脓毒症免疫功能紊乱机制研究概况

中国实用儿科杂志2011年12月第26卷第12期
作者单位：深圳市儿童医院儿科研究所，广东深圳518026
电子信箱：rogasan@
文章编号：1005-2224（2011）12-0885-03脓毒症免疫功能紊乱机制研究概况
李成荣
中图分类号：Ｒ72
文献标志码：B
李成荣，主任医师、教授、博士生导师。

从事小儿免疫相关疾病的临床诊疗及科研。

近年主要研究小儿免疫性疾病发病机制。

关键词：脓毒症；免疫紊乱；机制
Keywords ：sepsis ；immunologic dysfunction ；mech-anism
在脓毒症发病机制中，免疫功能紊乱对其发生发展具有重要作用。

但必须指出的是，异常免疫反应仅仅是导致脓毒症炎症反应的因素之一，宿主因素、病原微生物及其毒素的毒力、凝血纤溶系统及神经内分泌异常改变等多种因素均参与脓毒症发病，故只有全面掌握脓毒症炎症反应发病机制才能正确处理脓毒症。

脓毒症免疫发病机制极其复杂，固有（innate ）免疫和适应性（adaptive ）免疫反应均参与发病，所导致的促炎反应/抗炎反应动态失衡是脓毒症进展为严重脓毒症、脓毒性休克和多器官功能不全的（MODS ）的原因之一［1］。

本文扼述脓毒症免疫功能紊乱及其可能的机制，旨在拓宽临床医师治疗脓毒症思路。

1
脓毒症促炎免疫反应
固有免疫（天然免疫或非特异性免疫）反应是机体防御病原微生物入侵的第一道防线，可迅速对病原微生物作出免疫应答。

固有免疫反应涉及到多种免疫细胞和免疫分子，如单核/巨噬细胞（MC ）、树突状细胞（DC ）、天然杀伤细胞（NK ）、中性粒细胞、补体、溶菌酶及细胞因子等。

固有免疫系统中除少数免疫分子（如补体C3旁路、溶菌酶等）可直接参与抗感染免疫反应外，免疫细胞需经其模式识别受体（Pattern recognition receptor，PRR ）识别相应配体后，才能启动固有免疫反应［2-3］。

PRR 识别各种病原体中高度保守的结构，即病原相关分子模式（pathogen-associated molecu-lar pattern，PAMP ），使大量结构各异的病原体能够被数量
有限的识别分子所识别。

其中与脓毒症发展相关的PRR 主要是Toll 样受体（TLR ）。

已发现人类有10种TLR （TLR1-10），广泛分布于各种免疫细胞及非免疫细胞。

不同的TLR 识别不同的配体，如TLR4识别G -菌脂多糖（LPS ）：TLR2识别G +菌肽聚糖（PGN ）及脂质胞壁酸（LTA ）：TLR5识别细菌鞭毛：TLR3（识别病毒产物dsRNA ）、TLR7和8（识别单链病毒RNA ）、TLR9（识别病毒或细菌的非甲基化CPG DNA 序列）主要介导抗病毒免疫反应。

TLR 除识
别外源性配体（PAMP ）外，TLR2和TLR4等尚能识别组织细胞损伤所释放的内源性配体，如热休克蛋白（HSP ）60和HSP70、高迁移率蛋白-1（HMGB-1）、透明质酸和硫酸乙酰肝素组成的低聚糖、纤维结合素等［2-3］，内源性配体对脓毒症炎症级联反应的放大具有重要作用。

TLR 识别配体后发生构象变化，活化下游信号途径传导分子，诱导炎症细胞因子/趋化因子表达，启动固有免疫反应［3］。

若TLR 及其传导途径过度异常活化，则诱发炎症反应。

大量异常产生的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细
胞介素（IL ）-1β、IL-6等炎症细胞因子和趋化因子，可诱导血管内皮细胞高表达细胞黏附因子（ICAM ）等黏附分子及一氧化氮（NO ），并募集中性粒细胞到黏附分子表达部位，造成血管内皮损伤，激活凝血/纤溶系统，导致组织细胞损伤。

组织细胞破坏释放的内源性配体又进一步活化TLR，诱发炎症细胞因子级联反应，严重者可导致脓毒性休克或MODS ［4］。

国内外研究已注意到脓毒症患者MC 等免疫细胞高表达TLR2、TLR4及其信号传导分子，TNF-α、IL-1β等前炎症细胞因子表达水平与TLR 信号途径传导分子表达相一致，表明TLR 信号途径异常活化参与脓毒症的发生发展［5-6］。

