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国际麻醉学与复苏杂志,2020,41(02):212-216. DOI：10.3760/cma.j.issn.1673-4378.2020.02.019 脓毒症是指由感染引起的宿主反应失调所导致的、危及生命的器官功能障碍。脓毒症的发病机制涉及早期阶段免疫细胞的异常激活和脓毒症相关的免疫抑制。T细胞是获得性免疫的细胞亚群之一，其数量和质量与脓毒症相关的免疫抑制密切相关。在免疫抑制阶段， CD4+T细胞、CD8+T细胞、Th17细胞、γδT细胞减少并伴有调节性T细胞（regulatory T cells, Tregs）的增多。免疫抑制不仅影响T细胞数量，还通过影响免疫细胞的代谢影响T细胞的功能。细胞的代谢状况可以控制T细胞免疫代谢中通路转换，因此与免疫细胞的活动、生长、分化、增殖紧密相关，并可能决定免疫细胞下一步的功能活动。在不同T细胞亚群，控制免疫代谢的因子同样还会影响免疫表型。所以免疫代谢会决定T细胞的命运和免疫功能。本文对不同T细胞群体在脓毒症时的免疫代谢变化及相关免疫反应进行综述。 1. CD4+、CD8+ T细胞在脓毒症时的免疫代谢变化 静息T细胞和初始T细胞主要通过葡萄糖有氧氧化或脂肪酸有氧氧化产生ATP，满足能量需求。脓毒症时，T细胞代谢发生显著变化，并可导致T细胞凋亡。脓毒症相关的CD4+T细胞和CD8+T细胞凋亡导致脓毒症后期患者淋巴细胞减少，发生免疫抑制，同时增加继发感染的易感性。在脓毒症免疫抑制中，糖代谢的变化、氨基酸合成减少、缺乏应对氧化应激的谷胱甘肽（glutathione，GSH）等发挥重要作用。 1.1 糖代谢 T细胞的葡萄糖摄取受到T细胞受体信号通路和IL‑7信号通路控制。初始T细胞的生长需要IL‑7信号通路，其主要是通过信号转导及转录激活蛋白5（signal transducer and activator of transcription5, STAT5）延迟，持续激活蛋白激酶B（protein kinase B, Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin, mTOR）信号通路，并上调细胞表面葡萄糖转运蛋白1（glucose transporter 1, GLUT1）的表达，促进葡萄糖摄取，阻止细胞凋亡。在发生脓毒症时，IL‑7信号通路在脓毒症导致的免疫抑制中发挥了重要作用。脓毒症时，血清中IL‑7水平降低，T细胞上的IL‑7受体表达减少。血清中IL‑7水平的下降可能会抑制IL‑7通路，导致哺乳动物mTOR信号通路减弱，进而导致氧化磷酸化、糖酵解减少，ATP产生减少，引起T细胞凋亡。而使用IL‑7治疗脓毒症，T细胞会激活mTOR，增加细胞表面GLUT1的表达，增加葡萄糖摄入。以rhIL‑7T为靶向的细胞代谢免疫治疗现已在美国和法国展开临床试验，结果也将于不远的将来发表。 1.2 氨基酸代谢 除了糖代谢变化显著影响脓毒症时T细胞功能，氨基酸代谢同样参与了T细胞在脓毒症相关反应中的功能障碍。在所有氨基酸中，亮氨酸在脓毒症导致的免疫抑制中发挥着重要作用。在脓毒症时，骨骼肌中氨基酸合成减少，其他细胞也出现亮氨酸摄取受损。亮氨酸可以通过亮氨酸感应器（sensor sestrin 2, SESN2）调节mTOR的激活。