体外膜肺氧合期间机体免疫系统变化的研究进展

张巧妮，吉冰洋

体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）是一项为严重心肺功能不全的患者提供短期生命支持的技术，能部分代替心脏的泵血功能及肺的氧合功能，等待器官功能恢复，或提供桥接治疗［1］。近年来，ECMO在危重患者中的应用越来越广泛，除传统的急性心功能衰竭及呼吸衰竭外，还拓展至体外心肺复苏、肺移植和心脏移植等领域［2－3］。 虽然，全球体外生命支持组织（Extracorporeal Life Support Organization， ELSO）数据显示，ECMO的存活率呈上升趋势，但肾损伤、感染、出血等相关并发症的发生也不容忽视［4］。ECMO相关并发症很大程度上与患者免疫系统功能异常有关，特别是新生儿与儿童更容易出现免疫功能异常［5］。本文旨在对ECMO期间机体免疫系统的变化作一综述。

1 补体系统

补体系统广泛参与机体微生物防御反应与免疫调节，但也可介导免疫病理损伤。补体系统共有三条激活途径：经典途径、旁路途径、凝集素途径［6］，其是发生固有免疫的起始阶段。补体系统激活后会产生过敏毒素与攻膜复合物（terminal complement complex，TCC），二者能够激活中性粒细胞与单核细胞、增强趋化作用、产生各种细胞因子，导致嗜碱性粒细胞及肥大细胞释放组胺，引起一系列的炎性反应［7］。

ECMO期间，血液与生物材料接触后即可激活补体系统。有研究检测ECMO患者血液标本，发现ECMO开始后1 h左右，补体激活标志物C3a、Bb、Sc5b－9、TCC 等即可达到峰值［8］。 动物研究也发现，ECMO中补体激活，影响肠屏障功能，致肠道内细菌移位，引起ECMO相关炎症反应综合征［9］。有体外研究也证实，血液与生物材料接触后，补体系统、凝血系统、白细胞等都被激活，血中补体激活产物明显增加［10］。相比于非肝素涂层管路，ECMO系统中应用肝素涂层管路，会增强补体激活途径的关键调控因子（如H因子）的抑制作用，可以明显抑制补体系统活化［11］。

2 细胞因子

ECMO期间发生机体免疫反应，产生促炎性细胞因子和抗炎性细胞因子，二者之间失去平衡，导致严重的炎症反应与器官功能衰竭。目前，众多研究试图通过检测ECMO患者体内细胞因子的变化，发现能够独立预测临床结局的生物学标志物。

2.1 白介素（interleukin， IL）－6 体内 IL－6 主要发挥着促炎作用。其能够诱导T细胞的表达与活化、B细胞的分化、其他细胞因子（如IL－2）的表达［12］。有研究表明，ECMO期间IL－6持续性上升，提示其可能扮演着重要角色［5，13］。Risnes等共纳入22名ECMO患者，发现IL－6在存活组和死亡组之间存在差异：存活组IL－6能迅速（2 d之内）下降至正常，但死亡组IL－6始终保持在高水平直至死亡（P＜0.05）。 因此，ECMO辅助2～3 d后，早期检测IL－6水平可能作为一项临床结局预测标志物［14］。

2.2 肿瘤坏死因子－α（tumor necrosis factor－α，TNF－α） TNF－α是一种促炎因子。主要由活化的单核巨噬细胞产生，其通过对血管内皮细胞与内皮性白细胞的直接作用，进而引发一系列免疫反应，如激活中性粒细胞、促进内皮细胞表达黏附分子、增加凝血酶生成等［15］。于坤等纳入42例成人ECMO患者，观察到存活组患者体内TNF－α水平在ECMO建立24 h后开始逐步下降，至撤机前明显低于死亡组（两组比较P＜0.05）。这提示可能与患者心功能恢复或有效的临床抗炎治疗有关。此研究认为，若出现持续高水平的炎性因子往往提示患者预后不良［16］。

2.3 IL－8 IL－8是一种主要的促炎因子。其可以激活中性粒细胞，也是中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、T细胞的趋化物。两项ECMO动物实验研究证实，ECMO开始2 h内，体内IL－8迅速升高，且24 h内保持在较高水平［5，17］。 但尚未有研究证明 IL－8可以作为一项ECMO患者的临床结局标志物。

2.4 IL－10 IL－10是一种抗炎因子。 体内 IL－10最主要的来源是单核巨噬细胞和T辅助细胞，其能够抑制单核巨噬细胞释放炎性介质，且能增加抗炎性因子释放。一项纳入23名ECMO患者的研究发现，IL－10可以作为判断ECMO预后相关的标志物，其准确度为91.3%。ECMO起始时，低水平的IL－10与不良预后有关［18］。但是在另外两项研究中，并未观察到IL－10等抗炎介质水平明显升高，因此有学者分析，这是因为抗炎因子的作用机制相当复杂，不同情形下可能会发生抗炎与促炎作用的转变［16，19］。

