劉方燕， 付湘云， 羅 濤， 劉志剛

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院麻醉科， 湖北 武漢 430060)

膿毒癥實(shí)質(zhì)是宿主對感染反應(yīng)的失調(diào)，涉及反應(yīng)不足及反應(yīng)過度，臨床上易導(dǎo)致急性器官功能障礙而引發(fā)較高的死亡率，給患者及其家屬帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。全身膿毒癥時，患者可表現(xiàn)為SIBD。SIBD發(fā)病機(jī)制較多，涉及神經(jīng)遞質(zhì)功能障礙、大腦炎癥、缺血性病變、微膠質(zhì)激活和血腦屏障功能障礙等[1]。此前認(rèn)為，自噬可以通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)對膿毒癥腦損傷起到保護(hù)作用。而更多研究發(fā)現(xiàn)，自噬對膿毒癥腦損傷的影響遠(yuǎn)不止于此，為進(jìn)一步探討兩者間的關(guān)系，現(xiàn)就自噬在膿毒癥腦損傷發(fā)病機(jī)制中的作用進(jìn)行綜述。

1 膿毒癥腦損傷的相關(guān)機(jī)制

全身膿毒癥發(fā)生時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)較易受累，70%的膿毒癥患者會出現(xiàn)SIBD，是最常見的與膿毒癥相關(guān)的器官功能不全。膿毒癥腦損傷機(jī)制涉及如下幾個方面：

1.1血腦屏障破壞 血腦屏障(BBB)是一種物理和代謝屏障，可選擇性介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周系統(tǒng)之間的交換，對穩(wěn)定腦組織生理環(huán)境，保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免外界侵害具有重要作用。膿毒癥時基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)表達(dá)上調(diào)可加速降解細(xì)胞外基質(zhì)，破壞血腦屏障，而抑制MMP-2、MMP-9表達(dá)后可明顯改善膿毒癥導(dǎo)致的血腦屏障破壞，改善認(rèn)知障礙[2]。血腦屏障中的緊密連接蛋白3(claudin-3)等同樣對防止或減輕膿毒癥誘導(dǎo)的腦損傷有重要作用。此外，盲腸結(jié)扎穿刺(CLP)誘導(dǎo)的大鼠膿毒癥模型顯示,中性粒細(xì)胞可受蛋白激酶C超家族的蛋白激酶C-δ (PKC-δ)顯著調(diào)控,協(xié)助破壞BBB并進(jìn)入腦內(nèi)引發(fā)神經(jīng)炎性反應(yīng),進(jìn)一步加重血腦屏障的破壞[3]。膿毒癥時發(fā)生氧化應(yīng)激可改變電子傳遞鏈而影響線粒體的呼吸功能，促使血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞和基質(zhì)金屬蛋白酶遭受長時間的氧化損傷。

1.2炎癥介質(zhì):膿毒癥腦損傷發(fā)生時，腦內(nèi)可出現(xiàn)急性炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激性損傷。全身炎癥反應(yīng)可誘導(dǎo)腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，釋放促炎細(xì)胞因子和趨化因子如腫瘤壞死因子-α (TNF-α)，白細(xì)胞介素-1β (IL-1β)和白細(xì)胞介素-6 (IL-6)等，從而介導(dǎo)腦內(nèi)大量炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，最終誘發(fā)神經(jīng)細(xì)胞凋亡和神經(jīng)系統(tǒng)的能量障礙導(dǎo)致認(rèn)知障礙。而大量炎性細(xì)胞因子和內(nèi)毒素可誘導(dǎo)腦內(nèi)活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的失衡，進(jìn)一步加重腦損傷[4]。

