内皮细胞与脓毒症

内皮细胞与脓毒症 第l7卷第3期 2005年6月 生命科学 ChineseBuHefinofLifeSciences Vo1.17.No.3 Jun.,2005 文章编号:1004-0374(2005)03—0236—04 内皮细胞与脓毒症 李磊,汤耀卿 (上海第二医科大学附属瑞金医院外科,上海200025) 摘要:血管内皮细胞是凝血启动和炎症反应激活过程中最重要的效应细胞,而脓毒症的主要病理生 理学变化是严重全身感染引起的炎症反应过度激活及凝血机能障碍.因此,血管内皮细胞活化和功能 障碍是脓毒症发展恶化的中心环节.更好地理解血管内皮细胞功能对于脓毒症治疗的探索及对预防多器 官衰竭和弥漫性血管内凝血发生有重要意义.本文就这方面的研究进展作一简要综述. 关键词:血管内皮细胞:凝血;炎症:脓毒症 中图分类号:Q25:R63l文献标识码:A Endothelialcellsandsepsis LILei,TANGYao—Qing (DepartmentofSurgery.RuijinHospital.ShanghaiSecondMedicalUniversity,Shanghai20 0025,China) Abstract:Endothelialcellplaysacentralroleintheincidenceofsepsis,becauseendothelialce llisthemost importanteffectorcellincoagulationandinflammatoryresponse,andoveractivatedinflam matoryresponse andmalfunctionofbloodcoagulationareinvolvedinthepathogenesisofsepsis.Abetterunde rstandingofthe relationshipbetweenendothelialcellandsepsismayhelpinfindingnewstrategiesforsepsisp reventionand treatment.Studiesoftherelationshipbetweenendothelialcellandsepsisarediscussedinthep resentreview. KeyWOrds:endothelialcell;coagulation;inflammation;sepsis 多器官功能障碍(multipleorgandysfunction syndrom,MODS)和弥漫性血管内凝血(disseminated intravascularcoagulation,DIC)是脓毒症(sepsis)病人 死亡的首要原因[1-2].sepsis时,严重感染能导致全 身炎症反应及凝血系统过度激活,两种反应系统发 展的结果就是MoDS和DIC.血管内皮细胞 凝血激活中起主要作 (endothelialcell,EC)在炎症, 用.本文就EC在sepsis炎症和凝血激活中的作用作 一 综述. 1sepsis与炎症反应 20世纪80年代后,人们逐渐认识到:严重感 染只是"败血症"和多器官功能衰竭(multisystem organfailure,MSOF)的起因,而全身炎症反应过度 激活才是病情发展恶化的机制.在1991年美国胸科 医师协会和美国危重病医学会(ACCP/SCL--q~联席会议 上,首次提出全身炎症反应综合症(systemicinflam— matoryresponsesyndrome.SIRS),并以MoDS的 概念取代了MSoF,以便更加积极地控制病情…. sepsis特指是严重感染引起的SIRS.现已认识到: SIRS/sepsis是致病因素导致的机体炎症反应和抗炎 反应失衡,主要体现在促,抗炎介质产生和释放的 失衡【4】.早期以促炎介质的释放为主,包括TNF一0c, IL一1,IL一6及黏附因子ICAM一1等[5-6],如病情得不 到及时控制,就会出现代偿性抗炎反应综合征 (compensatedantiinflammatoryresponsesyndrome, CARS),甚至混合性抗炎反应综合征(mixedantiin— flammatoryresponsesyndrome,MARS),表现为免 疫及炎症反应紊乱【4】.