薛晉芳，宋海飛，陳國兵,*

(1.昆明理工大學(xué) 醫(yī)學(xué)院， 云南 昆明 650500； 2.云南省第一人民醫(yī)院 急診內(nèi)科， 云南 昆明 650032)

膿毒癥(sepsis)通過炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激、免疫抑制等多種方式導(dǎo)致細胞死亡，從而對機體造成不可逆損傷。程序性細胞死亡(programmed cell death)是細胞死亡的重要方式，它參與了膿毒癥病理生理發(fā)展的各個過程，涉及信號通路的激活、炎性因子的釋放、機體的自我調(diào)節(jié)與修復(fù)等。調(diào)節(jié)各種類型的程序性細胞死亡，有助于恢復(fù)細胞的正常生理功能，因此調(diào)控細胞程序性死亡對膿毒癥可能發(fā)揮保護作用。本文綜述了程序性細胞死亡在膿毒癥中的調(diào)控作用，并討論了這一研究領(lǐng)域可能存在的治療意義。

1 膿毒癥與程序性細胞死亡

膿毒癥是患者機體免疫反應(yīng)失衡進而引起多器官功能障礙的全身性炎性反應(yīng)綜合征。膿毒癥的啟動由單核-巨噬細胞和中性粒細胞通過表達的模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)、識別病原表面的病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)、應(yīng)激及損傷組織細胞釋放的危險相關(guān)分子模式(danger-associated molecular patterns, DAMPs)，活化免疫細胞、激活信號通路、誘發(fā)炎性反應(yīng)，最終導(dǎo)致細胞死亡，后期發(fā)展為炎性反應(yīng)風(fēng)暴和免疫抑制，導(dǎo)致多器官功能衰竭[1]。在膿毒癥早期，細胞死亡能夠調(diào)節(jié)機體內(nèi)細胞的增殖、分化，對維持組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；后期不可控的炎性反應(yīng)、免疫抑制、細胞死亡三者之間形成惡性循環(huán)，對機體造成不可逆的損傷。程序性細胞死亡是細胞死亡的重要方式，包括細胞凋亡、程序性細胞壞死、細胞焦亡、細胞鐵死亡等[2]。本文將探討膿毒癥與程序性細胞死亡的關(guān)系，并著重討論程序性細胞壞死、細胞焦亡、鐵死亡3種新的細胞死亡方式在膿毒癥中的作用機制，以期完善膿毒癥的發(fā)生發(fā)展機制并為膿毒癥的治療提供新思路。

2 膿毒癥與細胞凋亡

程序性細胞死亡中研究最多、最透徹的為細胞凋亡(apoptosis)。在膿毒癥中，細胞凋亡可發(fā)生于各個器官[3]。其信號傳導(dǎo)通路有細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的通路、死亡受體介導(dǎo)的外源性通路、線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性凋亡通路和穿孔素-顆粒酶介導(dǎo)的通路。在細胞凋亡發(fā)生發(fā)展的過程中也受到諸多基因的調(diào)控，如：Bcl-2 家族、caspase家族、抑癌基因 p53等[4]。在實驗中發(fā)現(xiàn)硫氧還蛋白-1(thioredoxin-1, Trx-1)可以抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，用盲腸結(jié)扎穿孔(cecal ligation and perforation，CLP)制造膿毒癥動物模型，Trx-1轉(zhuǎn)基因小鼠生存期較野生型小鼠明顯延長[5]。抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，降低NF-κB的活性能夠減輕膿毒癥小鼠的肺損傷、肺水腫，降低膿毒癥小鼠細胞凋亡水平及抑制炎性因子的釋放，對膿毒癥的治療有重要意義。隨著對細胞凋亡機制研究的深入，其在膿毒癥中的作用開始引起科研人員的注意。膿毒癥時心肌細胞發(fā)生凋亡進而誘發(fā)心功能障礙，其機制可能為線粒體功能受損，導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore mPTP)的異常開放，膜電位崩潰、氧化磷酸化解偶聯(lián)、活性氧家族的產(chǎn)生及凋亡蛋白的釋放，這都將引起心肌細胞的凋亡的發(fā)生[6]。另外膿毒癥患者出現(xiàn)急性腎損傷，其病理組織學(xué)可表現(xiàn)為不同程度的腎小管損傷，腎小管以及免疫細胞的凋亡。若抑制作為新型連接蛋白家族的pannexin1，或可減少膿毒癥急性腎損傷中 IL-1β、IL-6 和 TNF-α 的產(chǎn)生，以及腎小管細胞凋亡。另外在實驗中還提到抑制pannexin1可進一步抑制NLRP3，從而能夠抑制炎性細胞因子的釋放和細胞凋亡的發(fā)生[7]。膿毒癥患者機體中各個環(huán)節(jié)相互誘導(dǎo)，最終導(dǎo)致細胞凋亡，進而造成多器官功能障礙。

