酵母多糖引发MODS机制及其干预的实验研究进展

李希颖，李景辉

(海口市人民医院中南大学湘雅医学院附属海口医院重症医学科，海南 海口 570208)

酵母多糖引发MODS机制及其干预的实验研究进展

李希颖，李景辉

(海口市人民医院中南大学湘雅医学院附属海口医院重症医学科，海南 海口 570208)

多器官功能障碍综合征(MODS)是多种打击诱发的临床综合征。鼠腹腔注射酵母多糖后会引发逐渐严重的器官损伤和功能障碍。酵母多糖引发全身炎症反应(ZIGI)的动物模型被认为与人类MODS发病机理最相似，而且ZIGI已被广泛使用研究系统性炎症反应致多器官损伤的机制。本文就近年来有关ZIGI模型的病理生理机制及最新治疗成果做一综述。

MODS；酵母多糖；动物模型；炎症介质

当机体受到感染、休克、创伤、胰腺炎等多种打击后可发生多器官功能障碍综合征(Multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，它是ICU危重症患者的主要死亡原因，且医疗费用巨大[1]。MODS发病机制复杂，干预治疗措施的研发需要深刻理解其中病理生理的变化。MODS是多种打击诱发的临床综合征,加上治疗因素干扰，模拟出MODS的病理过程和临床特征十分困难。因而，MODS动物模型是MODS相关研究的基础。大量研究证实，给予实验动物腹腔注射酵母多糖可诱导出全身炎症反应综合征(Systemic inflammatory response syndrome，SIRS)/MODS模型。采用酵母多糖引发全身炎症反应(Zymosan-induced generalized inflammation，ZIGI)动物模型能较好地模拟临床SIRS/MODS的病理生理过程，在SIRS/MODS的相关研究中已广泛应用[2]。本文就近年来有关ZIGI模型的病理生理机制及最新治疗成果做一综述。

1 酵母多糖致全身炎症反应综合征模型

酵母多糖是一种从啤酒酵母菌细胞壁中提取的物质，它由不同分子量的多聚糖链组成，包含了大约73%的多聚糖，15%的蛋白质，7%的脂类和无机成分。酵母多糖腹腔注射后，可引起炎性介质的广泛释放，包括补体系统的活性成分、前列腺素、白三烯、活性氧代谢产物、溶酶体酶类[3]。酵母多糖不易被降解，巨噬细胞吞噬后可引起持续的炎症反应，使用石蜡油作为载体可加强这种效果。

一直以来，研究者进行各种实验模型来模拟MODS的病理生理过程。内毒素注射法重复性差，不利于研究MODS时肠源性内毒素的变化。大肠杆菌腹腔注射法及盲肠结扎穿孔术(Cecal ligation and puncture，CLP)引入了外源性感染，不利于研究MODS时全身感染的起源。肠系膜上动脉缺血法过于强调肠道的局部因素，忽视全身反应。危重患者初始打击后需要5～7 d才能发展为MODS，慢性模型与临床情况更相关。ZIGI为MODS的动物慢性期模型。ZIGI的发病过程不引入外源性细菌和内毒素，致病因素明确，便于复制。

鼠腹腔注射高剂量酵母多糖(0.8～1.0 mg/g体重)会引起三个阶段的变化。第一阶段(第1～2天)鼠中毒症状明显，毛发凌乱、腹泻、嗜睡、体重下降。在此阶段，内皮细胞通透性增加，细菌移位至腹腔中，死亡率为10%～35%；第二阶段(第3～5天)存活的动物中毒症状有所恢复，活动敏捷、毛发光洁、腹泻消失、体重增加，没有新增死亡数；第三阶段(第6～14天)鼠出现MODS样症状，嗜睡、呼吸困难、消瘦、体温大幅下降，死亡率为20%～30%。肺部大量出血，单核巨噬细胞及中性粒细胞(Polymorphonuclear，PMN)浸润；肝细胞明显肿胀，肝脏出现肝小叶中央静脉及肝窦扩张瘀血；脾脏红白髓中巨核细胞及浆细胞增多[4]。

