系统性炎症在慢加急性肝衰竭合并急性肾损伤发生发展中的作用

文苑 祝娟娟

相关流行病学调查显示,病毒性肝炎、酒精性肝病、代谢性脂肪性肝病等慢性肝脏疾病患者全球已超过15亿[1],当机体短期内受大量饮酒、病原体入侵、免疫抑制等诱发因素影响,可有肝功能快速恶化、凝血功能障碍等急性肝衰竭表现,这一综合征称为慢加急性肝衰竭(acute-on-chronic liver failure,ACLF)。当前ACLF患者合并肝外器官衰竭的发生受到广泛关注,2021年Mazzano团队[2]对符合欧洲肝脏ACLF研究协会标准的全球30个队列研究人群进行荟萃分析,发现ACLF患者合并急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)的发生率高达49%,ACLF合并AKI患者预后差、院内病死率高,发病机制复杂且多元化[3],有研究提出系统性炎症(systemic inflammation,SI)是ACLF合并AKI的发生发展中重要的致病因素,可推动病情的发展及转归[4]。本文就SI在ACLF合并AKI的发生发展机制进行综述。

一、系统性炎症(SI)

当病原体侵袭或组织损伤过度防御,机体促炎及抗炎平衡向前者倾斜,血清内促炎细胞因子水平增高、免疫细胞活化标志物表达上调,称为系统性炎症[5]。既往系统性炎症反应综合征(systemic inflammation response syndrome,SIRS)定义了感染相关的全身炎症,但SIRS并不能准确敏感地反映全身炎症状态,特别在ACLF的背景下,脾亢引起的白细胞减少、β受体阻滞剂使用可致心率缓慢,使SIRS诊断标准在ACLF的应用受到限制[6],由此,Sepsis-3评分、q-sofa评分、CLIF-SOFA评分在ACLF中的应用相继被提出,其中CLIF-SOFA评分被指出更能预测ACLF患者的感染及器官衰竭障碍[7]。

二、ACLF发生SI的机制

通过对ACLF、肝硬化失代偿期患者血液中如IL-8、IL-6等炎症标志物的检测,发现ACLF患者较后者人群炎症标志物的表达量明显升高,提示炎症的程度与疾病的严重程度具有相关性[8]。当前较大的多学科前瞻性研究在1 071名肝硬化患者中确定了急性肝硬化的三种临床过程,包括代偿期肝硬化、失代偿期肝硬化及ACLF前期,并对其进行血液检测后指出ACLF前期患者处于炎症高峰状态,认为SI为ACLF的重要特征[9],ACLF患者通过感染、细胞死亡等方式诱导SI发生。

(一)感染 感染是ACLF常见并发症之一。Fernandez[10]分析指出ACLF患者发生自发性腹膜炎、肺炎及败血症等感染事件极为频繁,其中以革兰阴性菌大肠埃希菌为最常见病原菌。此外,ACLF患者自身免疫抑制、长期广谱抗生素及糖皮质激素使用、侵入性操作破坏天然免疫屏障,使念珠菌及曲霉菌等侵袭性真菌感染的发生率增加[11],还有其他如病毒、支原体等病原体感染均可引发ACLF患者发生炎症反应。ACLF继发感染而导致SI的机制是多元化的,可主要依据以下三点:①肠道菌群易位;门静脉高压作为ALCF患者的第二病理生理机制,致全身静脉充血,微循环受破坏、肠道上皮结构及黏膜屏障的通透性改变,肠道微生物及其产物可由内皮细胞逃逸而易位至全身循环中表达一种独特且保守的分子结构称为病原体相关模式分子(pathogen associated molecular pattern,PAMP)[12],当PAMP被释放,模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)对其识别以激活固有免疫的发生[13]。当前对PRR的研究以Toll样受体-4(Toll-like receptors4,TLR4)较为成熟,TLR4在辅助蛋白MD2帮助下检测PAMP后可通过骨髓分化初级反应蛋白-88 (myeloid differentiation primary response protein 88,MyD88)依赖途径与β干扰素TIR结构衔接蛋白(TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-β,TRIF)途径向细胞内传递信号,下游炎症介质被释放,细胞因子及干扰素被产生,促进了炎症反应的发生[14]。有研究[15]提出TLR4抑制剂TAK-242可直接与TLR4的结构域结合以阻断信号通路的传导,由此炎症及器官损害获得改善,当与粒细胞集落刺激因子联合使用时,可有效抑制ACLF的炎症并促进肝再生[16],TLR4抑制剂的使用作为当前ACLF新治疗靶点,其安全性及有效性值得进一步研究。②免疫麻痹:ACLF的病程发展中,机体的免疫功能失衡,宿主的免疫细胞缺陷或异常,可表现为感染易感性。髓性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)具有抑制免疫应答的作用,有研究[17]发现,当HBV-ACLF患者发生感染时,循环产物及细胞因子均可引发MDSCs的扩增,使适应性免疫中的T淋巴细胞增殖减少,增加了细菌的易感性。此外,当ACLF患者单核细胞表型改变,有负性免疫调节作用的MER受体酪氨酸激酶(MER-rectortyrosine kinase)表达增加,下调了机体对感染的免疫应答能力,使炎症加重[18]。③遗传因素:基因水平上,单核苷酸变异导致DNA序列差异,影响免疫应答中细胞因子的产生与释放而调节炎症反应,影响疾病的进展。既往对101例肝硬化急性失代偿期及178例ACLF患者分别分析白细胞介素-1基因簇的两个单核酸多态性,发现其多态性与ACLF的易感性相关[19]。同时,也有研究指出NOD-2遗传变异的ACLF患者的90天感染后病死率更高,从而认为NOD-2的基因遗传是感染发生的独立因素[20]。临床发现,ACLF患者较非ACLF患者的感染发生率更高,ACLF中TLR3与干扰素信号通路的基因在中性粒细胞存在差异表达[21],TLR3传导通路的减少可能影响炎症的发生,这一发现为ACLF治疗提供新的思路。

