姜春如,張春媚,王 帥,趙忠?guī)r

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科,吉林 長(zhǎng)春130033)

感染性疾病具有較高的發(fā)病率及死亡率,因其臨床表現(xiàn)及相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)缺乏特異性[1],使得該類疾病的早期識(shí)別及評(píng)估工作被延誤。在此過(guò)程中,中性粒細(xì)胞過(guò)度激活,宿主對(duì)感染的免疫反應(yīng)失調(diào),進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的器官功能障礙——即膿毒癥的發(fā)生[2]。膿毒癥是機(jī)體嚴(yán)重感染的結(jié)果,是醫(yī)院中常見的死亡原因,然而大約20%～30%的嚴(yán)重膿毒癥患者在入院時(shí)沒有表現(xiàn)出器官功能障礙等典型臨床體征,相反,在入院后的24 h內(nèi),患者病情逐漸惡化為嚴(yán)重膿毒癥[3-4],因此膿毒癥早期的診斷及治療顯得尤為重要。近期研究表明,肝素結(jié)合蛋白(heparin binding protein,HBP)可作為預(yù)測(cè)感染及膿毒癥導(dǎo)致器官功能障礙的有力因子[5-7]。本文根據(jù)當(dāng)前研究現(xiàn)狀,對(duì)HBP分子結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制及其在膿毒癥診斷中的研究進(jìn)展等方面進(jìn)行綜述。

1 HBP分子結(jié)構(gòu)及作用機(jī)制

1.1 HBP分子結(jié)構(gòu)

HBP擁有221或222個(gè)氨基酸殘基,被認(rèn)為是絲氨酸蛋白酶家族中的一員,然而因催化3聯(lián)體中的2個(gè)殘基發(fā)生突變,使得HBP通常被認(rèn)為缺乏絲氨酸蛋白酶活性。最初,HBP因其獨(dú)特的抗菌活性而受到人們的關(guān)注,隨后大量的研究表明HBP在炎癥和感染中均發(fā)揮著重要作用。HBP41位上的組氨酸向絲氨酸突變的過(guò)程可影響其抗菌作用及與單核細(xì)胞結(jié)合的能力,同時(shí)HBP也可通過(guò)切割某些胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白(IGFBP-1、IGFBP-2和IGFBP-4)來(lái)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)及傷口愈合。HBP上有3個(gè)潛在的N端糖基化位點(diǎn),N端糖基化的去除降低了脂多糖誘導(dǎo)單核細(xì)胞釋放白細(xì)胞介素-6的能力,而這種N端糖基化的去除并未影響HBP的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成HBP的16個(gè)堿基組成高陽(yáng)離子區(qū)域,此陽(yáng)離子區(qū)域被證明與配體結(jié)合及抗菌活性有關(guān)[8]。

