新的挑戰(zhàn)-中樞神經(jīng)系統(tǒng)在膿毒癥發(fā)病中重要作用再認識
膿毒癥(sepsis) 往往伴發(fā)腦功能障礙，并與預后密切相關。中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂的機制十分復雜，可能與小膠質(zhì)細胞激活、腦灌注改變、血腦屏障破壞、神經(jīng)遞質(zhì)紊亂等有關，有研究還發(fā)現(xiàn)膿毒癥腦功能障礙患者的海馬及腦白質(zhì)容積減小。而中樞神經(jīng)系統(tǒng)與心血管、內(nèi)分泌、消化道免疫等全身各系統(tǒng)之間存在緊密聯(lián)系，在受到刺激時可通過下丘腦- 垂體- 腎上腺(hypothalamic-pituitaryadrenal，HPA) 軸、自主神經(jīng)系統(tǒng)對外周免疫炎癥反應進行調(diào)控，作為機體應對膿毒癥打擊時的“動員者”和“協(xié)調(diào)者”，發(fā)揮重要作用。因此，如何深入認識中樞神經(jīng)系統(tǒng)在膿毒癥發(fā)病機制中的重要作用并尋找可能的治療策略是膿毒癥研究領域又一個新的挑戰(zhàn)。已明確，大概有50% 的膿毒癥患者可出現(xiàn)意識水平改變，表現(xiàn)為嗜睡、譫妄甚至昏迷，還可能出現(xiàn)抽搐或者局灶體征，這即是膿毒癥相關性腦病(sepsis-associated encephalopathy, SAE)。SAE的發(fā)生機制包括腦循環(huán)缺血、缺血- 再灌注以及中樞神經(jīng)炎癥損傷。內(nèi)皮細胞活化、血腦屏障損傷、神經(jīng)毒性因子分泌及微循環(huán)障礙貫穿其中。通過對SAE 患者的尸檢結果發(fā)現(xiàn)，顱內(nèi)存在血管內(nèi)皮細胞及腦實質(zhì)細胞損傷。影像學檢查也發(fā)現(xiàn)一些 SAE 患者的皮質(zhì)下白質(zhì)損害及血管性水腫。而且，伴有認知功能障礙的膿毒癥患者遠期死亡率升高，高達平均水平的2 倍，嚴重影響患者的康復水平和生存質(zhì)量。目前并沒有統(tǒng)一的關于SAE 的衡量標準，也沒有明確的生物標記物，因此如何準確地定義和評估膿毒癥相關性腦功能障礙是一個難題。有的嚴重患者可出現(xiàn)腦電圖異常，非特異性標記物神經(jīng)元烯醇化酶、S-100β 蛋白水平升高。然而，值得指出的是，腦組織微環(huán)境改變和損傷是腦功能障礙的基礎，腦組織的炎癥及免疫反應是其共同發(fā)病機制。已證實， 腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白細胞介素(interleukin, IL)-6 及IL-1β 是其中重要的炎癥因子，Toll 樣受體(Tolllike receptor, TLR)2、TLR4 參與其信號轉(zhuǎn)導過程。進一步分析發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥免疫反應可大致分為兩個階段，第一階段是急性期，在膿毒癥發(fā)生后一周內(nèi)，主要是中性粒細胞、單核細胞等外周炎癥細胞浸潤到腦實質(zhì)組織，產(chǎn)生炎癥損傷；第二階段是2 ～ 4 周，淋巴細胞可能進入腦組織，引起慢性的免疫反應?？傊?，中樞神經(jīng)細胞在炎癥免疫反應的誘導下出現(xiàn)功能改變、退化、凋亡，最終導致腦功能障礙。中樞神經(jīng)系統(tǒng)并非免疫監(jiān)控的“禁地”既往認為，中樞神經(jīng)系統(tǒng)由于血腦屏障的存在、且缺乏具有內(nèi)皮細胞的經(jīng)典淋巴引流通路，對全身炎癥免疫反應而言，處于一個相對“隔離”的狀態(tài)，不受全身免疫系統(tǒng)的監(jiān)控。但是，近年來資料提示，腦膜室腔隙中存在免疫細胞活動，正常人的腦實質(zhì)以及腦血管附近存在T 淋巴細胞，中樞神經(jīng)系統(tǒng)及頸深部神經(jīng)結節(jié)中總共有約150 000 個T淋巴細胞，免疫監(jiān)測可能是常態(tài) ；而且，在血腦屏障損傷時，外周的炎癥免疫細胞有可能進入腦內(nèi)。但是，關于免疫細胞是如何進出腦膜腔隙一直存在疑問。直到2015 年，有學者發(fā)現(xiàn)硬腦膜靜脈竇周圍存在功能性淋巴管內(nèi)皮細胞。通過應用淋巴管內(nèi)皮細胞透明質(zhì)酸受體(lymphatic vessel endothelial hyaluronan receptor, Lyve)-1 抗體進行免疫組織化學標記檢查，觀察到在人上矢狀竇冠狀切片有陽性結果，并在腦膜結構中發(fā)現(xiàn)巨噬細胞。在小鼠腦膜中檢測出淋巴管特異性標記物的表達，在外周注射相應熒光標記抗體后，可以在小鼠腦膜淋巴管道系統(tǒng)中檢測到特異性熒光并顯示出淋巴管道的分布。此外，在淋巴管道附近的 T 淋巴細胞以及主要相關抗原Ⅱ表達陽性細胞的水平顯著高于靜脈竇其他部位。