T淋巴细胞亚群在脓毒症中的研究进展

冀威臣 赵红亮

1 长治医学院,山西省晋城市 048026; 2 晋城市人民医院

脓毒症是指因机体对感染产生的炎症反应失调而引起的器官功能障碍的临床综合征(Sepsis 3.0)。尽管在脓毒症的早期识别、预防和治疗方面取得了显著成效,但脓毒症在发病率和死亡率方面仍居高不下。据报道,全世界每年脓毒症病人总数很可能要超过1 900万,其中每年至少有600万人的重症患者要面临着死亡,病死率在1/6～1/3,而且存活的患者数量中每年约有300万人伴随着神经认知系统功能障碍问题[1]。

脓毒症的发病机制相对复杂,对其深层机制的进一步探索是全球的共同研究热点。关于脓毒症病因的最早思考来自William Osler(1849—1919),其发现某些感染患者显然死于身体对感染的反应,而不是感染本身。随后,许多研究又发现,患者本身的异常免疫抑制状态将影响到脓毒症早期的炎症发生或发展阶段[2],特别可能是由参与免疫反应过程的免疫细胞出现大量异常凋亡而引起免疫抑制反应。脓毒症进展期间的免疫抑制会干扰先天性免疫系统和适应性免疫系统,但已知T淋巴细胞功能在脓毒症进展期间受到最严重的损害。T淋巴细胞作为影响机体免疫应答反应的关键细胞,T淋巴细胞功能紊乱及数量变化在脓毒症发展过程中的作用不可忽视。所以深入了解脓毒症疾病过程中的免疫功能,尤其是T淋巴细胞亚群,将深入了解其机制以及临床对该病的治疗提供理论基础,也有助于提出新的治疗方案。

1 脓毒症与免疫紊乱

为了抵制致病菌的入侵和维持机体内环境的稳定,机体免疫系统进化出精密且合理的自我免疫防御体系:生理屏障和免疫防御体系。生理屏障主要由皮肤及黏膜组成,免疫防御反应则根据应答方式的区别,分为固有免疫和适应性免疫应答。固有免疫包括细胞免疫和体液免疫。单核/巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞、中性粒细胞等参与细胞免疫的细胞,能够选择性通过模式识别受体(Pattern recognition receptors,PRRs)分泌一些促炎细胞因子,诱导激活T淋巴细胞,进一步使得适应性免疫应答出现[3]。另一方面,内源性细胞及组织的损伤成分构成了损伤相关分子模式(Damage-associated molecular patterns,DAMPs),PRRs和DAMPs互相作用,进一步使免疫应答激活,促进炎症反应的激活。同时为了避免炎症反应过强,抗炎反应也发挥重要作用,因此免疫应答的结果取决于促炎反应与抗炎反应相互的平衡与约束。

脓毒症本质上是一种炎症反应引起的应激性疾病,促炎与抗炎反应贯穿疾病过程,与此同时也与机体免疫状态息息相关[4]。目前普遍认为脓毒症是一种低免疫麻痹状态。因此免疫失衡是脓毒症发生与发展的重要环节。虽然免疫失调机制尚未完全阐明,但全身炎症反应综合征(Systemic inflammatory response syndrome, SIRS)/代偿性抗炎反应综合征(Compensatory antiinflammatory response syndrome, CARS)与免疫失衡密切相关[5]。T淋巴细胞可参与调控机体各种免疫应答、全身炎症免疫反应过程等过程,不仅其在SIRS/CARS应答水平的维持系统中具有很重要的作用,而且在抑制免疫麻痹中也发挥重要作用。

