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本文原载于《中华危重病急救医学》2017年第4期 脓毒症是机体对感染反应失调导致危及生命的器官功能障碍，是感染、烧/创伤、休克等急危重症患者的严重并发症[1,2]。脓毒症的重要特点是非特异性免疫功能障碍和免疫失衡，促炎/抗炎因子分泌失衡对脓毒症患者免疫系统产生复杂影响[3]。单核/巨噬细胞是一类十分重要的非特异性免疫细胞，在脓毒症过度炎症期发挥非特异免疫监视和防御作用，吞噬病菌以及递呈抗原，产生大量细胞因子并进一步激发免疫应答。单核/巨噬细胞激活后产生的大量炎性因子也可以引起机体失控的炎症反应，造成免疫功能严重紊乱[4]；随着病程进展，单核/巨噬细胞也可能处于功能失调状态，称之为免疫耐受或免疫麻痹，其对外界刺激应答减弱，细胞因子分泌减少，对病菌的清除能力下降[5]。应激性代谢对脓毒症的发生发展起重要作用，能影响炎症反应和免疫系统的功能。葡萄糖、脂质和蛋白质等能量物质代谢失调是应激性代谢的重要特点，免疫细胞的表型和激活状态与细胞能量代谢密切相关[6]。研究脓毒症时细胞能量代谢对免疫细胞功能的影响及其调控方式对于揭示脓毒症病理生理机制意义重大[7]，现就此问题进行综述。 1 脓毒症时葡萄糖代谢的特点 1.1 糖酵解： 在脓毒症过度炎症期，单核/巨噬细胞内与糖酵解相关的基因表达增加；而在免疫耐受期，糖酵解水平下降[7]。脂多糖（LPS）刺激巨噬细胞后，雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和低氧诱导因子-1α（HIF-1α）表达增加，能促进糖酵解相关基因表达，还能增加6-磷酸果糖-2-激酶表达，从而促进有氧糖酵解[8]。Tannahill等[9]研究发现，LPS刺激小鼠骨髓源巨噬细胞（BMDMs）能增加葡萄糖转运体1（Glut1）和己糖激酶3的表达，增加糖酵解，促进白细胞介素-1β（IL-1β）表达；使用2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）抑制BMDMs糖酵解可显著减少IL-1β的产生。M2型丙酮酸激酶（PKM2）是糖酵解过程中的一个关键酶，Palsson-McDermott等[10]研究发现，四聚体的PKM2可抑制LPS诱导的小鼠PBMCs激活，抑制有氧糖酵解；二聚体的PKM2能与HIF-1α结合，促进HIF-1α与IL-1β基因启动子结合，从而使HIF-1α依赖的目标基因表达上调，增加炎症反应和有氧糖酵解。此外，抑制PKM2还可降低LPS诱导的内毒素血症小鼠血清乳酸和高迁移率族蛋白B1（HMGB1）表达，减轻疾病严重程度[11]。乳酸是无氧糖酵解的代谢终产物，马国营等[12]研究显示，脓毒症时全身组织和器官灌注不足，血清乳酸水平明显增加，表明乳酸是评估脓毒症严重程度的敏感指标之一。 目前对脓毒症免疫耐受期免疫细胞糖酵解的研究较少。Cheng等[7]研究发现，大肠杆菌、念球菌感染的脓毒症患者和小鼠在免疫耐受期，巨噬细胞糖酵解受到抑制，mTOR相关蛋白磷酸化水平降低，脂肪酸转运体CD36和肉碱棕榈酰转移酶（CPT-1）减少，氧摄取受到抑制，细胞因子产生减少；脓毒症患者康复后，受损的mTOR信号和脂肪酸氧化均有一定程度恢复；用重组人γ-干扰素（IFN-γ）治疗免疫耐受期的真菌性脓毒症患者，巨噬细胞分泌细胞因子的能力可部分恢复，重组人IFN-γ能诱导mTOR表达而增加糖酵解，促进乳酸产生和巨噬细胞向M1型分化，恢复单核/巨噬细胞系统的免疫功能。总之，调节脓毒症免疫耐受期的免疫细胞代谢可能是脓毒症治疗的一个新的研究方向。 1.2 磷酸戊糖途径（PPP）： PPP和糖酵解密切相关，己糖激酶催化葡萄糖转变成葡萄糖-6-磷酸，再经葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的催化，产物进入PPP能产生还原型辅酶Ⅱ（NADPH）用于脂肪酸合成，还能产生核糖-5-磷酸合成核酸。研究显示，盲肠结扎穿孔术（CLP）致脓毒症大鼠腹腔巨噬细胞葡萄糖摄取和乳酸产生增加，PPP中间代谢产物也显著增加[13]。还有研究发现，用LPS刺激小鼠BMDMs后，细胞启动经典激活通路（向M1型分化），PPP部分中间代谢产物增加[14]。