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脓毒症内皮细胞损伤相关生物标志物的研究进展

2021-01-06 249 上传者：管理员

关键词：
内皮细胞
功能
机制
生物标志物
脓毒症
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脓毒症被定义为宿主对感染的反应失调而导致的危及生命的器官功能障碍[1]。脓毒症总体病死率为20%～40%,仍然是全世界医疗系统面临的一个重大挑战。快速和准确的诊断可以尽早制定针对性的治疗策略,这是进一步降低发病率和病死率的先决条件[2]。近年来发现,内皮细胞的损伤和激活可能是脓毒症发生发展过程的核心环节,在脓毒症的病理生理中发挥着重要作用[3]。尽管适当的内皮改变可以帮助调节血管的通透性、止血、聚集白细胞并清除细菌,但严重且持续性的内皮改变会使微循环血流量受损,引起组织灌注不足,导致危及生命的器官衰竭[4]。因此关注脓毒症时内皮细胞的损伤和激活途径,探寻更直观可靠的相关生物标志物,将成为脓毒症诊断和治疗的新靶点。

1、脓毒症与内皮细胞

内皮细胞是由单层内皮细胞、基膜、管腔的胞外基质和糖萼共同组成的血管屏障,可以调节血管舒缩张力、调节细胞和营养物质的运输、维持血液流动性、促进促炎和抗炎介质的局部平衡、参与血管新生并经历程序性细胞死亡[3]。脓毒症时内皮细胞发生结构和功能上的改变主要包括4个方面:内皮细胞屏障功能的改变,白细胞黏附分子的表达,凝血功能改变,血管舒缩功能改变。内皮细胞屏障功能主要取决于糖萼的完整性,糖萼被降解时产生多配体蛋白聚糖-1(Syndecan-1)、硫酸乙酰肝素(HS)、透明质酸(HA)和内皮细胞特异性分子-1(Endocan)等成分,使内皮细胞的通透性发生改变,导致组织水肿[5]。白细胞黏附分子(P-选择素、E-选择素、ICAM-1,VCAM-1)在内皮细胞被激活或损伤后,与白细胞结合后可诱导白细胞移动到内皮细胞表面游走、渗出,参与多种炎症反应[6]。组织因子(TF)表达增高导致凝血酶生成增加、活化蛋白C(APC)及抗凝血酶水平降低导致抗凝抑制、纤溶酶原激活剂抑制剂(PAI-1)等纤溶抑制物水平增高导致纤溶抑制状态,共同造成脓毒症时凝血功能改变[7]。血管内皮舒缩功能改变可造成组织循环灌注不足,内皮素-1(ET-1)、Flt-1、血管紧张素Ⅱ1型受体(AT1R)等血管舒缩因子均可通过作用于血管内皮细胞发挥其生物学功能[8]。此外,内皮细胞微粒(EMPs)在脓毒症后含量可显著增加,可以通过调节一氧化氮、诱导型一氧化氮氧合酶、活性氧族等信号分子影响内皮功能,诱导或促进炎症、弥漫性血管内凝血、免疫抑制和微血管损伤的发生[9]。

2、脓毒症时内皮细胞损伤相关的生物标志物

近年来,寻找脓毒症早期诊断和判断预后的生物标志物成为热点,关于脓毒症早期诊断、判断预后的生物标志物有200多种,但大多数缺乏敏感度和特异度,只有少数在临床实践中真正有用[10]。内皮细胞激活和损伤时产生的生物标志物可以为临床提供诊断、预后和治疗的重要信息从而改善对脓毒症的预后[3]。

2.1肾上腺髓质素前体中段肽(MR-proADM)

肾上腺髓质素(ADM)是一种肽类激素,由包括血管内皮细胞在内的多种器官和组织分泌,具有调节血管张力和内皮通透性的能力。于2018年进行的一项前瞻性的多国观察队列研究显示[11],脓毒症患者早期ADM水平升高与器官功能障碍和病死率显著相关,且尽早使患者ADM恢复至正常值(<70pg/mL)可以提高28d生存率。但ADM半衰期短,生成后迅速从循环中被清除,临床上很难检测到。MR-proADM是ADM前体分子中分离的长度为48个氨基酸的片段,它更稳定且有更长的半衰期,可间接反应ADM水平,有助于早期临床诊断脓毒症,且诊断效率优于PCT和CRP[12]。

Andaluz-Ojeda等[13]研究发现,在序贯器官衰竭评分(SOFA评分)7-12分的患者中,MR-proADM显示出比其他更常用的生物标记物(包括乳酸)对死亡风险有更大的预测价值,并认为在SOFA评分计算不可行的情况下,MR-proADM是鉴别脓毒症与感染的最佳生物标志物。有研究表明,MR-proADM和降钙素原(PCT)联合检测可使脓毒症诊断的阳性率达99.8%,有利于早期诊断脓毒症,对于后续临床治疗有重要意义[11]。

