系统性炎症在慢加急性肝衰竭发病机制中的作用

陈渊渊 孟忠吉,2,3△

1.十堰市太和医院(湖北医药学院附属医院)感染科 (湖北 十堰， 442000) 2.湖北省肝癌精准诊疗临床研究中心 3.湖北省胚胎干细胞研究重点实验室

慢加急性肝衰竭(ACLF)是在慢性肝病基础上，由各种诱因引起急性黄疸加深、凝血功能障碍为表现的综合征，可合并肝性脑病、腹水、电解质紊乱、感染、肝肾综合征、肝肺综合征等并发症，以快速进展的多器官功能衰竭和超高的短期死亡率为特点[1]。ACLF是终末期肝病的临床常见类型，是导致慢性肝病患者死亡的主要原因之一。ACLF这一概念在1995年由日本学者首先提出[2]，此后的20多年时间里，研究者们共提出了十多种定义和诊断标准[1，3-6]。由于东西方ACLF患者病因及诱因不同，在世界范围内ACLF的定义及诊断标准尚不统一。

ACLF发病机制复杂，目前主要有“三重打击”[7]、“PIRO”[8]、HLA-DR等位限制性CD4+T细胞途径[9]、系统性炎症反应等假说[10]解释ACLF发生机制，系统性炎症假反应说受到广泛认可，本文将对系统性炎症反应在ACLF发病机制中的作用进行总结。

1 系统性炎症假说

2013年欧洲肝脏学会慢性肝衰竭工作组进行了一项大型多中心、前瞻性、观察性研究，连续入组1 383名来自欧洲8个国家29家大学医院因肝硬化急性失代偿入院的患者，进一步明确了ACLF的流行病学特征，自然病程和预后[5]。此外研究人员发现ACLF患者白细胞计数和血清C-反应蛋白水平明显高于未发生ACLF患者且与ACLF患者器官衰竭个数及疾病的严重程度呈正相关。加之ACLF通常由细菌感染、急性酒精性肝炎等促发并加重系统性炎症反应(SIR)引起。欧洲肝脏学会慢性肝衰竭工作组据此提出了系统性炎症反应假说来解释ACLF的发病机制[10]，为ACLF的病理生理学研究开辟了新的方向[11]。

2 炎症反应及其相关组织损伤

2.1 炎症反应过程 致炎因子及其受体对于炎症反应的发生起着至关重要的作用，由于来源不同，致炎因子又分为外源性及内源性两类。

2.1.1 外源性致炎因子及其受体 致炎因子又分为细菌相关的病原体相关分子模式(PAMPs)、毒力因子，以及过敏原、异物、理化刺激等非细菌相关的因素[12]。PAMPs是一种保守的分子模式，宿主的固有免疫系统可以通过模式识别受体(PRRs)直接识别PAMPs[12-16]。PAMPs与对应的PRRs结合引发级联信号反应，激活核因子κB(NF-κB)、激活蛋白-1、干扰素(IFN)调节因子等关键转录因子，诱导多种基因表达抗菌效应因子和细胞因子，协调炎症反应和固有免疫反应，并参与诱导适应性免疫反应[12,13]。毒力因子是另一类重要的致炎因子，它们可通过功能特征被间接识别，破坏组织的稳态[17]。少数毒力因子可因其特殊的结构被直接识别进而诱导炎症反应[18]。

2.1.2 内源性致炎因子及其受体 内源性致炎因子是在组织损伤背景下产生的，包括坏死细胞释放的内容物和细胞外基质分解产物。这些内源性致炎因子被称为损伤相关分子模式(DAMPs)[19]。它们可被组织巨噬细胞表面的受体识别并引发炎症反应。

2.2 炎症反应的结果 细菌感染导致的炎症反应以加强机体抵抗力减少细菌负荷为目的；而组织损伤释放DAMPs介导的炎症反应以促进组织修复为目的[14]，机体免疫耐受失败，组织保护和修复相关基因下调均会导致炎症反应过度及免疫病理损伤。因此免疫系统过度激活，导致免疫病理损伤及大量DAMPs释放，机体对于自身DAMPs的免疫耐受失败，组织保护和修复相关的基因下调，促使机体组织损伤进一步加重。