景天庚酮糖激酶（SHPK）是连接糖酵解和PPP的关键分子，Haschemi等[14]发现，SHPK上调有利于人和小鼠的巨噬细胞向M2型分化，反之则向M1型分化；LPS刺激小鼠和人巨噬细胞能显著减少SHPK表达。目前，PPP对脓毒症时单核/巨噬细胞功能影响的研究还较少。 1.3 三羧酸（TCA）循环： LPS激活巨噬细胞后，诱导型一氧化氮合酶（iNOS）表达增加，线粒体电子传递链部分靶蛋白的活性下降，从而抑制TCA循环和氧化磷酸化[8,15]。尽管LPS激活巨噬细胞后氧化磷酸化受到抑制，但Tannahill等[9]研究发现，TCA循环的部分中间代谢产物琥珀酸、苹果酸和延胡索酸等却增加。琥珀酸是TCA循环的重要中间代谢产物，可促进糖酵解，对线粒体ATP产生发挥十分重要的作用。琥珀酸还能直接抑制脯氨酰羟化酶活化，促进巨噬细胞产生活性氧簇（ROS），进而提高HIF-1α的稳定性，在炎症条件下使巨噬细胞产生IL-1β增加。琥珀酸主要通过谷氨酰胺γ-氨基丁酸（GABA）旁路产生，抑制GABA旁路能减少琥珀酸，降低LPS诱导的脓毒症小鼠死亡率。与之相反，TCA循环的代谢产物α-酮戊二酸可抑制HIF-1α和IL-1β的产生[9, 16]。 线粒体柠檬酸转运体（CIC）将线粒体TCA循环产生的部分柠檬酸转运到胞质，用于合成脂肪酸，或者由柠檬酸裂解酶分解成乙酰辅酶A和草酰乙酸，产生一氧化氮（NO）、ROS和前列腺素（PGs）的前体花生四烯酸。LPS刺激巨噬细胞后柠檬酸增加而异柠檬酸减少，CIC表达增加。而小干扰RNA（siRNA）或1，2，3-三羧基苯抑制CIC能减少LPS刺激的巨噬细胞产生NO、ROS和PGs[17]。 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）是TCA循环中重要的递氢体，能作用于去乙酰化酶从而调节炎症反应。去乙酰化酶1（Sirt1）通过去乙酰作用抑制核转录因子-κB（NF-κB）p65亚基。LPS激活巨噬细胞后，NAD+减少能影响Sirt1的功能，提高NF-κB相关信号传递[9]。Sirt1还能影响促炎转录因子活化蛋白-1（AP-1）的激活，作用于其c-Jun和c-Fos亚基，影响AP-1依赖的环加氧酶-2基因转录，抑制PGs合成。Sirt1能通过去乙酰化作用促进自噬相关基因的表达，有利于调控线粒体的数量并清除受损线粒体，减少ROS产生，抑制炎症反应[18]。Sirt1还能通过激活过氧化物酶增殖相关受体γ共激活因子1β（PGC-1β），促进线粒体生物合成，增加氧化磷酸化[19]。上述研究表明，处于过度炎症期的单核/巨噬细胞TCA循环和氧化磷酸化在一定程度上受到抑制，但其代谢中间产物对免疫细胞的功能有重要影响。 2 脓毒症时氨基酸代谢的特点 氨基酸主要用于蛋白质合成，也能转变成糖或酮体产生ATP。Su等[20]通过观察35例严重脓毒症患者血清氨基酸含量的变化发现，脓毒症患者血清精氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸等增加，瓜氨酸、组氨酸、亮氨酸、赖氨酸等减少，其中含硫氨基酸尤其是牛磺酸显著减少；相关性分析显示，血清牛磺酸和胱氨酸水平与脓毒症患者病死率呈负相关。牛磺酸可以减少ROS的产生，也能间接清除ROS，发挥抗氧化作用，通过限制免疫细胞的过度炎症反应而保护机体，因此，牛磺酸有利于脓毒症患者的康复[21]。氨基酸的变化可影响免疫细胞的功能，补充氨基酸可能有利于脓毒症患者的康复。 M1型巨噬细胞表达iNOS，iNOS以精氨酸为底物，利用氧气生成NO和瓜氨酸，瓜氨酸通过精氨酸琥珀酸合成酶（ASS）和精氨酸琥珀酸裂解酶（ASL）的催化作用，经尿素循环生成精氨酸，并释放NO，形成瓜氨酸-NO循环。M2型巨噬细胞表达精氨酸酶，将精氨酸水解成鸟氨酸和尿素，抑制NO的合成。LPS或IFN-γ刺激小鼠巨噬细胞后，ASS和ASL表达增加，可促进精氨酸和NO的合成[22]。脓毒症时，瓜氨酸合成减少，但分解增加，体内瓜氨酸含量进行性降低是巨噬细胞功能受抑的原因之一；而补充瓜氨酸可以改善和提高内源性精氨酸及NO的合成，从而改善脓毒症预后[23]。