膿毒癥相關(guān)性腦病與免疫功能障礙的研究進(jìn)展

穆 蕊，余劍波

膿毒癥相關(guān)性腦?。╯epsis-associated encephalopathy，SAE）是嚴(yán)重膿毒癥患者常見的并發(fā)癥，發(fā)病率高，預(yù)后差[1]。10%～20%的SAE 患者出現(xiàn)長(zhǎng)期的認(rèn)知功能障礙[2]。SAE 的發(fā)病機(jī)制包括抗炎、抑炎細(xì)胞因子平衡失調(diào)，血腦屏障（blood brain barrier，BBB）受損，腦血管微循環(huán)障礙，神經(jīng)遞質(zhì)的改變，以及線粒體功能障礙等多方面。其中神經(jīng)炎癥是SAE 的主要觸發(fā)機(jī)制。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)在神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)中起著核心作用，其功能障礙是外周免疫系統(tǒng)徹底崩潰的原因，神經(jīng)炎癥是導(dǎo)致腦細(xì)胞功能障礙和凋亡的主要原因，在SAE 的發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用[3]。炎癥信號(hào)主要通過體液和神經(jīng)兩種途徑影響大腦不同區(qū)域。一方面，在膿毒癥發(fā)生后幾小時(shí)內(nèi)BBB 即發(fā)生損傷，免疫細(xì)胞、促炎介質(zhì)促進(jìn)微血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)，使神經(jīng)毒性因子和炎癥細(xì)胞進(jìn)入腦組織，引起腦固有免疫細(xì)胞激活，產(chǎn)生新的神經(jīng)毒性，誘導(dǎo)脆弱腦區(qū)的神經(jīng)元損傷和死亡；另一方面，大腦通過啟動(dòng)神經(jīng)反射，促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)釋放，影響中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞等引起全身免疫反應(yīng)。免疫功能故障與多器官損傷之間的相互作用是膿毒癥患者預(yù)后不良的主要原因[4]。本文就SAE 與免疫功能障礙進(jìn)行綜述。

1 神經(jīng)炎癥

全身炎癥觸發(fā)局部細(xì)胞因子的產(chǎn)生。在大腦中，局部產(chǎn)生的細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子（TNF）-α、白細(xì)胞介素（IL）-1β 和IL-6 可能導(dǎo)致神經(jīng)炎癥，從而介導(dǎo)神經(jīng)元功能障礙，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[5]。顯著的神經(jīng)炎癥致使腦組織中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，并通過Toll 樣受體激活星形膠質(zhì)細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的改變和激活是SAE 中最主要的表現(xiàn)[6]。這些細(xì)胞對(duì)大腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定至關(guān)重要，他們除了參與維持血腦和腦脊液屏障[5]，還參與突觸的調(diào)節(jié)和維持，與整個(gè)腦內(nèi)通訊網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)[7-8]。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的改變可導(dǎo)致突觸功能障礙和腦組織損傷或凋亡，這些不僅影響腦的結(jié)構(gòu)，還影響其功能，如記憶、注意力、認(rèn)知和意識(shí)等。這種促炎環(huán)境導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)損傷，導(dǎo)致膿毒癥的幸存者出現(xiàn)短暫和永久性認(rèn)知功能障礙。

1.1 小膠質(zhì)細(xì)胞 小膠質(zhì)細(xì)胞是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的一種，為腦和脊髓中的巨噬細(xì)胞。作為大腦中的常駐免疫細(xì)胞，中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷時(shí)最先應(yīng)答也是最主要的一道免疫神經(jīng)細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞通過細(xì)胞因子與神經(jīng)元和非神經(jīng)細(xì)胞相互作用來調(diào)節(jié)腦功能[7]。

