硫化氢介导自噬相关基因在脓毒症肠功能损伤中的作用

中华危重病急救医学, 2020,32(01) : 118-120.

脓毒症（sepsis）是宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍[1]。脓毒症是临床上常见的危重症，尽管对脓毒症的发病机制已有了深入理解，但其病死率仍很高。据相关研究表明，近年来全球范围内脓毒症发病率约为535/（10万·年），而且还在持续上升；院内病死率则高达25%～30%[2]。有研究显示，70%的脓毒症患者因器官功能衰竭而死亡[3]，而肠道在脓毒症多器官功能障碍中发挥始动作用。目前，病因治疗、液体复苏、抗菌药物的使用、血管活性药物应用及抗凝等相关治疗仍是国内外治疗脓毒症的主要措施。尽管如此，这些措施对脓毒症的病死率均未见显著改善。由于脓毒症的发生发展因素众多，机制复杂，治疗比较困难。因此，研究脓毒症的病理生理机制对于改善脓毒症的治疗效果和降低临床病死率具有重要现实意义。

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脓毒症中肠功能的变化

肠道作为脓毒症的重要效应器官之一，是大量细菌及其毒性产物（如内毒素和肽聚糖）的储存库。肠黏膜的屏障功能损害在脓毒症发生发展中发挥重要作用。肠黏膜屏障主要由肠黏膜上皮、肠道内正常菌群、肠道内分泌物和肠相关免疫细胞等组成，共同维持机体内环境稳定。脓毒症时，肠黏膜屏障功能受到不同程度的破坏，极易导致全身菌血症状态[4]。脓毒症时细菌产生内毒素并激活单核/巨噬细胞，分泌肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL-6、IL-8）等促炎因子，这些内源性炎性介质主要导致血管内皮细胞遭受不同程度的损害，加速细胞黏附分子的表达并促进中性粒细胞释放多种蛋白水解酶，损伤多系统组织细胞，造成多器官功能障碍，加剧炎症反应。此外，CD4+T细胞、CD8+T细胞和单核细胞等各类免疫效应细胞在脓毒症时均有不同程度的减少，导致宿主抵抗病原体入侵能力下降，加速脓毒症的进程，最终导致机体逐渐出现缺血缺氧，引起细胞内线粒体氧化功能障碍，从而影响机体代谢过程，危及患者生命。

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自噬（autophagy）及自噬相关基因

自噬是真核细胞生物中一种进化保守的、对细胞内物质进行降解的代谢过程[5]，将选择性胞质成分装入自噬体的双膜囊泡中，利用自噬溶酶体来清除受损或老化的蛋白质、细胞器和有害微生物等。自噬对机体的保护作用主要体现在免受各种病症的影响，如感染、癌症和心脑血管疾病等，并在维持营养及能量稳态、促进细胞生存中发挥重要作用[6]。在饥饿、缺氧、炎症等因素影响下，细胞自噬可被激活。目前研究表明，自噬参与细胞营养代谢、细胞存活和宿主免疫防御反应等多个生理过程，与疾病的发生发展存在密切的关系[7]。自噬小体的形成标志着自噬反应过程的发生，自噬是细胞核内基因调控的反应过程，这些基因通常被称作自噬相关基因，主要有酵母ATG6同源物（Beclin-1）、微管相关蛋白1轻链3（LC3）。Beclin-1基因编码的蛋白是酵母apg6/vps30基因的哺乳动物同源物，是磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）复合物形成的支架蛋白[8]，这种蛋白复合物是自噬体成熟过程中所吸收的最初成分之一，对于自噬是必不可少的。因此，Beclin-1被认为是自噬反应的起始信号分子[9]，在自噬反应过程中起到重要的调控作用。一氧化碳（CO）改善盲肠结扎穿孔术（CLP）动物的预后可能有赖于细胞自噬，当自噬相关基因Beclin-1缺失时，CO对CLP动物预后的改善作用被抑制[10]。LC3被认为是反映细胞质中自噬体含量最合适的标志物，在细胞自噬小体的形成中起修饰作用[11]，主要有LC3A和LC3B两种形式，是构成自噬体内、外膜的基本成分[12,13]，是自噬的关键分子之一。研究表明，CLP后6 h LC3表达增强，并通过消除入侵的病原体调节多种细胞器的功能，避免应激蛋白过度产生，起到保护作用[14]。Beclin-1、LC3是编码自噬相关蛋白的重要基因，通过对自噬相关基因的检测可以从分子水平进一步了解脓毒症中肠黏膜细胞自噬的发生发展过程，为脓毒症的治疗提供依据。