腦膜淋巴管收集靜脈竇及腦間的淋巴液，回流到頸部深部淋巴結，進一步匯入全身的循環(huán)系統(tǒng)。腦膜淋巴管系統(tǒng)為免疫細胞進入腦組織提供了便捷的途徑。一方面，腦膜淋巴管系統(tǒng)可直接參與靜脈竇腦脊液及腦間質(zhì)空隙的液體回流，影響其離子濃度和壓力；另一方面，炎癥細胞及淋巴細胞可由腦膜淋巴管運送及擴散，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥及免疫疾病有密切聯(lián)系。這也可能是淋巴瘤患者并發(fā)中樞神經(jīng)功能紊亂的原因之一。因此，腦膜淋巴管功能異常有可能造成免疫細胞侵入腦組織，導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。膿毒癥時中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥免疫損傷血腦屏障是炎癥細胞侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要途徑。膿毒癥發(fā)生時，外周的致病原及炎癥因子可刺激活化腦血管內(nèi)皮細胞，而迷走神經(jīng)傳入支也可激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞，誘導γ 氨基丁酸、促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotrophic hormone，ACTH) 等神經(jīng)內(nèi)分泌遞質(zhì)，這些因素共同導致血腦屏障功能受損，為炎癥免疫細胞、炎性介質(zhì)損害腦組織提供條件。腦血管內(nèi)皮細胞在內(nèi)毒素、全身炎癥因子的刺激下活化，表達黏附分子，募集炎癥免疫細胞至腦血管。然后，血管內(nèi)皮細胞通透性增加，血腦屏障受到破壞，血循環(huán)中性粒細胞、淋巴細胞、細胞因子等可通過血腦屏障進入腦組織，造成腦組織炎癥免疫反應、細胞凋亡壞死以及腦水腫，嚴重的患者可在核磁共振檢查中顯示陽性改變。腦組織中小膠質(zhì)細胞以及星形膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)炎癥過程中發(fā)揮重要作用，在受到感染及創(chuàng)傷打擊時，可激活并主動分泌TNF-α、IL-1β、IL-6、高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1 protein, HMGB1) 等細胞因子；同時小膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元細胞表達TLR4 及晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor of advanced glycation endproducts, RAGE) 增強，介導神經(jīng)炎癥反應。HMGB1作為廣泛存在于人體細胞核內(nèi)的非組蛋白DNA結合蛋白，不僅可參與膿毒癥晚期全身炎癥免疫反應，還可在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)激活膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元細胞TLR4及RAGE，加重神經(jīng)炎癥損傷和細胞凋亡。腦損傷時，腦組織HMGB1 水平明顯升高，其二硫鍵型與充分還原型HMGB1 具有致炎效應，參與神經(jīng)細胞凋亡、缺血損傷、認知障礙及癲癇發(fā)生與發(fā)展?？笻MGB1 單克隆抗體可抑制小膠質(zhì)細胞活化，降低腦組織IL-1β、IL-6 水平，減輕血腦屏障破壞及缺血腦損傷。另據(jù)報道，一種小膠質(zhì)細胞神經(jīng)炎癥抑制劑infl achromene 即是通過干擾HMGB1 的定位及胞外釋放來發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。因此，HMGB1 有可能成為中樞神經(jīng)損傷的生物標志物及潛在干預靶點。此外，腦缺血可促進小鼠腦膜淋巴管生長，而應用基因敲除技術阻斷腦膜淋巴管生長所依賴的血管內(nèi)皮細胞生長因子受體3，能抑制腦膜淋巴管生長，并導致腦缺血小鼠恢復減緩，預后變差。膿毒癥狀態(tài)下中樞神經(jīng)系統(tǒng)對外周免疫炎癥反應失調(diào)中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過分布于全身的神經(jīng)纖維“感知”外周局部環(huán)境因素的變化，從而啟動相應的反饋機制。膿毒癥狀態(tài)下，大腦可通過HPA 軸、交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)中迷走神經(jīng)“膽堿能抗炎途徑”發(fā)揮調(diào)控效應。