乌司他丁对脓毒症休克导致多器官功能衰竭的保护作用

王韫文，赵敏

(中国医科大学附属盛京医院急诊科，沈阳 110004)

脓毒症休克又称感染性休克或内毒素性休克，是临床最常见的危急重症之一，一般由微生物及其脓毒产物引起，病死率可达30%～50%，且呈逐年升高趋势[1]。脓毒症休克主要的临床表现为心率加快、收缩压低和意识模糊等，其死亡原因主要由脓毒症及不可控的严重感染所致的多器官功能衰竭引起。随着抗生素的应用，感染性疾病的死亡率明显降低，但脓毒症、严重脓毒症及脓毒症休克的治疗方法仍不完善。

乌司他丁(ulinastatin，UTI) 是从健康成年男性尿液中分离出的酸性糖蛋白，主要在肝脏合成，是临床常用的一种广谱丝氨酸蛋白酶抑制剂，主要通过抑制炎症和氧化应激减轻多器官功能损伤，减少伴随炎症、缺血和再灌注等病理状态的氧自由基产生，具有改善微循环缺血状态、抑制过量炎症介质产生、预防多器官衰竭等作用[2-3]。近年来，UTI被广泛应用于脓毒症休克、失血性休克、重症胰腺炎、弥散性血管内凝血、药物中毒和其他免疫性疾病的治疗[4-5]。现就UTI对脓毒症休克导致多器官功能衰竭的保护作用予以综述。

1 脓毒症休克的发病机制

脓毒症休克的发病机制极其复杂，其本质是组织细胞的缺血缺氧，主要与外界刺激机体生成和释放大量的炎症因子有关。研究发现，炎症介质[白细胞介素(interleukin，IL)-6、IL-10、降钙素原]在脓毒症休克发生、发展、治疗及预后中起重要作用[6]。机体免疫系统受到外界强烈刺激时，可引起机体多种生物级联反应，包括炎症反应及凝血纤溶系统的改变，最终引发脓毒症。严重脓毒症患者体内病原体炎症反应失控、有效循环血量下降，出现大量液体复苏仍无法纠正的持续低血压，进而导致全身组织器官灌注压降低，使机体产生大量内毒素、氧自由基和炎症介质。

在内毒素刺激下，单核巨噬细胞系统被激活，大量炎症因子产生，导致体内C反应蛋白、降钙素原、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α及IL-6 水平明显升高，产生免疫炎症瀑布样连锁反应，此反应可促进中性粒细胞与内皮细胞的黏附；与此同时，细胞溶酶体膜破坏释放大量蛋白酶，导致血管内皮细胞损伤，引起微血管舒缩功能紊乱，最终导致脓毒症休克的发生[7]。多器官功能衰竭通常是脓毒症休克的死亡原因。氧化应激可激活分子通路，引发炎症反应，并直接导致组织损伤，这是脓毒症休克导致多器官功能衰竭的重要机制之一[8]。

2 UTI的作用机制

与其他蛋白酶抑制剂相比，UTI的抑制活性更广泛，不仅可抑制胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性酶等胰源性蛋白酶，还可有效抑制由活化的中性粒细胞颗粒释放的中性粒细胞弹性蛋白酶(neutrophil elastase，NE)[9-12]。在脑缺血再灌注的动物模型中，UTI可减少脑梗死面积，抑制大脑组织凋亡，减轻缺血再灌注损伤[13-14]。UTI在临床应用中可对多种水解酶起抑制作用，并保护溶酶体细胞膜不易被降解，提高溶酶体稳定性。当机体发生感染时，UTI可迅速释放入血，参与炎症反应，遏制反应进程，下调核因子κB (nuclear factor-κB，NF-κB)水平，使血浆降钙素原和C反应蛋白水平降低，从而减轻炎症对各器官的损害[15]。UTI还能抑制IL-1、IL-6、IL-8和TNF等炎症介质的释放，清除氧自由基，降低血液黏度，改善机体微循环，减少缺血再灌注导致的器官损伤，并修复器官功能损害，提高机体免疫功能[16-17]。UTI可降低血管通透性，抑制体液大量渗出，进而改善机体循环，减轻缺血缺氧造成的组织细胞损害，对肝脏、肺脏和肾脏等器官功能起重要的保护作用[18-19]。机体发生炎症反应时，体内UTI被迅速消耗，通过补充UTI可迅速改善患者状态，现已广泛用于脓毒症休克的治疗。