其具体机制是，在亮氨酸缺乏的情况下，SESN2表现为一个重组激活基因2的GTP酶激活蛋白质（GTPase‑activating proteins toward rags 2, GATOR2）相互作用蛋白，连接GATOR2，形成SESN2‑GATOR2复合物抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mechanistic target of rapamycin complexes 1，mTORC1）信号通路。而mTORC1信号通路调控T细胞激活和效应细胞发挥功能，因此脓毒症患者由于亮氨酸减少导致激活的T细胞缺失而处于免疫抑制的状况。然而，在脓毒症发生1 h后，口服补充亮氨酸也无法增加蛋白质合成，同时也不增加蛋白质生物合成的过程和mTOR信号通路的完全激活。 1.3 GSH代谢 除了以上所述的有关糖代谢的信号通路和氨基酸外，脓毒症时，GSH在T细胞中通过平衡活性氧（reactive oxygen species, ROS），抑制T细胞免疫抑制及细胞凋亡中ROS相关的重要作用。脓毒症时血液循环、肝和肌肉中GSH水平下降。如果T细胞缺乏GSH，开始会表现为正常的激活反应，但由于能量供应和生物合成受损，激活反应持续时间不长。T细胞缺乏GSH，会导致mTOR信号通路受损，激活c‑Myc基因和激活T细胞核因子,阻碍应对炎症时由能量需求改变而引起的免疫代谢重编程。如果GSH长时间缺乏，将造成T细胞能量减少，最终导致细胞凋亡。使用GSH治疗可以增强固有免疫反应，对脓毒症患者起保护作用。但T细胞的GSH下降对T细胞凋亡影响的具体机制还有待进一步深入研究。 2. Th17细胞在脓毒症时的免疫代谢变化 Th17细胞是由CD4+T细胞在特定的细胞因子的情况下分化而来，可以产生IL‑17家族的细胞因子IL‑21和IL‑23。Th17在包括银屑病、炎性肠病、多发性硬化和类风湿关节炎等自身免疫性炎症及癌症中发挥着重要作用。此外，Th17细胞还可以对真菌、细菌等病原体产生防御作用。Th17细胞和Tregs的比例影响炎症的进展与消退。发生脓毒症后，Th17细胞减少，促进免疫麻痹或免疫抑制，增加患者病死率。 在脓毒症时，CD4+T细胞中糖酵解，谷氨酰胺分解增加，激活缺氧诱导因子‑1α（hypoxia‑inducible factor‑1α, HIF‑1α）表达和激活mTOR信号通路，为初始T细胞向Th17细胞分化提供环境。因此在脓毒症早期，Th17细胞数量增加是机体正常的免疫反应，但在脓毒症晚期，Th17细胞死亡，数量减少，促进了脓毒症相关的免疫抑制。临床上的观察也验证了这样一种变化过程。免疫代谢通路主要通过影响Th17数量，进而影响Th17和Tregs间的平衡，影响免疫抑制。 免疫代谢调控还可以通过磷脂酰肌醇3‑激酶（phosphatidylinositide 3‑kinase, PI3K）‑Akt‑mTORC1‑核糖体蛋白S6激酶1（ribosomal protein S6 kinase 1,S6K1）轴抑制Gfi1调控Th17细胞生成。Gfi1是一种锌指蛋白，在转录中发挥抑制作用。另外S6K1会结合维甲酸受体相关孤儿受体yt（retinoic acid receptor‑related orphan nuclear receptor gamma t, RORyt），携带RORyt到细胞核，诱导Th17细胞功能表型的基因。除了S6K1，mTORC1也在Th17细胞产生中发挥重要作用。如果幼稚CD4+T细胞缺乏mTORC1信号通路，Th1和Th17细胞系的分化受阻。此外，AMP‑活化蛋白激酶（AMP‑activated protein kinase, AMPK）作为mTORC1信号通路的负性调节因子，还可通过下游调控作用抑制Th17细胞分化和相关炎症免疫反应。