在生理?xiàng)l件下，小膠質(zhì)細(xì)胞以分支形態(tài)處于靜止?fàn)顟B(tài)，監(jiān)測(cè)微環(huán)境以維持穩(wěn)態(tài)；當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生病理改變時(shí)，靜息狀態(tài)下的小膠質(zhì)細(xì)胞被激活轉(zhuǎn)變?yōu)榘⒚装蜆有问?，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)或破壞性作用[8]?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞根據(jù)抗原標(biāo)志物和功能分為兩種表型：經(jīng)典激活途徑的M1 表型—介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生細(xì)胞毒性；替代激活途徑的M2 表型—抑制中樞炎癥反應(yīng)的過度發(fā)生。小膠質(zhì)細(xì)胞的活化受到嚴(yán)格地調(diào)控，一旦脫離膽堿能抑制，其防御功能可能會(huì)變成神經(jīng)毒性。在膿毒癥小鼠模型和膿毒癥的患者中都觀察到小膠質(zhì)細(xì)胞激活，并以介導(dǎo)炎性反應(yīng)的M1 型存在[9]。小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活參與了BBB 的損傷和增加活性氧的釋放。相反，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化有利于減輕膿毒癥導(dǎo)致的腦氧化應(yīng)激損傷和炎癥，改善長(zhǎng)期認(rèn)知功能障礙[10]。

活化的小膠質(zhì)細(xì)胞通過大量的促炎介質(zhì)和誘導(dǎo)膿毒癥期間多種酶的表達(dá)導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙[11]。Ye 等[12]觀察IL-17A/IL-17R 信號(hào)通路在SAE 中的作用發(fā)現(xiàn)，IL-17A 可增強(qiáng)CLP 小鼠促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌炎癥因子，如IL-1 和IL-23，而這些炎性因子又促進(jìn)免疫細(xì)胞分泌IL-17A，在大腦中形成炎癥反應(yīng)的惡性循環(huán)加重腦損傷。此外，細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β 和IL-6 通過受損的BBB 激活小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)神經(jīng)元功能[8]。

正常生理狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)各種神經(jīng)遞質(zhì)的受體，包括谷氨酸、乙酰膽堿等，維持神經(jīng)元突觸傳遞和突觸可塑性，而這些神經(jīng)遞質(zhì)的失衡將阻礙突觸功能，引起興奮性毒性，使突觸后神經(jīng)元過度興奮并死亡。Yang 等[13]觀察到大鼠活化的小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的中樞炎癥反應(yīng)導(dǎo)致海馬神經(jīng)元突觸相關(guān)受體表達(dá)降低，致使大鼠學(xué)習(xí)記憶功能受損。正常水平的谷氨酸由神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和靜息狀態(tài)的小細(xì)胞釋放。而活化的小膠質(zhì)細(xì)胞通過連接蛋白通道和胱氨酸/谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系統(tǒng)產(chǎn)生過量的谷氨酸[9]。谷氨酸對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞活化過程有正向調(diào)節(jié)作用，在體外實(shí)驗(yàn)中，LPS 刺激小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活化和增加促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，這些過程在膿毒癥期間受到過表達(dá)的谷氨酸的調(diào)節(jié)，抑制谷氨酸受體N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體可減弱小膠質(zhì)細(xì)胞的活化和促炎因子的釋放[11]。

1.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞 星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)細(xì)胞，形成“物理”和“分子”等多功能屏障，有助于大腦抵御感染，限制神經(jīng)組織的損傷。生理狀態(tài)下，星形膠質(zhì)細(xì)胞監(jiān)控并整合免疫細(xì)胞與神經(jīng)元細(xì)胞之間的炎癥信號(hào)，調(diào)節(jié)腦免疫反應(yīng)。膿毒血癥時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞比神經(jīng)元對(duì)內(nèi)毒素的反應(yīng)更早，在炎癥性腦損傷中發(fā)揮著驅(qū)動(dòng)性作用。

當(dāng)腦損傷發(fā)生時(shí)，病變部位的星形膠質(zhì)細(xì)胞肥大、極化和拉長(zhǎng)，在病變邊界聚集成束，并分泌纖維連接蛋白和層黏連蛋白等物質(zhì)，增加縫隙連接，鞏固屏障，限制炎性細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)受外周觸發(fā)免疫反應(yīng)期間保護(hù)神經(jīng)組織。