3 吞噬细胞

吞噬细胞包括中性粒细胞、单核细胞及巨噬细胞。ECMO期间中性粒细胞激活会受到多种因素影响。中性粒细胞一旦激活会发生脱颗粒现象，释放细胞毒性酶，如中性粒细胞弹性蛋白酶、髓过氧化物酶及溶菌酶等，并且其还能通过“呼吸爆发”机制，释放细胞毒性活性氧，经血液循环迁移至组织，引起ECMO 期间的器官损伤［20］。

有实验室研究通过检测L－selectin（CD62L）、CD18整合素、中性粒细胞来源弹性蛋白酶等，发现ECMO长时间与合成材料接触导致吞噬细胞激活，进而发生炎症反应。但激活的吞噬细胞并不黏附于体外管道系统，可能多黏附于患者血管内皮细胞或聚集于组织内［21］。另一项关于ECMO对中性粒细胞功能的影响的前瞻性研究，通过测定吞噬指数等指标表明，ECMO辅助5 d后，中性粒细胞的吞噬作用和细胞内杀伤作用并未受到影响［22］。

4 内皮细胞

血管内皮细胞虽未与管道直接接触，但在ECMO免疫炎性反应中仍发挥着关键作用。血液在ECMO系统中循环产生的细胞因子［如TNF－α、IL－1β等］、补体激活产物等，能够使大量内皮细胞激活，导致黏附分子表达增加，从而引起中性粒细胞释放细胞毒性酶与氧自由基，增加活化中性粒细胞的募集、黏附、移行，最终造成ECMO相关的终末器官损伤［23］。

5 凝血系统

凝血过程的发生有三条途径：内源性凝血途径、外源性凝血途径、共同途径［24］。除了在凝血机制中的作用，凝血酶还在炎性反应中发挥重要作用：凝血酶对多形核白细胞与单核细胞具有直接趋化作用，并且它是肥大细胞的有效激活剂。凝血酶还能够激活内皮细胞，增加其表达P选择素，从而导致中性粒细胞黏附与活化。此外，凝血酶能够直接激活中性粒细胞表达炎性细胞因子［25］。

有研究检测凝血酶原时间、活化部分凝血活酶时间、凝血酶时间、抗凝血酶Ⅲ等，结果都表明在ECMO过程中，无论是内源性凝血系统还是外源性凝血系统均被激活，凝血因子（如Ⅴ因子、Ⅱ因子、Ⅸ因子等）水平降低，抗凝血酶Ⅲ水平上升，凝血时间延长，并且纠正效果较缓慢，甚至有的因子（如V因子）在 24 h 后仍然处于低水平［26－27］。

凝血酶、补体激活物等能够激活血小板，释放其颗粒性内容物，包括趋化因子、蛋白酶、黏附因子、生长因子、血管生成因子等［28］。ECMO期间除了血小板计数下降，血小板的黏附和集聚功能也会出现衰退［29］。另外有研究结果显示，血浆 β－TG水平在ECMO开始72 h后明显下降，GMP－140水平在ECMO开始12 h后明显升高（与基础值比较差异有统计学意义），提出β－TG和GMP－140可以作为ECMO期间血小板活化的标志物［27，30］。

凝血系统与其他系统的相互作用：①中性粒细胞或单核细胞与血小板之间会发生相互作用，导致相互激活，在血栓形成中发挥潜在作用。活化的血小板还能促进白细胞聚集（主要是单核细胞），导致白细胞分泌促炎性细胞因子增加，单核细胞表达组织因子［22］。因此有学者试图通过白细胞靶向药物的管理以减少血栓形成。②补体系统和凝血系统也会发生相互作用：Ⅻa因子和激肽释放酶能够裂解C1s，从而启动补体经典途径。凝血酶能激活C3、C5、C6、B因子，激肽释放酶能裂解C5和B因子，Ⅻa能裂解C3。凝血酶对C3、C5的作用也许能够解释血浆中C3a和C5a高水平的原因［31］。

6 接触系统

接触系统由一些血浆蛋白组成，包括Ⅻ因子、Ⅺ因子、高分子量激肽原（high molecular weight kininogen，HMWK）、激肽释放酶原（prekallikrein， PK）等。其通过接触反应启动内源凝血途径，并与激肽、纤溶和补体等系统相联系。血液与体外管道接触后导致Ⅻ因子裂解成Ⅻa因子和Ⅻf因子。Ⅻa因子使PK转变成活化的激肽释放酶，HMWK转变成缓激肽。激肽释放酶能够激活中性粒细胞。缓激肽能够刺激一氧化氮、TNF－α、IL－10 的释放［32］。

7 总 结

综上，ECMO期间患者免疫功能的变化相当复杂，此过程包含补体系统激活、大量促炎性因子产生、吞噬细胞激活、细胞毒性产物释放、内皮细胞损伤以及凝血系统与免疫系统产生相互作用等。免疫反应除引起组织或脏器损伤，但也是机体通过内在机制来对抗外源性伤害的自我保护过程，所以难以定论ECMO中的免疫反应究竟是有害或有益。目前，成人ECMO期间免疫功能改变的前瞻性研究仍然较少，且尚无明确的能够独立预测ECMO结局的生物学指标，这是未来亟待研究的一个方向。