脓毒症血管内皮细胞屏障损害研究进展

卢中秋 倪菁晶

脓毒症是由感染引起的病理生理综合征，而不是一种具体的疾病，被定义为宿主对感染反应失调引起的器官功能障碍，是全世界ICU患者最常见的死亡原因之一[1]。渐进性器官功能障碍是脓毒症的标志，内皮系统可以被视为一个最大和最重要的器官，如果没有内皮系统，血液流变学、凝血和器官灌注就会严重受损[2]。此外，研究发现，脓毒症中存在血管内皮细胞屏障功能的下降或丧失，导致循环物质(如体液和炎性因子等)移位，是引起循环血容量下降、组织器官水肿和损伤的重要因素[3]。因此，越来越多的研究表明，内皮细胞的激活和损伤在脓毒症发生、发展过程中发挥重要作用，内皮细胞生物学标志物作为指标或作为内皮细胞活化和功能的替代标志物也呈现出不同的意义[4]。因此，对脓毒症血管内皮细胞屏障损害的病理生理学过程深入分析，探索有效的评估指标和治疗靶点，对于治疗脓毒症，改善脓毒症的预后具有重要的理论和实践意义。

一、血管内皮细胞生理基础及在脓毒症中血管内皮细胞屏障损害

1.血管内皮细胞生理基础单层内皮细胞、基膜、管腔的胞外基质和糖萼共同组成血管屏障，主要控制血管内外溶质和液体的运动，调节血液与组织之间的通透性，同时又由腔外的周细胞或一层平滑肌调节血管的压力和血流，当周围环境和条件发生变化时，糖萼、基膜及周细胞产生信号改变，血管内皮细胞接收信号做出相应的生理或病理反应[5]。血管内皮屏障由跨细胞通路和细胞旁通路介导，在这里，笔者关注的是细胞旁通路的调控，它是由相邻细胞间的内皮细胞接触和表面的糖萼层来维持的，这是炎症的主要通路[6]。

糖萼是位于内皮细胞顶面的复杂网状结构，在调节微血管张力和血管通透性中具有重要作用，是维持内皮屏障，调节白细胞迁移和抑制血栓形成的物质基础。糖萼厚0.5～10.0mm，主要由蛋白聚糖、葡萄糖胺聚糖(GAG)侧链、糖蛋白和一些血浆蛋白组成，蛋白聚糖最突出的成分主要是多配体聚糖(syndecans)。最常见的GAG有硫酸乙酰肝素(heparan sulfate，HS)、硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)和透明质酸(hyaluronan,HA)，蛋白聚糖与GAG侧链通过共价键相连，共同覆盖在内皮细胞在管腔侧，维持内皮的稳定[7]。

血管内皮细胞间的连接结构分为3类，即黏附连接、紧密连接和缝隙连接，这些连接复合体在组织的完整性、血管通透性、白细胞渗出和血管生成中起着重要作用[8]。

紧密连接是两个细胞间紧密相连的区域，常位于内皮细胞连接顶部。负责调节细胞通透性和维持细胞极性，由跨膜区和胞内分子组成，跨膜蛋白包括封闭蛋白(OCLN)、闭合蛋白(CLDN)、交界黏附分子(JAM)及相关分子等，这些蛋白通过它们的胞质尾巴，通过闭锁小带(ZO)锚定到肌动蛋白的细胞骨架上，共同调节紧密连接的稳定性，信号转导及跨膜蛋白的动态改变[8,9]。黏附连接多位于紧密连接下方，介导细胞黏附和细胞内信号传递。血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)是黏附连接中主要的跨膜蛋白，通过和胞内的胞质蛋白(如α- catenin、β- catenin、γ-catenin等)、ZO-1及肌动蛋白、微丝、微管组成网状结构，引起细胞骨架结构的变化，导致内皮细胞的变形，从而调控细胞的渗出。VE-cadherin是黏附连接中最具特征性的表达，但除了VE-cadherin之外，还有N-cadherin、P-cadherin、T-cadherin发挥不同的重要作用[10]。而缝隙连接是内皮细胞间的膜通道，允许离子和小分子物质(<1kDa)通过，是相邻细胞间细胞通讯方式之一[11]。

2.脓毒症中血管内皮细胞屏障损害血管内皮细胞屏障功能以及转运溶质的作用很大程度上取决于内皮细胞连接和糖萼的完整性。血管内皮连接障碍与糖萼被降解是脓毒症的关键特征。在严重脓毒症和感染性休克时，会引起宏观和微循环的改变，改变器官的灌注，导致细胞缺氧，从而导致器官功能障碍[12]。糖萼在生理状态下其结构和成分都保持完整，在TNF-α、氧化脂蛋白、脂多糖、缺血/再灌注、高血糖及炎症刺激等病理因素作用下，糖萼发生降解脱落。有实验研究表明，内皮细胞糖萼在脂多糖、TNF-α暴露下其厚度和完整性都有所下降[13]。在脓毒症发生过程中，促炎性细胞因子常活化肥大细胞，促使肥大细胞脱颗粒，进一步释放细胞因子、组胺、蛋白酶、肝素酶等降解糖萼组分，破坏内皮糖萼，使内皮细胞的通透性发生改变。另一方面糖萼脱落，暴露整合素和选择素导致白细胞黏附渗出增加，内皮和组织发生炎症损伤，增加血管通透性使渗出液、白蛋白等溶质进入细胞间质，加重组织水肿[7]。