1.2 HBP作用機(jī)制

1.2.1HBP的釋放機(jī)制 HBP是炎癥感染反應(yīng)中的重要介導(dǎo)因子,在抗原、細(xì)胞因子、炎癥因子等多種因素的刺激下,大部分于中性粒細(xì)胞(polymorphonuclear,PMN)的嗜苯藍(lán)胺顆粒及分泌囊泡中釋放[9]。通常情況下,HBP的釋放是鈣離子內(nèi)流動(dòng)員中性粒細(xì)胞脫顆粒的結(jié)果,此過(guò)程涉及p38絲裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen -activated protein kinase,p38 MAPK)和磷酸肌醇3激酶phosphoinositide 3-kinase,PI3K)[10-11],β2整合素作為中性粒細(xì)胞表面最重要的細(xì)胞間黏附分子之一,也參與此過(guò)程[12]。白三烯B4(LTB4)、M蛋白、鏈溶血素O(SLO)等多種介質(zhì)可刺激HBP的釋放,白三烯B4與白三烯B4受體1(leukotriene B4 receptors 1,BLT1)結(jié)合,觸發(fā)PI3K途徑,進(jìn)而釋放HBP[13]。鏈球菌M蛋白與纖維蛋白原和β2整合素結(jié)合形成復(fù)合物,刺激中性粒細(xì)胞激活和脫顆粒,促進(jìn)HBP釋放[14]。金黃色葡萄球菌毒力因子-酚溶性調(diào)節(jié)蛋白α4(phenol-soluble modulin α4,PSMα4)可與甲?；氖荏w2(ormyl peptide receptor 2,FPR2)結(jié)合,激活PI3K途徑,使得中性粒細(xì)胞脫顆粒,HBP釋放[10]。中性粒細(xì)胞對(duì)不同的細(xì)菌刺激反應(yīng)不同,有研究表明,與鏈球菌相比,金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和脂多糖均為較差的誘導(dǎo)劑[15]。以上研究結(jié)果均基于HBP只由中性粒細(xì)胞釋放的假設(shè),最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),惡性髓系細(xì)胞和單核細(xì)胞也可能是HBP的來(lái)源,且HBP主要分布在肝臟的肝細(xì)胞中,僅少量分布于脾臟的單核/巨噬細(xì)胞中[16]。綜上所述,HBP作為一種有前途的提示膿毒癥發(fā)展和嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物,其釋放機(jī)制較為復(fù)雜,需進(jìn)一步研究闡明,以便于其在臨床中應(yīng)用。

1.2.2HBP的趨化作用 炎癥、感染導(dǎo)致的機(jī)體免疫應(yīng)答,以早期中性粒細(xì)胞的聚集及隨之而來(lái)的單核細(xì)胞募集為特點(diǎn)。HBP作為單核細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的趨化劑,將更多的白細(xì)胞帶到感染部位,因此來(lái)增強(qiáng)機(jī)體免疫反應(yīng)[17]。HBP交替的疏水和親水結(jié)構(gòu)域,疏水延伸與脂質(zhì)雙分子層的結(jié)合,使得HBP對(duì)細(xì)胞膜具有較好的親和力并具有較強(qiáng)的白細(xì)胞趨化作用。HBP可直接激活單核細(xì)胞上的C-C基因趨化因子受體2(CCR2)來(lái)激活介導(dǎo)單核細(xì)胞的招募[18],也可通過(guò)激活內(nèi)皮細(xì)胞FAK/PI3K/AKT通路和p38 MAPK/NF-κB軸,來(lái)促進(jìn)CCR2 配體單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)的分泌,進(jìn)而誘導(dǎo)單核細(xì)胞遷移[19]。HBP的趨化作用也體現(xiàn)在其他類型的細(xì)胞中,如成纖維細(xì)胞、角膜上皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞的遷移和增殖。

1.2.3HBP影響血管內(nèi)皮通透性 HBP是具有促炎特性和誘導(dǎo)血管高通透性能力的中性粒細(xì)胞來(lái)源的顆粒蛋白。尤其在提高血管內(nèi)皮通透性方面發(fā)揮著重要作用。HBP可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞上細(xì)胞間黏附分子1(ICAM1)、血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1(PECAM-1)、整合素α3和整合素β1的表達(dá),促進(jìn)中性粒細(xì)胞黏附于內(nèi)皮細(xì)胞表面[20],該過(guò)程啟動(dòng)了β2整合素信號(hào)通路,HBP從中性粒細(xì)胞中釋放,釋放出來(lái)的HBP與內(nèi)皮細(xì)胞上的糖胺聚糖結(jié)合,激活蛋白激酶C(PKC)和Rho激酶,誘導(dǎo)鈣離子內(nèi)流入細(xì)胞,使得細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)改變,細(xì)胞間隙生成,最終導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加[21-22]。上述過(guò)程可認(rèn)為是通過(guò)旁分泌的方式刺激內(nèi)皮細(xì)胞屏障開放,然而最近的一項(xiàng)研究更為詳細(xì)的闡述了這一信號(hào)通路中涉及的作用機(jī)制。該研究指出[23],HBP可干擾激肽原(HK)與內(nèi)皮細(xì)胞上的糖胺聚糖結(jié)合,并與中性粒細(xì)胞蛋白酶協(xié)同使其裂解為活性非肽緩激肽(BK),即通過(guò)激活激肽激酶-激肽系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性。血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性改變誘發(fā)的血管滲漏、血漿滲出是最終導(dǎo)致膿毒癥休克發(fā)生的罪魁禍?zhǔn)?HBP作為該過(guò)程中的重要媒介可能是降低血管高通透性治療的一個(gè)有趣靶點(diǎn)。