許多資料證實，HPA 軸在膿毒癥早期即可活化。HPA 軸活化后，下丘腦可釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(corticorphin releasing hormone，CRH)，CRH 接著促進腦垂體分泌ACTH。ACTH 通過血循環(huán)到達腎上腺皮質(zhì)，促使其釋放鹽皮質(zhì)激素和糖皮質(zhì)激素。在膿毒癥初期，血漿中ACTH 和皮質(zhì)醇含量快速增加，同時伴隨機體激素分泌節(jié)律的破壞、免疫紊亂的發(fā)生。此外，交感神經(jīng)廣泛分布于內(nèi)臟和所有淋巴器官，是膿毒癥時僅次于HPA 軸的神經(jīng)調(diào)控機制之一。交感神經(jīng)可促進去甲腎上腺素和腎上腺素分泌，去甲腎上腺素和腎上腺素都屬于兒茶酚胺類物質(zhì)，對機體免疫系統(tǒng)有顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)，淋巴細胞、中性粒細胞、單核細胞及自然殺傷細胞均可表達兒茶酚胺受體，其中β2 腎上腺素能受體是兒茶酚胺對免疫系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)的關鍵受體。而且，交感神經(jīng)能有效地影響淋巴細胞的流通分布、并分泌具有抗炎效應的神經(jīng)遞質(zhì)腺苷和內(nèi)源性阿片樣肽。迷走神經(jīng)是重要的副交感神經(jīng)，其纖維廣泛分布于擁有網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的器官，如肝、肺、脾、腎和腸等。據(jù)報道，迷走神經(jīng)傳出支可通過分泌乙酰膽堿抑制TNF-α 生成、參與抗炎調(diào)節(jié)，這種抗炎機制稱之為“膽堿能抗炎途徑”。有資料顯示，通過電刺激迷走神經(jīng)傳出支激活膽堿能抗炎途徑可改善多器官功能并增強CD4+T 淋巴細胞增殖活性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，腸源性感染可通過迷走神經(jīng)參與SAE發(fā)病過程，而迷走神經(jīng)活化則直接上調(diào)肝臟內(nèi)巨噬細胞的吞噬活性，并間接調(diào)控胃腸道免疫功能。迷走神經(jīng)刺激有可能成為抑制炎癥反應的膿毒癥潛在治療措施。神經(jīng)系統(tǒng)的結構異常復雜。首先，中樞神經(jīng)內(nèi)有多種不同細胞，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞以及其他支持細胞，它們之間通過突觸相互交聯(lián)，形成異常龐大的網(wǎng)絡連接，從而實現(xiàn)腦功能；其次，腦功能不僅與一級解剖構成有關，還有更多功能與不同神經(jīng)單元之間的相互作用、甚至在基本構造上衍生出來的高級多維聯(lián)系相關，離體標本觀察及普通細胞培養(yǎng)無法呈現(xiàn)這些功能特點，這無疑為中樞神經(jīng)的進一步研究造成了巨大困難。但是，許多新技術的進步有助于推動中樞神經(jīng)系統(tǒng)的研究。一是活體研究技術的發(fā)展。例如研發(fā)目標蛋白的標記探針，利用加權核磁共振或者正電子發(fā)射成像在不同的實驗條件下進行記錄，可以進行活體生物標記和分子影像學成像。還有腦電記錄，通過腦電圖對SAE 進行詳細分析。二是大組織標本的處理技術進展。首先是標本的透明化處理技術，可將較為大塊的組織標本如小鼠頭部或整個小鼠進行透明化處理，通過雙光子顯微鏡檢查可得到立體三維的實驗圖像數(shù)據(jù)，在呈現(xiàn)神經(jīng)分布聯(lián)絡方面具有較大優(yōu)勢。三是生物技術的不斷進步，例如多種細胞共同體外培養(yǎng)技術，可簡單模擬體內(nèi)細胞間的相互影響。同時，成功構建針對小膠質(zhì)細胞、腦及脊髓內(nèi)巨噬細胞等的特殊抗體，有助于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫炎癥研究。四是神經(jīng)網(wǎng)絡模擬技術的突破，例如微控流芯片、微電極陣列、大數(shù)據(jù)及人工智能等。另外，顯微鏡檢查技術也在快速發(fā)展。目前雙光子顯微鏡掃描的深度已達到500 μm，可用于離體標本和活體組織的觀察；多光子顯微鏡檢查和激光片層掃描技術逐步應用，計算機的算力增加也使得掃描速度在成倍提高?？傊M管中樞神經(jīng)系統(tǒng)在膿毒癥發(fā)病機制中的作用十分復雜，但隨著技術手段的持續(xù)進步、研究不斷深入，相信在不遠的未來，會有更多激動人心的發(fā)現(xiàn)。
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