疾病发展到免疫调节紊乱和 收稿日期:2004.11.22;修回日期:2004—12—22 作者简介:李磊(1972--),男,博士研究生,通讯作者:汤耀卿(1944--),男,教授,博士生 导师. 第3期李磊,等:内皮细胞与脓毒症237 功能失调阶段后,死亡率会显着增加.因此,早 期及时控制炎症反应的放大和失控是降低死亡率, 防止MODS发生的关键. 2sepsis与凝血 凝血途径包括内源性凝血途径和外源性凝血途 径,其中占主导地位的是外源性凝血途径.组织因 子(tissuefactor,TF)是外源性凝血途径的启动因子, 释放入血后能结合FVII,形成TF/FVIIa复合物, 随即激活FX和FIX,同FVa形成凝血酶原酶复合 物激活凝血酶(antithrombin,AT)FII,从而激活凝血 反应[7J.单核细胞,平滑肌细胞及内皮细胞等多种 炎性细胞能表达TF[s】.细菌内毒素,促炎细胞因 子TNF.0【,IL.1等能促进TF表达,启动sepsis病 程中的外源性凝血激活【lo].有研究表明:健康志 愿者及灵长类动物体内注射内毒素后能诱发AT和纤 维蛋白酶的形成,而这种作用能被同时注射组织因 子途径抑制物(tissuefactorpathwayinhibitor,TFPI) 所阻断[1H.在启动凝血的同时,炎症因子还能通过 影响内源性纤维蛋白溶解系统[121,,促使血管内血栓 形成,严重时可发生DIC,加重组织器官损伤. 3内皮细胞激活和功能障碍在sepsis炎症和凝血反 应失调中的作用 EC不仅是血液和组织之间的屏障,而且具有多 种生物活性.EC属于抗原提呈细胞,可以通过表达 MHC-I1分子及改变T细胞的共刺激能力等途径激活T 细胞或B细胞.在炎症及凝血反应中,EC能通过表 达多种炎症介质和凝血调节因子参与作用[8,131】. 3.1内皮细胞在炎症过度激活中的作用 EC参与炎症反应是通过表达多种细胞因子及黏 附因子实现的.sepsis炎症反应放大过程中最重要 的机制之一就是白细胞渗出.这个过程包括白细胞 的趋化,黏附,游走和渗出几个步骤.EC所合成 分泌的IL-8,MCP-1是诱导白细胞趋化的重要因子【】. 白细胞和EC的黏附过程是通过细胞表面的各种黏附 分子间相互作用实现的.EC表面表达的P.选择素 可参与T细胞的黏附;所表达的E.选择素主要参与 单核细胞以及嗜酸性和嗜碱性粒细胞的黏附【.EC 表面的ICAM.1,ICAM.2及VCAM.1都属于免疫球 蛋白超家族,参与淋巴细胞同EC的黏附反应【"】. EC表面表达的黏附因子受多种致炎因素影响,体 外培养的EC可受脂多糖(LPS),TNF.0【及IL.1等 刺激表达黏附因子[181. 3.2内皮细胞参与sepsis凝血的启动,调节及纤溶 系统的激活和抑制 3.2.1凝血的启动在严重感染过程中,凝血反应 启动主要是由TF/FVIIa路径介导的【.TF是一种跨 膜蛋白,可以在多种组织细胞表达.在一些不直接 接触血液的组织细胞中,如大血管外膜,皮下组织 持续表达TF[Sl.正常情况下,TF在直接接触血液 的EC中表达量很低,然而研究发现多种致炎刺激 能使EC表达TF显着增加,如LPS,TNF.0【,IL.1 及佛波酯(Phorbolester)[9-10,191等,从而,可能在 sepsis情况下,启动TF介导的凝血激活. 3.2.2凝血调节EC可以通过抗AT,TF.TFPI和 活化蛋白C三种途径参与凝血活动的调节.AT的抗 凝作用需要肝素的参与.EC表面的氨基聚糖 (glycosaminoglycan,GAG)具有类似肝素样作用【.】, sepsis产生的细胞因子通过降低EC表面GAG表达 而影响AT的抗凝作用.TFPI是生理状态下主要的 抗凝血物质之--[21】,TFPI属于Kunitz型蛋白酶抑 能同FVIIa和FXa以及TF结合形 制剂家族蛋白, 成稳定的四聚体,使TF/FVIIa复合物失活.生理 状态下,多种细胞能合成TFPI,主要有EC,巨 噬细胞,平滑肌细胞及血小板等,其中EC和血管 平滑肌细胞是产生TFPI的主要细胞.体内 50%~80%的TFPI同EC表面糖蛋白链结合并可被肝 素释放;少部分与血浆脂蛋白和血小板结合;极 少数以游离状态存在.LPS及TNF-o~能显着上调EC 表达TF,却不能相应增加TFPI的表达[23-24】,故炎 症状态下凝血能被启动.