2 HBP在膿毒癥診斷中的研究進(jìn)展

因血管通透性的增加,進(jìn)而導(dǎo)致的低血壓、微循環(huán)紊亂、缺氧和器官功能障礙是嚴(yán)重膿毒癥的主要特征,也是最終導(dǎo)致患者死亡的主要原因。HBP具備的促炎作用及誘導(dǎo)血管滲漏的能力,使其在膿毒癥診斷及預(yù)后評(píng)估中具有較好的潛力[24]。最近一項(xiàng)包含371名急診入院患者的多中心橫斷面研究結(jié)果顯示[25],入院第一小時(shí)內(nèi)的血漿HBP大于19.8 ng/mL時(shí),其診斷膿毒癥的敏感性、特異性分別為66.3%、44.9%,對(duì)早期死亡預(yù)測(cè)的敏感性、特異性分別為100%、41.0%,這與LINDER等[26]的研究結(jié)果相近。作為膿毒癥生物標(biāo)志物的HBP在膿毒癥早期即持續(xù)升高,且不易受采樣時(shí)間的影響,既往一系列研究[27-28]表明血漿HBP與30 d死亡率相關(guān),DOU等[5]將血漿HBP采集時(shí)間細(xì)化,發(fā)現(xiàn)48 h HBP變化(HBPc-48 h)對(duì)膿毒癥患者30 d死亡率預(yù)測(cè)價(jià)值的AUC為0.82(95% CI 0.75～0.89),其次分別為入院HBP(0.79)、PCT(0.72)、乳酸(0.71)、CRP(0.65)和24 h HBP變化(0.62),提示HBPc-48 h在預(yù)測(cè)膿毒癥患者死亡率方面最為準(zhǔn)確,48 h HBP下降大于50%的患者有超過(guò)90%的生存機(jī)會(huì),而48 h HBP下降小于4%的患者30 d全因死亡率接近90%。不僅如此HBP在嚴(yán)重膿毒癥、膿毒癥休克中也被證明具有良好的診斷及鑒別特性。YANG等[29]的研究表明,膿毒癥休克組HBP顯著高于膿毒癥組(120.33±43.49 μg/L vs.68.95±54.15 μg/L,P<0.05),SOFA評(píng)分預(yù)測(cè)膿毒性休克的AUC為0.715(95%CI 0.540～0.890,P=0.012),當(dāng)最佳截止值為7.5時(shí),敏感性為64.3%,特異性為76.6%。HBP的AUC為0.814(95%CI 0.714～0.913,P<0.001),當(dāng)最佳截止值為89.43 μg/L時(shí),敏感性為78.6%,特異性為76.6%;當(dāng)兩者結(jié)合時(shí),AUC為0.829(95%CI 0.724～0.935,P<0.001),敏感性為92.9%,特異性為61.9%。目前尚少有研究調(diào)查結(jié)合臨床評(píng)分系統(tǒng)和HBP在預(yù)測(cè)膿毒癥死亡率方面的價(jià)值,此種預(yù)測(cè)模型有望成為臨床工作中的有益工具,但在廣泛應(yīng)用之前尚需在不同患者群體中進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.1 HBP在膿毒癥并發(fā)急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)診斷中的研究進(jìn)展