导致脓毒症TLR 信号途径及炎症细胞因子过度活化的机制仍不清楚。

病原微生物特性及宿主炎症反应性可能是导致异常活化的重要因素，后者与TLR 信号途径分子及前炎症细胞因子基因多态性有关。

除固有免疫外，适应性免疫（获得性免疫）也参与脓毒症炎症反应，但其发挥作用较前者迟，致炎作用也相对较弱，而抗炎作用相对较强。

适应性免疫反应由T、B 淋巴细胞介导，对于特异性持久清除病原微生物具有重要作用。

抗原提呈细胞（APC，如DC 或MC 等）在消化处理抗原并提呈给T 细胞同时，经TLR 信号途径活化产生的B7-1等共刺激分子和细胞因子可诱导初始T 细胞分化为CD4+辅助性T 细胞（Th ），包括Th1、Th2、Th17及CD4+CD25+FOXP3调节性
T 细胞（Treg ）［7-9］。

TH 细胞及其分泌的细胞因子具有多重
功能，除辅助B 细胞生成抗体及增强CD8+细胞毒性T 淋巴细胞（CTL ）活性外，尚可调节（抑制）免疫反应和诱导炎症反应。

在脓毒症炎症反应中，Th1和Th17参与促炎免疫反应。

Th1主要由IL-12（或IFN-γ）诱导，分泌促炎症因子IFN-γ和IL-2，诱导细胞免疫反应，并可进一步活化MC，促进炎症细胞因子产生。

Th17主要由IL-6诱导，通过分泌IL-17诱导MC，内皮细胞等细胞产生TNF-α、IL-1β、IL-6等多种前炎症细胞因子/趋化因子，参与炎症反应［7-8］。

有
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Chinese Journal of Practical Pediatrics Dec.2011Vol.26No.12
关脓毒症Th17改变的研究尚不多见，我们初步观察注意到婴幼儿脓毒症Th17细胞及分泌的细胞因子IL-17A明显增加，肠道病毒71型感染所致的病毒脓毒症患儿Th17亦过表达，提示Th17持续过度活化可能是导致脓毒症前炎症细胞因子持续增高的原因之一［10-11］。

2脓毒症抗炎免疫反应
脓毒症过程中机体免疫反应并非简单的免疫功能亢进或促炎反应。

实验室检查发现脓毒症患者病程中出现血浆IL-10明显增高、T细胞功能下降、大量免疫细胞发生凋亡等免疫抑制现象，表明脓毒症发展过程存在免疫反应负性调控机制［12］。

导致脓毒症抗炎免疫反应（代偿性抗炎反应综合征，CARS）的机制尚待进一步澄清，目前认为可能主要与下列因素有关：（1）MC数量及功能异常。

MC是固有免疫的主要效应细胞，由于脓毒症促炎反应过程中TNF-α明显增高，机体通过活化诱导细胞死亡机制（AICD），激活Fas介导的凋亡或其他抑制机制，导致MC过度凋亡，TNF-α、IL-1β、IL-6等炎症细胞因子产生下降，抗炎细胞因子IL-10、TGF-β产生明显增加，MHC-Ⅱ类抗原（HLA-DR）表达降低。

HLA-DR低表达与MC功能密切相关，脓毒症患者MCHLA-DR表达持续2天低于30%即可考虑存在CARS。

持续性低表达HLA-DR患者病情危重或预后不好［12］。

（2）DC丢失或功能异常。

DC是专职抗原提呈细胞，亦是启动和调节固有免疫和适应性免疫反应的关键界面细胞，DC数量或功能异常可致免疫功能紊乱。

研究证明脓毒症可导致DC数量耗竭。

Guisset等［13］观察到，脓毒症患者外周血DC数量明显下降，循环DC的数量与病情严重度相关。

脓毒症死亡患者尸检也发现脾DC大量丢失。

实验结果已显示凋亡是脓毒症过程中DC大量丢失的主要原因。

除DC数量外，脓毒症患儿DC功能也发生变化，研究已证实脓毒症过程中DC释放的细胞因子发生改变，促炎细胞因子IL-12产生明显降低，抗炎细胞因子IL-10释放明显增多［12-14］。