活化蛋白C(activatedpro— teinC.APC)是一种具有抗凝和抗炎作用的血浆蛋 白,由一个含有155个氨基酸的轻链和一个含有304 个氨基酸的重链组成,正常情况下,以无活性形式 存在于血浆.无活性的蛋白C可以被EC表面血栓 调节素.AT复合物激活形成APC.在有Ca存在的 条件下,EC表面表达的内皮细胞蛋白C受体(EPCR) 能同APC结合并进一步促进蛋白C的活化【,这是 一 个正反馈.sepsis时,EC表面血栓调节素表达下 调,使蛋白C活化障碍. 3.2.3纤溶激活和抑制纤溶系统抑制是sepsis病 程中纤维蛋白沉积和DIC发病的主要因素.参与纤 溶系统激活和抑制的蛋白主要在EC中合成.在 sepsis过程中,对细菌及内毒素最初的反应是合成 和释放纤溶激活物质,但这一过程非常短暂,常迅 速被产生纤溶抑制物质所取代,主要是血浆纤溶酶 原激活物抑制剂.1(PAI.1)[121.所以,在临床上 238生命科学第l7卷 sepsis病人一般观察不到纤溶亢进的表现.体外实 验证实:LPS,TNF.0c和IL.1等促炎物质能增加 EC表达PAI.1【261. 3.3内皮细胞凋亡同炎症和凝血的关系 内皮细胞凋亡在是sepsis病程的一个重要环 节.动物实验表明,血液注射内毒素能引起微血管 内皮损害和血管内皮细胞脱落.在sepsis小鼠肺微 血管中检测到的凋亡血管内皮细胞数量显着增加【28】. 在sepsis患者外周血中也可以检测到脱落EC数量增 加,且增加程度同死亡率相关【29】.内皮细胞凋亡启 动信号和细胞外信号传导途径同炎症和外源性凝血激 活途径有叠加,LPS,TNF及IL.1在激活EC表达 多种炎症因子以及组织因子TF同时,还能诱导细 胞凋亡[3O】.内皮下组织可持续高表达TF,内皮细 胞凋亡脱落后暴露内皮下组织也可促进凝血激活. 不同刺激通过不同信号传导途径诱发凋亡:LPS通 过TLR.4途径,而细菌脂蛋白则通过TLR.2受体途 径【驯;抑制核转录因子NF.I~B激活后可通过降低凋 亡抑制蛋白(IAP)家族表达抑制TNF诱导的凋亡发 生[311,但不影响LPS诱导的细胞凋亡【321.细胞凋 亡的启动同caspase家族蛋白酶的激活有关. 4炎症系统和凝血系统的交互影响以及内皮细胞 的作用 早期促炎介质过度释放是sepsis向恶化方向发 展的主要机制,而在炎症介质表达调控中,核转录 因子NF.I~B激活和核移位是关键的一步[33-34].菌血 症和内毒素作用于EC,单核细胞及巨噬细胞等炎 症细胞后,使胞浆中NF-IcB被其抑制因子DcB释放, 成为具有活性的形式并迅速发生核移位,在细胞核 中寻找特定靶基因启动子区的I~B位点并与之结合, 指导下游基因表达调控【33】.大多数炎症介质,如黏附 分子IC,EC,E.选择素,细胞因子TNF一0c, IL.1,6,8以及NOS等的表达均有其参与调控[34-35]. 过度释放的促炎细胞因子TNF一0c,IL一1等能进一步 导致NF.I~B的激活和核移位【36】,这是在sepsis炎症 放大过程中一个重要的正反馈.在TF的启动子区 也包含一个NF-IcB结合位点【37】.因此,在NF-IcB导 致炎症介质表达的同时TF表达也相应增强,启动 外源性凝血途径. 不但炎症反应能改变凝血机制,而且凝血也能 改变炎症反应激活.FXa,AT和TF等凝血蛋白能 与EC表面的蛋白酶激活受体(proteinaseactivated receptors,PARs)结合激活EC.Anrather等【l4】的研究 表明:AT可引起体外培养EC的NF-tcB细胞核移位 及IL-8,单核细胞趋化蛋白.1,E.选择素和PAI.1 mRNA表达增高.PARs存在于EC,单核细胞,血 小板,纤维母细胞和平滑肌细胞等多种细胞,目前 PAR家族已经有四个成员(PAR.1,PAR.2,PAR.3, PAR.4)被确定,PAR'1,3和4可被AT所激活, PAR.2不能与AT结合,却能被TF/FVIIa复合物, FXa和胰酶激活. 5结语 EC是血液同脏器组织接触的第一屏障,数量 庞大,分布范围广,能表达多种炎症及凝血相关蛋 白和受体.EC过度激活是sepsis时严重感染引起全 身炎症反应和凝血反应过度激活最重要的步骤.如 何控制EC在sepsis发病过程中的过度激活是把炎症 防止MODS和 和凝血反应限制在有利的范围内, DIC发生的关键. 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