECs也可能會(huì)啟動(dòng)旁分泌信號，向鄰近細(xì)胞發(fā)出信號，使其失活，從而在損害細(xì)胞功能的情況下使細(xì)胞死亡最小化[11]。

血液循環(huán)中炎癥細(xì)胞因子激活內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子表達(dá)增加，包括P-選擇素表達(dá)增加、細(xì)胞內(nèi)黏附分子-1和血管細(xì)胞黏附分子-1表達(dá)增加，而這些分子可導(dǎo)致白細(xì)胞活化，在炎癥反應(yīng)中形成惡性循環(huán)[12-13]?；罨陌准?xì)胞可能通過上調(diào)毛細(xì)血管內(nèi)整合素、細(xì)胞內(nèi)黏附分子-1和血管細(xì)胞黏附分子-1以及選擇素的表達(dá)來增加它們對血管內(nèi)皮的黏附，這一過程可導(dǎo)致微血管血流障礙，刺激促炎細(xì)胞因子的釋放(如IL-6和IL-8)；此外，炎癥因子在促凝作用中起重要作用，在嚴(yán)重膿毒血癥中，經(jīng)常發(fā)生血小板減少及其他凝血異常，促炎細(xì)胞因子(如IL-1、IL-6和TNF-α)具有破壞血管內(nèi)皮細(xì)胞、維持血液流動(dòng)性的重要功能[14]。相反，一些具有抗凝功能的蛋白質(zhì)(如抗凝血酶、活化蛋白C和組織因子途徑抑制劑)表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致凝血酶產(chǎn)生，將纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白；血管活性介質(zhì)(如組胺、血小板活化因子和花生四烯酸代謝物)進(jìn)一步促進(jìn)纖維蛋白的沉積[15]。IL-1和TNF-α通過抑制活化蛋白C的產(chǎn)生，抑制促凝因子Ⅴa和Ⅷa的活性，進(jìn)而通過抑制抗凝途徑進(jìn)一步促進(jìn)血栓形成；在膿毒血癥患者中，活化蛋白C和其他凝血抑制劑以及抗凝血酶Ⅲ和凝血調(diào)節(jié)蛋白的血濃度均降低，且其濃度水平與病死率呈負(fù)相關(guān)[15-16]。

2 微循環(huán)紊亂

組織灌注對于任何器官的正常運(yùn)作都是至關(guān)重要的。大多數(shù)感染性器官損傷中會(huì)有氧供和耗氧量失衡的改變，這可能與全身循環(huán)異常無關(guān)。幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和臨床研究均表明，即使在體格檢查及輔助檢查沒有明確顯示體循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定的情況下，在膿毒血癥期間仍會(huì)發(fā)生腎臟微循環(huán)改變[3,17-18]。SA-AKI可以在無明顯的低灌注癥狀以及臨床血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定的情況下發(fā)生。

微血管功能障礙是指微血管細(xì)胞成分(內(nèi)皮細(xì)胞、循環(huán)血細(xì)胞等)的任何損傷。與微循環(huán)紊亂相關(guān)的理論包括血流動(dòng)力學(xué)的變化和炎癥。SA-AKI的特點(diǎn)是微循環(huán)流動(dòng)發(fā)生了明顯的非均勻分布變化，即毛細(xì)血管密度降低、血流連續(xù)流動(dòng)的毛細(xì)血管比例減少以及且間歇和停止流動(dòng)時(shí)毛細(xì)血管比例增加[19]。多種機(jī)制可能導(dǎo)致微循環(huán)改變，如內(nèi)皮損傷、自主神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)、內(nèi)皮細(xì)胞表面糖原的脫落以及凝血途徑的激活等。炎癥介質(zhì)引起的內(nèi)皮細(xì)胞損傷和內(nèi)皮細(xì)胞表面糖原脫落會(huì)增強(qiáng)白細(xì)胞和血小板的滾動(dòng)及黏附，從而降低血流速度，潛在的后果是微血栓形成和毛細(xì)血管堵塞的易感性增加以及RTECs暴露于炎癥介質(zhì)的時(shí)間延長[20]。內(nèi)皮損傷還與血管舒張、血管通透性增加及內(nèi)皮泄漏有關(guān)，由此形成的腎間質(zhì)水腫可通過增加氧氣從毛細(xì)血管到RTECs的擴(kuò)散距離而加劇其氧供不足，并增加靜脈輸出壓力，從而改變對流，對RTECs的灌注產(chǎn)生顯著影響，而微循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)在SA-AKI中可能起關(guān)鍵作用[21]。在膿毒血癥期間，腎內(nèi)血流重新分布，促使血液從髓質(zhì)流出；此外，存在繞過腎小球并將傳入直接連接到傳出小動(dòng)脈的毛細(xì)血管，可能部分解釋了在SA-AKI期間的血液分流，與腎小球?yàn)V過率(glomerular filtration rate，GFR)降低有關(guān)[19]。血流的再分配和分流的增加可能是SA-AKI中異質(zhì)缺血性區(qū)域存在的機(jī)制。