2 脓毒症与T淋巴细胞亚群

T淋巴细胞在人体免疫方面起着核心作用,其在胸腺中生长成熟,占外周血淋巴细胞总数的65%～75%[6]。根据T淋巴细胞不同的标记特征和功能可分为CD3+、CD4+、CD8+亚群。其中CD3+是所有T细胞的表面标志,是免疫调节与机体细胞产生自身免疫的基础,可代表T淋巴细胞的数量;CD4+是辅助T细胞(TH)和效应T细胞的表面标志, TH细胞可以直接刺激B淋巴细胞迅速产生抗体,而且可以诱导T淋巴细胞成熟转变或增殖转变为效应细胞,将会增强机体的免疫;CD8+是细胞毒T细胞和抑制T细胞的表面标志。据报道,T淋巴细胞最早在脓毒症发病3h就受到严重影响[7]。当不同T淋巴细胞亚群(CD4+、CD8+)的分布数量及功能代谢变化时,人体会发生免疫失衡,进一步导致脓毒症的发生与发展。因而,从不同T细胞亚群功能来讨论其对脓毒症严重程度及预后判断中的作用,将更广泛、更深入理解脓毒症发生免疫反应的机制。

2.1 CD4+T淋巴细胞亚群 CD4+T淋巴细胞在受多种细胞因子、抗原特性变异过程和多种内分泌激素等多方面作用下,分化成几个不同分子形态类型的细胞亚群,主要有Th1、Th2、Th3、Th9、Th17、Th22、调节性T淋巴细胞(Treg)和滤泡性辅助性T淋巴细胞(follicular helper T, Tfh)等。它们介导的免疫应答主要是通过分泌细胞因子来发挥作用的。这些T细胞亚群则由其分化产生出来的细胞因子不同便分别具有各自的生化特性。而且并不是仅仅通过其亚群细胞的绝对数来代表人体免疫情况,比例的失衡如:Th1/Th2、Th17/Treg也与脓毒症的预后显著相关。本文主要选取Th1、Th2、Th17、Th22、Treg来进行综述。

2.1.1 Th1、Th2细胞与Th1/Th2:CD4+T细胞亚群中最先发现Th1和Th2细胞,Th1细胞在细胞免疫和超敏反应中发挥作用,Th2细胞主要参与体液免疫,二者处于动态平衡。其中,白细胞介素12(IL-12)通过信号转导从而转录激活因子(STAT-4)传递信号影响Th1,而IL-4通过STAT-6传递信号影响Th2。脓毒症的初始阶段Th1细胞增多,在脓毒症的晚期,Th2细胞增多,并且机体表现为抗炎状态。Gupta等[8]在创伤后脓毒症患者的研究中发现,Th2细胞增多可能提示病情更重且预后不良。早在1995年,O’Sullivan等就发现[9]脓毒症导致CD4 T细胞从Th1表型转换为Th2表型,这种脓毒症患者血清中Th1 百分率下降, Th2 百分率升高,Th1/ Th2 比值下降的现象又叫做Th1/Th2 漂移现象。据推测,这种漂移现象可能有助于CARS的发展,从而导致过度炎症和随后的SIRS。Tan等[10]研究发现,由于Th1/Th2比率的偏离可能使脓毒症患者局部炎症加重而导致脑功能障碍。Xue等[11]研究也得出了同样的结论,脓毒症病程中Th2/Th1的升高与预后密切相关,成反比关系,若患者Th2/Th1比值升高持续不降,28d病死率可以达到47.1%。不仅脓毒症患者与健康人相比有差异,许多研究发现,脓毒症休克组患者与普通脓毒症组也有明显差异。穆雪鹍等[12]研究发现,重度脓毒症组患者的Th1百分率、Th1/Th2比值显著低于脓毒症组患者,而Th2百分率显著高于脓毒症组。因此,T淋巴细胞中Th1向Th2转化可使患者发生免疫抑制,且往往与患者预后差相关。

2.1.2 Th17、Treg细胞与Th17/Treg:Th17细胞可以引起促炎症反应,因其可以分泌IL-17和IL-6。值得关注的是,Th17细胞主要与几种自身免疫性疾病有关,包括类风湿性关节炎和多发性硬化症等疾病。然而,Th17细胞也可以抵御病原体,包括真菌和细菌在黏膜表面的定植。Brunialti等[13]通过临床观察发现,脓毒症患者入院时Th17细胞数量较高,但第7天时其数量减少。研究进一步发现严重脓毒症期间Th17免疫反应减弱与死亡率增加有关。因此,在脓毒症的过程中,Th17的缺失对患者有害。

