迷走神經(jīng)與膿毒癥心肌損傷的研究進(jìn)展

彭紅艷 祝益民

DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2014.09.031

基金項目：國家科技支撐計劃兒科應(yīng)急救治相關(guān)技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用項目 （2012BAI04B00）

作者單位：410007 長沙，南華大學(xué)兒科學(xué)院 （湖南省兒童醫(yī)院）（彭紅艷）；湖南省人民醫(yī)院（祝益民）

通信作者：祝益民，Email：cszhuyimin@163.com

膿毒癥可導(dǎo)致多器官功能損害，心臟作為全身血液循環(huán)的關(guān)鍵器官，是膿毒癥最易受損的靶器官之一。膿毒癥心肌損傷不僅存在于休克的“低動力”階段，也存在于“高動力”階段，是以血流動力學(xué)和心肌力學(xué)變化為特征的心功能障礙，表現(xiàn)為心臟收縮和舒張功能受損、左右心室擴大、左室射血分?jǐn)?shù)下降等。研究發(fā)現(xiàn)在膿毒癥患者中，心功能正常、泵功能減弱、嚴(yán)重泵功能衰竭（EF ≤40%） 分別占40% 、40%、20%，其中心功能障礙患者病死率達(dá)70%。因此，研究膿毒癥心肌損傷的機制，并探索具有臨床應(yīng)用前景的治療方案具有重要意義。目前，迷走神經(jīng)在改善心肌損傷方面的作用是研究熱點之一，但膿毒癥心肌損傷與迷走神經(jīng)的關(guān)系尚不十分清楚。本文主要對迷走神經(jīng)改善膿毒癥心肌損傷的機制及相關(guān)干預(yù)措施進(jìn)行綜述，以期為膿毒癥心肌損傷的研究和治療提供新思路。

1 迷走神經(jīng)在膿毒癥心肌損傷中的作用機制

膿毒癥心肌損傷的基礎(chǔ)和臨床研究已60余年，目前了解的主要機制有心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超載、氧自由基產(chǎn)生、線粒體膜脂改變、心肌能量代謝異常、循環(huán)與微循環(huán)改變、一氧化氮影響等，尤以膿毒癥炎癥介質(zhì)所致的心肌抑制日益受到重視，而迷走神經(jīng)在控制炎癥方面的作用機制及治療也逐漸被認(rèn)知。

在膿毒癥實驗中，刺激迷走神經(jīng)能抑制血清腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素1（interlerkin-1，IL-1）、 高遷移率族蛋白B1（high-mobility group box 1， HMGB1）等炎癥因子釋放，從而抑制全身炎癥反應(yīng)，減輕膿毒癥心肌損傷，提高生存率，故迷走神經(jīng)在控制炎癥中起重要作用^[1]。在膿毒癥大鼠模型中，迷走神經(jīng)切斷組與假手術(shù)組動物病死率分別為64.7%、34%，迷走神經(jīng)切斷后大鼠的血清細(xì)胞因子TNF-α、白介素6（interlerkin-6，IL-6）等升高^[2]，這也證明，迷走神經(jīng)是控制炎癥的調(diào)節(jié)器。

TNF-α在炎癥反應(yīng)早期升高，增加血管通透性、中性粒細(xì)胞黏附，誘發(fā)細(xì)胞凋亡，也可直接作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞。心臟是TNF-α生成的器官之一，心肌損傷時大鼠血清TNF-α水平顯著升高，且與血清心肌酶、血漿cTnT增高成正比，而與心肌收縮力及冠脈流量、左室射血分?jǐn)?shù)成反比^[3]。Huston等^[4]研究發(fā)現(xiàn)，迷走神經(jīng)刺激能降低TNF-α水平，這種效應(yīng)與刺激強度呈正相關(guān)。迷走神經(jīng)刺激能成倍地減少TNF-α（脾94%、肝40%、肺20%），同時也使TNF mRNA 水平明顯下降^[5]。Katare等^[6]證明，迷走神經(jīng)刺激和乙酰膽堿通過差異調(diào)節(jié)TNF受體表達(dá)（上調(diào)TNFR2，下調(diào) TNFR1 ），減少心肌遭受急性缺血或缺氧損傷。

