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Alpha-2巨球蛋白在与脓毒血症和治疗中的作用

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2019-01-08 17:11:39    来源:    作者:admin

摘要:脓毒血症是由细菌感染导致的系统性炎症反应综合征,其最常见的病因是革兰氏阴性菌感染,但也常常兼有革兰氏阳性菌、病毒等的合并感染。它的病理机制研究尚不明确,肿瘤坏死因子alpha(TNF-a) 通路可能在脓毒血症或许在诊断和预后中发挥重要作用,但基于这些炎症因子,研究者们并没有找到合适的治疗方法,而在脓毒血症休克的病程中,Alpha-2巨球蛋白(A2M)随着病情的发展逐渐消耗。急性期反应是机体发生感染性时的第一步反应,急性反应蛋白对脓毒血症的诊断和预后有重要的指示意义,alpha-2巨球蛋白是最为常见的急性期

 脓毒血症是由细菌感染导致的系统性炎症反应综合征,研究显示全世界每年有2100万人罹患此病,而实际数字应该更高,而脓毒血症的病死率高达30%,据报道,脓毒血症最常见的病因是革兰氏阴性菌感染,但也常常兼有革兰氏阳性菌、病毒等的合并感染[1]。脓毒血症的病理机制研究的尚不明确,肿瘤坏死因子alpha(TNF-a) 通路可能在脓毒血症或许在诊断和预后中发挥重要作用[2],但基于这些炎症因子,研究者们并没有找到合适的治疗方法,而在脓毒血症休克的病程中,Alpha-2巨球蛋白(A2M)随着病情的发展逐渐消耗,这也预示着单独补充A2M可能成为挽救脓毒血症患者的重要治疗方法。

    机体受到炎症刺激后12-48小时这段时间通常称为急性期反应(APR),这段时间内,肝细胞内急性时相蛋白开始合成和分泌,而非急性期蛋白的合成则受到抑制,白介素-6和糖皮质激素是调控急性期反应最为重要的激素,大多编码急性时相蛋白的基因序列中都含有IL-6的受体反应元件和糖皮质激素[3]。此外白介素家族中如IL-11等也可以诱导APR反应,正常机体基本上不会合成急性时相蛋白,而大多数急性时相蛋白的结构以及生物效能还没有相关的研究,C-反应蛋白、A2M,alpha-1抗胰蛋白酶,alpha-1酸性糖蛋白,以及血浆淀粉样蛋白A、P研究比较多,这些物质在正常机体内基本检测不到,但在炎症状态下,其合成和分泌可以达到正常时的10-10000倍,大多数急性时相蛋白都是高度糖基化的蛋白质,生物活性非常稳定,因此,急性时相蛋白成为检测炎症状态的理想指标[4]。在正常机体内,急性时相蛋白的合成的分泌很少也慢,这表明急性时相蛋白是在细胞负反馈的作用下起到抑制病原增殖和限制炎症发展的作用,如alpha-1酸性糖蛋白只有在浓度很高的时候才能发挥高效抗炎作用[5],其他的急性时相蛋白也同样是在高浓度的调价下才可以发挥各自的作用[6]。

    A2M是一种高度糖化的巨球蛋白,有4个亚基构成,分子量725kDa,对大多数蛋白水解酶都具有很强的拮抗作用,对细菌源性的蛋白水解酶也有很强的作用[7]。A2M还可以调节细胞因子的平衡,下调炎性介质的转录和翻译[8],并且在蛋白水解酶的刺激下,A2M发挥着平衡炎症与抗炎的作用,炎症因子如IL-6,IL-1β,TNF-A, 以及抗炎因子如转化生长因子β1都与A2M有密切关系[9]。在脓毒血症发病过程中,通常存在着凝血与纤溶功能的紊乱,形成机体高凝状态,继发血管损伤,并且最终导致多器官功能衰竭导致死亡。同时,炎症反应和下丘脑-垂体-肾上腺轴激活会导致APR,促进机体合成各种急性时相蛋白。在这个过程中,血浆外源性蛋白水解酶的浓度不断升高,对机体细胞造成永久损伤,而A2M的水平却在下降,机体产生A2M的速度赶不上消耗的速度,这或许是脓毒血症不断加重的重要原因[10],A2M同样可以结合如IL-1β,TNF,IL-6,以及低密度脂蛋白受体相关蛋白-1等很多细胞因子,由此亦可以促进许多重要物质如血小板活化因子的活化,输入A2M的抗炎作用已经在A2M基因敲除小鼠和许多系统性炎症中得以证明[11]。脓毒血症的病理模型和对乙酰氨基酚中毒很相似,在对乙酰氨基酚中毒过程中,其高反应性代谢产物N-乙酰对苯醌亚胺大量积蓄,大量消耗谷胱甘肽,从而造成严重的肝肾损伤,治疗方法是使用N-乙酰半胱氨酸来恢复谷胱甘肽的水平,在脓毒血症过程中,A2M大量消耗,如果能够通过给药将A2M在正常生理水平(2~4mg/ml),以去除组织和血液中的外源性蛋白水解酶,脓毒血症的病情就有可能得到控制,将A2M控制在正常水平,也有可能维持体液炎症因子的稳态,并通过激肽释放酶/激肽通路调节凝血纤溶系统血管扩张能力,使之恢复正常水平[12]。同时,在脓毒血症病程过程中,由于CXCR2表达降低,中性粒细胞的趋化运动收到抑制,但A2M可以防止这种情况出现,在败血症病程中,急速升高的指标往往具有抗炎和免疫抑制的作用,很多临床试验只检测一种的炎症介质,没有考虑改善机体所处的免疫抑制状态而没有得出结论,对于脓毒血症患者干扰素γ (IFNγ)治疗收到关注,而输注A2M后的小鼠不仅炎症收到控制,其 IFNγ的水平也得到提高。