雖然膿毒血癥可引起全身一氧化氮增加，但其最重要的催化劑之一——誘導(dǎo)型一氧化氮合酶在腎臟內(nèi)的表達(dá)呈不均勻分布[22]。因此，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的區(qū)域異質(zhì)性表達(dá)可能導(dǎo)致一氧化氮的區(qū)域濃度不均，甚至在系統(tǒng)水平升高的情況下，也可能導(dǎo)致部分血管床一氧化氮減少[18]。這一過程直接與膿毒血癥引起的微血管功能障礙的異質(zhì)性有關(guān)，而且可能與分流和缺氧等病理生理現(xiàn)象有關(guān)。

3 RTECs能量適應(yīng)性改變

細(xì)胞需要不斷地產(chǎn)生腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)來維持細(xì)胞器的最佳功能。氧化磷酸化和糖酵解途徑都產(chǎn)生ATP，但線粒體的氧化磷酸化效率更高，RTECs富含線粒體，而腎臟大部分能量來源于氧化代謝(95%～99%)[23]。線粒體是動(dòng)態(tài)變化的細(xì)胞器，能夠適應(yīng)細(xì)胞不斷變化的能量需求，在高代謝器官中對細(xì)胞應(yīng)激的適應(yīng)變化起著關(guān)鍵作用。線粒體除了通過氧化代謝產(chǎn)生ATP外，還在活性氧類的產(chǎn)生和解毒、細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)以及細(xì)胞存活和死亡(自噬和凋亡)等細(xì)胞過程中發(fā)揮重要作用[24]。膿毒血癥時(shí)線粒體受損的機(jī)制主要包括：組織缺氧導(dǎo)致線粒體水平缺氧，從而驅(qū)動(dòng)腺苷二磷酸氧化磷酸化至ATP；過量的一氧化氮、一氧化碳、硫化氫等直接抑制線粒體呼吸，對線粒體蛋白和脂質(zhì)膜等結(jié)構(gòu)造成直接損傷；膿毒血癥患者激素水平的改變影響線粒體功能和效能[25]。如果細(xì)胞代謝活動(dòng)在能量不足的情況下繼續(xù)進(jìn)行，則ATP水平下降，細(xì)胞死亡途徑被激活；細(xì)胞能夠適應(yīng)能量供應(yīng)的降低而達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，通過減少能量需求來防止ATP水平降低，進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞不觸發(fā)細(xì)胞死亡，炎癥引起的適應(yīng)性改變使細(xì)胞進(jìn)入類似于“冬眠”的狀態(tài)[26]。