血管内皮细胞连接在脓毒症中的病理改变机制较为复杂，VE-cadherin被认为是控制内皮屏障完整性和维持的主要黏附蛋白。脓毒症时炎性细胞或炎性因子主要通过VE-cadherin改变内皮细胞的通透性，VE-cadherin/连环蛋白/肌动蛋白细胞骨架之间的结构完整性在维持血管内皮屏障的紧密性方面起着至关重要的作用。笔者总结了VE-cadherin调控内皮细胞与细胞黏附和内皮屏障的4条主要途径:VE-cadherin及其连接蛋白的磷酸化、VE-cadherin和肌动蛋白的重构、VE-cadherin的内化和细胞外区VE-cadherin的裂解，在脓毒症中VE-cadherin本身和相关的钙黏蛋白复合物的解体，或应力纤维的形成伴随着肌动蛋白-肌球蛋白的收缩增加了内皮通透性[14, 15]。除了直接针对AJs,一些细胞因子如TNF-α、IL-1β和VEGF通过影响TJs蛋白表达和分布如CLDN-5、ZO-1和OCLN而导致血管内皮渗漏增加。另外许多研究表明，在内皮细胞中，紧密连接与黏附连接相关并在功能上相互作用，ZO-1被认为是一种跨膜蛋白和细胞质蛋白之间的支架蛋白，除了将紧密连接的跨膜蛋白OCLN和CLDN连接到肌动蛋白细胞骨架外，可能也是连接黏附分子和紧密连接的纽带，ZO-1可以调节作用于基于VE-cadherin的黏附连接[16]。事实上，脓毒症几乎影响内皮细胞功能的各个方面，被认为是从败血症到器官衰竭进展的关键因素，而且各个方面相互作用、相互影响[17]。

二、血管内皮细胞生物学标志物血管内皮细胞的结构

血管内皮细胞生物学标志物血管内皮细胞的结构是动态改变的，其蛋白组成信号通路可以被快速激活和失活。当内皮细胞受到各种刺激时，特定的蛋白通过多种调节机制改变其数量、结构以及部位，调节内皮细胞连接结构与功能的完整性，同时释放内皮细胞连接中的结构物质[18]。释放入血的内皮连接结构物质可以作为生物学标志物，检测这些生物学标志物的浓度与出现的时间，有助于脓毒症的诊断、评估与治疗。

Endocan、HS、HA和syndecan-1脓毒症时蛋白酶、肝素酶等降解糖萼组分，破坏内皮糖萼，糖萼被分解产生Endocan、HS、HA和syndecan-1等成分，这些分解物质的水平在脓毒症休克患者血清中明显增加，与病死率及脓毒症严重程度相关。Endocan是一种可溶性内皮蛋白多糖，在150例脓毒症或脓毒性休克患者中，Endocan血浆水平对脓毒症和脓毒性休克患者的诊断具有很高的预测价值[19]。研究发现，脓毒症患者血液中HA和syndecan-1水平高于健康对照组，且未存活的脓毒症患者syndecan-1水平较高[20, 21]。另外研究发现，脓毒性休克患者尿液中的HS和HA水平明显高于创伤住院患者，HS和HA在未存活的脓毒症患者中显著升高[22]。这些糖萼降解标志物作为内皮细胞屏障损伤的靶标志物有望成为脓毒症诊断的工具。

OCLN和ZO-1在脑血管意外等疾病中发现，血浆血管内皮细胞紧密连接蛋白水平与血管通透性改变和疾病的预后密切相关，其可作为一种可靠的标志物用于反映血管内皮的屏障功能状态[23]。近年来研究发现，血浆紧密连接蛋白水平与脓毒症患者的病情严重程度和临床转归呈正相关。OCLN和ZO-1水平可以作为脓毒症的临床疗效及预测，研究表明，血清ZO-1、OCLN水平是判断脓毒症患者是否发展为MODS或更坏结局事件有用的生物学标志物。OCLN和ZO-1与PCT比较具有更好的预后价值，且其水平在判断脓毒症患者医院死亡风险具有重要作用[24]。

sVE-cadherin和AAVEsVE-cadherin被认为在维持内皮细胞的完整性和内皮细胞连接的接触稳定性起重要作用[25]。在炎症过程中，血管内皮细胞VE-cadherin的胞外结构域可以被切割为可溶性VE-cadherin (sVE-cadherin)进入循环[26]。研究发现，sVE-cadherin水平在严重脓毒症中明显增加，且与脓毒症病死率呈正比，除此之外，sVE-cadherin水平随着患者状态恢复水平下降，证明sVE-cadherin水平与脓毒症的发展进程相关[27, 28]。最新的一项研究表明，sVE-cadherin水平还与脓毒症患者急性肾损伤和更严重的器官功能障碍有关[29]。另外，人类VE-cadherin自身抗体(AAVEs)为针对内皮细胞的胞外结构域产生的抗体，增加血管的通透性，也可以作为一种新的生物学标记[30]。

三、展 望

脓毒症的诊断是一个挑战。临床和标准的实验室检查有很大的局限性，因为对于大多数危重患者，无论他们是否有脓毒症都有一定程度的炎性反应。即使微生物评估也是不可靠的，因为许多血样本并不能培养出微生物。脓毒症的治疗也是一个挑战，基于炎性因子拮抗治疗并未取得成效，针对内皮细胞的治疗，尤其是针对内皮细胞屏障的治疗也许将存在巨大的潜在空间。另一方面，目前只有相对较少的生物学标志物被评估为临床诊断标志物，针对内皮细胞完整性的生物学标志物与传统标志物组和搭配检测也许有望提高诊断的敏感度和特异性，为脓毒症的早期诊断带来重要意义。同时内皮细胞生物学标志物的特异靶向药物和促进保持内皮细胞完整性的治疗也可能成为一个新的研究方向。