HMGB-1也是介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其在心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中有不可忽視的作用，能加劇血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷和促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞促炎細(xì)胞因子釋放。在正常情況下，單核/巨噬細(xì)胞可低水平表達(dá)HMGB-1，但機體受到病原微生物侵襲或促炎細(xì)胞因子刺激時，單核/巨噬細(xì)胞可呈時間、劑量依賴性釋放HMGB-1。HMGB-1與其受體結(jié)合，激活核轉(zhuǎn)錄因子kappa B （NF-κB）導(dǎo)致持續(xù)炎癥反應(yīng)，而迷走神經(jīng)刺激能抑制HMGB-1，延長膿毒癥小鼠的生存期，提高存活率^[7]。

另外，NF-κB在膿毒癥中起核心作用，早期抑制NF-κB可減輕炎性反應(yīng)，而迷走神經(jīng)興奮能抑制NF-κB。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，IL-1刺激迷走神經(jīng)，經(jīng)大腦中樞后，迷走神經(jīng)傳出纖維釋放乙酰膽堿，再結(jié)合到α7nAChR，抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子。因此，興奮迷走神經(jīng)能顯著減少TNF-α、HMGB-1、IL-1，抑制NF-κB激活，改善心功能，所以對迷走神經(jīng)的研究有助于為膿毒癥心肌損傷治療尋找到新的治療策略。2 迷走神經(jīng)治療的前景

雖然世界各國在膿毒癥研究中花費大量的時間和精力，但仍難以改善膿毒癥患者的預(yù)后。在臨床試驗中，針對單個炎癥細(xì)胞因子的治療并未取得理想的治療效果，如通過抗TNF-α治療心功能衰竭令人失望。另外，也有應(yīng)用糖皮質(zhì)激素激素、IL-10抑制炎癥反應(yīng)，然而，它們也能導(dǎo)致繼發(fā)性感染和免疫細(xì)胞凋亡，增加發(fā)病率和致死率。現(xiàn)有抗生素或免疫調(diào)節(jié)劑治療也不能有效降低膿毒癥患者多器官損傷的發(fā)生率、病死率。這不免使人開始懷疑抑制炎癥因子治療的臨床可行性，而最近迷走神經(jīng)與炎癥之間聯(lián)系，主要是膽堿能抗炎通路（ cholinergic anti-inflammatory pathway CAP）的發(fā)現(xiàn)，為膿毒癥的治療帶來了新的曙光。通過刺激迷走神經(jīng)或以膽堿能抗炎通路中的某些特殊組成部分作為治療標(biāo)靶，均有可能抑制炎癥因子的產(chǎn)生。因此，在膿毒癥治療策略中，探討與膿毒癥發(fā)病機制相關(guān)的自主神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是迷走神經(jīng)居于中心地位。

迷走神經(jīng)主要通過膽堿能抗炎通路起抗炎作用，在各種刺激因素下迷走神經(jīng)傳出沖動增加， 乙酰膽堿（acetylcholine，Ach） 大量釋放，與巨噬細(xì)胞及其他類型細(xì)胞表達(dá)的α7nAChR（α7煙堿型乙酰膽堿受體）結(jié)合，抑制網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，阻滯巨噬細(xì)胞活化， 阻止炎癥因子的產(chǎn)生和釋放，最終抑制局部及全身炎癥反應(yīng)。Parrish 等^[8]發(fā)現(xiàn)，膽堿抑制膿毒癥野生型小鼠TNF-α合成， 但不能抑制α7nAChR基因敲除小鼠TNF-α合成；該實驗也證實，膽堿能抑制HMGB-1釋放，提高嚴(yán)重膿毒癥大鼠的生存率。石德光等^[9]通過對不同實驗處理大鼠對照研究發(fā)現(xiàn)，迷走神經(jīng)興奮可顯著降低內(nèi)毒素（liopolysaccharide，LPS）引起的心肌組織中TNF-α、髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）及血CK-MB，使心肌炎性病理改變減輕，從而起到對心功能的保護(hù)作用。而且，與體液抗炎通路比較， 直接刺激迷走神經(jīng)或使用特異性α7nAChR激動劑可激活膽堿能抗炎通路，其反應(yīng)時間短， 顯著阻斷體內(nèi)的白細(xì)胞遷移，快速、直接地調(diào)節(jié)全身炎癥反應(yīng)，抑制生物毒素的致死效應(yīng)。