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硫化氢（H2S）在脓毒症治疗中的作用

H2S是继一氧化氮（NO）和CO之后的第3种气体信号分子。NO、CO等气体信号分子与脓毒症发生之间的关系已有大量 道[15,16]。H2S最初被认为是一种无色、有臭鸡蛋气味的有毒气体，长时间、大剂量接触H2S能引起呼吸中枢抑制，从而导致人或动物死亡；但在过去30年中，人类对H2S的认识已发生显著变化[17]。大量体外和体内实验表明，H2S对多种组织和细胞具有保护作用[18,19,20]。H2S可抑制脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）并减轻炎症反应[17]；此外，H2S可以通过抑制核转录因子-κB（NF-κB）的表达[21]，降低TNF-α水平和增加IL-10水平，减轻脓毒症引起的肾损伤[22]。研究显示，H2S可以减轻心肌损伤，并在脓毒症期间对心肌组织发挥保护作用[23]。H2S可以通过多个信号通路激活自噬而发挥作用，如磷酸腺苷依赖性蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（AMPK/mTOR）、PI3K/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（Akt）/mTOR、肝激酶B1/STE20相关衔接蛋白/小鼠蛋白25（LKB1/STRAD/MO25）和微小RNA-30c（miR-30c）等信号转导途径[24]。H2S通过调节AMPK介导的自噬来减轻心肌缺血/再灌注损伤[25]，改善氧化应激和细胞凋亡过程；并通过抑制mTOR调节自噬，减轻非酒精性脂肪肝[26]。因此，H2S在脓毒症炎症和免疫调节中起重要作用。

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自噬在脓毒症中的作用

自噬是抵御微生物攻击的一种天然免疫防御机制，可能通过抑制线粒体DNA（mtDNA）胞质移位而抑制炎性体活化，发挥抗炎作用。有研究表明，增强细胞自噬有助于降低脓毒症动物死亡率，减轻脓毒症相关性肺损伤，起到器官保护作用[27,28]。还有研究表明，自噬活性上调可影响炎症反应过程和免疫细胞的活性及功能，并通过改善器官功能障碍和预后显示出巨大的益处[29,30]。细胞自噬的抑制或缺乏会导致免疫细胞功能障碍和衰竭，造成机体免疫功能紊乱和脓毒症相关死亡率增加[31]。在脓毒症后期，扰乱的自噬过程是免疫抑制的主要原因[32]，这表明细胞自噬可能是脓毒症一个有效的治疗靶点。因此，自噬在脓毒症早期显著升高，并通过促进抗原清除、防止细胞凋亡、调节炎症和影响代谢发挥部分保护作用；然而，自噬活性在脓毒症后期被抑制，这可能与炎症失调、细胞凋亡和线粒体功能障碍有关[33]。

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总 结

综上所述，脓毒症的病理生理发展机制复杂，治疗效果差，临床病死率依然很高。自噬作为细胞内物质代谢的主要途径，与多种疾病的发生发展相关。研究显示，自噬相关基因Beclin-1、LC3的mRNA表达与肺癌、结肠癌、卵巢癌等肿瘤性疾病的发生发展密切相关[34,35,36]，因此自噬在脓毒症发生发展中的作用也逐渐引起研究者的关注。脓毒症的本质是机体感染发生后的免疫功能失衡，大量的研究表明细胞自噬在炎症和免疫发生过程中具有重要的调节作用[37,38,39]。自噬是细胞物质被运送到溶酶体进行降解和循环的基本过程，可以维持细胞稳态及细胞自我更新，自噬异常可能导致不同的病理生理过程。自噬在脓毒症中可能通过清除病原微生物、中和微生物毒素、调节细胞因子释放等机制对机体起到保护作用。H2S作为一种无色、有臭鸡蛋气味的有毒气体，能够通过抑制呼吸中枢导致人或动物死亡，但研究显示，在生理状况下内源性H2S可对外周心血管系统发挥重要的调节作用，静脉注射H2S可产生短暂降低动脉血压和中心静脉压的作用[40]。H2S能否通过影响自噬相关基因的表达对脓毒症肠道破坏起保护作用尚不清楚。因此，研究H2S介导自噬相关基因Beclin-1、LC3的mRNA表达对脓毒症肠道功能损伤的影响，为脓毒症的治疗提供了一个新的方向。