2 细胞因子

在ZIGI模型急性损伤期，酵母多糖与Toll样受体(TLR2/TLR6异质二聚体)结合启动PMN和巨噬细胞中炎症信号，触发由MyD88调节的NF-κB的活化，上调促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6的基因表达[5]。Zhang等[2]报道5-HT基因缺失小鼠明显抑制ZIGI模型肺和肠组织中PMN的聚集。基因敲除5-HT或色氨酸羟化酶1(TPH1)的药物可显著减轻炎症损伤。Yoshiyuki等[6]报道一种DHA衍生代谢物，14,20-二羟基-二十二碳六烯酸(14,20-diDHA)有强效抗炎特性。使用毫微克剂量的14,20-diHDHA抑制ZIGI模型中PMN浸润及腹膜炎发展。Herrera-García等[7]报道酵母多糖注射小鼠前予以N-苯基邻氨基苯甲酸(N-Ph)预处理，N-ph诱导小鼠中性粒细胞L-选择素的脱落，发挥强效抑制PMN作用，表明二苯胺及其相关复合物N-Ph在体内有抗炎功效。Fan等[8]报道CXC族趋化因子受体4(CXCR4)受体激动剂CTCE-0214能激活抗炎信号通路，明显抑制酵母多糖致炎模型中TNF-α生成。消退素D1(Sesolvin D1)是调节急性炎症的免疫抑制剂，Recchiuti等[9]报道在酵母多糖致腹膜炎高峰期口服消退素D1显著减少白细胞总量达(30%～45%)。口服消退素D1通过抑制基因转录下调精氨酸甲基转移酶辅助活化剂1(CARM-1)及下游基因，抑制集落刺激因子-3，ICAM-1，单核细胞炎症蛋白-2的生成。

3 免疫系统及补体系统

调节性T细胞(Regulatory T cells，Treg cells)主要分泌抑制性细胞因子IL-4、IL-10和TGF-β调节免疫，发挥保护作用。Jia等[10]报道：给小鼠腹腔注射酵母多糖后，脾脏Treg细胞第2天降至最低，促炎因子却明显增加，说明在MODS起始阶段Treg细胞减少导致炎症级联反应扩大。揭示早期纠正Treg细胞功能是治疗MODS的新靶点。树突状细胞(Dendritic cell，DC)是免疫过程中T细胞的重要辅助细胞。DC具有双向免疫调节作用：既可诱导机体的免疫应答反应，在一定条件下还可负向调节免疫，形成免疫耐受。吕艺等[11]报道，酵母多糖致伤6 h后小鼠脾脏DC高表达MHC-Ⅱ和CD86，并持续至伤后48 h，同时DC分泌IL-12升高，提示致伤后脾脏DC迅速成熟，具有诱导Th1型免疫应答的功能。但24～48 h DC分泌IL-12的水平已恢复至正常水平。在MODS晚期，脾脏DC上共抑制分子PD-L1、PD-1的表达大幅增加，而MHC-Ⅱ和CD86表达减少，提示DC活性减弱，耐受性DC形成，机体免疫力降低，引发内源性细菌移位或条件致病菌的感染，导致病情恶化。吕艺等[11]报道PD-L1和PD-1抗体能够增加ZIGI模型小鼠的存活率，通过干预PD-1/PD-L1途径可恢复耐受性DC的免疫活性，可成为防治MODS晚期免疫抑制的有效手段。

酵母多糖还可直接激活补体旁路，补体因子C5是PMN的化学引诱物，在ZIGI模型器官损伤中起到重要作用。脂肪组织基质干细胞(ASCs)有免疫调节作用，在Kim等[12]的研究中，鼠腹腔注射兔ASCs显著抑制ZIGI模型中的腹膜损伤，减少补体活化产物C3b与C5b-9的沉积，促进间皮细胞层的修复，而间皮细胞表达的CRegs又可抑制补体过度活化，提示ZIGI模型中小鼠腹腔注射兔ASCs能够发挥抗炎效应。

4 氧化剂

炎症刺激下PMN产生反应氧系列产物(Reactive oxygen species，ROS)，如O2-、H2O2、以及NO等，导致MODS的严重损伤，近年来进行了大量研究氧化剂在ZIGI模型中的作用。酵母多糖注射后血液PMN增多与MPO活性增加有关。Gu等[13]报道，胍丁胺(AGM)能够降低ZIGI模型中肺组织MPO活性，抑制PMN浸润，抑制NOS产生NO，发挥抗炎效应。Santos等[14]报道果糖-1，6-二磷酸(FBP)干预酵母多糖致炎小鼠后显著降低肺泡内PMN及蛋白渗出。FBP的抗炎作用与抑制肺脏水肿，抑制iNOS活性，抑制NO生成有关。N-乙酰半胱氨酸(NAC)为谷胱甘肽前体，是一种抗氧化剂。Wang等[15]报道NAC不仅减轻MODS远隔器官PMN的浸润，而且能够下调肺脏DC细胞MHC-Ⅱ/I-A(d)、CD83、CD86的表达，减少DC细胞凋亡，抑制DC细胞中NF-κB活化，有效抑制酵母多糖诱导的MODS发生。