Rehman等人在2014年报道了A2M在脓毒血症中的治疗作用[13],使我们对A2M有了更深一步的认识,研究者发现脓毒血症患者血浆A2M水平先升高后降低,这些微粒可能是由中性粒细胞产生的,而脓毒血症痊愈患者血浆中A2M微粒的含量明显高于脓毒血症恶化的患者,显示出对脓毒血症的预后有指示作用,A2M在脓毒血症病程中对机体有保护作用。 Dejager等人[14]曾经对盲肠结扎穿孔小鼠模型(CLP),手术化脓性小鼠模型,和致死性腹膜炎小鼠模型等脓毒血症小鼠模型的研究表明,对小鼠输注A2M可以明显改善脓毒血症小鼠预后。Khan等人[15]对脓毒血症豚鼠研究显示,小鼠注射绿脓杆菌(IFO-3455)1小时后,A2M下降至最高水平的50%,而待血浆A2M下降至最高值的30%时,豚鼠开始出现致命性休克,同样情况可以出现在人类脓毒血症患者身上[16]。接种3个小时后,豚鼠体内的A2M基本已经测不出来,此时再输入A2M抗体后,对4小时之后豚鼠存活时间影响不大。但在试验开始前输入了A2M抗体的豚鼠,基本在输入绿脓杆菌1个小时内全部死亡。同时,对消除血浆A2M的豚鼠在接种绿脓杆菌9分钟内输入大剂量A2M,则成功避免了豚鼠发展成脓毒血症休克。或许这对于人类脓毒血症患者也能达到相同的效果。Dalli等人通过对脓毒血症小鼠输入A2M显示,相比于对照组,A2M具有较强的消炎、抗菌效果,并能降低低体温和死亡的风险。Dalli 等人还发现,A2M可以特异性的结合细胞上的低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP-1),可以与中性粒细胞上的LRP-1结合后可以增强细胞的趋化和粘附能力,从而增强了其抗菌效果,在体外实验中,A2M增强了白细胞对细菌的胞噬作用,增加Cathelicidin抗菌蛋白的合成和分泌,并减轻了内毒素引起的CXCR2下调,并能够保持中性粒细胞的趋化能力,而敲除了LRP-1基因的脓毒血症模型小鼠外源性A2M没能改善的预后[17]。,这些都显示出A2M及其相关通路是机体抗脓毒血症的重要保护机制。

浓度血症炎症免疫应答可分为联系的阶段CARS和SIRS。免疫细胞与病原体的接触可激活单核细胞、巨噬细胞及中性粒细胞等而引起炎症反应。这些激活的细胞释放大量的促炎介质,可引起全身性炎症反应。同时,激活抗炎系统,释放可溶性TNF-a受体,IL-1受体拮抗物,IL-10,IL-4、等。适量的抗炎介质有助于炎症控制,增加对感染的易感性。CARS和SIRS任何一方的失衡都可以对集体产生巨大的损害。表现为炎症-抗炎系统的失衡,常伴有多器官功能衰竭。程应东等[18]应用CLP复制Wistar大鼠脓毒血症模型,术中结扎末端1/3盲肠,18号针头穿刺结扎得盲肠2次,观察术后血清细胞因子TNF-a、IL-10变化。结果发现TNF-a浓度3h开始升高,6h开始显著高于对照值,48h达到峰值水平。研究显示脓毒血症大鼠体内出现炎症介质的升高,但各研究间促炎介质及抗炎介质于CLP术后出现峰值的时间有差异,考虑术后脓毒血症严重程度、持续时间有差异。由此可见,肿瘤坏死因子TNF-a、IL10等因子在脓毒血症中存在着调节作用。而A2M在能与多种分子和离子结合的同时,还能与不少蛋白水解酶结合而影响这些酶的活性。同时还可以输送激素和酶,抑制补体系统,而且最突出的是它能与TNF-a、IL-10等共同协作,共同发挥抗炎作用,所以从这一点看,A2M对脓毒血症早期的控制有着重要的意义。

    综上所述,A2M可以快速而有效的在细胞间传递信号[19],最大程度的降低脓毒血症的风险。所以,在应激状态下,A2M可以用于改善脓毒血症预后,降低脓毒血症的危险系数及严重程度。但A2M在脓毒血症中能发挥多大作用,仍有些问题需要进一步探讨和解决,如A2M受体LRP-1受体的其他激动剂是否可以达到更好的抗炎抑菌效果;以及A2M是否可以应用于其他系统性炎症,如各种自身免疫性疾病,严重创伤等。这些问题还有待进一步的试验及相关研究去证实。

 

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