3 ACLF患者炎症反应特点

3.1 ACLF患者起病初期系统性炎症反应特点 虽然Xiang XG等[20]成功建立ACLF小鼠模型，但目前ACLF病理生理学资料大多来自对肝硬化患者的观察和转化研究。在ACLF患者起病初期，其发生SIR的机制因发病诱因而异。目前ACLF最常见的诱因为细菌感染，其次是酗酒和乙型肝炎病毒(HBV)活动，另有部分患者无法找到明确诱因。

3.1.1 以细菌感染为诱因的ACLF 系统性炎症反应特点 ACLF患者最常见的诱因是细菌感染，自发性细菌性腹膜炎(SBP)是ACLF患者最常见的感染，多由来源于肠道的革兰氏阴性菌引起[21]。肠道细菌穿透肠粘膜屏障易位至肠外器官的机制可能与肝硬化患者肠道菌群失调、肠道细菌过度生长及肠道免疫功能受损有关[22-24]。易位的革兰氏阴性菌释放的PAMPs与对应的PRRs结合引发级联信号反应，释放大量炎症因子导致SIR，进而引起免疫病理损伤。

3.1.2 以酗酒为诱因的ACLF系统性炎症反应特点 酗酒是ACLF另一常见诱因。Lucey MR等[25]研究发现酒精性肝炎的病理特征包括肝细胞坏死和肝脏慢性炎症，伴有明显的中性粒细胞浸润。其原因可能是过量饮酒导致肠道菌群失调，增加肠上皮细胞通透性，有利于表达PAMPs的细菌易位，这些细菌到达肝脏后，被库普弗细胞表达的TLRs识别，刺激IL-8、TNF-α等趋化因子的产生，趋化中性粒细胞肝内浸润[25，26]。坏死的肝细胞释放大量DAMPs进一步加重炎症反应。

3.1.3 以HBV激活为诱因的ACLF系统性炎症特点 施毓等[27]研究表明，HBV活动是HBV-ACLF最常见的诱因，占HBV-ACLF病例的40%～60%，核苷类似物耐药及患者自行停药是导致HBV再激活的主要原因[28]。HBV引起的免疫损伤以细胞免疫为主，ACLF是机体免疫系统对HBV的过激反应，CTL的特异性损伤、其它免疫活性细胞如NK、NKT、库普弗细胞等非特异性损伤以及大量炎症细胞因子急剧增多引起SIR导致免疫病理损伤是诱发ACLF的重要因素[29，30]。HBV-ACLF的肝组织病理检查显示，除有大块或亚大块的坏死，同时还伴有炎症细胞浸润和微循环障碍[11，31]，这些病变提示肝衰竭的出现与宿主免疫损伤、缺血缺氧及再灌注损伤密切相关[32，33]。高志良教授针对HBV-ACLF发生机制提出了免疫损伤、缺血缺氧和内毒素血症“三重打击”假说[7]。首先，HBV活动诱发机体产生过强的免疫应答，通过免疫病理损伤直接或间接导致肝细胞死亡，并介导局部炎症反应。然后，局部炎症反应导致微循环障碍，造成缺血缺氧性损伤。同时，由于肝衰竭时肝脏解毒能力降低、肠道屏障功能障碍、机体免疫功能低下等因素，促进了内毒素血症的发生，内毒素血症加速了肝细胞的死亡。

3.1.4 无明确诱因的ACLF系统性炎症特点 在CANONIC Study中有近50%ACLF患者无明确诱因。虽然这部分患者没有明确诱因，但是Moreau R等[5]发现这些患者起病及病情进展均与SIR相关。目前没有明确的机制来解释无明确诱因的ACLF引起全身炎症的原因。Bernardi M等[10]提出了三种假说来解释这些患者发生SIR的机制：第一种假说涉及肠道菌群失调；第二种涉及细菌PAMPs的易位作用；第三种假说涉及内源性炎症因子的作用。