另外，HIF‑1α也是Th17细胞发育重要的调节因子。人和小鼠Th17细胞都高表达HIF‑1α，并与mTORC1一起在生物合成和释放IL‑17中发挥作用，导致Th17细胞增加，并产生炎性反应。 3. 脓毒症时Tregs受免疫代谢的调控 Tregs是CD25+CD4+FOXP3+T细胞。Tregs根据来源不同，可以分为固有型Tregs（natural Tregs，nTregs）和诱导型Tregs（induced Tregs，iTregs）。nTregs起源于胸腺组织，iTregs是幼稚T细胞在特异抗原刺激下诱导分化形成。Tregs持续表达细胞毒性T细胞相关抗原4（cytotoxic‑T‑lymphocyteassociated protein‑4，CTLA‑4）、糖皮质激素诱导的TNF受体（glucocorticoid‑inducible tumor necrosis factor receptor, GITR）和联合叉头/翼状螺旋转录因子（forkhead box P3, FOXP3）。其中，FOXP3是Tregs持续表达的特异性转录因子，同时也是Tregs分化所必须。 Tregs是免疫调节细胞，可以抑制效应T细胞的促炎作用。其中Tregs和脓毒症免疫麻痹密切相关，并增加脓毒症患者病死率。脓毒症期间，组蛋白修饰的FOXP3增加，使T细胞倾向于向Tregs细胞系分化，使得外周循环和脾中Tregs数量增加。发生脓毒症时，机体糖代谢、氨基酸代谢、脂质代谢都会发生变化，并对Tregs产生影响。 3.1 糖代谢 糖酵解过程在Tregs的免疫抑制活动中起重要的作用。在体内，使用2‑脱氧葡萄糖（2‑deoxyglucose, 2‑DG）抑制糖酵解可抑制Tregs的增殖。抑制糖酵解则导致烯醇化酶‑1连接FOXP3，形成FOXP3‑E2，减少Tregs相关的免疫抑制。因此，糖代谢和相关调节因子可能影响Tregs免疫抑制活动所需的下游信号通路的激活。有研究发现，HIF‑1α将减少iTregs分化，其主要通过泛素化下调FOXP3的转录因子，从而抑制iTregs分化。 3.2 脂肪代谢 除了糖代谢，脂肪代谢在Tregs细胞分化中也有重要作用，其中mTOR信号通路和过氧化物酶体激活物增殖受体（peroxisome proliferator‑activated receptor，PPAR）信号通路发挥不同的作用。一方面，Tregs的增殖需要低水平的mTOR信号，发挥功能则需要高的mTOR信号。mTORC1主要是通过甲羟戊酸/甲羟戊酸依赖性的脂质和胆固醇合成来控制Tregs的生长、增殖和功能 。另一方面，PPAR信号通路与脂肪组织Tregs有很大关系，PPAR信号通路可以通过CD36增强脂肪酸摄取和脂肪酸氧化相关的活动，并在脓毒症发病机制和预后中发挥重要的作用。但脓毒症时，PPAR信号通路是如何在Tregs上发挥作用还需要进一步研究。 3.3 氨基酸代谢 相比糖代谢和脂肪代谢，Tregs较少以氨基酸代谢提供能量。与谷氨酰胺、亮氨酸在Teff分化中产生关键作用相似，色氨酸‑犬尿氨酸代谢途径的分解产物犬尿氨酸（kynurenine, KYN）、吲哚胺2，3双氧酶（indoleamine 2,3‑dioxygenase, IDO）等会影响Tregs及机体免疫系统。KYN会通过与芳香族化合物受体结合促进iTregs的产生。IDO导致脓毒症相关性脑病和低血压发生。Gao等的研究发现，IDO抑制剂（1‑甲基左旋色氨酸）对发生脓毒症相关性脑病的小鼠有保护作用。