1.3線粒體功能障礙:線粒體功能障礙是膿毒癥相關(guān)腦功能障礙重要的發(fā)病機(jī)制之一。在小鼠CLP模型中，線粒體氧化磷酸化水平降低，細(xì)胞色素C氧化酶含量減少，線粒體功能受到損害。膿毒癥時腦組織線粒體功能受損,氧化應(yīng)激水平增高，活性氧(ROS)生成增加而觸發(fā)神經(jīng)元凋亡和炎癥反應(yīng)，造成腦損傷。線粒體功能障礙可導(dǎo)致長期記憶功能障礙，刺激線粒體動力學(xué)可以減輕膿毒癥誘導(dǎo)的認(rèn)知功能障礙。

1.4小膠質(zhì)細(xì)胞活化:小膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)主要的免疫細(xì)胞。膿毒癥急性期小膠質(zhì)細(xì)胞可被炎癥介質(zhì)、鄰近細(xì)胞及神經(jīng)遞質(zhì)激活，引起大腦神經(jīng)元功能障礙。活化的小膠質(zhì)細(xì)胞存在M1及M2兩個表型,M1型小膠質(zhì)細(xì)胞活化后有助于IL-1β、IL-6、TNF-α等的分泌，從而加重膿毒癥期間的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。

1.5免疫抑制:適度的免疫反應(yīng)可調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，而膿毒癥期間機(jī)體免疫系統(tǒng)往往失調(diào)，成為引發(fā)腦功能障礙的重要原因之一。免疫抑制在膿毒癥發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用，包括初始的過度激活的炎癥反應(yīng)以及過度炎癥反應(yīng)后的延遲免疫抑制。

2 細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬是一種由各種細(xì)胞應(yīng)激條件所誘導(dǎo)，在所有真核生物中高度保守的細(xì)胞降解和循環(huán)過程，主要具有細(xì)胞保護(hù)功能[5]。哺乳動物細(xì)胞有三種主要類型的自噬:微自噬、巨自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬。與微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬不同，巨自噬需重新合成雙膜囊泡-自噬體，用于隔離內(nèi)容物并隨后將其運(yùn)輸至溶酶體。在正常生長條件下，巨自噬作為一種細(xì)胞保護(hù)機(jī)制，可以選擇性降解受損或多余的細(xì)胞器，如受損的線粒體。然而，過度的自噬也可能是有害的。自噬體的形成過程可以分為起始、延伸和成核三個連續(xù)的階段。自噬過程主要受磷脂酰肌醇3激酶及mTOR信號通路的調(diào)節(jié)。營養(yǎng)充足條件下，溶酶體中的mTORC1會磷酸化 Ulk1 Ser 757 以及中斷 Ulk1 和 AMPK 之間的相互作用來阻止 Ulk1 激活，從而抑制自噬的發(fā)生。但在饑餓或應(yīng)激條件下，mTORC1則被抑制，溶酶體- mTORC1結(jié)合受阻，AMPK通過Ser 317和Ser 777的磷酸化直接激活Ulk1，促使自噬的發(fā)生。成核由VPS34和Beclin-1配合進(jìn)行。最后則由Atg5-Atg 12-Atg16L和LC3II- PE偶聯(lián)物實(shí)現(xiàn)其延伸。病原體感染時，胞漿內(nèi)可出現(xiàn)自噬體，LC3Ⅱ作為自噬體標(biāo)記蛋白，可由LC3Ⅰ轉(zhuǎn)化而來。

3 自噬與膿毒癥

3.1自噬與膿毒癥炎癥和免疫反應(yīng):自噬可調(diào)節(jié)膿毒癥炎癥及免疫反應(yīng)。膿毒癥中的自噬水平升高可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞活性，避免體內(nèi)炎癥反應(yīng)過度激活，從而對機(jī)體起到保護(hù)作用。有研究表明自噬可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞形成中性粒細(xì)胞細(xì)胞外陷阱，改善膿毒癥小鼠的生存率[6]。在小鼠盲腸結(jié)扎和穿刺(CLP)模型中，與對照組相比，淋巴細(xì)胞特異性缺失Atg5或Atg7的小鼠死亡率增加，免疫功能障礙和T細(xì)胞凋亡水平上升，這表明缺乏自噬會促進(jìn)膿毒癥誘導(dǎo)的后天免疫抑制。