3 UTI的器官保护作用

3.1UTI对肺脏的保护作用 肺脏是脓毒症最早损害的器官，大部分脓毒症患者全身炎症反应出现前主要表现为急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征。在临床前研究中，UTI广泛用于预防脂多糖、烟雾吸入、下肢缺血再灌注和光气引起的肺损伤[20-21]。由肺泡上皮细胞与毛细血管内皮细胞共同构成的毛细血管屏障是正常呼吸的基础，毛细血管内皮细胞通透性的增加在脓毒症相关肺损伤发生中起关键作用[22]。毛细血管在肺脏广泛分布，脓毒症休克发生时，多种炎症细胞、炎症因子和氧自由基聚集，并通过一系列级联反应参与急性肺损伤的发生发展过程，进而影响肺脏的气体交换，损害肺功能。因此，抑制过度的炎症反应，减轻肺水肿是降低脓毒症休克病死率的首要方法。

UTI可通过减轻毛细血管渗漏来减弱炎症相关性肺损伤，维持人体正常供氧。研究显示，UTI的肺脏保护作用也可能通过单磷酸腺苷活化蛋白激酶/NF-κB转导通路降低促炎因子释放来实现[23]。NF-κB是机体的经典炎症激活通路，对许多炎症基因的表达起调节作用。在机体发生脓毒症休克时，NF-κB可通过抑制全身炎症反应的发生保护各脏器功能[24]。Ito等[25]发现，UTI可抑制急性肺损伤大鼠肺部TNF-α、髓过氧化物酶的水平，改善肺泡间隔炎症细胞浸润、细胞水肿以及出血等症状。Bae等[26]研究显示，UTI通过减轻中性粒细胞与IL-8的反应程度来保护肺部功能。另有研究证实，UTI可抑制氧化诱导，提高内皮细胞通透性，并通过c-Jun氨基端激酶/c-Jun信号通路诱导细胞凋亡。Fang等[22]研究证明，UTI通过保护内皮连接蛋白减弱脓毒症诱导的肺毛细血管内皮细胞通透性增加。Wu等[27]发现，UTI通过抑制酪氨酸激酶/信号转导子及转录激活因子通路对炎症调控起重要作用，使大鼠免受脓毒症诱导的急性肺损伤。

3.2UTI对心脏的保护作用 在脓毒症休克早期，提高心肌供氧量、降低心肌耗氧量、改善心肌功能、降低死亡率一直是脓毒症临床治疗关注的重点[28]。脓毒症休克早期增加心脏灌注、减少或逆转心肌损伤、保护各脏器功能是其治疗的关键。Shin等[29]发现，UTI可通过减少TNF-α表达以及降低过氧化物酶活性改善局限性心肌缺血再灌注损伤。一般认为，心肌抑制因子和心肌受体的改变是导致脓毒症休克心肌损伤的主要原因。心肌抑制主要表现为心脏收缩功能减弱、射血分数降低、对容量负荷的收缩反应减弱以及收缩峰值压力/收缩末期容积降低等，出现心律失常、低血压和心力衰竭等症状，累及心脏及其他脏器，甚至导致死亡。UTI可改善脓毒症后机体的血流动力学；自主循环恢复后，动脉血氧分压和脉搏氧饱和度的升高以及乳酸水平的降低均与UTI有关[30]。在脓毒症早期，TNF-α和IL-1β释放，两者在体外均可直接抑制心肌收缩。UTI可抑制自主循环恢复后炎症因子的增加，与脓毒症和脓毒症休克的相关研究结论一致[2]。UTI可降低心脏微血管内皮细胞通透性，且脓毒症休克时心脏充盈不良，机体通过加快心率、增加每搏输出量维持动脉血压，补偿低血容量，易导致快速性心律失常，从而加重脓毒症休克对全身脏器的影响；UTI在维持主动脉血压的同时，还可抑制心率的升高[31-32]。综上所述，UTI通过改善微循环、抑制心肌抑制因子产生、降低炎症介质对心肌细胞及组织器官的损害、抑制患者体内过度的炎症级联反应保护脓毒症休克患者心肌。

3.3UTI对肝脏的保护作用 肝脏是机体的代谢和解毒器官，血运丰富，是脓毒症休克患者最常受累的靶器官之一。目前认为，炎症反应是急性肝损伤的根本机制[33]。在炎症发生早期，TNF-α等炎症因子、氧自由基及蛋白水解酶等大量释放，使非特异性免疫系统过度活化，进而导致细胞凋亡，引起急性肝损伤甚至肝衰竭[34]。此外，库普弗细胞、多种细胞因子、内皮素、一氧化氮及热激蛋白也参与脓毒症休克的肝损伤过程[35]。尽早发现并阻止炎症级联反应、减少肝脏缺血损伤是保护脓毒症患者肝脏的关键。UTI能降低促炎细胞因子水平、减轻氧化应激反应、增强抗氧化防御系统，抑制肝脏TNF-α和IL-6的产生；同时还可预防由肝脏缺血再灌注所导致的肝细胞结构和功能损伤，抑制各种炎症介质的释放，清除氧自由基和内毒素，保护线粒体[8]。

