脓毒症与多糖包被

严重脓毒症和脓毒性休克已越来越受到临床医生尤其是重症医生的重视，随着人口老龄化、肿瘤发病率的激增以及各种有创性治疗的开展，脓毒症的发病率逐年递增，据报道全球每年新增数百万脓毒症患者，其中有超过1/4的患者临床死亡，是导致死亡的第3大原因。尽管拯救脓毒症运动做了大量工作，脓毒症的病死率有所下降，但是死于严重脓毒症和脓毒性休克的患者数目仍在增加。在美国每年用于脓毒症的费用超过数十亿美元，并且这个数目仍在以每年10%的速度上升。脓毒症作为临床一类常见的疾病，目前已经深入研究到分子医学的水平，但其根本发病机制尚未完全明了。类似创伤和急性心肌梗死的治疗，在脓毒症患者初期如果采取适当的治疗可能改善预后[1]。研究发现，血管内皮细胞多糖包被在这个病理生理过程中扮演重要角色[2]，也是近些年来分子生物医学的研究热点。多糖包被不但存在于血管内皮的细胞表面，而且某些组织器官实质细胞表面亦存在相似结构。现从血管内皮细胞被覆结构层面论述其与脓毒症的联系。

1 脓毒症发病的可能机制

脓毒症是指明确或可疑的感染灶引起的全身炎症反应综合征，严重脓毒症是指脓毒症导致机体出现的器官功能障碍和(或)组织灌注不足[3]。持续的微循环灌注不良在患者出现多脏器功能衰竭甚至死亡中扮演了重要角色。

失控的炎症反应是脓毒症发生发展的重要机制。其发生发展的主要调节包括炎症信号传导的负反馈调节途径、由副交感神经调控的神经抗炎机制即胆碱能抗炎通路、神经-内分泌网络效应调节炎症反应等。炎症级联反应的失控进一步导致了全身炎症表现。

脓毒症的血管改变，尤其是早期微循环的异常，是疾病发生发展的重要过程，与疾病的预后有直接关系[4]。适应性改变有助于清除病灶，但机体的过度反应将导致血管内皮严重损伤，使得血管壁的正常结构、通透性及屏障功能遭到破坏，同时放大炎性反应、过度激活凝血系统、血管活性物质大量释放,这些共同促进血管内微血栓形成、血管张力改变及血流分布异常。以上炎症反应-血管内皮受损-凝血系统间的相互作用，导致微循环功能紊乱，最终不可避免出现多脏器功能不全。

此外宿主免疫在识别、清除病原微生物中发挥重要作用，是决定脓毒症发生发展的另一关键机制。在脓毒症的发生发展过程中，机体经历了免疫激活、免疫抑制及免疫麻痹，严重时甚至自始至终处于免疫紊乱状态。这一点也从某些方面决定了疾病的发展和转归。

2 脓毒症的血流动力学特征

脓毒症患者病情进展迅速,其病理生理机制可导致全身各脏器功能障碍。从根本上说，脓毒性休克是血管平滑肌收缩功能障碍导致的动静脉血管麻痹，一氧化氮作为血管内皮舒张因子具有舒张血管的作用。炎症介质诱导血管肌细胞合成一氧化氮合酶，这导致大量一氧化氮的产生。后者又导致广泛的血管舒张甚至低血压的出现，在系统性的炎症反应存在的基础上，出现了血管肌细胞对肾上腺素能神经递质的低反应性。更重要的是大量静脉血管的扩张导致非张力容积的增加，降低了回心血量和心排出量。

正常情况下，机体通过调控氧输送和新陈代谢确保机体自身的供需平衡。脓毒症时，上述调控过程由于受到红细胞变形性下降进而细胞黏度增加以及激活的白细胞通过上调黏附分子的表达增加聚集性等因素影响而严重被抑制。此外，凝血机制级联反应的激活以及纤维蛋白素的沉积、血管自身调节机制的功能紊乱、动静脉分流的开放进一步加重了机体氧供需失衡，导致微循环缺氧[5]。另外，线粒体功能的异常更加重组织缺氧。尽管氧分压正常，连续的ATP产量的下降导致了细胞性缺氧。21世纪初期，对于重症脓毒症的血流动力学干预其核心是积极的液体治疗，研究认为液体复苏对于有效循环血流量的恢复至关重要。需要明确的是有效的液体复苏，或说优化的液体管理，为进一步治疗赢得时间。但是积极的液体复苏可能出现的液体过负荷导致心脏充盈压增加的结果是心房利钠肽的分泌增加[6-7]，心房利钠肽可作用于内皮细胞多糖包被上的膜结合的蛋白多糖与糖蛋白(主要是多配体聚糖1，syndecan-1),这使得多糖包被裂解[8]，受损的多糖包被破坏了血管的屏障，增加了内皮细胞的通透性，引发了严重后果。因此，脓毒性休克的早期液体复苏需要充分评估患者的液体反应性[9]。