Treg占外周血 CD4+T 细胞的 5%～10%,可以引起抗炎症反应,因其可以分泌大量的TGF-β和IL-10[14]。Treg细胞还可以抑制T淋巴细胞的增殖分裂,导致细胞凋亡延迟和活性增强,是脓毒症后期免疫抑制阶段产生的原因。Treg细胞不仅能在脓毒症患者早期免疫失衡中起到作用,而且其在脓毒症恢复后也存在,这表明Treg细胞贯穿人体脓毒症的整个过程。因此,对脓毒症患者Treg细胞持续关注,有助于对患者病情状态的定量评估和临床预后变化的准确判断。

许多研究指出,脓毒症患者外周的Treg细胞增加,但使其增加的主要原因目前尚无统一结论。Cavassani等[15]认为是其他亚群(即Th1、Th2、Th17和Tfh)优先丢失的结果,但Nascimento等[14]发现脓毒症存活患者的外周循环中存在较高水平的Tregs、IL-33和IL-10,认为IL-33增加了Treg的数量。总之,关于Treg细胞数量的增多原因仍需进一步深入研究,包括受体和细胞因子方面,甚至可能是免疫代谢方面可以解释这个问题。

脓毒症Treg细胞数量增加与预后的关系一直存在争议。Heuer等[16]在脓毒症小鼠模型中发现,转移体外刺激增加的Treg细胞可以加快毒素的清除,进而小鼠存活率将会有所提高,这可能与腹膜中TNF-α产生增加有关。Venet等[17]通过siRNA下调Foxp3表达的研究发现,减少感染宿主的Treg数量和功能可以改善整体免疫功能,但是Kimura等[18]研究发现,减少Treg数量并没有导致生存率的提高。也有研究发现Treg淋巴细胞与死亡率没有直接关系,如Wu等发现严重脓毒症存活组第1天的Treg淋巴细胞计数高于死亡组,然而,在第1天和第7天,存活组和死亡组的Treg/CD4百分比和Treg淋巴细胞计数没有差异,这说明存活组中可能是由于较高的CD4淋巴细胞计数导致较高的Treg淋巴细胞计数。总之,笔者认为Treg细胞在判断预后作用差异可能是与分析时间有关,Treg细胞在脓毒症早期研究更加有助于取得积极的结果。

目前研究发现转化生长因子(TGF)-β参与Th17细胞的分化,而Treg可以分泌TGF-β,这表明Th17细胞与Tregs之间存在密切关系。随后,越来越多的相关研究关注Th17/Treg,并且研究Th17细胞和Treg细胞之间存在的竞争性作用也是目前国内外细胞免疫功能损伤机理的研究热点。Guo等[19]发现脓毒症患者的Th17/Treg细胞比率降低。Gupta等[8]通过研究创伤后脓毒症患者发现,脓毒症休克患者的Th17/Treg比例与脓毒症无休克患者有统计学意义,总结出Th17/Treg比例与患者预后呈正相关。因此,Th17/Treg细胞的失衡是脓毒症的重要病因之一,维持血清中Th17细胞和Treg细胞的数量及比例平衡对自身免疫功能有重要意义。

然而,关于如何平衡Th17/Treg细胞的比值,目前尚没有统一建议。Chen等[20]通过小鼠模型研究发现,Treg和Th17细胞的平衡可以通过血必净注射液来进行调节,可以降低脓毒性休克的死亡率。Guo等[19]研究发现,脓毒症患者的Th17/Treg细胞失衡可以通过血液滤过来减轻。Sun的一项回顾性研究[21]发现早期肠内营养(EEN)可以降低Th17淋巴细胞百分比、Th17/Treg细胞比率,从而抑制脓毒症早期的免疫过度激活。这些发现为治疗Th17/Treg细胞失衡提供了许多方向与策略。

