脓毒症的病理生理机制及其诊疗研究进展

吴长江

（上海交通大学医学院附属苏州九龙医院 重症医学科，江苏 苏州 215028）

0 前言

脓毒症（sepsis）目前研究是一种因机体感染导致所在宿主反应失控，进而演变成致命器官功能障碍的急危重症，多见于一些合并严重疾病、外伤、昏迷等情况的急危重症患者，机体的病情若进一步严重时便进展为脓毒症休克/感染性休克，其致死率高，是目前急危重症患者的可能主要死亡原因之一[1-3]。2005年，国际上将从无菌的儿童体液分离出病原微生物或病原微生物严重感染所致促炎性因子诱导的SIRS表现的临床综合征定义为儿童脓毒症[4]。脓毒症在全世界范围内具有很高的发病率和致死率（发病数>=1900万/年，其中死亡数约530-600万/年）。而脓毒症的儿童的死亡率约3.5%，且呈现了逐年上升之趋势[4-7]。早期，人们认为脓毒症的发生与细菌和毒素有关，而后的研究提示脓毒症属于一种涉及到宿主、免疫和炎症、凝血功能、微循环和代谢以及细胞功能等多种机制的全身性炎症反应综合征（SIRS），病情若持续发展，则会导致患者则发生休克、严重休克、MODS（MOF）、甚至可能死亡[8-10]。脓毒症的治疗方法也是临床目前需要面临的重大难题之一，但目前临床上常规的治疗方法通常能只能控制患者的病情，总体疗效仍欠佳[11-12]。本文将阐述脓毒症的病理生理机制、诊疗等方面作一综述，具体参见下文。

1 脓毒症的病理生理机制

1.1 宿主反应，促炎反应与抗炎反应的失衡

研究发现，发生感染后的宿主机体会产生SIRS以及CARS这两种应答表现。由脓毒症所造成的组织损伤即是由全身炎症反应综合征（SIRS）以及抗炎性代偿综合征（CARS）这两种应答表现共同作用而引发的[13-14]。

1.2 免疫应答

脓毒症在非特异性免疫应答机制中涉及到自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）、树突状细胞（Dendritic cell，DC）和单核-巨噬细胞的广泛凋亡；适应性免疫机制中牵涉到了T细胞的损耗、调节性T细胞（Regulatory cells，Tregs）的成比例增加和B细胞的耗竭。吴田田[15]等的研究发现：调节性T细胞（Tregs）可在脓毒症晚期引起免疫功能的紊乱。Joon-Sung Kim等[16]发现Genipin可以通过降低T淋巴细胞的凋亡从而在脓毒症晚期发挥着减轻免疫抑制反应的功效。Naeem K Patil等[17]认为脓毒症在机体的病程中表现为细胞毒T淋巴细胞相关抗原-4（Cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4）以及程序性死亡受体1（Programmed cell death protein 1，PD-1）的增加可造成CD8（+）和CD4（+）等免疫细胞的大量凋亡。马瑜红等[18]对发生了脓毒症的小鼠模型实行程序性死亡受体-配体1（Programmed Cell Death-Ligand 1，PD-L1）封闭治疗后，发现这种治疗措施可以显著缓解脓毒症小鼠的免疫麻痹状态。

1.3 凝血功能异常

凝血功能的异常与脓毒症的发生发展息息相关，脓毒症晚期患者常并发DIC[19]。Cheng-Ming Tsao等[20]认为细菌的内毒素和外毒素以及组织因子（Tissue factor，TF）促进了脓毒症患者的凝血功能异常。Teresa Perillo等[21]的研究对脓毒症病例施行补充蛋白 C（Protein C，PC）治疗，结果发现治疗组的病死率明显减低。Toshiaki Iba等[22]认为抗凝血酶（Antithrombin，AT）活性的监测在预测脓毒症并发DIC患者的预后方面发挥了重要作用。国外的一项荟萃分析[23]显示出纤溶酶原激活物抑制剂-1（Plasminogen Activator Inhibitor 1，PAI-1）或许可以作为其中一种预测脓毒症在机体的病程中发生和发展的生物学标志物。