(二)细胞死亡 ACLF患者长期慢性肝病损害基础上叠加急性诱因的发生,此时可无内外源性诱发因素,损伤的器官及组织将会自身释放损伤相关模式分子(damage-associated molecular pattern,DAMP)诱导炎症发生,与PAMP相似,DAMP被特异性PPR识别以介导固有免疫的进一步发生[22]。此外,炎症发生的扳机——炎症小体(inflammasome)的启动及活化可由DAMP开启,促炎症级联反应的发生。炎症小体由受体蛋白NOD样模式受体、接头蛋白凋亡相关斑点样蛋白ASC(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC)及效应蛋白Caspase-1前体三部分组成,依据NOD模式受体不同,炎症小体的类别也不尽相同。炎症小体被启动及活化后,一方面可促进Caspase-1的自我剪切与活化,另一方面完成IL-18和IL-1β前体的剪切与释放,从而启动、维持炎症反应,同时活化后的Caspase-1还可裂解GasderminD蛋白并释放其N端结构域,使其移动到细胞膜致膜孔的产生形成孔隙,细胞外的Na+、Ca+内流,内外渗透压被破坏,胞膜破肿胀裂、细胞死亡,加重并扩大了炎症的范围[23-24]。

三、SI与AKI

正常情况下,肾单位作为肾脏的结构与功能单位,由肾小体及与之相连的肾小管所组成,由异质细胞所构成,系统性炎症时,大量的炎症细胞、炎症因子、趋化因子可通过对肾脏的功能及结构破坏造成肾脏的损伤。

(一)血管活性物质合成 ACLF患者全身高炎症背景下,细胞因子刺激内皮一氧化氮合酶 (endothelial nitric oxide synthases,eNOS) 活性,导致内脏血管内皮细胞过度活跃合成一氧化氮,刺激响应剪切应力,血管内皮生长因子诱导血管舒张。同时,循环中的部分PAMP也具有扩张血管特性,全身内脏血管舒张,机体有效循环减少,激活交感神经系统及肾素-血管紧张素-醛固酮系统,肾入球小动脉收缩,肾灌注减少,肾小球滤过率减低[25-26]。由此,临床上对ACLF合并AKI患者使用特利加压素可有效改善患者生存率,而外源性输注白蛋白提高胶体渗透压扩充血容量、减轻炎症反应及免疫调节,改善循环功能,可减少ACLF患者AKI的发生[27]。在未进行肝移植的情况下,特利加压素联合白蛋白为当前内科常见且推荐的治疗手段,可有效改善患者的肾功能[28],2021年Wong等人[29]将ACLF合并AKI患者以特利加压素联合白蛋白对比安慰剂联合白蛋白的III期实验证实,特利加压素联合白蛋白治疗有效,但存有如呼吸衰竭、恶心及腹痛等不良事件。Anand[30]通过招募连续使用特利加压素的ACLF合并AKI患者,观察其药物使用的安全性及有效性,发现65%患者治疗有效,而存有特利加压素相关不良事件的患者预后常不佳,因此在使用时应仔细监测其严重的不良反应。

