盧中秋 趙光舉

膿毒癥是機(jī)體對(duì)感染反應(yīng)失調(diào)所致、危及生命的器官功能障礙。膿毒癥早期，大量免疫細(xì)胞活化，形成炎癥瀑布效應(yīng)，引起休克和器官功能衰竭。隨著疾病的進(jìn)展，免疫系統(tǒng)逐漸進(jìn)入耗竭狀態(tài)，是初次感染遷延不愈和二重感染發(fā)生的關(guān)鍵原因[1]。然而，迄今對(duì)膿毒癥患者免疫功能失衡機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍不夠深入，臨床干預(yù)手段極為有限。

眾所周知，生命活動(dòng)離不開(kāi)能量代謝。對(duì)于免疫細(xì)胞而言，早在20世紀(jì)50年代，人們就觀察到中性粒細(xì)胞活化過(guò)程中存在葡萄糖消耗增加的現(xiàn)象[2]。隨著研究的深入，人們認(rèn)識(shí)到免疫細(xì)胞的活化、轉(zhuǎn)化和效應(yīng)功能的發(fā)揮均受到代謝的調(diào)控，同時(shí)免疫系統(tǒng)活化和炎癥反應(yīng)也可以作用于代謝器官和代謝途徑，影響機(jī)體的能量代謝過(guò)程[3]。代謝和免疫的這種相互作用不僅與腫瘤、糖尿病和慢性腸炎等疾病有關(guān)，其在膿毒癥的發(fā)生和發(fā)展中的作用也越發(fā)受到重視。本文對(duì)膿毒癥患者免疫功能失衡的代謝改變機(jī)制和干預(yù)策略作一述評(píng)，以期為免疫調(diào)理治療提供新思路。

1 膿毒癥免疫功能紊亂的代謝機(jī)制

1.1 代謝與炎癥反應(yīng) 靜息狀態(tài)下，氧化磷酸化是免疫細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖所需能量來(lái)源的主要代謝途徑。當(dāng)激活后，免疫細(xì)胞需要高能量以維持細(xì)胞增殖和功能。雖然糖酵解產(chǎn)生ATP的效率比氧化磷酸化低，但其速率較快。因此，活化免疫細(xì)胞的代謝方式往往需要從氧化磷酸化到糖酵解轉(zhuǎn)變，以滿足其快速獲取能量的需求。這種在氧含量正常的情況下依然選擇利用糖酵解作為能量來(lái)源，類似于腫瘤細(xì)胞的 Warburg 效應(yīng)[4]。

在膿毒癥早期過(guò)度炎癥反應(yīng)階段，研究發(fā)現(xiàn)外周血單核細(xì)胞糖酵解相關(guān)基因的表達(dá)顯著增加[5]。同時(shí)，對(duì)糖酵解有重要調(diào)節(jié)作用的雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）和低氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor,HIF）-1α途徑的關(guān)鍵產(chǎn)物的基因也被上調(diào)[5]。巨噬細(xì)胞可以分為M1型巨噬細(xì)胞和M2型巨噬細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，M1型巨噬細(xì)胞mTOR和HIF-1α表達(dá)也顯著增加，糖酵解使其能夠快速獲得能量，合成活性氧（reactive oxygen species,ROS）和促炎細(xì)胞因子等，以殺滅病原微生物[6]。對(duì)于T細(xì)胞而言，包括Th1、Th2和Th17細(xì)胞的促炎性T細(xì)胞亞群也表現(xiàn)出糖酵解作用的增強(qiáng)[7]。

膿毒癥中丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase M2,PKM2）與HIF-1α相互作用，調(diào)控了Warburg效應(yīng)，是高遷移率族蛋白 B1（high mobility group protein B1，HMGB1）大量釋放的重要原因[8]。同時(shí)，抑制PKM2、HIF-1α及糖酵解相關(guān)的基因均可減少乳酸生成及HMGB1釋放，從而證實(shí)了糖酵解與膿毒癥炎癥反應(yīng)的關(guān)系[8]。PKM2還能通過(guò)調(diào)節(jié)真核翻譯啟動(dòng)因子2α激酶2（eukaryotic translation initiation factor 2-alpha kinase 2,EIF2AK2）磷酸化來(lái)促進(jìn)炎癥小體NLRP3的活化[9]。此外，在巨噬細(xì)胞中，脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)琥珀酸和檸檬酸水平升高[10]。琥珀酸被證實(shí)也可以激活HIF-1α，促進(jìn)IL-1β轉(zhuǎn)錄[11]。檸檬酸可用于合成磷脂，磷脂是合成前列腺素所需花生四烯酸的來(lái)源。對(duì)于一氧化氮（nitric oxides,NO）而言，檸檬酸可以通過(guò)蘋(píng)果酶和丙酮酸生成還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH），進(jìn)而被誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶（inducible nitric oxides synthase,iNOS）用來(lái)生成NO。NADPH氧化酶也會(huì)利用NADPH產(chǎn)生ROS。因此，高水平的檸檬酸被認(rèn)為與NO、ROS和前列腺素3種促炎介質(zhì)的產(chǎn)生有關(guān)[10，12-13]。