星形膠質(zhì)細(xì)胞控制著腦內(nèi)和全身生理學(xué)和病理學(xué)之間的關(guān)系，如神經(jīng)免疫通訊。膿毒癥發(fā)生4 h 后，在腦組織中即可檢測(cè)到活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞，24 h 活化達(dá)到峰值。在嚴(yán)重膿毒癥時(shí)，受損的星形膠質(zhì)細(xì)胞加重神經(jīng)炎癥和認(rèn)知功能障礙[14]。激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放多種炎癥介質(zhì)，如TNF-α、IL-1β、IL-6 和IL-18，進(jìn)一步促進(jìn)神經(jīng)炎癥的發(fā)展。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元和其他類型膠質(zhì)細(xì)胞參與構(gòu)成血腦屏障的實(shí)質(zhì)部分，這些細(xì)胞控制著BBB 和腦脊液屏障的通透性并調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的表型和功能[14]。在LPS 刺激下，星形膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)重塑，細(xì)胞數(shù)量減少，末端足丟失，導(dǎo)致BBB 通透性受損甚至破壞[15]；膿毒癥使內(nèi)皮細(xì)胞的功能障礙導(dǎo)致緊密連接的完整性破壞，形成跨內(nèi)皮細(xì)胞通道。輕度全身感染或在膿毒癥過程的早期階段，BBB 通透性受損，為非破壞性變化。隨著膿毒癥的進(jìn)展，BBB 的改變可能表現(xiàn)為解剖結(jié)構(gòu)的改變，同時(shí)發(fā)生非破壞性和破壞性變化，如緊密連接完整性的喪失、線粒體損傷、腦內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、星形膠質(zhì)細(xì)胞的破壞[16]。這些都促進(jìn)白細(xì)胞、病原體和其他炎癥因子通過受損的血腦屏障，加重SAE。

2 SAE 對(duì)固有免疫細(xì)胞的影響

病原微生物入侵人體后首先遇到由單核-巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞組成的機(jī)體第一道防線。膿毒癥過程中，固有免疫細(xì)胞啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，引起炎癥反應(yīng)。激活的免疫細(xì)胞通過釋放細(xì)胞因子，刺激更多的免疫細(xì)胞產(chǎn)生和釋放新的細(xì)胞因子。大量增加的細(xì)胞因子增強(qiáng)了固有免疫細(xì)胞的吞噬作用，但同時(shí)導(dǎo)致一系列病理改變，如血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、白細(xì)胞浸潤(rùn)，免疫細(xì)胞募集、凝血系統(tǒng)障礙等，此過程被認(rèn)為是機(jī)體對(duì)膿毒癥產(chǎn)生過激的免疫反應(yīng)，致使免疫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)失衡、負(fù)反饋的缺失和正反饋的不斷增強(qiáng)，最終導(dǎo)致器官功能損傷或衰竭[17]。

外界病原體入侵時(shí)，單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞最先響應(yīng)，其功能狀態(tài)和分化階段揭示了天然免疫系統(tǒng)的反應(yīng)能力。研究證明，SAE 期間中樞神經(jīng)系統(tǒng)的初期炎性細(xì)胞浸潤(rùn)以單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞為主，浸潤(rùn)的單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和過度的神經(jīng)炎癥反應(yīng)密切相關(guān)[18]。因此，以炎性單核細(xì)胞浸潤(rùn)為靶點(diǎn)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，可改善SAE 的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。

中性粒細(xì)胞（polymorphonuclear-neutrophils，PMNs）在炎癥早期調(diào)控及清除刺激物，是參與機(jī)體先天固有免疫應(yīng)答的重要細(xì)胞。PMNs 豐富的表面受體誘導(dǎo)其向病灶區(qū)聚集并浸潤(rùn)：甲酰肽受體使其在炎癥應(yīng)急反應(yīng)時(shí)能被病灶內(nèi)高濃度的甲酰肽趨化至病灶區(qū)，補(bǔ)體C3 受體能誘導(dǎo)PMNs 通過血管進(jìn)入損傷的組織，趨化因子誘導(dǎo)PMNs 向病灶區(qū)遷移，到達(dá)病灶的PMNs 通過CD32 發(fā)揮調(diào)理和吞噬作用。在SAE 早期的炎癥反應(yīng)中，中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)增加，被認(rèn)為是通過消除受損神經(jīng)元和改善組織修復(fù)的一種保護(hù)行為。然而，中性粒細(xì)胞的持續(xù)積聚并釋放炎性細(xì)胞因子、增加髓過氧化物酶活性和促進(jìn)氧化損傷危害腦細(xì)胞[19]。

樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DCs）是免疫系統(tǒng)最強(qiáng)大的抗原提呈細(xì)胞。在膿毒癥的初始階段，DCs 明顯活化并成熟，通過上調(diào)表面分子有效地啟動(dòng)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)。然而，隨著膿毒癥的進(jìn)展，DCs 的表型發(fā)生顯著改變，而導(dǎo)致抗菌防御系統(tǒng)紊亂[20]。目前尚無直接證據(jù)表明DCs 在SAE 發(fā)展過程中的作用和功能，但DCs 的紊亂與多器官功能障礙和膿毒癥的不良預(yù)后有關(guān)[21]。因此，可以推斷DCs的功能障礙或許參與了SAE 的發(fā)展。

3 神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)作用

免疫反應(yīng)失調(diào)是膿毒癥發(fā)展的主要原因，腦作為各種神經(jīng)調(diào)節(jié)通路的指揮中心，與周圍器官有著密切的聯(lián)系，在維持免疫系統(tǒng)功能完整性方面起著至關(guān)重要的作用。多種神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)的異常反應(yīng)是導(dǎo)致腦損傷后免疫紊亂的原因。

3.1 膽堿能抗炎通路 膽堿能抗炎通路（cholinergic antiinflammatory pathway，CAP）由存在于外周免疫系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的迷走神經(jīng)及其釋放的神經(jīng)遞質(zhì)—乙酰膽堿構(gòu)成。在機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，炎癥信號(hào)通過膽堿能神經(jīng)傳遞至大腦，中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過膽堿能受體的信號(hào)整合刺激迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)乙酰膽堿遞質(zhì)的釋放，乙酰膽堿作用于炎性細(xì)胞表面的α7 神經(jīng)煙堿膽堿能受體（α7n ACh R），減少單核-巨噬細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的釋放，從而抑制局部或全身炎癥反應(yīng)。

CAP 是一種生理性神經(jīng)-免疫調(diào)節(jié)通路，也是機(jī)體免疫調(diào)節(jié)環(huán)路的重要組成部分[22]。CAP 被認(rèn)為是一種神經(jīng)保護(hù)機(jī)制，能夠減少全身和大腦炎癥，從而進(jìn)一步減輕激活后的大腦損傷。乙酰膽堿是大腦主要的中樞神經(jīng)遞質(zhì)，不僅在與免疫相關(guān)的細(xì)胞（星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞）中表達(dá)，而且在神經(jīng)元細(xì)胞中也廣泛表達(dá)，可以說是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的主要調(diào)節(jié)劑。另外，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，α7n ACh R 廣泛表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞上，在LPS刺激下的小膠質(zhì)細(xì)胞中，激活α7n ACh R 可以抑制細(xì)胞因子的釋放[23]。星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的膽堿乙?；D(zhuǎn)移酶進(jìn)入胞外后可維持乙酰膽堿的平衡?？梢哉f膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)了CAP 對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用。在重度膿毒癥時(shí)，CAP 的功能障礙通常表現(xiàn)為腦內(nèi)膽堿能神經(jīng)元大量喪失、迷走神經(jīng)張力改變，以及Ach-α7nAchR 機(jī)制的紊亂，最終導(dǎo)致其抗炎作用和器官保護(hù)作用減弱[24]。這表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙可能是神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)崩潰的重要因素，也是膿毒癥誘導(dǎo)免疫抑制的潛在治療靶點(diǎn)[24]。糟糕的是，膿毒癥導(dǎo)致的腦損傷可加重免疫功能障礙，膿毒癥誘導(dǎo)的免疫抑制又加重腦損傷，形成惡性循環(huán)。