(二)免疫介导 SI可通过免疫介导的方式直接造成肾脏的急性损伤。巨噬细胞(macrophage,mac)在不同的组织环境下,被分化为促炎M1型及抗炎M2型而表达各自作用。ACLF患者DAMP及PAMP随循环至肾小管滤过,近曲小管上皮细胞(tubular epithlial cells,TEC)刷缘膜上存有的TLR4可将其识别,促进巨噬细胞促炎表型M1型分化释放溶酶体酶、NO等介质直接介导肾损伤[31]。同时,TEC的表达使氧化应激、线粒体的代谢下降,导致Na+及CL-在肾小管中吸收减少,进入致密斑的增加,肾素-血管紧张素-醛固酮系统被激活,肾小球滤过率下降;另有血浆中存在的炎症因子、脂多糖等物质攻击肾血管内皮的糖萼,这一保护屏障被破坏后脱落,使血小板及白细胞的粘附增加,血流速度降低,血栓由此形成,导致肾血管局部缺陷,肾微循环障碍。此外,血管通透性增加,大量的液体、免疫细胞的侵入加重了肾脏的水肿,加重肾脏炎症及损伤[32]。

(三)细胞代谢改变 ACLF患者于剧烈而又持续的炎症背景下,细胞因子被释放,免疫应答被激活,此时机体为满足炎症及免疫活动发生的高能量需求,优先予其代谢营养物的分配权,抑制了外周器官的营养物质的消耗。为进一步了解ACLF患者代谢改变所致AKI的机制,进一步识别及开展靶向治疗,代谢组学的概念被引入至ACLF中。2020年EASL-CLIF团队[33]对181名ACLF、650名肝硬化失代偿期、43名代偿期肝硬化及29名正常患者进行非靶向代谢检测,发现ACLF患者系统炎症下葡萄糖可优先激活先天免疫细胞产生ATP,线粒体氧化磷酸化被抑制,线粒体功能障碍。研究还比较了318例无器官衰竭的肝硬化患者、105例无肾损伤及168例伴有肾损伤的ACLF患者,发现有肾损伤的特征代谢物明显升高,证明了肾脏损伤与代谢改变相关。基于此数据库重新整理[34],观察ACLF患者系统性炎症与相关代谢呈正相关,血液中的酮源性氨基酸被分解,外周线粒体内β氧化受抑制而代谢低下致器官损伤;炎症时PAMP可诱导下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经而激活糖、蛋白质及脂肪的代谢,协调能量的重新分配,糖代谢及线粒体功能的障碍,导致肾损伤的发生。

四、治疗前景与总结

ACLF合并AKI进展快、短期病死率高,根本性最有效的肝移植或肝肾联合移植治疗费用高昂、肝肾源紧缺,为预防炎症所致AKI的发生、缓解AKI的进程,除特利加压素联合白蛋白等治疗外,基于系统性炎症在其发生发展中的作用,缓解过度全身炎症、调节恢复免疫应答、清除代谢炎症因子等综合“抗炎”治疗被重视。提前预防性抗感染治疗窗,积极控制感染源,其中抗生素利福昔明被证实在预防肠道细菌易位及内毒素血症治疗上有效[35]。人工肝支持系统及肾脏替代治疗可暂时替代部分肝肾功能,以清除炎性介质、细胞因子等物质,补充肝脏合成代谢物质、维持酸碱平衡及内环境的稳定,但不同的人工肝模式、治疗时间与次数、肝肾联合替代治疗的有效性及生存率仍需大量临床研究证实。此外,ACLF存在潜在可逆性,干细胞修复在肝衰竭中治疗前景巨大[36],间充质细胞由静脉输注后聚集于肝脏局部发挥“归巢效应”,分化为新的肝脏功能细胞并起免疫调节作用,也可改善肝脏微环境而起“直接抗炎作用”,提高了ACLF患者的生存率,减少并发症的发生。总之,如何依据患者个体性差异安全且有效地选择治疗方式,仍有极大的研究空间,值得进一步深入探讨。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。