3 迷走神經(jīng)相關(guān)的治療方法

3.1 電刺激迷走神經(jīng)

經(jīng)皮刺激迷走神經(jīng)已被美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)用于阿爾茲海默病、頑固性抑郁癥、頑固性癲癇等多種神經(jīng)心理性疾病的治療，臨床應(yīng)用結(jié)果顯示，它安全并易被患者接受，且可通過改變刺激強度、隨應(yīng)用時間的延長而逐漸減弱其不良反應(yīng)。此外，刺激迷走神經(jīng)的強度明顯低于心臟迷走神經(jīng)分支的激活閾值，所以這種治療對心率影響不明顯。電刺激迷走神經(jīng)，有抗心律失常效應(yīng)，增加心臟去甲腎上腺素能叢的濃度和心臟血液供應(yīng)，提高心室肌的伸縮力。Kakinuma等^[10]發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞具乙酰膽堿的合成系統(tǒng)，對膽堿刺激有正性調(diào)節(jié)作用。這種放大系統(tǒng)使迷走神經(jīng)對心肌的保護(hù)作用更明顯。在心肌缺血再灌注損傷后，迷走神經(jīng)刺激可明顯減輕局部及全身炎癥反應(yīng)，減少左室重構(gòu)，對心肌有明顯的保護(hù)作用^[11-12]。 國內(nèi)研究者通過刺激內(nèi)毒素兔的迷走神經(jīng)，能升高平均動脈壓，緩解LPS引起的低血壓休克，降低TNF-α而升高抗炎細(xì)胞因子IL-10^[13]。另外有研究顯示，迷走神經(jīng)通過AMPK - PKC 通路減少缺氧誘導(dǎo)的活性氧（reactive oxygen species，ROS）、TNF-α 產(chǎn)生，也證明其在心臟疾病中具有潛在的應(yīng)用價值^[14-15]。

3.2 生長素釋放肽

生長素釋放肽是一種新型的腦腸肽，主要由胃產(chǎn)生，它在調(diào)節(jié)垂體激素的分泌、攝食、胃腸道及心血管功能、能量平衡和免疫系統(tǒng)起著重要的作用，其在心血管系統(tǒng)中作用表現(xiàn)為增加心肌收縮力、提高心輸出量、抑制心室重構(gòu)、減少心肌缺血再灌注損傷、修復(fù)血管內(nèi)皮細(xì)胞、抑制血管炎癥、抑制血小板聚集等。Mao等^[16]發(fā)現(xiàn)，生長素釋放肽抑制心臟的交感神經(jīng)系統(tǒng)活性，減少心肌梗死患者心律失常的發(fā)生，并改善預(yù)后，這種保護(hù)作用可能是通過迷走神經(jīng)傳出纖維而起作用。該研究者在2013年發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死的大鼠模型中，生長素釋放肽基因敲除大鼠與野生型大鼠比較，2周內(nèi)死于心衰的大鼠明顯增多（分別為10.9%，0%）^[17]，表明其在保護(hù)心臟功能方面有重要作用。Wang等^[18]研究發(fā)現(xiàn)，生長素釋放肽可能通過抑制NF-κB活化，改善心功能障礙、抑制細(xì)胞凋亡、抑制炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生。另外，在嚴(yán)重膿毒癥中，生長素釋放肽可增加心臟收縮力和增加對血管活性藥物的反應(yīng)性，維持心血管穩(wěn)定^[19]。然而，生長素釋放肽的保護(hù)作用需要完整的迷走神經(jīng)，Shimizu等^[20]發(fā)現(xiàn)，頸迷走神經(jīng)切斷后，滲透液的乙酰膽堿濃度迅速下降；迷走神經(jīng)切斷后使生長素釋放肽對HMGB-1、TNF-α和IL-6產(chǎn)生的下調(diào)作用及改善器官功能障礙作用消失^[21]。