大部分嚴(yán)重膿毒癥患者可同時(shí)伴有呼吸衰竭、心血管功能障礙、腎功能惡化等器官功能障礙的表現(xiàn)[30]。急性肺損傷(ALI)/ARDS是ICU中發(fā)生急性呼吸衰竭危及患者生命的常見原因。以全身性炎癥,內(nèi)皮和肺泡上皮屏障破壞,微血管通透性增加,最終導(dǎo)致肺水腫和呼吸衰竭為特征,目前已有大量臨床研究聚焦于HBP與ARDS之間的聯(lián)系,HBP因其增強(qiáng)內(nèi)皮通透性的特點(diǎn)被認(rèn)為是膿毒癥誘導(dǎo)的急性肺損傷的潛在中介因子。LIN等[28]研究結(jié)果表明,ALI/ARDS患者的HBP中位水平明顯高于心源性肺水腫(CPE)患者[17.15(11.95～ 24.07)ng/mL vs.9.50(7.98～12.18) ng/mL,P<0.001]。HBP最終將ALI/ARDS從CPE中鑒別診斷出來(lái)AUC為0.815±0.040。在截?cái)帱c(diǎn)>11.55 ng/ml時(shí),HBP診斷ALI/ARDS的特異性為78.2%,敏感性為75.0%。其中ALI/ARDS組分為感染組和非感染組,感染組又分為無(wú)膿毒癥組(除外全身炎癥反應(yīng)綜合征的感染)、嚴(yán)重膿毒癥組和膿毒癥休克組。嚴(yán)重膿毒癥組患者的HBP水平明顯高于無(wú)膿毒癥感染組患者[18.14(11.79 ～ 22.95)ng/ml vs.9.56(6.34～12.92) ng/ml,P=0.015]。然而,嚴(yán)重膿毒癥組和膿毒癥休克組患者的HBP水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[27.12(16.03～36.01)ng/ml vs.18.14(11.79 ～ 22.95) ng/ml,P=0.090]此外,該研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥休克和非膿毒癥休克患者的HBP水平無(wú)顯著差異[27.12(16.03 ～ 36.01)ng/ml vs.21.07(11.98 ～ 31.54) ng/ml,P=0.7]。即無(wú)論是否患有膿毒癥,休克患者的HBP水平顯著升高。在ARDS中HBP釋放導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞通透性被改變的確切機(jī)制尚不清楚。有研究表明[31]血管高通透性與β2整合素有關(guān),β2整合素可促進(jìn)中性粒細(xì)胞激活、脫顆粒,進(jìn)而促進(jìn)HBP的釋放,LIU等[12]深入研究發(fā)現(xiàn),HBP和β2整合素在肺血管通透性中都起重要作用,外源性炎癥可通過(guò)β2整合素來(lái)激活中性粒細(xì)胞,進(jìn)而介導(dǎo)PI3K信號(hào)通路促使HBP釋放,最終誘發(fā)肺水腫。肝素和抗HBP抗體都可以阻斷中性粒細(xì)胞上的β2-整合素受體,抑制HBP的釋放,從而減輕肺水腫及肺損傷[22];靜脈注射β2整合素亞基CD18抗體(IB4)可抑制中性粒細(xì)胞的募集、黏附及向組織的遷移[32];一種干擾纖維蛋白原和β2整合素相互作用的肽(Gly-Pro-Arg-Pro),可抑制鏈球菌表面M蛋白對(duì)中性粒細(xì)胞的激活[14]。近年來(lái),HBP對(duì)血管通透性的影響及其誘導(dǎo)ARDS的作用機(jī)制一直是研究熱點(diǎn),HBP在膿毒癥并發(fā)ALI中的效應(yīng)可通過(guò)加劇氧化應(yīng)激、促進(jìn)巨噬細(xì)胞M1極化釋放促炎因子,激活NF-κB信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)[33],HBP作為配體亦可與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β受體2(TGF-β-R2)結(jié)合,通過(guò)激活TGF-α/SMAD2/3信號(hào)通路來(lái)誘導(dǎo)急性肺損傷和血管滲漏[34]。

