ICU严重免疫失衡疾病——持续炎症-免疫抑制-分解代谢综合征

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ICU严重免疫失衡疾病——持续炎症-免疫抑制-分解代谢综合征

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本文原载于《中华危重病急救医学》2017年第8期



持续炎症-免疫抑制-分解代谢综合征(PICS)描述了患者在脓毒症或创伤等疾病严重打击后期进入慢性危重病(CCI)阶段,表现出严重免疫失衡、营养代谢紊乱和多器官持续受损,需要长期的紧急医疗支持(LTACs)[1]。目前临床医生对PICS的认识仍相对缺乏,警惕意识较差。PICS复杂的病理改变一旦启动将难以逆转,早期识别机体免疫特征性变化是抗击PICS的关键。而对于已进入PICS阶段的患者,需要对机体免疫状态进行准确的判断以指导临床用药。梳理对PICS的认识、总结PICS各免疫环节的特征性变化及探索具备PICS早期识别和免疫状态判断潜力的指标,为PICS的防治提供新的思路。


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PICS概念的演变

19世纪70年代中叶,随着欧美国家腹部刀枪贯穿伤增多,人们认识到腹腔内'不可控感染'可引起多器官损伤。1977年Eiseman提出'多器官功能衰竭'(MOF)这一概念并沿用至今。进入20世纪80年代,人们认识到MOF是由机体炎症反应紊乱引起,并非创伤和感染直接造成。随后几十年的研究表明,MOF具有双相预激和双向免疫失衡的特点,即初始打击后免疫系统预激活,产生全身炎症反应综合征(SIRS)及对抗性的代偿性抗炎反应综合征(CARS),对器官功能影响尚不明显;若病情未得到及时控制,免疫系统将爆发性激活,触发'炎性因子风暴',对器官造成严重打击[2,3,4]。CARS与SIRS相互对抗并逐渐加重的过程,也被称为混合性拮抗反应综合征(MARS)。然而,用MOF无法确切描述重症患者整个病理变化过程,后期提出的'多器官功能障碍综合征'(MODS)也仅仅是对早期MOF进行更有阶段性的描述。对于CCI患者中因免疫失衡和分解代谢等一系列复杂病理生理改变出现持续器官损伤的特殊人群,Gentile等[5]提出了'PICS'这一新概念加以补充阐述。

PICS在上述'SIRS-CARS-MARS'免疫模型基础上进一步发展,机体促炎反应对抗炎反应的优势逐步逆转,最终形成持续低水平炎症和严重免疫抑制,其演化过程参见图1[6]。因此,临床上患者容易出现反复感染、贫血、营养不良、伤口愈合困难和呼吸机依赖。早期提出的PICS诊断标准包括:① 住院时间>14 d;② 炎症反应:C-反应蛋白>150 mg/L;③ 免疫抑制程度:淋巴细胞总数<0.80×109/L;④ 分解代谢:血清白蛋白<30 g/L,前白蛋白<0.1 g/L,肌酐身高指数<80%,住院期间体重下降>10%或体重指数<18 kg/m2[5]。但现阶段这些诊断要素仍存在较多争议,尚需相关研究进一步明确和完善[7,8]

ICU严重免疫失衡疾病——持续炎症-免疫抑制-分解代谢综合征

注:PICS为持续炎症-免疫抑制-分解代谢综合征,SIRS为全身炎症反应综合征,CARS为代偿性抗炎反应综合征,MARS为混合性拮抗反应综合征,MOF为多器官功能衰竭,CCI为慢性危重病,ICU为重症加强治疗病房

图1PICS的演变过程[6]