3 血管屏障——多糖包被

生理情况下，大分子物质如胶体、蛋白等是不能透过血管屏障的。依照Starling[10]机制的传统观点，间质内的胶体渗透压是远远低于血管内胶体渗透压的，这就导致了在血管内皮细胞两侧产生了内向的压力梯度。但是传统观点上忽略的内皮细胞表面的细微结构在细胞表面的屏障功能上起了至关重要的作用。这层超微结构被称之为多糖包被，早在1966年Luft通过电子显微镜技术首次观察到了它的存在。多糖包被又被称为糖萼。多糖包被极其脆弱易损，传统的固定及显像技术可以使其发生明显脱落，直到近年来的活体显微镜和电镜技术的长足进步才使得大家对它有了新的认识。它的厚度与其所处血管内径直接相关。在小的动脉系统至少是2～3 μm，在颈总动脉内则可达4 μm以上。生理状态下，多糖包被的体积存在合成与分解的动态平衡。它是通过很多骨架分子与内皮细胞相连，其中主要成分包括蛋白聚糖及与其连接的糖蛋白-糖胺聚链等。糖胺聚是多糖包被的主要结构，包括硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素和透明质酸等[11]，其中主要的蛋白包括跨膜多配体聚糖以及与膜结合的磷脂酰肌醇聚糖，并且这2种蛋白均包含硫酸乙酰肝素和硫酸软骨素侧链[12]。多糖包被不仅具有血管壁的选择通透屏障的作用，而且在调节微循环等方面发挥不可替代的作用。

正常情况下内皮细胞多糖包被是血管内皮表面分子的过滤器，其具有维持血浆蛋白含量、稳定胶体渗透压的作用，是内皮细胞表面重要的功能层。在血管壁内侧多糖包被下很小的一个空间内，此区域是几乎无蛋白的。因此，经血管壁的液体渗漏实际上是由血管腔内与多糖包被下无蛋白空间区域的胶体渗透压力差决定的，并不是血管壁的内外两侧，一旦多糖包被结构受损，无论血浆蛋白浓度如何均会发生血管渗漏[13-15]，也就是目前根据发现多糖包被的存在而提出修正的Starling方程。多糖包被能够通过调节内皮细胞骨架使得内皮细胞间连接的紧密性发生非常大的改变。

在病理情况下，多糖包被对缺血/缺氧极其敏感，致病因素对其的破坏可能是内皮细胞功能受损的启动子及血管屏障功能发生变化的决定因素。研究发现当多糖包被完整无损时，流动在外表面的剪切力会在这一水合凝胶层中得到缓冲，最终使得内皮细胞膜感受到的剪切力几乎为0。可以认为在生理状态下，多糖包被对流动剪切力起到了减压的作用；病理状态下，多糖包被被降解破坏后，内皮细胞表面层即变薄，从而通透性明显增加，大部分的流动剪切力将直接作用于细胞膜上[16]。如前所述，多糖包被的完整性一旦被破坏，血管的屏障功能将明显下降，更多的液体和蛋白由血管快速渗漏导致严重后果[17-18]。很多病生理过程实际上均与多糖包被的结构和功能紊乱有关。大量证据表明缺血再灌注损伤[19-20]、脓毒症和炎症[20-27]、肾脏疾病[24-25,27]、糖尿病血管损伤及动脉粥样硬化均与多糖包被功能有密切联系。像高血压、溶血性尿毒症及一些病毒感染均可能与多糖包被的降解有关，因为伴随这些疾病的是多糖包被一种或更多种的成分进入血液和尿液[28]。值得一提的是在人类的研究中通常测定的是syndecan-1[29]。

4 多糖包被与脓毒症

局部的或者全身的炎症反应可以导致多糖包被的结构以及生理机能发生改变[14]。在大的创伤或脓毒症导致的炎症反应中，异常活跃的多糖包被导致的内皮损伤使微循环发生严重的功能紊乱[30]。甚至多糖包被的功能紊乱是脓毒症患者发生多器官功能障碍综合的重要病生理改变。Nelson等[31]在研究感染性休克与多糖包被的关系中发现，感染性休克患者多糖包被的降解产物氨基葡萄糖和syndecan-1的血浆浓度水平明显高于对照组，syndecan-1与SOFA评分呈明显相关性。提示在临床中监测血中多糖包被降解产物可能对于判断病情的严重程度和预测疾病的预后有帮助。肺血管内皮细胞的功能紊乱在肺损伤中扮演着重要角色，与之相邻的多糖包被作为内皮细胞的重要结构，在维持血管完整性及液体平衡方面的作用尤为突出。而且研究发现连续测量脓毒症患者血浆中syndecan-1的水平可以帮助筛查哪些患者容易发生多脏器功能不全，哪些患者可以从保护或修复多糖包被中获益[23,32]。也有研究发现连续测量hyaluronicacid和syndecan-1是预测脓毒症病死率和生存率的很好指标[33]。那么多糖包被是如何在脓毒症的发病过程中出现损伤、破坏及脱落的呢？