3.2線粒體自噬與膿毒癥:線粒體功能障礙目前被認(rèn)為是膿毒癥引起的器官衰竭的重要因素，可減少細(xì)胞能量供應(yīng)并增加氧化應(yīng)激。線粒體結(jié)構(gòu)和功能的損傷，與胞質(zhì)鈣離子升高、活性氧(ROS)水平增加、促凋亡因子和線粒體DNA (mtDNA)的大量釋放有關(guān)，這一方面激活炎性小體介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，加重氧化應(yīng)激，另一方面也引發(fā)了線粒體自噬[7]。激活的線粒體自噬可以將受損線粒體通過溶酶體降解途徑消除，從而減輕氧化應(yīng)激帶來的損傷。

4 自噬在膿毒癥腦損傷中的作用及其機(jī)制

膿毒癥時腦組織皮質(zhì)及海馬區(qū)在電鏡下均可觀察到自噬體形成增加，提示自噬的發(fā)生。適度的自噬作為機(jī)體的一種自我保護(hù)機(jī)制，可以調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)，減輕膿毒癥腦損傷，而自噬不足或自噬過度都將帶來一定的損害。

4.1自噬對膿毒癥腦損傷的保護(hù)作用:在膿毒癥小鼠腦損傷模型中，當(dāng)自噬水平降低時，海馬細(xì)胞可出現(xiàn)輕度水腫、功能紊亂等。一些長鏈非編碼RNA可通過調(diào)節(jié)皮層神經(jīng)元的自噬水平來保護(hù)膿毒癥腦損傷。Luo及Jin等指出，SESN 2 可通過激活 AMPK/mTOR 信號通路，提高自噬啟動蛋白ULK1的水平，增強(qiáng)海馬神經(jīng)元自噬以減輕膿毒癥小鼠的腦損傷[8]。自噬對改善腦功能障礙可能涉及如下幾個方面：

4.1.1機(jī)體在正常情況下，由小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)對CNS是保護(hù)性的，而當(dāng)膿毒癥發(fā)生時，過度激活的小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)了大量炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，成為誘導(dǎo)膿毒癥腦損傷重要機(jī)制之一。研究表明LPS可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活而產(chǎn)生神經(jīng)炎癥，當(dāng)小膠質(zhì)細(xì)胞自噬水平升高時可減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)[9]。另外，氫可通過mTOR-自噬信號通路調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞自噬水平來減輕膿毒癥引起的神經(jīng)炎癥。而CXCR5可以通過p38MAPK/NF-κB/STAT3信號通路來抑制膿毒癥期間海馬微膠質(zhì)細(xì)胞的自噬，加重炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙[10]。因此早期干預(yù)自噬，適度增強(qiáng)自噬水平可能成為神經(jīng)炎癥性相關(guān)疾病潛在的治療方法。

4.1.2線粒體自噬可作為減輕膿毒癥相關(guān)腦功能障礙的重要機(jī)制。膿毒癥時線粒體損傷可激活線粒體自噬(mitophagy)，一方面，通過影響內(nèi)皮細(xì)胞和血腦屏障的功能，增強(qiáng)的線粒體自噬有可能對膿毒癥血腦屏障破壞起到保護(hù)作用[11]。另一方面，線粒體自噬有助于消除損傷的線粒體，維持線粒體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，從而減輕膿毒癥腦損傷的氧化應(yīng)激水平以及神經(jīng)炎癥反應(yīng)[12]。一些增強(qiáng)線粒體自噬，改善線粒體動力學(xué)的藥物將會對膿毒癥相關(guān)腦功能障礙的治療，尤其是對改善長期認(rèn)知功能障礙產(chǎn)生巨大影響。