即使在美国,MODS发生率也高达29%,常见诱发因素包括脓毒症或脓毒性休克、重症胰腺炎、心肺复苏、需手术控制损伤的躯体创伤和严重烧伤[1,9]。重症加强治疗病房(ICU)对各类危重病抢救技术的提高,使大部分患者得以避开MODS早期死亡高峰阶段。不幸的是,幸存下来的老年MODS患者极易演变为CCI,预计有30%~50%将进一步出现PICS,晚期病死率可升高近4倍[10]。如果形容MODS患者是因'急性打击'死亡,PICS患者则是因'慢性衰竭'而死亡,长期反复感染和器官慢性损伤是其最主要的死因[2]。传统治疗支持手段难以逆转PICS进展性的免疫失衡和恶病质状态,这类患者依赖长期的LTACs并逐渐成为ICU晚期死亡的主要人群,严重降低了患者的生存质量,增加了医疗资源的消耗[6]。随着人口老龄化、脓毒症发病率升高,PICS必将成为ICU面临的重要挑战。


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PICS的免疫学特征

2.1 骨髓来源抑制性细胞(MDSCs):

MDSCs是一群不成熟的骨髓源性细胞,生成后迁移分布至淋巴结、肝、脾等非骨髓造血部位。MDSCs可以迅速分化为粒细胞、单核细胞和树突细胞(DCs),具有免疫监视和产生急性炎症的作用。然而,MDSCs在严重打击后出现'应急性骨髓细胞生成',因此被认为是诱发免疫失衡的关键环节[11]。Nacionales等[12]研究显示,老年患者在脓毒症/脓毒性休克或创伤打击后,早期增殖的骨髓细胞无法发挥正常的吞噬和趋化功能。Mathias等[13]对72例脓毒症/脓毒性休克患者观察后发现,MDSCs增殖不仅与重症患者早期死亡有关,而且与住院时间延长相关。多项研究总结MDSCs增殖造成的不利影响主要包括:① 通过增加促炎因子释放、分泌调节活化正常T细胞表达与分泌的趋化因子(RANTES)和巨噬细胞炎性蛋白-1(MIP-1)等调控蛋白、上调活性氧(ROS)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)等多种途径引发慢性炎症;② 耗竭造血干细胞,抑制免疫细胞和其他血细胞生成[1,14,15,16];③ 通过消耗L-精氨酸、分泌白细胞介素-10(IL-10)、促进调节性T细胞(Treg)增殖及抑制CD4+T细胞、CD8+T细胞激活等方式削弱适应性免疫[12,13]。因此动态监测MDSCs对判断PICS患者的病情及免疫功能恶化情况具有潜在价值,但疾病过程中MDSCs不同亚群比例的变化提示将MDSCs作为一个描述机体免疫状态的指标还有进一步探索的空间[17]。

2.2 淋巴细胞

2.2.1 淋巴细胞减少症:

淋巴细胞减少症是PICS免疫失衡的典型特征之一。脓毒症/脓毒性休克打击后淋巴细胞凋亡增加,为髓性造血干细胞提供了增殖分化空间,是'应急性骨髓细胞生成'效应的重要环节[18]。持续进展性的淋巴细胞减少症使机体的免疫功能,特别是适应性免疫遭到破坏,严重影响CCI患者的预后。淋巴细胞减少主要涉及淋巴细胞凋亡和淋巴细胞生成减少两方面。

2.2.1.1 淋巴细胞凋亡:

大量文献已证实,严重打击后CD4+T细胞、CD8+T细胞等效应T细胞凋亡数量增加可反映适应性免疫功能下降,但对数量较少、调控作用关键的Treg细胞所出现的改变,仍存在一定争议。Treg细胞按基因表达大致分为Foxp3+〔包括自然Treg细胞(nTreg)和体外诱导型Treg细胞(iTreg)〕及Foxp3-两类。重症领域对Tregs的研究主要聚焦于nTreg细胞(主要指CD4+CD25+Treg细胞)。目前主流观点认为,脓毒症/脓毒性休克或创伤打击后CD4+CD25+Treg增多并参与免疫的负相调节,增加了重症患者的死亡风险[19,20]。但也有研究显示,脓毒症/脓毒性休克打击后12~24 h内各淋巴细胞亚群数量均减少,其中CD4+CD25+Treg细胞因凋亡减少程度较轻而出现比例升高[21]。Yu等[22]研究表明,Treg细胞在机体受到打击后首先出现一过性凋亡增加现象,随后其数量逐渐升高并超过正常值。提示CD4+CD25+Tregs细胞数量的动态改变对PICS患者免疫阶段的判断可能具有重要价值。