2.2多配体蛋白聚糖-1(Syndecan-1)

Syndecan-1是脓毒症时血管内皮糖萼脱落的一种糖胺聚糖,属于黏附分子跨膜硫酸蛋白多糖家族,是血管内皮糖萼降解的重要标志物[14]。糖萼是位于内皮细胞顶膜的一层绒毛状多糖蛋白复合结构,对维持内皮细胞的通透性及抗凝、抗黏附起着重要作用,并可保护内皮细胞免受氧化应激的伤害[15]。脓毒症发生时,炎性细胞释放大量的酶和反应性物质使糖萼降解,导致血管通透性增强、组织水肿、白细胞黏附增强、血小板聚集和血管舒张功能失调。

有研究发现,在急诊科的早期脓毒症患者中,Syndecan-1水平与器官衰竭的发生显著相关,是预测呼吸衰竭的发生、是否需机械通气和30d病死率的最佳糖萼降解的生物标志物[16]。Ostrowski等[17]的研究发现,Syndecan-1的缺失诱导了促炎内皮表型。血浆中升高的Syndecan-1水平与SOFA评分显著相关,且与生存期呈负相关,具有高度显著性。Murphy等[18]发现,在严重脓毒症患者中,脓毒症相关性急性呼吸窘迫综合征(SARDS)患者循环中Syndecan-1水平较肺源性ARDS患者明显升高,并且升高的Syndecan-1水平与SARDS有相关性,而与肺源性ARDS则无相关性。

2.3血管生成素2(Ang-2)

血管生成素(Angiopoietin,Ang)是一组分泌型内皮细胞特异性生长因子,在炎症、创伤、血管重构、肿瘤等疾病的病理生理过程中起着重要作用。Ang家族目前包括Ang-1、Ang-2、Ang-3、Ang-4,其中Ang-1和Ang-2与机体炎症反应关系密切。Ang-R-Tie2为Ang家族共同的特异性受体,正常情况下,Ang-1在血液中的浓度高于Ang-2,使Ang-1优先与受体Tie2结合,抑制促炎途径,稳定内皮细胞,调节血管通透性。炎性反应时,通过炎性因子的介导明显升高Ang-2的水平,通过竞争性抑制Ang-1与受体Tie2的结合,从而阻断Ang-1-Tie2信号传导,破坏血管稳定性,导致毛细血管完整性受损、通透性增加,引起血管渗漏[19]。

Lymperopoulou等[20]分别检测288例脓毒症患者在入院24h内、第3天和第7天血浆中Ang-1和Ang-2的水平,结果显示,在入院24h内严重脓毒症/脓毒性休克患者的Ang-2的水平明显高于无并发症的脓毒症患者,并且Ang-2水平与衰竭器官数成正比。虽然Ang-1的水平低于健康者,但在脓毒症的疾病进展过程中并无变化。说明脓毒症Ang-2水平与疾病严重程度相关。David等[21]研究发现,在急诊科就诊后1h内从疑似感染患者血浆中获得的Ang-2水平与疾病严重程度成正比,并且可预测72h内脓毒性休克的发展和总病死率。Ang-2临界值为2.86ng/mL时可预测严重脓毒症的发展,敏感度为75%,特异度为56%;Ang-2临界值为3.56ng/mL时可预测脓毒性休克的发展,敏感度为73%,特异度为68%;Ang-2临界值为5.1ng/mL时可预测病死率,敏感度为80%,特异度为80%。

2.4E-选择素(E-selectin)

E-selectin是一种由589个氨基酸残基构成的可溶性白细胞黏附分子,是黏附分子选择素(AMS)家族的重要一员。E-selectin在激活的内皮细胞上表达,与P-selectin结合后促进白细胞沿内皮层滚动,是白细胞与激活的内皮细胞黏附和随后跨越内皮屏障向损伤或炎症部位迁移的先决条件。E-selectin是内皮特异度的,仅在机体受到炎性刺激后水平明显增加,4h左右达到高峰,持续24～48h后脱落进入血液循环成为能够在血浆中检测到的sE-selectin。sE-selectin水平的高低可反映内皮细胞的激活情况[22]。

一项巢式病例队列研究比较了脓毒症患者与因严重感染住院但无脓毒症的患者发现,sE-selectin水平高的患者更容易发展为脓毒症[23]。Suhuetz等[24]进行前瞻性观察研究发现,脓毒症低血压患者sE-selectin的水平高于急诊科入院的低血压非脓毒症患者。Martin-Fernandez等[25]对评估脓毒症与感染风险相关的38个生物标志物(10个与内皮细胞损伤相关)进行研究发现,E-selectin水平升高与感染患者后续发展为脓毒症相关,这表明随着器官功能障碍的发展,内皮细胞损伤的诱导是一个早期事件。

2.5内皮细胞特异性分子-1(Endocan)