1.2 代謝在免疫麻痹中的作用 如上所述，膿毒癥過(guò)度炎癥反應(yīng)階段，單核細(xì)胞的糖酵解增強(qiáng)，氧化磷酸化能量受損。然而，來(lái)源于膿毒癥休克后期的T細(xì)胞，不僅氧化磷酸化能力下降，由于其mTOR活性降低，糖酵解的能力也明顯受損。同時(shí)，這種耗竭狀態(tài)的T細(xì)胞還表現(xiàn)出脂肪酸氧化（fatty acid oxidation,FAO）增加的現(xiàn)象[14]。與之類似，在樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cells,DCs）中，研究發(fā)現(xiàn)Wnt5A上調(diào)肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶 1A的表達(dá)，通過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors,PPAR）-γ而促進(jìn)FAO[15]。這種轉(zhuǎn)化不僅導(dǎo)致DCs細(xì)胞因子釋放能力下降，并能夠誘導(dǎo)抑制性免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cells,Tregs）的產(chǎn)生[15]。另有研究發(fā)現(xiàn)，與M1型巨噬細(xì)胞不同，M2型巨噬細(xì)胞的能量代謝方式以脂肪酸氧化為主[16]。上述研究提示，糖酵解能力和氧化磷酸化受損，F(xiàn)AO增加可能是膿毒癥免疫麻痹發(fā)生的重要原因。

除了能量代謝途徑轉(zhuǎn)化外，代謝產(chǎn)物在膿毒癥免疫麻痹中也有著不可忽視的作用。膿毒癥中缺氧、糖酵解增強(qiáng)以及肝功能受損等因素，導(dǎo)致了血乳酸水平的升高。研究發(fā)現(xiàn)，血乳酸具有重要的抗炎作用[17-20]。據(jù)報(bào)道，乳酸作用后，效應(yīng)性 T細(xì)胞的活化能力明顯受損[17]。在骨髓源性巨噬細(xì)胞中，乳酸可以通過(guò)Gpr81受體抑制LPS誘導(dǎo)的IL-6、IL-12 p40和CD40的表達(dá)，這種作用是通過(guò)抑制LPS誘導(dǎo)的糖酵解實(shí)現(xiàn)的[18]。此外，乳酸還具有誘導(dǎo)抗炎和免疫抑制性細(xì)胞產(chǎn)生的作用。巨噬細(xì)胞向 M2型極化是膿毒癥免疫麻痹的重要表現(xiàn)，而乳酸能夠促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生[19]。在體外培養(yǎng)的骨髓細(xì)胞中加入乳酸，其中骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells,MDSCs）的比例和數(shù)量明顯增加[20]。

2 靶向代謝的免疫調(diào)控策略

2.1 經(jīng)典代謝調(diào)節(jié)藥物 二甲雙胍是一種雙胍類口服降血糖藥，能夠改善外周胰島素敏感性，其抗炎作用也越發(fā)受到關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍以濃度依賴的方式抑制LPS誘導(dǎo)的TNF-α和IL-6的產(chǎn)生，并同時(shí)誘導(dǎo)激活轉(zhuǎn)錄因子-3（activating transcription factor-3,ATF-3）的產(chǎn)生[21]。ATF-3 是環(huán)磷酸腺苷（cAMP）反應(yīng)元素結(jié)合蛋白家族的一種轉(zhuǎn)錄因子，下調(diào)ATF-3減弱了二甲雙胍的抗炎作用[21]。阻斷AMP依賴的蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase,AMPK）后，二甲雙胍的抗炎和誘導(dǎo)ATF-3產(chǎn)生的作用均明顯受抑，提示二甲雙胍的抗炎作用可能是通過(guò)激活A(yù)MPK進(jìn)行的[21]。AMPK作為調(diào)控能量穩(wěn)態(tài)的重要激酶，是真核生物細(xì)胞和有機(jī)體代謝的中心調(diào)節(jié)分子和能量感受器。研究證實(shí)，缺失AMPK后PKM2依賴的糖酵解明顯增強(qiáng)，因而二甲雙胍的抗炎作用可能與其對(duì)糖酵解的調(diào)控有關(guān)[22]。除了二甲雙胍外，如噻唑烷二酮類降糖藥物能夠激活PPAR-γ而發(fā)揮抗炎效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，PPAR-γ不僅能夠促進(jìn)FAO，還能促進(jìn)Th17細(xì)胞向Tregs分化，可能也是其發(fā)揮抗炎作用的重要途徑[23]。