在SA-AKI期間很少有RTECs死亡，這可能是由于在膿毒血癥早期發(fā)生的關(guān)鍵能量代謝適應(yīng)，即能量的代謝重編程和重新優(yōu)先消耗以滿足新陳代謝的重要需求，細(xì)胞存活優(yōu)先于細(xì)胞和細(xì)胞器功能[27]。多種高能量消耗的功能被下調(diào)以節(jié)省能量，包括大分子物質(zhì)合成代謝、近端RTECs功能和細(xì)胞復(fù)制[28]。除了這種非生命功能受到抑制外，實(shí)驗(yàn)研究還表明，RTECs可能會(huì)重新編程大分子物質(zhì)的代謝，將大分子物質(zhì)的有氧氧化轉(zhuǎn)換為有氧糖酵解和氧化磷酸化，以滿足膿毒血癥期間的能量需求[26]。已經(jīng)有多種理論解釋膿毒血癥期間RTECs的代謝重新編程，大多數(shù)研究認(rèn)為是由線粒體介導(dǎo)的，其特征是能量消耗優(yōu)化、底物利用的重新編程以及促凋亡的抵消作用[29]。膿毒癥引起的過度炎癥反應(yīng)與RTECs的優(yōu)化能量消耗有關(guān)，減少RTECs用在非關(guān)鍵功能(如蛋白質(zhì)合成或離子傳輸)的能量，將能量用在維持至關(guān)重要的細(xì)胞功能(如細(xì)胞膜Na+，K+-ATP酶)上，同時(shí)通過節(jié)省能量避免細(xì)胞死亡[23]。在炎癥過程中，腎小管離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致腎小管離子轉(zhuǎn)運(yùn)減少，說明在無細(xì)胞死亡的情況下，通過代謝重編程重新優(yōu)先消耗能量是一種生存的適應(yīng)機(jī)制[25]。目前代謝重新編程的發(fā)生機(jī)制尚不明確，但有證據(jù)表明，一個(gè)關(guān)鍵的步驟是處理含能量的底物(如葡萄糖和脂肪酸)，在有充足氧氣的情況下，細(xì)胞通過氧化磷酸化(或有氧糖酵解)處理含能量的底物，最后進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，這對細(xì)胞和宿主的生存能力均有重要的影響[26,28，30]。例如，在膿毒血癥期間，抑制有氧糖酵解和誘導(dǎo)氧化磷酸化可提高存活率，并降低AKI的易感性[22]。暴露于炎癥下的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出階段性轉(zhuǎn)移，早期向需氧糖酵解轉(zhuǎn)變，后期又向氧化磷酸化轉(zhuǎn)變[31]。因此，RTECs可能在一定條件下表現(xiàn)為有氧糖酵解與氧化磷酸化之間的切換。功能性線粒體的保存是進(jìn)行所有代謝變化的必要條件[30]。在膿毒血癥期間，線粒體進(jìn)入一系列的質(zhì)量控制過程，線粒體自噬(受損線粒體發(fā)出信號并被吞噬入細(xì)胞內(nèi)自噬體的特殊機(jī)制)和生物發(fā)生(新的功能性線粒體的合成過程)過程可以保護(hù)線粒體池，提供必要的能量需求，提高RTECs的存活率[32]。

細(xì)胞中最耗能的過程是細(xì)胞進(jìn)行復(fù)制(重復(fù)細(xì)胞的整個(gè)基因組、蛋白質(zhì)組和脂質(zhì)體)。在細(xì)胞周期中，有幾個(gè)檢查點(diǎn)用來評估細(xì)胞是否有足夠的能量進(jìn)行復(fù)制，如果沒有足夠的能量，細(xì)胞將經(jīng)歷細(xì)胞周期阻滯，以避免細(xì)胞因能量衰竭而死亡[33-34]。因此，細(xì)胞周期阻滯是另一種降低能量消耗的機(jī)制，RTECs可能會(huì)激活這種機(jī)制來重新編程新陳代謝并保護(hù)細(xì)胞免受感染性損傷。膿毒血癥中存在兩種相關(guān)的生物標(biāo)志物，即組織金屬蛋白酶抑制劑-2 和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-7，是細(xì)胞周期阻滯的標(biāo)志物，也是SA-AKI發(fā)展的最佳預(yù)測因子[35]。

4 GFR降低與腎小管損傷的關(guān)系

炎癥介導(dǎo)的微血管功能障礙、入球小動(dòng)脈和出球小動(dòng)脈之間直接連通的分流作用以及毛細(xì)血管滲漏可以解釋SA-AKI時(shí)GFR降低，但不能說明腎小管損傷和GFR降低這一現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)性。GFR與腎小球血流量及腎小球內(nèi)壓有關(guān)，而腎小管損傷和GFR之間可能的聯(lián)系機(jī)制是腎小管-腎小球反饋(球管反饋)機(jī)制。SA-AKI引起的腎小管損傷和功能障礙引起鈉離子和氯離子重吸收障礙，致使致密斑處氯化鈉濃度增加，從而觸發(fā)球管反饋，球管反饋?zhàn)饔每墒谷肭蛐?dòng)脈收縮而出球小動(dòng)脈舒張，引起腎小球內(nèi)靜水壓降低，從而降低GFR[36]。

5 小 結(jié)

炎癥、微血管功能障礙、代謝適應(yīng)性改變之間存在著復(fù)雜的相互作用，是SA-AKI發(fā)生機(jī)制的最新理論。SA-AKI病理生理機(jī)制的研究進(jìn)展為潛在的新療法提供了思路。盡管近年來SA-AKI的病理生理學(xué)研究有了顯著的進(jìn)展，但對SA-AKI的認(rèn)識仍存在不足。SA-AKI涉及的病理生理機(jī)制復(fù)雜多樣，未來的研究仍須將重點(diǎn)放在更好地理解導(dǎo)致S-AKI的機(jī)制上，同時(shí)簡化從基礎(chǔ)研究、基于大數(shù)據(jù)的人口研究到臨床試驗(yàn)的知識轉(zhuǎn)化。