1.4 器官功能障碍

脓毒症常可引发多器官功能障碍[24]。Xie JF等[25]的研究显示伴随急性肺损伤（acute lung injury，ALI）的脓毒症约近半数，且病死率可高达35.5%。脓毒症引起的ALI的发病机制主要涉及血管内皮损伤（氧化应激、细胞凋亡及自噬、炎症反应）以及肺泡上皮损伤两方面[26-34]。有报道合并急性肾损伤（Acute kidney injury，AKI）的脓毒症发病率大约为51%～66.9%，此类预后常不佳[35]。既往认为急性肾损伤（AKI）的发生与肾血流量减少有关，后期的研究发现脓毒症时引发急性肾损伤（AKI）的最主要的发病机制是免疫炎症反应[36-38]。Xiaolin Wang等[39]的研究发现IGFBP7基因的沉默有利于减轻脓毒症小鼠的急性肾损伤。Y Zhang等[40]的研究认为脓毒症引起AKI的早期诊断所需要的生物标志物或许为lncRNA MIAT。Yue Ding，等[41]发现UCP2可改善脓毒症时引发的急性肾损伤（AKI），提示UCP2将成为未来治疗脓毒症时引发的急性肾损伤（AKI）的潜在的治疗靶点。

1.5 线粒体自噬

脓毒症时导致线粒体DNA损伤的原因包括机体活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和促炎性细胞因子的大量释放，以及线粒体膜电位本身的降低，其中线粒体的自噬过程在脓毒症的发生发展中发挥了重要作用[42-45]。线粒体自噬一般主要通过所知的两个途径在脓毒症中发挥了作用，包括Parkin 非依赖性途径和Parkin依赖性途径（最常见）。Dai XG等[46]的研究证实了沉默PTEN诱导的假定激酶（PTEN-induced putative kinase-1，PINK1）后，线粒体的自噬过程将会受到明显抑制；而过表达假定激酶（PINK1），则可通过Parkin依赖性途径明显加强线粒体的自噬过程。Kang R等[47]通过对脓毒症小鼠模型的研究发现Parkin依赖性途径的抑制可加重脓毒症的病情进展。Wu W等[48]认为能促进机体线粒体自噬过程为Fun14结构相关蛋白1（Fun14 domain-containing protein 1，FUNDC1）。Yan M等[49]的研究进一步证实了脓毒症时Fun14结构相关蛋白1（FUNDC1）途径与线粒体自噬之间的紧密关联。Zhang T等[50]的研究指出具有促进线粒体自噬过程的功效的Bcl-2相互作用蛋白3（Bcl-2 interacting protein 3，BNIP3）也是之一。Tong M等[51]的研究认为多聚体的形式也参与机体线粒体的调节过程的为线粒体动力学相关蛋白1（Dynamin related protein 1，Drp1）。Wang Y等[52]发现右美托咪定能提升线粒体中Parkin蛋白表达，进而减轻炎症反应。我国有学者报道[53]丹酚酸A具有下调自噬蛋白PINK1以及Parkin的功效，进而起到保护肺微血管内皮细胞的作用。

1.6 基因多态性

研究发现，不同的机体在SIRS过程中被伤害是存在差异的，因此脓毒症本质上也隶属于一种多基因综合征[54]。研究发现甘露糖结合凝集素（Mannosebinding lectin，MBL）、白细胞分化抗原14（Cluster of differentiation 14，CD14）以及肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor，TNF-α）等的基因多态性与脓毒症患者的疾病易感性以及1个月内死亡率有着密切相关[55-56]。Qin Wu等[57]的荟萃研究分析显示CD14-159C/T多态性中携带T等位基因与脓毒症的预后不良呈正相关关系。Shinshu Katayama等[58]的研究发现PROC-1654T/C 等位基因T或可通过影响凝血功能进而改变脓毒症的病理进展以及预后相关状况。国内有研究[59]发现rs1801282Pro12Ala与脓毒症的病死率呈密切的相关关系。陈力等[60]的研究发现HLA-DRB1基因中的0101-0103以及1601-1602基因型可通过增加炎症因子的产生影响脓毒症的治疗结局。韩冬等[61]的研究发现Toll样受体基因多态性与脓毒症的患者的死亡率也有密切相关。