①肠道菌群失调假说 肝硬化患者普遍有肠道菌群失调表现，以拟杆菌科减少及肠杆菌科增加为特点[34-37]。此外，肠道菌群的构成会随着肝硬化的阶段(代偿期与失代偿期)及其严重程度而变化。Chen Y等[38]对ACLF患者和健康对照者的粪便微生物群进行分析，发现ACLF患者肠道的总体微生物多样性和丰富度明显低于健康对照者。ACLF患者肠道特异性细菌科(瘤菌科和拉氏藻科)与IL-6、IL-2、TNF-α等炎症因子之间存在较强的相关性，提示肠道微生物群产生的代谢产物可能导致炎症，需要进一步宏基因组学和代谢组学研究来明确。

②细菌PAMPs易位假说 Bernardi M等[10]发现部分肝硬化患者发生肠道菌群易位，但是却不会发生感染，提示细菌在肠粘膜中被杀死；然而，Bauer TM等[39]和Zapater P等[40]发现细菌可以释放PAMPs(如LPS、CpG DNA)进入体循环，被不同部位的TLRs识别，引发炎症反应。这一假设与TLR识别不依赖于微生物活性或侵袭性的观点一致[14]。

③内源性炎症因子假说 慢性肝病患者组织损伤时释放大量内源性炎症因子(细胞内容物及细胞外基质分解产物)与组织巨噬细胞表面的受体结合引发炎症反应[12，13]。

3.2 ACLF患者在疾病后期出现免疫麻痹 随着疾病的持续，炎症反应平衡逐渐由促炎反应向抗炎反应倾斜。抗炎反应最终在ACLF晚期占主要地位，称为补偿性抗炎反应综合征(CARS)，导致患者对细菌感染的易感性增加和死亡率的骤升。Claria J等[41]发现除促炎细胞因子外，失代偿性肝硬化和ACLF患者血清中IL-10和IL-1ra等抗炎细胞因子的产生显著增加。Wasmuth HE等[39，41，42]发现ACLF患者在疾病后期出现以循环单核细胞功能衰竭为主要表现的败血症样免疫麻痹。Bernsmeier C等[43，44]人进一步发现，单核细胞功能衰竭可能是由于分泌性白细胞蛋白酶抑制剂介导的原癌基因酪氨酸蛋白激酶表达增加，进而促进中性粒细胞凋亡和清除，抑制机体对微生物的固有免疫应答。O′Brien AJ等[45]发现前列腺素E2具有降低巨噬细胞杀灭细菌的能力，可以驱动肝硬化相关的免疫麻痹。此外一些研究发现ACLF患者T细胞功能受到抑制，从而损害适应性免疫。这些发现提示：ACLF发病过程中存在SIR；在ACLF患者中促炎反应与抗炎反应同时存在；代偿性抗炎反应不能有效地补偿或抵消这种情况下产生的大量促炎细胞因子；前期过度的SIR使免疫细胞功能耗竭，加之后期抗炎反应占主导地位，导致ACLF患者出现免疫麻痹。

3.3 SIR导致ACLF患者多器官功能衰竭 ACLF患者也会出现肝外器官衰竭，尤其是肾功能衰竭。Michelena J等[46]发现在这些ACLF患者中也存在SIR，并且SIR越重，患者预后越差。严重的SIR是发展多器官衰竭的独立预测因子。Bernardi M等[10]发现ACLF患者的器官衰竭不仅是因为全身有效循环容量低下导致器官灌注不足，还与过度激活的固有免疫系统对微循环和组织细胞稳态的直接有害影响相关。TNF-α诱导NF-κB活化激活一氧化氮合酶通路可导致患者左心室收缩力受损和心功能障碍[47]。同样，SIR也可能参与肺功能障碍的发病机制，其特点是同时增加肺循环中一氧化氮的释放及趋化因子的过度活化和巨噬细胞在肺微血管系统的聚集[48]。肾衰竭的组织病理学特征是强烈的毛细血管白细胞浸润、微血栓形成、细胞凋亡和线粒体损伤(线粒体数量减少、嵴破坏和线粒体水肿)[49]。关于凝血功能衰竭，炎症反应可能触发内皮细胞释放局部促凝因子(包括组织因子和膜微粒)，在微循环中诱发微血栓形成。综上所述，SIR可导致肝硬化失代偿期患者发生器官衰竭，其机制不仅与动脉血管舒张和左心室功能受损、器官灌注不足和组织缺血有关，还可能与一些导致细胞功能障碍的机制有关。细胞因子可通过线粒体损伤、氧利用障碍和ATP合成受损、细胞生物能量衰竭和细胞周期阻滞等机制诱发并加重细胞功能障碍导致器官衰竭。而受损的线粒体和损伤的细胞又是内源性炎症因子的主要来源，进一步加重炎症反应，从而形成细胞损伤与器官衰竭的恶性循环，最终导致ACLF患者发生多器官功能衰竭(MOF)。