2.1.3 Th22 Th22是近年来找到的辅助T淋巴细胞,目前还主要集中在皮肤病研究,而与脓毒症的研相关究比较少。Th22可以分泌IL-22,在许多肿瘤及自身免疫性疾病中起到促炎的作用。研究表明,Th22 细胞对其他免疫细胞直接影响较小。邓欣雨等[22]在对脓毒症急性肺损伤患者研究中发现,外周血Th22细胞明显升高,表明Th22在脓毒症急性肺损伤方面有诊断意义。因此,研究Th22与脓毒症发生发展的关系将会是脓毒症研究的新方向。

2.2 CD8+T淋巴细胞亚群 CD8+T细胞中的细胞毒性CD8+T细胞可以发挥细胞毒作用。Zhang等[23]研究发现脓毒症患者CD8+T淋巴细胞下降,可能与T淋巴细胞表面程序性死亡因子-1(PD-1)表达显著上调可有关。Tian等通过盲肠穿孔的脓毒症大鼠模型中发现T淋巴细胞亚群中CD3+、CD4+、CD4+/CD8+下降,但CD8+T淋巴细胞仍保持在正常水平。陈俊杰等[24]研究也发现脓毒症患者血清中CD8与健康对照组之间无明显差异。总之,对于CD8+T细胞在脓毒症患者中的意义远不如CD4+T细胞,需要更多的关注与研究。

3 CD4/CD8比值在脓毒症中的临床意义

一般情况下,外周血中CD4+T、CD8+T细胞和CD4+/CD8+比值在正常水平,且其代表的适应性免疫应答处于动态平衡。宋中海等[25]在对脓毒症预后的分析中发现,T淋巴细胞亚群中的CD4+/CD8+可以有效预测脓毒症患者的预后。胡彩珍等[26]也得出同一结论,发现脓毒症患者入院第1天的CD4+/CD8+水平与死亡率呈正相关,CD3+、CD4+、CD8+水平与预后无相关性。但张小彬等[27]的研究却认为T淋巴细胞亚群水平在预测脓毒症患者预后无明显相关性。因此,监测脓毒症患者T 淋巴细胞亚群仍需进一步精细化,以便判断是早期免疫抑制还是免疫系统长期损害影响患者预后。

除了CD4+/CD8+比值与预后关系,目前研究热点聚焦于脓毒症后的肠道损伤。张立等[28]等研究结果显示,仅存在于肠道黏膜的I-FABP与外周血CD3+及CD8+呈负相关,说明脓毒症患者T淋巴细胞亚群与患者肠道损伤情况有关。杨银娟等[29]研究显示脓毒症患者肠道菌群与T淋巴细胞亚群有关,表明脓毒症患者肠道菌群失调会使患者发生炎症反应,进而引起免疫抑制。骆付丽等[30]进一步研究发现,不同细菌感染后,T淋巴细胞亚群会发生不同变化,比如对CD4+/CD8+比值来说,革兰阴性菌感染患者低于革兰阳性菌感染患者,可以推测脓毒症患者T细胞亚群可以为早期鉴别革兰阳性菌及革兰阴性菌感染提供一定参考。因此,进一步研究CD4+/CD8+比值导致肠道损伤的机制,可以更好地指导临床进行早期判断并进行干预,改善肠道微生态,进一步提高脓毒症的预后。

4 结语

T淋巴细胞亚群在脓毒症早期免疫状态调控、预测病情及其发展趋势中占据一席之地,但Treg细胞增加原因以及对脓毒症预后的影响尚无统一共识。因此,继续深入研究T淋巴细胞亚群间复杂的相互调节机制,能够更好地评估脓毒症患者机体的炎症反应和免疫状态,进而有利于患者的治疗和预后。目前关于脓毒症的治疗仍然是早期液体复苏、抗感染等对症治疗,但按指南规范实施上述治疗后,脓毒症患者的预后仍然较差。随着越来越多的对脓毒症发生机制的深入认识,免疫治疗已成为脓毒症的研究方向[7],这为脓毒症患者的治疗提供了新的方向,如免疫检查点调节疗法、细胞因子疗法、以线粒体为靶点的抗氧化疗法等。最让人期待的是,随着对嵌合抗原受体T细胞免疫疗法(Chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy,CAR-T)研究的深入,CAR-T未来可能会在脓毒症的免疫治疗中占据一席之地。