2.2.1.2 淋巴细胞生成减少:

骨髓微环境改变是淋巴细胞生成减少的重要原因之一。一方面,MDSCs持续增殖造成骨髓中造血干细胞耗竭;另一方面,炎症持续作用使骨髓中干细胞生长因子(SCF)和基质细胞衍生因子-1(SDF-1)等有利于淋巴细胞增殖分化的细胞因子大量减少,骨髓细胞因子环境向有利于粒细胞的方向发展。由于骨髓中粒细胞群和淋巴细胞群存在竞争性增殖关系,粒细胞群大量增殖的同时,淋巴细胞群的增殖将受到抑制。因此,分析骨髓环境变化可能是一种潜在的免疫功能检测手段。

2.2.2 CD4+/CD8+比值下降和辅助性T细胞2(Th2)极化:

CD4+/CD8+比值下降和Th2细胞极化(Th1/Th2漂移)也是PICS免疫失衡的重要特征[23,24]。早期研究表明,脓毒症打击后CD4+ T细胞和CD8+ T细胞数量均出现显著下降[25]。但Hotchkiss等[26]发现,CD8+ T细胞并未发生类似B细胞和CD4+ T细胞的大量凋亡现象。由于CD8+ T细胞凋亡程度轻于CD4+ T细胞,因此CD4+/CD8+比值出现显著下降。虽然动物实验和临床研究均表明,CD4+ T细胞比例减少可引起免疫麻痹及诸多并发症,与疾病严重程度相关[23,27],但CD4+/CD8+比值变化带来的临床意义仍需进一步探究。此外,重症打击后CD4+细胞亚群的比值也发生明显改变,出现Th1/Th2漂移(也被称为Th2细胞极化)。Th1与Th2的失衡可能受到Treg细胞升高、细胞因子谱改变、C5a补体耗竭、GR-1+CD11b+细胞群增多、微小RNA-31(miR-31)下调等多个免疫环节的影响[6,20,28]。Th2细胞极化的进一步表现是固有免疫与适应性免疫的失衡,是感染抵抗能力下降和组织器官损伤的重要因素。临床加强分析Th1与Th2的关系将有利于调整治疗措施。

2.3 中性粒细胞:

从初始打击到PICS,患者中性粒细胞数量和功能的变化过程可概括为'中性粒细胞麻痹'。初始阶段中性粒细胞主要表现为不成熟细胞比例增加和细胞靶向作用失控[29,30]。不成熟的中性粒细胞富含弹性蛋白酶、组织蛋白酶和髓过氧化物酶(MPO)等中性粒细胞丝氨酸蛋白酶(NSPs)。NSPs虽可通过非氧依赖保护机制发挥杀伤入侵病原的作用,但同时也会分解C5a受体,阻碍中性粒细胞激活、破坏血管内皮屏障完整性及延迟中性粒细胞胞外诱捕网降解而损伤血管和器官[31,32]。另外,严重感染时C5aR表达减少等免疫改变还使循环中性粒细胞(CNC)定向迁移靶向功能受损[33],导致患者关键感染部位的抗微生物反应并不充分,而其他非感染器官组织却因受过度激活的CNC直接浸润或其细胞因子间接效应而出现损伤[34]。'中性粒细胞麻痹'后期则进入CNC绝对数量减少的免疫妥协阶段。此时,除全身性炎症引起的CNC血管内皮黏附及组织迁移外,免疫抑制引起的CNC凋亡和中性粒细胞骨髓生成缺陷成为'中性粒细胞麻痹'的最主要因素。Bermejo-Martín等[35]研究显示,CNC减少患者28 d存活率明显低于CNC正常者,提示CNC减少严重影响了PICS患者的预后。所以,观察中性粒细胞的数量和功能改变显然对判断机体免疫状态具有极大的价值。

2.4 抗原呈递细胞(APCs)和人白细胞DR抗原(HLA-DR):