UTI主要通过抑制肝细胞凋亡和降低血清转氨酶水平减少肝脏缺血再灌注损伤。Kudo等[36]研究证明，UTI通过抑制由缺血再灌注导致的肝脂质过氧化作用实现肝脏保护作用。当肝脏再灌注后，血浆pH值恢复正常，线粒体损伤、微循环衰竭、细胞破坏，导致组织和器官损害进一步加重，细胞产生大量氧自由基和脂质过氧化物等高活性分子物质直接损伤肝细胞。促分裂原活化的蛋白激酶是介导炎症反应的关键信号分子，通过调节和转导细胞外应激信号协调重要的细胞反应(包括炎症相关细胞因子的分泌和凋亡)，而UTI可下调促分裂原活化的蛋白激酶的表达，减轻炎症反应[8]。

丙氨酸转氨酶水平的变化亦可体现肝脏损害的程度。丙氨酸转氨酶是一种促进相关组织内蛋白质氨基酸的转化及新陈代谢的蛋白质酶，广泛分布于人体各器官，以肝脏含量最高。当肝损伤发生时，丙氨酸转氨酶大量释放，导致血丙氨酸转氨酶水平迅速升高，UTI可明显改善脓毒症休克患者丙氨酸转氨酶水平，减轻肝损伤。

3.4UTI对肾脏的保护作用 肾功能损害是脓毒症休克常见并发症之一。有研究表明，急性肾损伤的发生率为55%～73%[37-39]。肾灌注的改变(尤其是微血管水平的改变)在肾损伤发生中起重要作用[40]。脓毒症休克时，肾组织NE和NF-κB水平明显升高，肾小球及肾小管超微结构发生病理性损害。NF-κB可促进TNF-α分泌，导致肾损害进一步加重。尽管拯救脓毒症运动指南[41]对大血管血流动力学参数进行了优化，但在肾功能障碍早期，隐匿性肾低灌注仍可能持续存在[13]。

另有研究表明，经血流动力学复苏脓毒症休克患者的肾血流量可能维持正常甚至增加[42]。肾血流量的改变可能由血流动力学优化不足引起，也可能由内皮功能障碍、白细胞黏附增加、血液流变学异常、糖原改变和功能分流等所致的特定微血管损伤引起。由此可见，可通过肾灌注量判断脓毒症休克患者的肾损伤情况[43-44]。Nishiyama和Hanaoka[45]研究证明，UTI可抑制储存红细胞的溶血，从而防止游离血红蛋白对肾小管的损害。Onumata等[46]对兔的研究证实，UTI可提升肾小球及肾小管细胞器的稳定性。当肾脏超微结构发生病理性损害时，UTI的抗氧化作用可减轻肾脏损害，进而保护肾功能。

3.5UTI对脑的保护作用 脓毒症休克对脑功能的影响较大，可造成脑功能的严重损害。研究表明，UTI具有脑保护作用，其保护机制主要包括减少少突胶质细胞死亡和S100β蛋白生成、维持血脑屏障完整性、调节花生四烯酸限速酶等[47-48]。UTI以往一直被用于急性炎症性疾病的治疗，其对脑功能保护作用的研究并不完善。Shu等[49]研究证明，UTI可增加神经生长因子和脑源性神经营养因子的表达，此作用相对快速且不可逆。UTI还可能通过上调神经生长因子和脑源性神经生长因子的表达下调神经生长因子前体和P75神经因子受体的表达，保护少突胶质细胞免受凋亡。除具有营养特性外，中枢神经系统中的神经生长因子和脑源性神经生长因子还具有抗炎和抗凋亡作用，并诱导少突胶质细胞增殖和再生轴突的再髓鞘化[50]。内源性UTI可直接参与修复受损神经元的过程，Shikimi等[51]在大鼠大脑中发现了一种由神经元产生的能够抑制胰蛋白酶活性的类UTI免疫反应物质，大脑受到损伤及刺激时其合成增加。Monard[52]研究证实，从神经元细胞中提取的蛋白酶抑制剂具有调节神经突生长和再生的功能，亦说明UTI可减少少突胶质细胞凋亡。林建东等[47]发现，大剂量UTI可明显降低体内S100β蛋白水平以及脑神经元中特异性烯醇化酶水平，而脑内S100β蛋白水平直接影响脑神经元的活力。受脓毒症影响，脑组织S100β蛋白基因表达增多，释放更多S100β的蛋白，S100β蛋白通过血脑屏障诱导脑损伤患者脑神经元的死亡，造成神经元损伤。