Endocan是人脐静脉内皮细胞产生的一种硫酸皮肤素蛋白聚糖(DSPG),主要由人肺血管内皮细胞特异性分泌,在肾血管内皮细胞中也有少量表达。Endocan的分泌与合成受促炎症细胞因子调控,受到TNF-α、IL-1等炎性介质诱导表达。炎症反应时,Endocan与淋巴细胞功能相关抗原-1(LFA-1)相结合,抑制LFA-1与细胞间黏附分子-1(ICAM-1)相互作用,潜在抑制内皮细胞-白细胞黏附从而减少白细胞向炎症部位聚集,因此减少了组织的损伤,尤其是肺损伤[26]。

有研究发现,在脓毒症发生的第1天和第3天,血浆Endocan水平对严重脓毒症或脓毒性休克患者具有很高的诊断价值,诊断界值为≥1.8ng/mL(脓毒症)、≥2.6ng/mL(严重脓毒症)和≥2.9ng/mL(脓毒性休克),敏感度至少达到70%[27]。Mihajlovic等[28]的研究发现Endocan对预测脓毒症最初的器官衰竭和病死率方面更敏感,对器官衰竭和MODS发展的判别能力优于APACHEⅡ评分,对病死率和首发器官衰竭的判别能力优于SOFA评分,表明在入院时Endocan水平能够有效的区分脓毒症引起的器官功能障碍的患者,并可评估严重程度和预后。

2.6可溶性FMS样酪氨酸激酶-1(sFlt-1)

sFlt-1是血管内皮细胞生长因子(VEGF)的可溶性受体,VEGF与其受体结合后才具有生物学活性,起着调节血管生成、内皮细胞迁移及增殖、血管渗透性和血管扩张的作用。sFlt-1能够作为诱骗受体结合VEGF从而抑制VEGF途径,有着抗血管生成、抗水肿及抗炎的生理功能[29]。通常sFlt-1的高水平被认为与内皮细胞的高激活状态相关。

Hou等[30]对早期脓毒性休克患者进行前瞻性研究发现,循环中较高水平的sFlt-1升高与最初24h内病死率增加相关,且持续较低的VEGF水平与较高的病死率相关。有研究发现,在血培养呈阳性的脓毒症患者中,sFlt-1水平显著高于血培养阴性患者[(277.7±52.7)pg/mLvs.(133.4±12.4)pg/mL,P=0.0088],且sFlt-1水平与SOFA评分呈正相关[31]。在脓毒症患者血培养结果转为阴性后,血清sFlt-1水平较前平均下降了37%。

2.7内皮细胞蛋白C受体(EPCR)

EPCR是一种存在于内皮细胞和其他细胞表面的跨膜糖蛋白,通过凝血酶-血栓调节蛋白复合体与内皮细胞蛋白C(PC)结合转化为活化的内皮细胞蛋白C(APC)。APC-EPCR激活蛋白酶激活受体1(PAR1)通过β-arrestin-2启动信号转导,导致磷脂酰肌醇3激酶/AKT生存通路激活、Gi蛋白偶联的鞘氨醇-1-磷酸受体1(S1P1)反式激活和Rac1GTP酶激活。这些APC介导的细胞信号转导起着很强的抗炎、抗凋亡和屏障稳定作用[32]。EPCR和PC的结合减少不仅会导致血栓性疾病,还会导致APC介导的细胞保护作用的丧失[33]。

有研究发现,APC可以和Ang竞争性结合并激活Tie2,通过一种新的途径增强内皮屏障的完整性[34]。Chapelet等[35]研究调查了感染性休克患者血浆可溶性内皮蛋白C受体(sEPCR)水平的变化与预后的关系,结果表明,死亡患者在第1天和第2天的血浆sEPCR水平显著高于存活至出院的患者(P=0.0447和0.0047),并且死亡组第二天的sEPCR水平早期升高,而存活组的sEPCR水平早期降低(P=0.0268)。作者认为,sEPCR在脓毒症的发病机制中起关键作用,且高sEPCR水平及其在第二天时的升高与脓毒症的不良预后相关。

3、展望

脓毒症的发病机制复杂,涉及多系统的共同作用,目前临床上只有相对较少的生物学标志物能被真正应用。内皮细胞在脓毒症发病的主要途径中起着关键作用,研究其病理生理机制对脓毒症的早期诊断、治疗和预后都至关重要。内皮细胞所处的微环境决定了其始终处于损伤和修复的不断变换过程中,将内皮细胞损伤的相关生物标志物与传统生物标志物联合为早期诊断脓毒症及预测预后带来重要意义,并针对内皮细胞损伤进行个体化治疗,为脓毒症的治疗提供了一个新的方向。

马丁,周荣.脓毒症内皮细胞损伤相关生物标志物的研究进展[J].临床急诊杂志,2021,22(01):72-76.