在外周系統(tǒng)中，α7n ACh R 主要分布于巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞上。在巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)的α7nAChR 對(duì)調(diào)節(jié)抗炎作用至關(guān)重要。膿毒癥患者α7nAChR mRNA 表達(dá)明顯增強(qiáng)，并且表達(dá)越高，膿毒癥患者炎癥的控制和預(yù)后越好，病情恢復(fù)后下降至正常水平。巨噬細(xì)胞上的膽堿能受體對(duì)乙酰膽堿敏感度極高，神經(jīng)元性和非神經(jīng)元性的乙酰膽堿可能通過巨噬細(xì)胞及單核細(xì)胞參與調(diào)節(jié)免疫和炎癥反應(yīng)[25]。

3.2 下丘腦-垂體-腎上腺軸 下丘腦-垂體-腎上腺軸（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）屬于應(yīng)激系統(tǒng)的神經(jīng)分支，在炎癥平衡中起著關(guān)鍵作用。下丘腦和腦干構(gòu)成HPA 軸的中心成分并誘導(dǎo)促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）、促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）和糖皮質(zhì)激素水平的改變。HPA 軸的抗炎和負(fù)免疫調(diào)節(jié)作用已被廣泛認(rèn)識(shí)。膿毒癥早期HPA 軸直接或通過傳入迷走神經(jīng)被激活，激素的釋放失去晝夜節(jié)律，CRH、ACTH 及皮質(zhì)醇水平急劇升高；隨著病情的加重，由于皮質(zhì)醇代謝減低、生成增多，出現(xiàn)血中皮質(zhì)醇濃度急劇升高、ACTH 下降的“激素分離現(xiàn)象”。

HPA 軸在神經(jīng)炎癥發(fā)生的早期啟動(dòng)，并在24 h 內(nèi)恢復(fù)到基線水平，形成炎癥反應(yīng)的負(fù)反饋機(jī)制。據(jù)報(bào)道，刺激HPA 軸能夠限制促炎介質(zhì)的產(chǎn)生和抑制促炎表型免疫細(xì)胞[26]。糖皮質(zhì)激素對(duì)LPS 誘導(dǎo)的嚙齒動(dòng)物巨噬細(xì)胞釋放細(xì)胞因子有劑量依賴性的抑制作用[26]，并且通過直接與轉(zhuǎn)錄因子（如核因子-κB）形成復(fù)合物，干擾轉(zhuǎn)錄因子與促炎癥因子的結(jié)合，從而使HPA 軸具有抗炎作用，或促進(jìn)抗炎蛋白的表達(dá)，發(fā)揮免疫抑制與抗炎效應(yīng)。然而，隨著炎癥的持續(xù)刺激，下丘腦、垂體、腎上腺等器官器質(zhì)性的破壞引起腎上腺功能不全或是炎性因子誘導(dǎo)機(jī)體組織對(duì)皮質(zhì)醇激素的抵抗，致使皮質(zhì)醇活性的降低而發(fā)生顯性免疫抑制作用。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，嚴(yán)重膿毒癥時(shí)，從受損的腦核到外周腎上腺功能障礙，免疫系統(tǒng)的異常反應(yīng)對(duì)HPA 軸功能完整性構(gòu)成巨大威脅，HPA 軸功能障礙和腎上腺炎癥反應(yīng)加重，致使膿毒癥預(yù)后不良。此外，持續(xù)的炎癥刺激使神經(jīng)炎癥反應(yīng)失控和腦微循環(huán)障礙，而導(dǎo)致不可逆的腦損傷。HPA 軸在解決全身炎癥和免疫反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，而不充分的激活是預(yù)測(cè)危重病人預(yù)后的一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，重建正常的HPA 軸可作為改善膿毒癥患者生存和預(yù)后的治療策略。

綜上所述，SAE 是膿毒癥的常見并發(fā)癥，腦損傷對(duì)膿毒癥患者的生存和預(yù)后起著至關(guān)重要的作用。由于腦是多種神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)的指揮中心，因此腦不僅是膿毒癥患者的受損器官，而且還是膿毒癥繼發(fā)免疫調(diào)節(jié)受損的重要參與者。因此，阻斷SAE 與免疫失調(diào)之間的惡性循環(huán)可能是治療膿毒癥導(dǎo)致的免疫抑制的有效策略。