肝脏在脓毒症发生发展中的作用及机制*

李 晗，陈 强，韩旭东

（1 南通大学医学院，江苏226001；2 南通大学附属第三人民医院重症医学科）

脓毒症是重症医学关注的高致死性疾病,由宿主对感染反应失调导致[1-2]。美国每年有20 多万人死于脓毒症[3]。脓毒症全身炎症反应失调导致多器官功能障碍综合征,肝、肺、心血管、肾和胃肠道等重要器官发生功能障碍,甚至死亡[1]。肝损伤严重影响脓毒症的病情程度和预后[4-5],脓毒症患者肝功能障碍发生率34%～46%,肝衰竭发生率1.3%～22%[6]。肝脏在人体代谢和免疫稳态中发挥重要作用,具有解毒、储存、能量产生、营养转换、调节激素平衡和参与凝血过程等多种重要功能。肝功能障碍和肝衰竭可直接导致脓毒症进展和患者死亡[7-8]。本综述将讨论肝脏在脓毒症发生发展过程中的作用及机制,阐述肝损伤对脓毒症预后的影响,以及肝脏功能在脓毒症诊断和治疗中的重要性,为研究脓毒症治疗的新方法提供理论依据。

1 脓毒症期间肝脏发挥的作用

1.1 清除细菌作用 作为主要负责血液净化和解毒的器官,肝脏在脓毒症时清除细菌、毒素方面起关键作用[9]。脓毒症患者死亡率、肝损伤严重程度与体内细菌或毒素水平相关。动物实验发现,静脉注射的细菌60%在10 分钟后被肝脏捕获,80%以上在6 小时后被肝脏捕获。肝脏是中性粒细胞聚集的主要场所,脓毒症时细菌、毒素等侵入肝脏,中性粒细胞在肝脏脉管系统形成胞外诱捕网(neutrophil extracellulartraps,NETs)捕获并杀死细菌[10-11]。当肝功能障碍时,中性粒细胞吞噬杀菌作用减少,补体生成和抗原呈递功能受损,肝脏清除细菌功能缺陷,从而导致菌血症发生风险增高[12],严重影响脓毒症患者的死亡率和预后。

1.2 介导炎症反应 脓毒症期间肝脏是炎症介质的来源,是启动炎症反应、清除细菌内毒素的主要场所。脓毒症时受损肝脏还可诱导其他器官发生有害炎症反应,因此肝脏在脓毒症炎症反应和多器官功能损伤过程中起重要作用[13]。

1.2.1 介导促炎反应：肝脏库普弗细胞(Kupffer cell)负责在脓毒症早期产生炎性细胞因子,并介导肝损伤的形成。在有害细菌或内毒素攻击机体后,Kupffer细胞可促进早期促炎介质肿瘤坏死因子-α(TNFα)、白介素-1(IL-1)、白介素-6(IL-6)、干扰素-γ(IFN-γ)、白介素-8(IL-8)和单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)等释放。脓毒症大鼠实验证实,敲除巨噬细胞可减少促炎细胞因子分泌、改善肝脏微循环衰竭、减少肝细胞凋亡,预防早期肝损伤和肝功能障碍的发生,减轻全身炎症反应。控制脓毒症期间Kupffer细胞过度活跃可能是抑制炎症反应、保护器官免受损伤的新方法。

肝脏自然杀伤T 细胞(NKT)在脓毒症局部和全身促炎反应中起关键作用。NKT 细胞占肝脏总T 细胞群10%～20%,在脓毒症小鼠体内NKT 细胞被激活,其表面分子CD69 和CD25 表达增加,并且胞内因子TNF-α、IFN-γ、MCP-1、IL-6、IL-4、IL-10 等阳性的NKT 细胞增多。在脓毒症早期阶段NKT 的主要作用是促炎、诱导Th1 型免疫反应,在后期NKT细胞因子谱转变为Th2 型免疫应答。敲除NKT 细胞或阻断NKT 细胞信号传导可减轻全身炎症反应,脓毒症小鼠的存活率增加35%。因此,肝脏NKT 细胞在脓毒症发挥调节全身炎症反应和提高存活率的重要作用。