研究同样发现许多炎性因子可激活NF-κB信号通路进而增强脓毒症病程中的炎症反应[62]。国外甚至有研究[63]认为NF-κB信号通路的活性相比于一些传统指标，能更精准地预测重症脓毒症患者的预后情况。X Chang等[64]通过老鼠的脓毒症模型，证明了细菌内毒素可以通过激活JAK/STAT信号通路进而促进相关因子的产生，进而进一步加重了脓毒症的患者病情。AB Lentsch等[65]的研究发现抑制JAK/STAT信号通路可以减轻脓毒症引发的肝脏损伤和肺脏损伤。Rui An等[66]在脓毒症小鼠的模型中验证了激活PI3K/Akt信号通路后可显著改善了脓毒症引发的心脏损伤。Ning Sun等[67]的脓毒症小鼠模型发现抑制PI3K/Akt信号通路将会造成脓毒症小鼠的病死率升高。但是也有一些研究[68-69]表明PI3K/Akt信号通路的激活将会加重脓毒症引发的肾脏损伤或肺脏损伤。Ying-Yi等[70]的研究发现P38 MAPK信号通路的激活可诱导脓毒症并发症的发生。GY Song等[71]的研究出针对脓毒症实验小鼠进行P38 MAPK信号通路的抑制后，结果发现可以改善脓毒症实验小鼠的预后。Zhi-Feng等[72]发现抑制P38 MAPK信号通路后可以显著减轻了脓毒症对肺微细血管内皮细胞的过度损害。Tianqing Peng等[73]的研究显示MAPK信号通路的抑制可以减少肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的表达水平，进而减轻脓毒症对心肌造成的损害。

2 脓毒症的诊断

自发现脓毒症以来，目前现有相继三个版本的成人脓毒症诊断定义标准以及四个相继的拯救脓毒症运动（Surviving sepsis campaign，SSC）诊疗的相关指南[74]。三个成人脓毒症诊断定义标准详细分别是①1991年由美国重症医学会指定的诊断标准：由感染而导致的SIRS[75-77]；②2001年，脓毒症的诊断标准定义为机体存在确定或高度怀疑的感染，并具备血流动力学、器官功能、组织灌注、全身一般情况、炎性指标等五个方面总计24项诊断指标，但该标准并未在国内外得到广泛应用[78-79]；③2016年，脓毒症定义再次被修订为（简易）：感染导致的器官功能障碍（△SOFA≥2分）[80]，该标准现已成为目前国内外临床上使用最为广泛的脓毒症诊断标准。儿童脓毒症方面也有新的拯救脓毒症运动国际指南[81]。

2.1 生物标志物

2.1.1 急性期蛋白标志物

Póvoa P等[82]的研究发现当CRP的每日最大差值≥41 mg/L且C反应蛋白（CRP）水平>87 mg/L时，预测脓毒症的敏感度为92.1%，特异度为82.1%。Simon L等[83]的荟萃分析发现，降钙素原（procalcitonin，PCT）在诊断因手术后或创伤后所引发的脓毒症方面优于C反应蛋白（CRP）。秦晋铝等[84]的研究发现，可作为脓毒症急性期诊断的蛋白标志物肝素结合蛋白（heparin-binding protein，HBP），当肝素结合蛋白（HBP）的最佳cut-off值设定为19.66μg/L时，其诊断脓毒症的敏感度以及特异度均可超过90%。王承娟等[85]的研究发现，C反应蛋白（CRP）以及降钙素原（PCT）在儿童脓毒症的评估与诊断中发挥了重要作用。曹露露等[86]认为急性期蛋白标志物（PCTCRP）有利于针对脓毒症做出早期诊断。

2.1.2 免疫相关细胞标志物及可溶性受体

Wu Y等[87]的荟萃分析显示可溶性髓样细胞触发受体-1（soluble triggering receptor expressed on myeloid cells-1，sTREM-1）的表达水平会变化为在机体存在脓毒症时则明显升高，其在诊断为脓毒症的特异度以及敏感度均接近80%。Dimoula A等[88]发现，中性粒细胞表面CD64在诊断脓毒症的敏感度和特异度均较高。