另一研究表明，血浆中KYN还与脓毒症患者CD4+T细胞和CD8+T细胞缺失的免疫抑制相关。但KYN水平对脓毒症中Tregs的影响以及脓毒症期间IDO如何产生影响的研究还需要继续深入。 3.4 瘦素代谢 除了代谢变化，有研究发现瘦素可能对Tregs在脓毒症中的作用产生影响。Bracho‑Riquelme等的研究发现，在脓毒症患者入ICU后的第2天，血清瘦素水平就会升高。Tzanela等的研究发现，长时间的脓毒症患者中瘦素水平下降。Vallejos等的研究发现，瘦素可以改善脓毒症导致的低血压、心动过速、氧化应激爆发、多器官功能障碍，增加生存率。更多的研究提示了瘦素对固有和获得性免疫细胞及免疫系统疾病都有影响。Tregs持续表达瘦素受体（leptin receptor, LEPR），同时也会根据自身情况产生瘦素。瘦素信号通路可激活Tregs细胞的mTORC1信号，抑制Tregs增殖。另外，血清瘦素和LEPR水平的变化与脓毒症动物和患者病死率的变化密切相关。脓毒症早期，瘦素与Tregs上表达的LEPR结合导致mTORC1信号增强，早期抑制Tregs的增殖和减轻免疫抑制。但是在脓毒症后期，由于瘦素水平的降低，循环中没有足够瘦素来刺激Treg细胞上的LEPR，导致mTORC1信号激活，减弱并导致Treg的增殖增加。因此，正如在晚期脓毒症病例中观察到的那样，瘦素在脓毒症晚期加剧免疫抑制，使得这些患者更容易发生继发感染和死亡。现在已有研究将瘦素作为脓毒症预后的预测因子，但瘦素对Tregs的影响还需要我们进一步研究。 4. γδT细胞在脓毒症时的免疫代谢反应 γδT细胞是携带包含γ和δT细胞受体亚基的淋巴细胞。γδT细胞只占血液中淋巴细胞的1％~5％，但大量存在于如肺、皮肤、肠道和泌尿道等容易感染且富含上皮细胞的组织中。γδT细胞具有包括免疫监视、调节伤口修复、增强炎症和预防恶性肿瘤发生等多种功能。而且由于γδT细胞大量存在于上皮组织，因此是抵抗入侵病原体的第一道防线。γδT细胞主要通过产生细胞因子（γ干扰素和TNF‑α）和细胞毒性物质（穿孔蛋白和颗粒酶）两种途径发挥固有免疫反应。Tschöp等发现缺乏γδT细胞的小鼠比野生型小鼠在盲肠结扎穿孔后存活时间减少，此外γδT细胞缺陷小鼠血清中的γ干扰素水平增加，IL‑10的水平降低，T细胞缺陷小鼠肠道的髓过氧化物酶降低且肠道组织损伤严重。 Costa等研究发现，早期活化的γδT淋巴细胞是脓毒症肺损伤中产生IL‑17的主要细胞，并可以降低脓毒症小鼠的病死率。Kasten等研究发现，在脓毒症小鼠模型中，IL‑7通过促进γδT细胞产生IL‑17，加速中性粒细胞的募集。Hu等的研究发现，具有免疫调节作用的谷氨酰胺会影响肺γδT细胞的比例和细胞因子分泌，并防止γδT细胞的凋亡，防止中性粒细胞浸润到肺部，可能部分改善脓毒症引起的急性肺损伤。γδT细胞在脓毒症中的免疫代谢反应尚不完全清楚，需要我们进一步深入研究，其可能成为改善脓毒症免疫反应的新的潜在治疗靶点。 5. 结语及展望 近年来，脓毒症发病率不断增高，带来了巨大的医疗与经济负担。它不但影响机体的基础代谢和能量需求，还影响机体免疫细胞的免疫代谢途径。T细胞是获得性免疫系统的重要细胞，并通过脓毒症早期凋亡和表现出免疫麻痹或免疫抑制参与脓毒症病理生理过程，其在脓毒症中的作用越来越受到重视。而免疫代谢在其中发挥了重要作用。因此，研究脓毒症时T细胞免疫代谢具有很大的治疗潜力。此外，针对T细胞及其代谢的靶向治疗可能为免疫调节治疗脓毒症的精准医疗提供新的思路。 |
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