他汀類藥物是常用降血脂藥物，通過(guò)抑制3-羥基-3甲基戊二酸輔酶A還原酶（HMGCR）而發(fā)揮作用。近年研究發(fā)現(xiàn)，他汀類藥物還能夠抑制Toll樣受體（Toll-like receptor,TLR）及NF-κB，減少炎癥因子的分泌。在膿毒癥模型中，阿托伐他汀治療組肺組織的炎癥反應(yīng)明顯減低，肺損傷程度也顯著下降[24]。對(duì)于臨床膿毒癥患者，有研究發(fā)現(xiàn)雖然阿托伐他汀療法沒(méi)有降低IL-6水平，但預(yù)先使用他汀類藥物的患者其基礎(chǔ)IL-6水平相對(duì)較低，且28 d病死率也較低[25]。當(dāng)阻斷PPAR-γ后，他汀類藥物的抗炎作用則顯著受到抑制，提示PPAR-γ代謝通路在他汀類藥物抗炎中的關(guān)鍵性作用[26]。雖然他汀類藥物的抗炎作用在體內(nèi)外研究中已反復(fù)被證實(shí)，但其在膿毒癥中的療效尚缺乏證據(jù)支持。新近一項(xiàng)Meta分析納入了14項(xiàng)試驗(yàn)，評(píng)估他汀類藥物治療對(duì)2 628例危重病患者的預(yù)后影響，發(fā)現(xiàn)其不能降低患者的30 d全因死亡率，對(duì)于嚴(yán)重膿毒癥亞組患者同樣如此[27]。因此，他汀類藥物在膿毒癥治療中的應(yīng)用價(jià)值還有待進(jìn)一步評(píng)估。

2.2 新型代謝調(diào)節(jié)策略 雖然傳統(tǒng)的代謝調(diào)控藥物對(duì)膿毒癥的炎癥和免疫有一定的作用，但由于其靶向性差，實(shí)際應(yīng)用效果不甚理想。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者以代謝通路和代謝分子為靶點(diǎn)，對(duì)其炎癥和免疫的調(diào)控策略進(jìn)行了研究。

衣康酸是由三羧酸循環(huán)中的順勢(shì)烏頭酸在免疫應(yīng)答基因 1（immune responsive gene 1,IRG1）的作用下脫羧產(chǎn)生的。LPS刺激巨噬細(xì)胞后，IRG1和衣康酸水平會(huì)迅速上調(diào)，介導(dǎo)免疫耐受，進(jìn)而參與宿主防御和腫瘤發(fā)生等過(guò)程[28]。有研究發(fā)現(xiàn)，糖酵解中的3個(gè)關(guān)鍵酶果糖二磷酸醛縮酶A、3-磷酸甘油醛脫氫酶和乳酸脫氫酶A都可被衣康酸修飾，是衣康酸對(duì)糖酵解的負(fù)反饋調(diào)控以及抗炎作用的關(guān)鍵機(jī)制[28]。除了糖酵解途徑，衣康酸還可以抑制琥珀酸脫氫酶（SDH）的活性，導(dǎo)致琥珀酸累積，無(wú)法進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行代謝，導(dǎo)致免疫耐受，提示IRG1-itaconate-SDH途徑的作用可能是膿毒癥免疫麻痹的重要途徑[29]。采用β-葡聚糖干預(yù)可以恢復(fù)上述過(guò)程中SDH的下調(diào)，提示其在膿毒癥免疫調(diào)理治療中的潛在價(jià)值[29]。

此外，針對(duì)mTOR等關(guān)鍵代謝通路的激活劑或抑制劑也得以研發(fā)和應(yīng)用。例如，雷帕霉素作為mTOR信號(hào)抑制劑，能夠調(diào)控糖酵解、脂肪酸合成和線粒體功能。研究發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素能促進(jìn)Tregs生成，抑制Th17，減輕LPS介導(dǎo)的急性肺損傷[30]。如前所述，糖酵解對(duì)于DCs活化至關(guān)重要。2-脫氧葡萄糖抑制葡萄糖攝入會(huì)損害主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ和Ⅱ、CD40和CD86的表達(dá)，同時(shí)炎癥分子IL-6、IL-12和TNF-α的生成明顯減少[31]。另?yè)?jù)報(bào)道，AMPK和p38 MAPK通路所介導(dǎo)的代謝重組和IL-10釋放是耐受性DCs的重要特征，而早期激活A(yù)MPK可減輕膿毒癥所致的多器官損傷和炎癥反應(yīng)[32]。因此，AMPK的小分子激活劑，如噻吩并吡啶酮類對(duì)DCs功能的調(diào)控作用，以及在膿毒癥中的應(yīng)用價(jià)值值得探討。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，在膿毒癥發(fā)病過(guò)程中，患者免疫系統(tǒng)的失衡與代謝改變息息相關(guān)。代謝改變不僅參與了膿毒癥的早期炎癥和器官損傷，也是免疫耐受和免疫耗竭的重要成因。目前，除了傳統(tǒng)的代謝調(diào)控藥物，新穎的“代謝調(diào)理”策略不斷涌現(xiàn)。雖然上述代謝調(diào)理策略在實(shí)驗(yàn)研究中取得了良好的效果，但其臨床效用仍有待證實(shí)。更為重要的是，不同細(xì)胞所依賴的基礎(chǔ)代謝方式是不同的，如何對(duì)特定免疫細(xì)胞的代謝進(jìn)行靶向調(diào)控有待進(jìn)一步研究。