5 针对多种介质的干预措施

由于MODS不可能是单一介质超表达的结果，相较于只针对一种介质而言，作用于多种介质的干预措施能产生更好效果。NF-κB是多种信号转导途径的汇聚点，它也是极具潜力的新型抗炎靶点[16]。Wang等[17]报道抗炎肽6(AIP6)直接作用于NF-κB的P65亚基，抑制其与DNA特定基因位点结合，抑制NF-κB的转录，抑制炎症介质TNF-α、IL-1β及iNOS、环氧化酶-2的生成，显著抑制酵母多糖致鼠的炎症损伤。Park等[18]报道CKD-712阻止NF-κB向细胞核的移位，抑制NF-κB的表达，减少ZIGI模型中PMN的浸润。Li等[3]研究证明AGM抑制ZIGI模型中IκB的磷酸化及降解，随即抑制NF-κB活化过程。Xie等[19]报道吸入氢气可促进抗氧化酶SOD与CAT活化，抑制TNF-α、IL-1β、高迁移率族蛋白1(HMGB1)的生成，还可抑制组织中8-iso-PGF2α的生成，8-iso-PGF2α与氧化应激相关。氢气治疗改善ZIGI模型的炎症损伤，其机制与NF-κB和Nrf2/HO-1信号通路相关。Hartog等[20]报道胶原水解蛋白CH抑制甘氨酸门控氯离子通道GlyR相关的促炎因子释放相关，抑制ZIGI模型中的免疫应答。口服CH引起ZIGI小鼠血浆甘氨酸浓度的升高，甘氨酸通过GlyR在中枢神经系统发挥抑制性神经递质作用。已证实GlyR存在于免疫应答相关的细胞中，如巨噬细胞，中性粒细胞，T淋巴细胞。

PPARα在调节脂质代谢中起到关键作用，此外它有显著的抗炎作用。Barbara等[21]报道PPARα受体参与辛伐他汀在酵母多糖所致MODS模型中的抗炎作用，辛伐他汀使PPARα表达增加，抑制PMN渗出，抑制NF-κB活化，抑制NO生成，抑制硝基酪氨酸生成，抑制细胞因子表达，减轻氮氧化应激，抑制多聚腺苷二磷酸核糖(polyADP-ribose，PAR)活化。

NADPH氧化酶抑制剂对氧化应激有强效抑制作用。Impellizzeri等[22]报道香荚兰乙酮(Apocynin)为NADPH氧化酶抑制剂，抑制ZIGI模型的脏器损伤。Apocynin的抗炎作用包括抑制PMN趋化，抑制过氧亚硝基(ONOO-)的生成，降低细胞内谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)比率，抑制NF-κB的活化，抑制硝基酪氨酸的生成，抑制组织中FasL的表达，抑制促凋亡因子Bax的转录，上调抑凋亡因子Bcl-2的转录，抑制PARP在酵母多糖致伤小鼠胰腺及肝脏中的作用。

6 展望

ZIGI模型是研究MODS病理生理机制的重要工具。然而，如同任何动物模型，ZIGI模型本身也有局限性，在动物实验获得的成功不一定同样适用于临床试验，一些直接干预炎症的措施如抗TNF-α、IL-1β、糖皮质激素、活化蛋白C在MODS临床治疗上并非完全有效[23]。然而，不能否认的事实是，ZIGI模型可以为临床MODS治疗干预措施提供有价值的启示。

[1]Mayr FB,Yende S,Angus DC.Epidemiology of severe sepsis[J]. Virulence,2014,5(1):4-11.

[2]Zhang J,Pang Q,Song S,et al.Role of serotonin in MODS:deficiency of serotonin protects against zymosan-induced multiple organ failure in mice[J].Shock,2015,44(4):383-384.

[3]Li X,Liu Z,Jin H,et al.Agmatine protects against zymosan-induced acute lung injury in mice by inhibiting NF-κB-mediated inflammatory response[J].Biomed Res Int,2014,2014:583736.

[4]陆麒羽,周裕洋,王俊波,等.酵母多糖致全身炎症反应综合征大鼠模型的制备[J].浙江大学学报(医学版),2011,40:642-646.

[5]Wypasek E,Natorska J,Mazur AI,et al.Toll-lilke receptors expression and NF-κB activation in peritoneal leukocytes in morphine-mediated impairment of zymosan-induced peritonitis in swiss mice[J]. Arch Immunol Ther Exp(Warsz),2012,60(5):373-382.

[6]Yokokura Y,Isobe Y,Matsueda S,et al.Identification of 14,20-dihydroxy-docosahexaenoic acid as a novel anti-inflammatory metabolite[J].J Biochem,2014,156(6):315-321.

[7]Herrera-García A,Domínguez-Luis M,Arce-Franco M,et al.In vivomodulation of the inflammatory response by nonsteroidal antiinflammatory drug-related compounds that trigger L-selectin shedding[J].Eur J Immunol,2013,43(1):55-64.