自然杀伤细胞(NK)是脓毒症炎症反应的主要参与者,肝脏中20%～30%淋巴细胞为NK 细胞。在脓毒症期间,与非致死性感染小鼠相比,致死性感染小鼠肝脏中具有更多的NK 细胞。NK 细胞产生高水平IFN-γ、TNF-α 和IL-10,并在肝脏中诱导严重的细胞凋亡。内毒素(LPS)直接作用于NK 细胞,通过Toll 样受体4(TLR4)信号传导通路诱导细胞因子表达。敲除NK 细胞可以减少肝脏和血清中IFN-γ 和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子的生成,减轻脓毒症小鼠组织损伤,降低死亡率。因此,NK 细胞通过增强局部和全身炎症反应以及直接损伤宿主细胞来介导脓毒症的发生。

CD8+T 细胞在脓毒症炎症反应和肝损伤过程中也发挥作用。经盲肠结扎穿刺法(CLP)诱导的脓毒症小鼠模型,其肝脏中CD8+T 细胞数量增加一倍,并表达Fas 配体(FasL),促进核因子κB(NF-κB)激活和促炎因子转录[14]。CLP 术后小鼠肝脏中CD4+T、CD8+T 和其他免疫细胞生成增多,Fas 和FasL 上调,细胞凋亡增加。

此外,肝窦内皮细胞和肝星状细胞通过模式识别受体识别来自病原体的蛋白质,充当肝脏的抗原呈递细胞,与Kupffer 细胞一起激活肝脏NKT 细胞和经典T 细胞,并促进中性粒细胞在肝脏中聚集。

1.2.2 介导免疫抑制：脓毒症时肝脏除了产生促炎因子,还诱导抗炎介质如IL-10、转化生长因子β(TGF-β)和糖皮质激素等生成,在抑制免疫反应中发挥关键作用。多种肝脏驻留细胞参与免疫调节过程,与循环中细胞共同诱导肝脏对毒素的免疫耐受,抑制全身炎症反应,从而保护器官免受损伤。诱导肝脏对内毒素的免疫耐受是脓毒症免疫抑制的主要机制,虽然这种作用可以预防脓毒症或全身性炎症的发生,但也是脓毒症死亡的主要原因[15]。LPS 刺激后单核细胞下调TLR4 表达,降低了LPS 炎症效应,单核细胞产生TNF-α 减少、IL-10 增多,免疫耐受细胞抗原呈递能力下降,当细菌或毒素再次攻击机体时,它们产生抗炎细胞因子而不是促炎因子,从而诱导免疫抑制。

1.2.3 调节促炎和抗炎平衡：肝脏促炎和抗炎反应的平衡至关重要。脓毒症时肝脏Kupffer 细胞、NK 细胞、NKT 细胞、CD8+T 细胞、CD4+T 细胞及其他驻留细胞与循环中免疫细胞相互作用,以调节局部和全身促炎与抗炎反应的平衡。当机体感染后促炎反应占主导,可导致全身炎症反应的发生,从而促进器官损伤和患者死亡;若主要诱导抗炎反应,则清除细菌和摄取吸收LPS 的能力受损,机体对感染失控制,患者容易反复感染,死亡率增加。当促炎反应和抗炎反应处于平衡状态,有助于细菌清除、炎症消退和脓毒症恢复。因此,调节肝功能和肝脏免疫应答是治疗脓毒症,保护器官功能的新策略。

2 脓毒症肝损伤机制

感染、过度炎症反应、微循环衰竭和治疗副作用均为脓毒症肝损伤的原因,脓毒症肝损伤的临床表现包括缺氧性肝炎、脓毒症诱发的胆汁淤积和以凝血病为主要表现的蛋白质合成功能障碍。