首先，炎症反应导致的多糖包被的损伤与血管壁的渗漏增加所致的水及白蛋白从血管内渗漏至组织间隙两者是密切相关的。负电荷的丢失、几何结构的改变及内皮损伤均与上述事件直接相关。另外，炎症反应导致多糖包被功能的损伤还可引发血管张力的降低，导致血管池容量增加，硫酸乙酰肝素的凋落致使出凝血功能异常导致微小血栓形成，黏附分子的过渡表达导致白细胞的聚集，抗氧化能力的降低出现内皮细胞氧化损伤等一系列反应。就系统性炎症反应(如脓毒症、大手术、创伤、缺血再灌注损伤等)而言，多糖包被损伤的持续存在甚至扩大将出现广泛的内皮细胞功能异常、渗漏增加、氧及营养物质输送异常等情况是毋庸置疑的。目前有证据表明，多糖包被结构的厚度及完整性可被脂多糖及肿瘤坏死因子α破坏。这与临床上患者出现的低血管张力、蛋白丢失、血容量相对不足、组织水肿及器官功能障碍息息相关。相反，当多糖包被结构广泛存在且功能正常时，其积极作用不仅仅是可预防炎症反应对主要器官功能的损害。多糖包被亦可能通过调节血管凝血与抗凝平衡，从而预防微血管内血栓形成。

进一步研究发现，大量炎症介质的释放可使血管内皮细胞进一步激活，导致更多的细胞因子释放。这些蛋白引起白细胞滚动、黏附和迁移，最终导致器官及内皮细胞的损伤以及多糖包被结构的脱落和凋亡。也有研究发现，脱落的多糖包被结构及释放的多配体聚糖或许是机体对炎症损伤的一个适应过程，其反过来可能可以限制肿瘤坏死因子α介导的炎症反应的损伤。Christaki等[34]研究发现多配体聚糖与肿瘤坏死因子α的相互作用可导致内皮细胞结构重新排列，细胞间链接松散，进一步加重水、蛋白及溶质的丢失，产生组织间隙水肿。

研究发现，血管内皮生长因子的作用是促进血管内皮细胞再生，且显著增加血管内皮的通透性。在脓毒症所致的急性肾损伤中，血管内皮生长因子的释放或许成为远端器官内皮损伤的一个重要机制。因此，尿微量蛋白的检测有可能成为未来脓毒症介导的内皮屏障损伤及血管渗漏增加的标志物。实际上，脓毒症试验模型也确实证明，蛋白尿的增加与多糖包被结构的改变密切相关。有研究者认为多糖包被可作为脓毒症的一个诊断工具，甚至可以作为脓毒症导致的多脏器功能不全的一个治疗靶点[35-36]。

另外，氧化应激在炎症反应导致多糖包被结构损伤中起重要角色。脱落的多糖包被使得其失去对内皮细胞的保护作用，产生氧化损伤。当然，机体的内皮细胞多糖包被结构的脱落和产生亦是共存的。因此，其合成底物的异常亦可以导致多糖包被结构的破坏。舒洛地特由于具有肝素酶抑制剂的活性而被认为有希望恢复多糖包被的活性，也有研究发现血浆对于多糖包被具有保护作用及有助于其再生的能力，但是具体机制还需要进一步发现[37]。

5 未来展望

近年来深入研究发现，多糖包被的结构与脓毒症的发生发展关系密切。在疾病的早期阶段，多糖包被受损后将直接导致多脏器功能不全的发生，旨在保护多糖包被无论是药理学的还是非药理学的方法均是令人期待的。目前的一些经典治疗方法包括液体疗法、营养支持、输血，甚至连续性血液净化治疗等支持技术均有可能由于与多糖包被的关系不同而被重新评价[36]。随着技术的进步，尤其是原子力显微镜等技术的广泛应用使研究者对于多糖包被的基础和临床研究更加深入，未来其在脓毒症的诊断及治疗中的作用将会得到进一步关注。总之，脓毒症与内皮细胞多糖包被结构的损伤仍有许多机制需要去阐述。为了评估治疗方法的有效性，寻找多糖包被受损的标志物或监测方法是非常必要的，尤其是适合临床医生床旁监测的标志物。为了进一步诠释多糖包被的结构、成分及功能，多学科的协作非常重要[36]。

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