疾病发展过程中,APCs经历了由抗炎状态到免疫抑制状态的转变,细胞因子分泌谱出现重大改变,具体表现为IL-10、转化生长因子-β(TGF-β)、前列腺素E2(PGE2)等因子表达增加,,而IL-12、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、γ-干扰素(IFN-γ)等因子表达减少[36,37]。Fan等[36]研究表明,APCs功能的改变是机体病原易感性增加的重要原因。值得注意的是,HLA-DR表达功能下降是DCs和单核细胞等APCs数量和功能改变的关键因素[36,38]。相关研究指出,脓毒症/脓毒性休克打击后机体出现的HLA-DR表达减少可持续28 d以上,HLA-DR表达显著减少的个体DCs和单核细胞出现成熟障碍及免疫活性降低[39,40]。Vester等[41]研究则表明,创伤打击引起的HLA-DR下降可在2周后恢复。推测不同类型的打击对HLA-DR的影响程度可能存在差异。

2.5 补体系统:

现有文献报道的CCI阶段补体改变主要包括两方面:一是持续促炎-抗炎反应造成补体过度激活、裂解和消耗,引起血管和器官损伤;二是持续的补体消耗和严重分解代谢引起补体耗竭[42,43,44,45,46,47]。在补体系统中,C3、C4、C5和B因子代表性较高、研究较多。Andaluz-Ojeda等[48]研究表明,脓毒症/脓毒性休克早期血清C4水平显著下降,病程3~4 d便逐渐恢复至正常水平。这一结果似乎提示C4不具备对PICS的识别作用,但该研究存在样本量较小的问题;作为旁路激活途径关键成分的B因子,被认为是Toll样受体(TLRs)调节的下游效应物之一。脓毒症时TLRs高表达可促进B因子参与形成复合体。虽有研究证明B因子缺乏的小鼠存活率显著提高,器官损伤显著减轻[49],但临床试验表明,旁路激活途径是对抗感染的重要环节,PICS阶段B因子缺乏可能弊大于利[47]。C3和C5作为补体系统3条主要途径的共同通路,对补体反应网络具有极大的影响。Stover等[50]提到,脓毒症/脓毒性休克打击后C3在补体中损耗最为明显。研究表明,C3耗竭的脓毒症/脓毒性休克或严重创伤患者住院时间明显延长,感染和死亡风险明显增加[51,52]。一项动物实验表明,C5缺陷小鼠菌血症发生率约为C3缺陷小鼠的40倍;但有趣的是,该实验显示C5缺陷小鼠存活率却明显高于C3缺陷小鼠[53]。猜测其原因与C5促进下游膜攻击复合物(MAC)合成及C5a介导炎症反应损伤器官有关。

2.6 程序性死亡受体1(PD-1)和程序性死亡受体-配体1(PD-L1):

脓毒症/脓毒性休克患者PD-1/PD-L1、TLRs和细胞毒T淋巴细胞相关抗原-4(CTLA-4)等特殊分子表达异常,是判断机体免疫状态改变的重要指标,其中PD-1系统是近年来研究的热点。PD-1可诱导淋巴细胞凋亡、抑制T细胞增殖、激活和促进IL-10分泌。多项研究显示,脓毒症/脓毒性休克患者体内PD-1/PD-L1在CD4+T细胞、CD8+T细胞和单核细胞表达持续上调,造成适应性免疫发展的关键免疫细胞大量凋亡,从而严重干扰固有免疫向适应性免疫转化[54,55,56]。早期Huang等[57]就发现,PD-1基因敲除的脓毒症小鼠存活率相比普通脓毒症小鼠明显提高。近期研究也表明,CCI晚期死亡患者PD-1较存活患者显著升高[56]。但需注意的是,Shao等[58]一项纳入164例患者的临床试验表明,几类PD-1/PD-L1分子中仅单核细胞的PD-L1上升可增加患者死亡风险。后续研究有必要进一步扩大样本量并延长观察时间以明确PD-1/PD-L1的作用。

2.7 其他免疫环节:

除上述免疫环节的改变外,患者的基因表达模式、'单核/巨噬细胞麻痹'及细胞因子分泌谱等各个层面变化均直接或间接反映了机体的免疫状态,但这些指标的推广还需后期大样本研究进一步明确。


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展望

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