3 膿毒癥與程序性細胞壞死

程序性細胞壞死(necroptosis)是近期新發(fā)現(xiàn)的、可調(diào)控的細胞死亡方式，并且在心血管、腎臟、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)感染的發(fā)生發(fā)展中均有參與[8]。在膿毒癥后期參與多器官功能衰竭的的發(fā)生發(fā)展。受體相互作用蛋白激酶1、3(receptor-interacting protein kinase 1、3，RIPK1、RIPK3)介導(dǎo)程序性細胞壞死，并通過連接混合激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白 (mixed-lineage kinase domain-like protein，MLKL)執(zhí)行[9]。MLKL募集和激活后，與RIPK1、RIPK3復(fù)合形成的壞死小體，使離子通道開放，打破細胞內(nèi)外穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致細胞腫脹破裂，釋放大量細胞炎性因子，造成嚴(yán)重的組織損傷，加重膿毒癥發(fā)生發(fā)展。

炎性反應(yīng)與氧化應(yīng)激作為膿毒癥發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，若能抑制其相關(guān)通路，將會為膿毒癥的治療帶來重大意義。程序性細胞壞死在宿主防御和炎性反應(yīng)中發(fā)揮重要功能。ATM酪氨酸激酶受體家族(Tyro3/Axl/Mer receptor tyrosine kinase ATM)為程序性壞死的啟動子，ATM基因的敲除或抑制，將有效控制小鼠全身炎性反應(yīng)的發(fā)生[10]。程序性細胞壞死的抑制劑 necrostatin-1(Nec-1)，它可以減輕炎性和氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而可能為治療膿毒癥帶來新的方向[11]。若下調(diào)RIPK1-RIPK3-MLKL信號通路的關(guān)鍵蛋白 RIPK1 及 RIPK3，可對膿毒癥病理生理有顯著的改善，臨床實驗中也發(fā)現(xiàn) RIP3水平與膿毒癥并發(fā)癥、病死率成正相關(guān)。更進一步發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中抑制RIPK3活性可減少血管內(nèi)皮細胞、肺泡上皮程序性細胞壞死，間接抑制促炎因子的產(chǎn)生，避免急性呼吸窘迫綜合征的發(fā)生，從而改善膿毒癥的病理生理過程[12]；以上研究顯示抑制程序性細胞壞死可能是一種潛在的膿毒癥治療靶點，但因其機制的復(fù)雜性，還有待進一步深入研究。

4 膿毒癥與細胞焦亡

細胞焦亡(pyroptosis)在膿毒癥中的研究備受關(guān)注?，F(xiàn)研究較為清楚的細胞焦亡是以Gasdermin D(GSDMD)介導(dǎo)的程序性細胞死亡，分為由半胱天冬酶-1(caspase-1)介導(dǎo)的經(jīng)典途徑、半胱天冬酶-4、5、11(caspase-4，5，11) 介導(dǎo)的非經(jīng)典途經(jīng)。在經(jīng)典途徑中，NLRP3/caspase-1/GSDMD信號通路參與了細胞焦亡的發(fā)生，炎性小體NLRP3可觸發(fā)caspase-1的激活。激活的caspase-1切割 IL-1β、IL-18 的前體，使其活化，同時切割執(zhí)行蛋白GSDMD，暴露GSDMD-N毒性片段，并移動到細胞膜上進行打孔，使IL-1、IL-18 可以自由通過，打破細胞內(nèi)外環(huán)境的平衡，細胞發(fā)生腫脹、進而死亡。釋放到細胞外的炎性因子則發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)，放大炎性效應(yīng)，加重組織、器官的損傷[13]。由此可見，細胞焦亡可能在膿毒癥所誘發(fā)的炎性反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。另有，非經(jīng)典通路可由脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)作為觸發(fā)因子，能夠高效的與caspase-4、5、11結(jié)合并誘導(dǎo)其自組裝、激活，促進GSDMD暴露毒性片段，引發(fā)細胞焦亡[14]。

細胞焦亡中的關(guān)鍵分子GSDMD參與了膿毒癥的發(fā)生發(fā)展過程，GSDMD過度活化后，可誘導(dǎo)白介素-1(IL-1)大量釋放，進一步激活炎性反應(yīng)[15]。經(jīng)GSDMD激活后， IL-1與其受體結(jié)合，誘發(fā)級聯(lián)反應(yīng)，IL-6和TNF等促炎因子大量激活、釋放，加重膿毒癥的病理生理過程[16]。GSDMD會誘導(dǎo)膿毒癥患者發(fā)生凝血功能障礙，進一步加重病情。巨噬細胞中GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡會進一步觸發(fā)組織因子的釋放，啟動凝血過程，耗竭凝血因子，導(dǎo)致膿毒癥合并彌漫性血管內(nèi)凝血(disseminated intravascular coagula-tion，DIC)的發(fā)生[17]。非經(jīng)典型焦亡途徑在膿毒癥中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，GSDMD 基因缺陷或抑制 GSDMD 的生成，小鼠將更少發(fā)生DIC、肺、腸、肝和腎損傷[18]。