（3）Th1/Th2失衡。

由于DC等APC产生的IL-12明显降低，导致Th1/Th2平衡向Th2飘移，Th2细胞产生IL-4、IL-10、IL13等抗炎细胞因子，促进免疫抑制。

（4）Treg细胞介导免疫无反应性。

Treg细胞由TGF-β和IL-6诱导，IL-6对Treg细胞的诱导具有双重作用，低浓度具有诱导作用，高浓度则抑制Treg细胞分化，具有免疫抑制作用。

可通过细胞接触机制或细胞因子（分泌抗炎细胞因子IL-10、TGF-β）抑制APC或T细胞活化，抑制过度免疫反应。

脓毒症病程中由于血浆IL-6水平降低，TGF-β明显增高等细胞因子微环境变化，Treg细胞过度分化，可致免疫抑制。

国内外研究已观察到严重脓毒症患者Treg细胞数量增多及功能增强，提示Treg参与脓毒症抗炎免疫反应［9，15］。

（5）TLR负性调节因子与内毒素耐受。

TLR 作为识别病原微生物的主要PRR，在脓毒症固有免疫的发生发展中居于核心地位。

近来研究显示IL-1受体相关激酶-M（IRAK-M）等多种负性调节因子参与调控TLR传导途径活化过程。

内毒素耐受是指MC等免疫活性细胞初次接受内毒素后，再度接受内毒素刺激其促炎反应降低，TNF-α等炎症细胞因子分泌明显减少。

研究已证实IRAK-M过表达与内毒素耐受有关，IRAK-M通过抑制TLR 信号途径抑制NF-κB活化，从而抑制炎症细胞因子产生。

动物实验发现IRAK-M基因敲除小鼠相对更易抵抗脓毒症导致的免疫抑制，临床观察发现ICU重症患者体外内毒素（LPS）刺激MC，TNF-α产生低下者预后不良，观察外科脓毒症患者也发现机体LPS的反应性（IL-6和TNF-α产生水平）与ICU入住时间、机械通气天数、感染发病率及白细胞计数密切相关［12，16］。

因此，Th2和Treg细胞的功能和数量、IRAK-M等TLR途径负性调节因子在脓毒症发生发展中具有“双刃剑”作用，适度表达可抑制过度炎症反应，避免炎症细胞因子级联反应，若过度表达，则可引起继发性免疫抑制，难以清除原有感染或继发性感染，加重脓毒症病情。

有研究表明，80%以上的脓毒症患者并非死于早期过度炎症反应，而是死于免疫抑制状态的感染［17-18］。

因此，探讨脓毒症免疫抑制机制已成为当前脓毒症研究热点。

3脓毒症免疫功能紊乱
以上资料表明脓毒症促炎反应/抗炎反应失衡是其免疫功能紊乱的主要原因，但是促炎反应和抗炎反应之间是否成线型发展关系，过去看法并不一致。

以往曾认为脓毒症可能存在SIRS和CARS两个免疫反应时相，呈线型发展关系。

早期主要为TNF-α、IL-1β等炎症细胞因子大量产生，激发促炎反应（SIRS）。

其后机体可能处于相对稳定的免疫反应期（混合性抗炎反应综合征：MARS），随脓毒症促炎反应发展，机体启动代偿性抗炎反应机制，IL-10等抗炎细胞因子大量产生以拮抗过度产生的炎症细胞因子，同时炎症细胞因子因合成减少或消耗降解而降低，从而导致CARS［1］。

但这种从SIRS到CARS的线型发展关系模型在临床观察中难以得到证实。

观察脓毒症免疫功能变化，注意到成年脓毒症患者早期即可高表达IL-10等抗炎细胞因子，处于脓毒免疫抑制（以CD14+单核细胞HLA-DR表达＜30%为界定标准）状态患者同时存在超高水平的炎症细胞因子和抗炎症细胞因子［19］。

同样以CD14+单核细胞HLA-DR表达＜或＞30%为标准，观察不同免疫状态下婴幼儿脓毒症前炎症细胞因子/抗炎症细胞因子变化。

我们注意到IL-6和IL-10等促炎或抗炎细胞因子在免疫激活或免疫抑制状态下均持续增高，免疫抑制组炎症细胞IL-6水平表达甚至还高于免疫激活组［20］。

大量动物实验结果亦不支持脓毒症从促炎到抗炎间存在线型发展关系。

目前认为脓毒症抗炎反应在脓毒症一开始就出现，病原微生物通过TLR经MC或DC启动固有免疫反应，MC或DC既可分泌TNF-α等促炎症细胞因子，也可分泌IL-10等抗炎细胞因子，随APC表面刺激分子或细胞因子微环境异常变化，Th1/Th2和Treg/Th17失衡等异常适应性免疫很快发生。

因此，脓毒症既可能存在免疫反应亢进，也可能存在免疫抑
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制，促炎/抗炎反应同时存在，二者的强弱处于不断变化之中，机体处于一种复杂的免疫紊乱和动态失衡中［12，14］（图1）。

而且，这种失衡因个体遗传背景、病原微生物毒力、应用糖皮质激素、抗生素或血液制品（如静脉丙种球蛋白）等多种因素影响而波动。

每个脓毒症患者病程中可能存在不同的免疫状态，了解脓毒症患者免疫功能紊乱的波动性及个体差异性对于成功救治脓毒症具有重要意义。

以往不管个体免疫状态大剂量使用糖皮质激素或TNF-α拮抗剂治疗脓毒症失败的教训是最好的警示。

HLA-DR 表达水平、IL-10/TNF-α比例等是判断体内免疫状态简单有效的方法。

根据个体免疫状态在不同环节采取针对性方法进行精确干预，将有助于恢复体内正常免疫反应，为脓毒症治疗提供新的线索和途径。

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2011-10-29收稿
本文编辑：郭继龙
图1脓毒症促炎反应/抗炎反应相互关系示意图［12］
线型发展模式
SIRS MARS
CARS
SIRS
MARS
CARS
动态失衡发展模式
影响因素：反复感染
手术药物（抗生素、激素、血制品等）基础免疫功能遗传背景并发症（如糖尿病等）
Hour to days Days to weeks
variable
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