Wijnands等[24]研究发现，LPS可诱导精氨酸酶-1基因敲除小鼠腹腔巨噬细胞炎性因子产生增加，胞内L-精氨酸聚集增加，iNOS和NO增多；iNOS缺乏的巨噬细胞对LPS的刺激反应低下。精氨酸酶-1能抑制巨噬细胞炎症反应，而iNOS却能促进炎症反应，二者对于炎症条件下的巨噬细胞功能有很大影响。黄乐乐等[25]通过对重症加强治疗病房（ICU）脓毒症患者的研究发现，精氨酸可以提高脓毒症患者人白细胞DR抗原（HLA-DR）/CD14+单核细胞和免疫球蛋白表达，缓解脓毒症患者免疫抑制状态，调节免疫细胞功能。 关于谷氨酰胺对脓毒症时免疫细胞功能影响的研究较多。de Oliveira等[26]通过建立营养不良大鼠CLP脓毒症模型，并于术后1 h静脉给予谷氨酰胺发现，肺内中性粒细胞浸润减少，肝脏和肺脏巨噬细胞凋亡减少，认为谷氨酰胺可减轻脓毒症大鼠炎症反应，减少细胞凋亡，以及减轻肺脏和其他器官的损伤。骆彬等[27]通过腹腔注射LPS构建小鼠脓毒症模型，发现谷氨酰胺可以增加脓毒症小鼠血清和肝组织超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，减少丙二醛（MDA）含量，降低脂质代谢，减轻组织和细胞的氧化应激损伤。de Silva Lima等[28]通过低蛋白质饮食的方法构建蛋白质-能量营养不良小鼠模型，用不同浓度谷氨酰胺培养其腹腔巨噬细胞24 h后予以LPS刺激，发现巨噬细胞在高浓度谷氨酰胺干预的条件下肿瘤坏死因子-α（TNF-α）产生显著减少，谷氨酰胺还能负性调控NF-κB信号，表明蛋白质营养不良可干扰巨噬细胞的激活。Houdijk等[29]通过一项单中心随机对照临床研究发现，富谷氨酰胺肠内营养可显著降低严重感染患者的病死率，其保护作用可能与急性炎症期谷氨酰胺消耗增加相关，即胞内储存的谷氨酰胺被过度利用可能影响免疫细胞的功能。 3 脓毒症时脂肪酸代谢的特点 脓毒症时巨噬细胞脂肪酸β-氧化是一个重要的代谢过程。IL-4激活巨噬细胞向M2型分化，激活PGC-1β、信号转导蛋白和转录激活物6，从而增加脂肪酸β-氧化和线粒体生物合成，促进脂肪酸摄取和氧化以及中链脂酰辅酶A脱氢酶、CPT-1和CD36的表达，抑制促炎因子分泌和糖酵解。M2型巨噬细胞的腺苷酸活化蛋白激酶活性增加，可促进巨噬细胞氧化磷酸化和脂肪酸β-氧化[30]。Cheng等[7]研究发现，严重脓毒症患者免疫耐受的巨噬细胞调节脂肪酸β-氧化的基因转录减少，CPT-1和CD36表达降低，患者康复后上述指标可一定程度得以恢复。 改变免疫细胞的脂肪酸代谢可能是改善脓毒症患者预后的潜在方法。Chen等[31]通过静脉注射LPS构建内毒素血症大鼠模型，发现他汀类药物预处理能够减少血清TNF-α，增加IL-10和NO产生，抑制脓毒症大鼠多器官损害，提高大鼠生存率。任宏生等[32]给CLP大鼠补充阿托伐他汀，发现其可减少大鼠血浆TNF-α、IL-1β和HMGB1表达，减轻肺脏病理损害，提高大鼠生存率。Murch等[33]通过CLP或腹腔注射大肠杆菌构建脓毒症小鼠模型，发现补充溶血磷脂酰胆碱后可提高腹腔细菌清除率，减少单核/巨噬细胞分泌HMGB1，降低外周循环IL-1β水平，减轻器官损伤程度和功能失调。ω-3多不饱和脂肪酸能抑制LPS激活的小鼠巨噬细胞NF-κB从胞质向胞核转运，减少IL-1β产生，增加自噬体形成，从而抑制炎症反应[34]。目前，关于脂肪酸代谢与脓毒症的相关研究较少，补充溶血磷脂酰胆碱和ω-3多不饱和脂肪酸可能是治疗脓毒症的一个潜在新方法。王霞等[35]通过观察肠内营养补充ω-3多不饱和脂肪酸对腹部感染脓毒症患者的临床疗效发现，ω-3多不饱和脂肪酸能改善腹部感染脓毒症患者的器官功能及营养状态，抑制炎症反应，有利于患者康复。刘典勋[36]研究发现，ω-3多不饱和脂肪酸能调节CLP致脓毒症大鼠的免疫反应，保护肠黏膜屏障，改善大鼠免疫反应，对脓毒症有一定的治疗作用。 4 展望 目前针对脓毒症过度炎症期单核/巨噬细胞代谢的研究较多，而免疫耐受期时免疫细胞的代谢则鲜有报道。现有研究表明，细胞能量代谢对免疫细胞的功能产生极大影响，调控免疫细胞代谢产物或与其相关的信号通路，可能是脓毒症治疗的潜在新方向。 参考文献略 |
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