4.1.3自噬可以減輕膿毒癥腦損傷的炎癥損傷。自噬具有抗炎作用，通過調(diào)節(jié)天然免疫信號通路和炎癥活性來抑制促炎癥過程。高遷移率蛋白1(HMGB1)可激活各種受體從而誘發(fā)炎癥、促進(jìn)細(xì)胞因子生成和招募免疫細(xì)胞，加重膿毒癥腦損傷，目前有研究證明，其分泌水平與細(xì)胞自噬相關(guān)[13]。而海馬神經(jīng)元自噬過程本身可受細(xì)胞因子如NF-kB調(diào)節(jié)。膿毒癥大鼠海馬神經(jīng)元的自噬過程可能被NF-kB信號通路的激活所阻斷。抑制NF-kB信號通路可增強(qiáng)自噬水平，減輕膿毒癥海馬神經(jīng)元的病理損傷。

4.1.4膿毒癥會引發(fā)復(fù)雜的免疫反應(yīng)，隨后出現(xiàn)免疫抑制現(xiàn)象。免疫反應(yīng)在膿毒癥腦損傷發(fā)病機(jī)制中也有重要作用，IRGM1是免疫相關(guān)GTP酶家族的成員，是 Golgi 復(fù)合體中發(fā)現(xiàn)的一種干擾素誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)蛋白，涉及多種生物學(xué)功能，包括細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)。在膿毒癥腦損傷相關(guān)模型中，IRGM1在神經(jīng)元中的表達(dá)會上調(diào)，可通過激活 p38 MAPK 信號通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬以包裹、降解清除有害成分，避免神經(jīng)元遭受進(jìn)一步損傷[14]。 IFN-γ有可能作為其上游信號參與其介導(dǎo)的神經(jīng)元自噬。研究膿毒癥引起的免疫功能障礙將為膿毒癥的免疫治療領(lǐng)域提供重要依據(jù)。

4.2自噬不足或自噬過度加重膿毒癥腦損傷:研究表明，LPS可通過P38-MAPK信號通路抑制自噬通量，導(dǎo)致不完全自噬，自噬不足反而會加重神經(jīng)炎癥[15]。不僅如此，過度的自噬也可能因?qū)е戮奘杉?xì)胞死亡，從而加劇全身炎癥反應(yīng)。有研究指出自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤減輕了膿毒癥小鼠器官炎性損傷，自噬激活劑雷帕霉素反而升高了其體內(nèi)炎性因子水平，加重組織損傷[16]。而異丙酚通過Ca2+/CaMKKβ/AMPK/mTOR 信號通路抑制自噬起到了神經(jīng)保護(hù)作用[17]。由此可見，自噬對于膿毒癥是一把雙刃劍，自噬不足時，清除細(xì)胞內(nèi)有害物質(zhì)的能力不足，膿毒癥腦損傷持續(xù)存在；自噬過度時，可能直接參與了神經(jīng)細(xì)胞的損傷，加重腦功能障礙。

綜上，自噬與膿毒癥腦損傷之間存在聯(lián)系，但具體機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究，雷帕霉素因可增強(qiáng)自噬，起到神經(jīng)保護(hù)的作用，逐漸成為治療膿毒癥誘發(fā)認(rèn)知障礙的潛在有效治療藥物。而小劑量地塞米松也被證明可通過調(diào)節(jié)膿毒癥皮層神經(jīng)元的自噬水平發(fā)揮腦保護(hù)作用。針對以上機(jī)制，更多SIBD的治療藥物應(yīng)該被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。

5 展 望

膿毒癥作為發(fā)病率和致死率較高的疾病，常導(dǎo)致多器官功能障礙。SIBD作為其導(dǎo)致的常見器官功能不全之一，目前尚沒有明顯有效的治療方法。自噬作為一種溶酶體降解途徑，對機(jī)體生長、分化、發(fā)育和內(nèi)環(huán)境平衡都至關(guān)重要。自噬在人體疾病與健康時都發(fā)揮著作用，其在膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中往往存在著動態(tài)變化。鑒于自噬在膿毒癥腦損傷中發(fā)揮著重要作用，且自噬不足或自噬過度可能導(dǎo)致完全不同的結(jié)局，可能為膿毒癥所致腦功能障礙的治療提供新的靶點(diǎn)。