2.1.3 其他标志物

周燕南等[89]的研究发现Presepsin可作为一种诊断脓毒症以及评估脓毒症的预后的新的标记物。Masson S等[90]采用回顾性分析的研究方法，验证了Presepsin在脓毒症患者中的表达水平与脓毒症的死亡率呈正相关关系。孙燕燕等[91]发现Presepsin可与C反应蛋白（CRP）以及降钙素原（PCT）等急性期蛋白标志物进行联合检测，进而提高了脓毒症的诊断率。Mihajlovic D等[92]的研究发现一种脓毒症内皮细胞活化得最为特异的标志物之一的内皮细胞特异性分子-1（Endothelial cell specifi cmolecule-1，Endocan）。国内学者赵蓉等[93]的研究认为内皮细胞特异性分子-1（Endocan）可以作为细菌性脓毒症的诊断标志物。徐莎等[94]的研究发现组氨酸糖蛋白（Histidine-rich glycoprotein，HRG）对由细菌所导致的脓毒症的患者诊断效能较高。周增丁等[95]发现乳酸以及血清淀粉样蛋白A等可以在脓毒症的诊断方面发挥较好功效。张芳等[96]的研究发现长链非编码RNA（Long noncoding RNA，lncRNA）在脓毒症的早期诊断意义重大，而且长链非编码RNA（lncRNA）还有利于用于区别脓毒症病情的严重程度。肖婷等[97]的研究提示全血可溶性白细胞分化抗原-14（sCD14-ST）在儿童脓毒症识别上优势明显。曾萍等[98]的研究显示脓毒症患儿体内的内生吗啡的表达水平与脓毒症的病情严重程度呈正相关关系。Wang C等[99]发现血清载脂蛋白A-V（ApoA5）的表达水平越高，脓毒症患者的病情越趋于稳定好转。Liu F等[100]的研究发现，脓毒症患者的支气管肺泡灌洗液中的miR-155表达水平明显高于普通脓毒症为并发急性呼吸窘迫综合征（Acute respiratorydistress syndrome，ARDS）的患者。Risøe PK等[101]使用小鼠构建了脓毒症并发急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的模型后，发现在患病小鼠的血液以及患病小鼠的肺组织中的miR-23a-5p表达水平明显上升。Wu Y等[102]的研究发现脓毒症患儿体内的miR-21以及miR-125b等分子的表达水平明显上升，并且它们与脓毒症时一些炎症相关因子的表达水平呈正相关关系。国外学者Rahmel T等[103]发现脓毒症患者血液中的miR-122分子表达水平越高，则死亡率越高。Wu X等[104]则发现脓毒症的患者体内的白细胞介素-10（IL-10）的分子表达水平与miR-223分子表达水平呈负相关关系。

2.2 多维度的评分标准

目前国内外临床上普遍使用各种多维度评分标准和一些生理参数对脓毒症进行辅助诊断。APACHE Ⅱ评分标准可用于对脓毒症患者病情变化的评价以及疗效的评估[105]。弥散性血管内凝血（DIC）评分标准可对预测脓毒症的预后情况提供一定的依据[106]。小儿逻辑器官功能障碍评分（PELOD-2）包括10个变量以及5个器官功能障碍，PELOD-2可用于对患儿脓毒症进行评估[107]。小儿危重病例评分（PCIS 评分）与小儿多器官功能障碍评分（P-MODS）也常被用于脓毒症患儿的病情评估[108-109]。

2.3 智能化脓毒症预测系统

科技在进步，人工智能在发展，国内外的一些大型三甲医院已经在尝试开发一些智能化的脓毒症预测的系统。Le S等[110]基于机器学习的方法（Machine Learning，ML）开发了一种脓毒症预测系统，可以用于预测儿童脓毒症的发病情况。刘广建等[111]开发的人工智能系统可以实现对儿童脓毒症患者亚型的识别。陈潇等[112]开发了一套在儿童脓毒症中辅助诊断系统，显著提示了脓毒症患儿的诊断准确率。

3 脓毒症的治疗

3.1 基础治疗

脓毒症的基础治疗主要包括在先前的加强液体复苏以及尽可能早期的抗感染。中国脓毒症/脓毒性休克急诊治疗指南（2018）[113]明确指出了液体复苏对于脓毒症的患者的病情控制发挥了非常积极的作用。对脓毒症患者进行复苏时，晶体液的复苏效果显著与安全性系数高，但也应当注意对白蛋白的适当补充[114-115]，还明确说明了脓毒症患者尽早抗感染（静脉用药）的必要性。常用的抗感染药物对脓毒症患者的治疗中发挥了一定的积极作用[116-117]。

3.2 其他药物治疗

血管活性药物的合理使用，将脓毒症患者的平均动脉压调整在65mmHg，可以有效的治疗因脓毒症导致的休克[118，119]。糖皮质激素在纠正由脓毒症所造成的休克方面能发挥积极有效的作用[120]。抗菌肽作为一种具有两亲性阳离子的多肽在脓毒症的治疗中具有一定的前景[121]。由于免疫应答在脓毒症的发生发展中发挥了重要作用，因此一些有关脓毒症的免疫疗法也成为了目前国内外研究的重点[122]。此外，一些中成药制剂（例如血必净注射液）也在治疗脓毒症方面发挥了积极的功效[123]。

4 结语与展望

脓毒症的发病率非常高，病情又进展快，造成死亡率非常高，对国家、社会以及家庭、个人都造成了极大的经济负担及造成不良后果。临床医生需要加强相关培训、不断学习积累、提高救治意识，对脓毒症能做到早期发现、早期诊断、早期治疗，尽早实施集束化的措施，以期改善脓毒症患者的预后。