3.3 GTS-21

GTS-21即3-（2，4-dimethoxybenzylidene）-anabaseine[（3-（2，4-二甲氧基苯亞甲氧基）-新煙堿二鹽酸鹽）]，又名DMXBA，是選擇性α7nAChR激動劑，主要被用于治療阿爾茨海默氏癥和精神分裂癥患者，有良好的耐受性，沒有明顯的安全隱患。Kox等^[22]通過對男性志愿者予不同劑量GTS-21 ，然后注射內(nèi)毒素，發(fā)現(xiàn)安全劑量內(nèi)的高濃度GTS- 21能顯著降低的TNF-α、 IL-1，但不會降低IL-10。Xiong等^[23]研究表明，7nAChR激動劑能減少血清cTnI、TNF-α 、IL-6 、HMGB-1，從而減弱心肌缺血再灌注損傷的全身炎癥反應(yīng)。Pavlov等^[24]研究證實，GTS-21呈劑量依賴性抑制膿毒癥大鼠TNF-α、HMGB-1的釋放和NF-κB激活。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，α7-nAChR增加可能是再灌注后心肌損傷的代償反應(yīng)，這為心肌損傷的治療提供新的信息^[25]。

3.4 膽堿及擬膽堿藥物

膽堿為乙酰膽堿分解產(chǎn)物，給予膽堿治療能顯著提高小鼠存活率及膽堿抑制內(nèi)毒素引起的炎癥反應(yīng)，其效果明顯優(yōu)于乙酰膽堿^[26]。Borovikova 等^[27]發(fā)現(xiàn)，乙酰膽堿能有效抑制 LPS引起的TNF-α、IL-1、IL-6、IL-18釋放，而不減少抗炎細(xì)胞因子IL-10釋放。有學(xué)者在內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，乙酰膽堿和擬膽堿藥物能直接抑制TNF-α誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞活化，炎癥局部滴注乙酰膽堿或其他膽堿能藥物， 也可明顯抑制炎性反應(yīng)。卡巴膽堿也明顯抑制促炎細(xì)胞因子TNF-α釋放而對抗炎因子IL-10、皮質(zhì)醇影響輕微，若能充分應(yīng)用其改善炎癥反應(yīng)作用，并降低副反應(yīng)，將具有潛在的治療價值。煙堿（Nicotine），俗名尼古丁，是一種存在于茄科植物（茄屬）中的生物堿，能阻斷NF-κB，抑制TNF-α、HMGB-1釋放^[28]。因此，膽堿及擬膽堿藥物在改善膿毒癥心肌損傷方面有重要意義。

總之，膿毒癥患者存在心肌損傷，可導(dǎo)致心功能障礙，迷走神經(jīng)刺激或α7nAChR激動劑能降低TNF-α、HMGB-1、IL-1，抑制NF-κB激活，從而減輕膿毒癥心肌損傷及心功能障礙，降低膿毒癥患者的病死率。針對迷走神經(jīng)用藥是膿毒癥治療的新策略，具有一定的前景，但是仍需要進(jìn)一步研究，以評估其臨床可行性和有效性。

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（收稿日期：2014-03-15）

（本文編輯：鄭辛甜）

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