[8]Fan H,Wong D,Ashton SH,et al.Beneficial effect of a CXCR4 agonist in murine models of systemic inflammation[J].Inflammation, 2012,35(1):130-137.

[9]Recchiuti A,Codagone M,Pierdomenico AM,et al.Immunoresolving actions of oral resolvin D1 include selective regulation of the transcription machinery in resolution-phase mouse macrophages [J].FASEB J,2014,28(7):3090-3102.

[10]Jia W,Cao L,Yang S,et al.Regulatory T cells are protective in systemic inflammation response syndrome induced by zymosan in Mice[J].PLoS OnE,2013,8(5):e64397.

[11]吕 艺,刘 茜,赵 敏,等.PD-L1阻断改善酵母多糖致伤小鼠脾脏耐受性DC对T淋巴细胞活性的影响[J].临床与实验病理学杂志,2014,30(9):1016-1020.

[12]Kim H,Mizuno M,Furuhashi K,et al.Rat adipose tissue-derived stem cells attenuate peritoneal injuries in rat zymosan-induced peritonitis accompanied by complement activation[J].Cyto Therapy, 2014,16(3):357-368.

[13]顾 颖,范 霞,张 醇,等.胍丁胺对酵母多糖诱导急性肺损伤的器官保护作用 [J].中国危重病急救医学,2011,23(11): 665-668.

[14]Santos RC,Moresco RN,Peña Rico MA,et al.Fructose-1,6-bisphosphate protects against zymosan-induced acute lung injury in mice [J].Inflammation,2012,35(3):1198-1203.

[15]Wang HW,Yang W,Lu JY,et al.N-acetylcysteine administration is associated with reduced activation of NF-κB and preserves lung dendritic cells function in a zymosan-induced generalized inflammation model[J].J Clin Immunol,2013,33(3):649-660.

[16]Hoesel B,Schmid JA.The complexity of NF-κB signaling in inlammation and cancer[J].Molecular Cancer,2013,12:86.

[17]Wang YF,Xu X,Fan X,et al.A cell-penetrating peptide suppresses inflammation by inhibiting NF-κB signaling[J].Molecular Therapy,2011,19(10):1849-1857.

[18]Park JH,Hwang IC,Ha N,et al.Effects of the anti-sepsis drug, (S)-1-(α-Naphthylmethyl)-6,7-dihydroxy-1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline(CKD-712),on mortality,inflammation,and organ Injuries in rodent sepsis models[J].Arch Pharm Res,2011,34(3): 485-494.

[19]Xie K,Liu L,Yu Y,et al.Hydrogen gas presents a promising therapeutic strategy for sepsis[J].Bio Med Research International,2014, 2014:807635.

[20]Hartog A,Cozijnsen M,de Vrij G,et al.Collagen hydrolysate inhibits zymosan-induced inflammation[J].Experimental Biology and Medicine,2013,238(7):798-802.

[21]Rinaldi B,Donniacuo M,Esposito E,et al.PPARαmediates the anti-inflammatory effect of simvastatin in an experimental model of zymosan-induced multiple organ failure[J].British Journal of Pharmacology,2011,163(3):609-623.

[22]Impellizzeri D,Mazzon E,Di Paola R,et al.Effect of NADPH-oxidase inhibitors in the experimental model of zymosan-induced shock in mice[J].Free Radical Research,2011,45(7):820-834.

[23]Dellinger RP,Levy MM,Rhodes A,et al.Surviving Sepsis Campaign:international guidelines for management of severe sepsis and septic shock,2012[J].Intensive Care Medicine,2013,39(2): 165-228.

Reseach progress on the mechanism and interventions in zymosan-induced multiple organ dysfunction syndrome.

LI Xi-ying,LI Jing-hui.Intensive Care Unit,Haikou People's Hospital,Haikou Hospital Affiliated to Xiangya School of Medicine,Central South University,Haikou 570208,Hainan,CHINA

Multiple organ dysfunction syndrome(MODS)has been documented to occur after a number of diverses.Intraperitoneal injection of zymosan in mice or rats leads to increasingly serious organ damage and dysfunction.The zymosan-induced generalized inflammation(ZIGI)model has been recognized as the one that best mimics human MODS,and it has been used generally in the research about systemic inflammation which leads to organ failure.This review describes the latest physiopathologic mechanism and interventions in ZIGI model.

Multiple organ dysfunction syndrome(MODS);Zymosan;Animal models;Inflammatory mediators

R-332

A

1003—6350（2015）23—3514—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.23.1271

2015-01-29)

李景辉。E-mail：shuo7076@163.com