在膿毒癥期發(fā)生的早期，細胞焦亡可以起到抵御細菌感染的作用，但是過度的細胞焦亡可導(dǎo)致膿毒性休克、多器官功能障礙等嚴(yán)重狀態(tài)的發(fā)生，抑制過度的細胞焦亡將成為膿毒癥治療的新思路。此外 GSDMD 作為IL-1的上游分子，可能是治療炎性反應(yīng)、自身免疫、細胞焦亡相關(guān)疾病最有效的靶點，將來在精準(zhǔn)抗感染、靶向治療膿毒癥中具有廣闊前景。

5 膿毒癥與鐵死亡

鐵死亡(ferroptosis)是一種依賴鐵離子的氧化損傷，可以引起細胞死亡，是一種新型的程序性細胞死亡。在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病、器官缺血再灌注等方面有深入研究。其機制可能為細胞攝取胱氨酸受到抑制后，引起細胞內(nèi)谷胱甘肽(glutathione，GSH)減少以及谷胱甘肽過氧化物酶4 (glutathione peroxi-dase 4，GPX4)失活，導(dǎo)致機體內(nèi)氧化還原體系平衡狀態(tài)失衡，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物過量蓄積而引發(fā)細胞死亡，其形態(tài)學(xué)特征是細胞質(zhì)和脂質(zhì)過氧化物增多，胞質(zhì)內(nèi)存在體積小于正常的線粒體、其形態(tài)為膜密度濃縮、增高，線粒體嵴的減少、線粒體外膜破裂[19-20]。

生理狀態(tài)下，鐵死亡可能對機體產(chǎn)生保護作用；病理情況下，機體受到強烈刺激，鐵死亡程度增加，將導(dǎo)致細胞死亡。2019年有研究顯示鐵死亡可能也參與了膿毒癥的炎性反應(yīng)與氧化應(yīng)激，利用腹腔注射脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)建立大鼠炎性反應(yīng)相關(guān)性腦病(inflammatory reaction-related encephalopathy)模型并設(shè)置對照組，實驗組的大鼠海馬神經(jīng)細胞氧化應(yīng)激水平及脂質(zhì)過氧化物含量較對照組升高，神經(jīng)細胞鐵死亡增加，大鼠行為學(xué)結(jié)果表明實驗組大鼠認(rèn)知功能降低；劑量為30 mg/kg LPS組，鏡下可見廣泛錐體細胞水腫變性，部分胞質(zhì)疏松淡染呈氣球樣，大量嗜堿性顆粒，并伴有大量炎性細胞浸潤[21]。膿毒癥患者血清鐵含量降低、感染指標(biāo)及脂質(zhì)過氧化物含量升高與遠期病死率和認(rèn)知功能障礙發(fā)生率升高顯著相關(guān)[22]。因此，降低細胞內(nèi)鐵沉積，減輕炎性反應(yīng)及脂質(zhì)過氧化水平，阻斷細胞鐵死亡的相關(guān)信號傳導(dǎo)通路或?qū)槟摱景Y的治療帶來新的思路。

6 問題與展望

膿毒癥患者機體內(nèi)可能存在各種細胞死亡形式，而抑制過度的細胞死亡，降低劇烈的炎性反應(yīng),同時避免免疫細胞死亡導(dǎo)致的免疫低下將是未來精準(zhǔn)治療的方式。然而在膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中，不同的細胞類型可能出現(xiàn)不同的細胞死亡方式，精準(zhǔn)治療將是一項巨大挑戰(zhàn)。程序性細胞死亡在膿毒癥中的研究進展是新的臨床熱點。其中程序性細胞壞死、細胞焦亡、細胞鐵死亡在膿毒癥中的分子機制不斷深入，針對各種細胞死亡的干預(yù)措施也逐漸增多，但因在膿毒癥不同時期，細胞死亡發(fā)揮不同的作用。膿毒癥早期，各類細胞死亡方式通過代償方式對膿毒癥發(fā)揮保護作用，但后期，不可控的炎性反應(yīng)，氧化應(yīng)激等機制的出現(xiàn)對機體將造成不可逆的損傷。在膿毒癥發(fā)展的不同時期，各類細胞死亡方式對膿毒癥的調(diào)節(jié)作用有時難以進行有效鑒別。調(diào)控程序性細胞死亡治療膿毒癥仍在探索之中。深入研究膿毒癥不同時期的細胞凋亡機制以及調(diào)控方式，必將對膿毒癥的治療帶來新的思路和方向。