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)也在脑损伤过程中起重要作用。脑缺血再灌注诱导MMP水平升高，以MMP-9活性增加为主，与血管通透性升高、血脑屏障通透性升高、血脑屏障破坏、炎症细胞增加和脑水肿有关。MMP-9可通过诱导炎症级联反应和钙超载在破坏血脑屏障中发挥关键作用。因此，监测血浆MMP-9水平可用于早期检测脑缺血、再灌注后血脑屏障的损伤情况。实验研究表明，UTI可通过逆转缺血再灌注诱导MMP-9过表达，通过上调紧密连接蛋白-1和闭合蛋白表达促进神经功能恢复[53]。在脑缺血再灌注动物模型中，UTI可降低脑组织的梗死面积和含水量，抑制脑细胞凋亡，减轻缺血再灌注损伤[2]。

3.6UTI对肠道的保护作用 肠道黏膜屏障功能的损害在脓毒症休克的发生具有重要作用。有学者提出，肠道是多器官功能衰竭的始动器官[54]。在各种炎症因子、胃肠道血流量降低和缺氧的刺激下，肠上皮细胞与其他细胞间的紧密连接被破坏，肠道血管通透性升高，更多的肠道细菌和内毒素侵入肠道血管或淋巴管，导致肠源性感染甚至脓毒症休克，最终发生多器官功能衰竭。有研究表明，由胰腺产生的多种酶可在肠道受损时进入血液循环，引发炎症级联反应，在脓毒症进展中发挥核心作用[55]。UTI的双途径注射(肠道内和静脉内)能将肠黏膜黏蛋白层和上皮钙黏蛋白连接处的损伤降至最低，从而保护绒毛形态，减轻肠道损伤、酶损伤和炎症反应。UTI还能减轻肠黏膜水肿，减少中性粒细胞渗出，清除炎症递质，改善肠道微循环，减轻肠缺血再灌注损伤。UTI可抑制肠黏膜上皮细胞凋亡，改善肠屏障功能。

DeLano等[56]通过对脓毒症休克模型的研究证实，UTI肠道内给药可抑制消化酶活性，改善炎症介质表达，提高患者生存率。NE可通过攻击中性粒细胞的宿主蛋白或加速促炎因子的产生来加速中性粒细胞炎症的进展，参与脓毒症及脓毒症休克的发生，肠道组织和其他重要器官极易受到胰蛋白酶和NE的直接或间接影响。Suda等[57]发现，UTI作为NE抑制剂，可提高脓毒症动物的存活率。

3.7UTI对胰腺的保护作用 胰腺是人体内重要的分泌器官，胰腺外分泌功能不全指由各种原因引起的酶生产和酶激活不足或酶早期降解，导致胰酶数量不足难以维持机体正常消化的状态，导致出现消化吸收不良等症状[58]。Tribl等[59]研究发现，在脓毒症患者胰腺外分泌功能不全中，以脓毒症休克患者最为显著。在脓毒症早期，胰腺灌注具有特殊脆弱性，较其他器官灌注变化更明显，目前脓毒症休克胰腺功能损伤的发病机制尚未完全阐明。

此外，脓毒症常伴随胰腺细胞凋亡。脓毒症时，胰腺细胞凋亡参与胰腺外分泌功能损伤，对胰腺功能有潜在影响[60]。脓毒症胰腺损伤患者使用UTI后，异常血清淀粉酶和脂肪酶等指标显著逆转，提示UTI可抑制脓毒症患者的胰腺细胞凋亡，减轻胰腺损伤。但凋亡参与脓毒症胰腺外分泌功能障碍发生的机制尚未证实，仍需要进一步研究。研究表明，UTI可逆转胰腺组织损伤，包括间质水肿、空泡化、坏死和炎症等[61-62]。UTI在稳定溶酶体和线粒体中发挥重要作用，可抑制细胞内消化、自溶和组织损伤，还可防止胰腺能量代谢的受损。

4 小 结

脓毒症休克是重症患者死亡的主要原因之一。UTI主要通过抑制炎症介质释放、改善机体微循环状态、减轻器官缺血再灌注损伤、减少细胞凋亡等途径保护脓毒症休克机体的各器官。可见，UTI能有效提升脓毒症休克患者的救治效果，在维持机体生命体征平稳、降低多器官功能衰竭的发生率、缩短患者住院时间、提高疗效、改善患者预后方面都有显著作用，对脓毒症及其多器官功能衰竭的治疗具有积极的临床意义。