2.2 HBP在膿毒癥并發(fā)循環(huán)衰竭診斷中的研究進(jìn)展

HBP顯著增加血管通透性的特性,被認(rèn)為是預(yù)測(cè)嚴(yán)重膿毒癥及膿毒癥休克患者循環(huán)衰竭的早期生物標(biāo)志物[35]。一項(xiàng)關(guān)于膿毒癥休克期間血漿HBP的動(dòng)力學(xué)研究[36]中,通過(guò)每4 h分析連續(xù)采集的患者血漿HBP水平、去甲腎上腺素速率、全身血管阻力指數(shù)(SVRI)、平均動(dòng)脈壓(持續(xù)72 h或直至死亡或ICU出院)發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)間的推移,血漿HBP濃度與循環(huán)系統(tǒng)功能障礙嚴(yán)重程度相關(guān)。此外,該研究還發(fā)現(xiàn)隨著患者血漿HBP水平的增高,SVRI反而減小,進(jìn)一步證實(shí)HBP通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、間隙,使得血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加,最終導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)功能障礙甚至循環(huán)衰竭的理論。

2.3 HBP在膿毒癥并發(fā)AKI診斷中的研究進(jìn)展

膿毒癥病情發(fā)展導(dǎo)致的多器官系統(tǒng)功能障礙是AKI發(fā)生的重要原因之一,因此對(duì)膿毒癥相關(guān)AKI的早期診斷及治療尤為重要。HBP可改變腎小管管周細(xì)胞結(jié)構(gòu)間隙使得毛細(xì)血管發(fā)生滲漏,也可誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng),該過(guò)程可能與HBP激活M1巨噬細(xì)胞,抑制腫瘤壞死因子(TNF-a)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)的分泌有關(guān),是膿毒癥誘導(dǎo)AKI發(fā)生的關(guān)鍵所在[37]。一項(xiàng)包含245名ICU住院患者(包括59名嚴(yán)重膿毒癥患者)血漿HBP水平的縱向觀察研究表明,入院時(shí)的血漿HBP濃度與嚴(yán)重腎損傷的發(fā)展相關(guān)[38]。黃亞軍等[39]對(duì)膿毒癥誘導(dǎo)AKI患者的血漿HBP水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),多次采集檢測(cè)不同時(shí)間點(diǎn)的血漿HBP水平,發(fā)現(xiàn)在膿毒癥診斷后12 h時(shí),血漿HBP水平對(duì)膿毒癥誘導(dǎo)AKI的診斷性能最好。HBP腎臟清除率較低,但在腎功能受損時(shí)HBP的腎臟清除率卻明顯增加,肝素可阻斷HBP誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加和腎小管細(xì)胞炎癥反應(yīng)[40],進(jìn)而降低腎損傷嚴(yán)重程度,該過(guò)程可能與限制早期巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)或活化有關(guān)。此外,臨床相關(guān)濃度的白蛋白(ALB)也可阻斷凝血酶和HBP誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加,但卻可能增加腎臟炎性反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn),HBP和白蛋白之間的比率可預(yù)測(cè)膿毒癥患者發(fā)生AKI的風(fēng)險(xiǎn)(HBP>30 ng/mL,HBP/ALB>3.05)[41]。

3 總結(jié)

HBP在中性粒細(xì)胞刺激后通過(guò)多種機(jī)制快速釋放,HBP較強(qiáng)大的促炎特性和誘導(dǎo)血管高通透性能力,使其在檢測(cè)感染性疾病,特別是在導(dǎo)致膿毒癥的細(xì)菌感染中具有良好的診斷和鑒別特性,HBP作為一種新型生物標(biāo)志物,可能為治療膿毒癥及其相關(guān)并發(fā)癥提供新的靶點(diǎn),然而其介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的具體作用機(jī)制以及相關(guān)臨床應(yīng)用的研究仍有較多空缺,需研究者進(jìn)一步探索闡明,推動(dòng)HBP在臨床中更為廣泛的應(yīng)用。