3.4 SIR抑制肝脏再生 肝脏具有强大再生能力，动物实验证明，当肝脏被切除70%～80%后，并不显示出明显的生理紊乱，而且残余的肝脏可在3～8周长到原来大小。人体切除二分之一肝后，不到半年就可以又长成整个肝脏。ACLF患者以肝脏发生亚大块坏死为组织学特征，残余肝细胞应当快速增殖以恢复肝脏功能，但事实上ACLF患者肝细胞再生受到抑制。此前研究发现慢性肝病患者由于肝细胞端粒功能障碍而导致肝再生能力受损，近期Xiang XG等[20]发现IFN-γ/STAT1和IL-6/STAT3通路失调是导致ACLF小鼠肝再生严重受损的原因(IL-6和IL-22激活STAT3促进肝再生；而IFN-γ激活STAT1抑制肝再生)。固有免疫过度活化产生大量IFN-γ导致STAT1过度活化。IL-22Fc可逆转STAT1/STAT3失衡状态，降低ACLF小鼠的死亡率，还可促进抗菌基因的表达(可能与抗凋亡蛋白Bcl2表达增多有关)。并且发现ACLF患者血清IL-6水平明显降低，而IFN-γ水平显著升高。一项IIb期临床试验显示，IL-22Fc治疗对中度和重度酒精性肝炎患者是安全的，并可改善患者MELD评分[20]。因此IL-22Fc或成为ACLF患者新希望！SIR是ACLF发生及发展的主要驱动因素，并与肝性脑病、肾功能衰竭、肺衰竭、循环衰竭等肝外器官衰竭的发生发展密切相关。其机制与固有免疫的过度激活有关。固有免疫系统可由内源性或外源性炎症因子过度激活导致SIR。随着疾病的进展ACLF患者的免疫状态是动态变化的，并且从促炎状态发展到抗炎状态，系统性炎症综合征(SIRS)和CARS共同驱动ACLF和MOF的发生及发展。Choudhury等[3]在2009年4月～2015年4月进行了一项多中心前瞻性研究，再次证实ACLF患者存在免疫失调和继发性免疫麻痹。Choudhury等[3]研究者还发现患者起病7天新发的SIRS，可促使ACLF患者发生脓毒症、MOF，是患者预后的重要决定因素。在此阶段及时的给予抗炎、调节免疫治疗可以避免脓毒症及多器官功能衰竭发生，改善ACLF患者预后，因此这一时期也被称为ACLF发生、发展过程中的“黄金窗口期”。2018年版中华医学会《肝衰竭诊治指南》将此“黄金窗口期”定义为“慢加急性肝衰竭前期(Pre-ACLF)[1，3]。

4 展望

ACLF是肝衰竭中最常见的类型，病情进展快，病死率极高，发病机制复杂，SIR在ACLF发生及进展过程中起到了重要作用，对ACLF患者预后的影响是毋庸置疑的。Pre-ACLF阶段发生SIR可促使ACLF发展，并决定患者预后，炎症因子是介导SIR的主要因素，若能找到Pre-ACLF阶段特异性炎症因子，则可在Pre-ACLF 阶段识别SIRS，给予积极有效的抗炎及免疫调节治疗，避免ACLF及脓毒血症、多器官功能衰竭的发生，改善患者预后。