2.1 缺氧性肝炎 缺氧性肝炎又称缺氧性肝损伤,由于脓毒症时动脉压降低和(或)静脉压升高,导致肝脏血流量减少,血氧浓度不足。另外,微血栓形成进一步加重肝脏灌注不足[16]。缺氧性肝炎诊断标准：出现心脏、呼吸或循环衰竭;血清转氨酶突然急剧升高(＞正常上限20 倍);排除急性肝细胞坏死的其他原因。在重症脓毒症患者中缺氧性肝炎的发病率约10%,院内死亡率约50%[17-18]。1/3 缺氧性肝损患者出现胆汁淤积性肝功能障碍。

2.2 胆汁瘀积 胆汁瘀积是脓毒症患者的常见并发症[3,19],由肝细胞水平的胆汁形成受损(肝细胞性胆汁瘀积)或胆管水平的胆汁流形成受限(导管性胆汁瘀积)所致。脓毒症动物实验表明,促炎因子和炎症介质下调肝细胞转运系统的表达,因而炎症反应和肝细胞性胆汁性瘀积可能有关[20]。磷脂酰肌醇3-激酶γ(PI3Kγ)是脓毒症胆汁瘀积的重要触发因素,敲除PI3Kγ 后可保护小鼠免受脓毒症诱发的胆汁瘀积性损害[21]。约20%重症脓毒症患者发生胆汁瘀积性肝功能障碍和黄疸,且常与严重感染、心衰、高压机械通气或药物有关,实验室检查表现为总胆红素、碱性磷酸酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酶升高[22]。

2.3 凝血功能障碍 脓毒症时可出现广泛的凝血紊乱,从实验室结果的轻微偏差(凝血时间延长、血小板减少等)直至严重凝血病和(或)弥散性血管内凝血(DIC)发生。凝血功能障碍的主要原因是微血管内皮损伤,导致纤溶和凝血系统间平衡失调。内皮损伤的表现包括血管张力降低、血小板或纤维蛋白凝块堵塞毛细血管以及硫酸乙酰肝素降解导致的促凝状态[23]。

3 脓毒症肝损伤的病理组织学表现

脓毒症早期肝功能障碍时不一定伴有明显的组织学变化,但在肝损伤和肝功能衰竭时常出现组织学显著改变,大多数脓毒症患者的尸检可观察到肝炎和肝脂肪变性。很多学者通过动物模型对脓毒症肝损伤的组织病理学进行深入研究,CLP 诱导建立的大鼠脓毒症模型,其早期肝功能改变包括葡萄糖代谢、药物解毒和氧化等功能受抑,但组织学变化不明显;在造模后6 小时开始出现肝转录产物的变化,在造模后15 小时由于肝脏结合能力缺陷而表现为非结合胆汁酸升高,还可观察到脂肪变性、胆汁瘀积和肝细胞损伤等,这些变化与肝细胞凋亡、坏死和中性粒细胞积聚有关。在实验诱导的脓毒症小鼠中可观察到肝纤维化表现。脓毒症患者在肝功能障碍早期表现为血清胆红素和碱性磷酸酶水平升高,晚期可能在持续性低血压后出现转氨酶升高,主要组织学变化包括肝脏点状坏死、门静脉炎症、气球样变性和脂肪变性等。

4 结 语

肝脏在脓毒症过程中是一把“双刃剑”,其介导的免疫反应有助于清除细菌和毒素,但同时也会引起炎症反应、免疫抑制,造成多器官损伤。肝脏在脓毒症病程和维持机体内环境稳定中起着重要的调节作用,因此纠正肝功能紊乱和减轻肝损伤对改善患

者预后,提高生存率至关重要[22,24]。进一步研究脓毒症相关肝损伤的病理生理以及肝功能障碍促进脓毒症进展的机制,有助于发现脓毒症新的治疗靶点,改进治疗策略。