资料来源：刘军. 对全身性感染免疫与炎症关系的思考[J]. 中华急诊医学杂志, 2017, 26(11): 1230-1234.

全身性感染（sepsis），又称为脓毒症，是感染引发失调的宿主反应导致危及生命的器官功能障碍[1]。尽管近年来在抗生素合理使用、早期积极液体复苏及集束化管理、器官功能支持治疗等方面取得长足进步，全身性感染仍然是感染导致重症患者死亡的主要原因。免疫炎症反应紊乱在全身性感染发生发展中发挥至关重要的作用。免疫与炎症反应关系密切，但随着近年研究观察到，全身性感染时机体全身炎症反应亢进与免疫功能抑制常共存，全身性感染治疗中抗炎治疗失败与免疫抑制机制认识的深入，持续性炎症-免疫抑制-分解代谢综合征（persistent inflammation-immunosuppression catabolism syndrome, PICS）的提出，致使学界对全身性感染免疫与炎症关系认识陷入混乱，甚至将免疫与炎症关系割裂、对立起来，这种认识毋庸置疑是片面、错误的。深入剖析全身性感染免疫与炎症的关系，对于正确理解全身性感染发病机制、实现免疫功能监测指导下的精准免疫调节治疗和进一步改善全身性感染患者预后，具有重要的理论价值和临床意义。

1 免疫与炎症的关系

1.1 免疫与炎症概念

免疫的概念和范畴极为广阔，指机体识别“非己”，产生免疫应答反应，以清除异己如病原微生物、受损或死亡的细胞，或者诱导免疫耐受，以维持自身内环境稳定的一种生理性防御机制。免疫应答反应是免疫的核心，包括非特异性免疫应答和特异性免疫应答。免疫应答是把“双刃剑”：恰当的免疫应答是保护性的，发挥免疫防御、免疫自稳与免疫监视功能；不恰当的免疫应答可介导病理性损伤，如应答过高会产生剧烈的全身炎症反应或过敏性疾病，而应答过低则容易诱发严重感染，对自身组织发生应答则可诱发自身免疫性疾病。

炎症是指具有血管系统的活体组织对感染或非感染损伤因子所产生的识别、清除和修复的防御反应过程[2]。血管反应是炎症发生的中心环节，炎症部位血管通透性增加和白细胞渗出是急性炎症反应最重要的特征。炎症通常分为起始、发展和消退三个阶段。炎症也是把双刃剑：其积极意义在于清除入侵的病原体、促进损伤组织的修复和维持稳态；但持续、失控的炎症导致或加重组织器官的病理损伤。因此，机体需要对炎症反应进行精确调控。

1.2 炎症是免疫应答反应的外在表现

炎症依据病程分为急性炎症(3周内)、亚急性(3周至2月)和慢性炎症(2月以上)。根据原因不同，又分为感染性炎症和无菌性炎症。全身性感染通常属于急性感染性炎症范畴。感染所致炎症反应发病机制较为明确。如革兰阴性菌是重症患者感染最常见的病原体，革兰阴性菌细胞壁脂多糖(LPS)通过脂质A与LPS结合蛋白(LBP)结合，随后与单核巨噬细胞等免疫细胞表面受体CD14结合，形成LPS-LBP-CD14复合物，并与Toll样受体(TLR)4结合，进而通过胞内信号转导途径诱导核转录因子-κB(NF-κB)等转录因子活化，最终激活单核巨噬细胞等免疫细胞合成、分泌白介素(IL)-1、IL-6和TNF-α等促炎细胞因子，继而刺激其他免疫细胞、内皮细胞和上皮细胞等，产生系列细胞因子、趋化因子及急性期时相反应蛋白等，引起血管扩张、通透性增加和白细胞浸润等炎症表现，产生红肿热痛等症状[3]。与之相类似，革兰阳性菌细胞壁成分如肽聚糖也可作为病原体相关分子模式(PAMP)与免疫细胞表面受体TLR2结合，鞭毛蛋白与TLR5结合，病毒等通过DNA、RNA分别与TLR3、TLR7、TLR9结合，启动NF-κB等转录因子活化和促炎细胞因子合成[4]。可见，全身性感染时机体对致病菌感染最初防御反应是固有免疫应答和炎症激活[5]。

机体免疫应答和炎症反应强弱与入侵致病菌的种类、数量、致病力、入侵部位有密切关系。通常在机体免疫功能正常情况下，致病菌数量越多，致病力越强，往往免疫应答及炎症反应越强烈。当免疫应答过程引起血管反应和局部组织细胞损伤，在形态学上即表现为炎症。因此，炎症反应是机体对感染或损伤因素发生免疫应答反应的外在表现形式，是机体免疫应答反应的后果。若无免疫细胞及免疫分子的介导，即使存在细菌或毒素，亦无免疫应答及炎症反应。当然，免疫应答反应也不一定表现为炎症反应或不仅仅表现为炎症反应。此外，获得性免疫同样可介导炎症反应，但全身性感染发病早期以固有免疫激活介导的炎症反应占主导地位。

值得注意的是，全身性感染发展过程中，实质组织器官可发生细胞损伤、变性和坏死，坏死细胞可释放出大量DNA、RNA、ATP、内源性变性的蛋白、热休克蛋白(HSP)等物质，细胞外基质也可裂解为透明质酸等，作为内源性损伤相关分子模式(DAMP)被免疫细胞表面相应的模式识别受体(PRR)识别，促进炎症细胞(如中性粒细胞和巨噬细胞)浸润及细胞因子和趋化因子表达，从而进一步加重全身性感染炎症反应和组织损伤，形成恶性循环。

1.3 炎症对免疫功能具有调节作用

炎症反应中的效应细胞和细胞因子可对机体免疫功能发挥正向或负向调节作用。局部炎症微环境可影响效应T细胞的活化状态、效应能力及是否分化为记忆细胞等[6]。γ干扰素(IFNγ)可通过活化巨噬细胞，通过活性氧(ROS)、活性氮(RNS)发挥吞噬、杀菌效应。IL-1β可促进辅助性T细胞(Th)1、Th17和体液免疫的激活。IL-6对固有免疫和获得性免疫均有影响，如IL-6促进T细胞的增殖、活化和B细胞的分化；IL-6功能缺陷致病毒、细菌等固有免疫和获得性免疫受损，容易发生皮肤、肺和胃肠道的感染[7]。IL-12促使初始T细胞向Th1分化，而IL-4促使向Th2漂移。抗炎因子IL-10及转换生长因子(TGF)β和调节性T细胞(Treg)具有负向调控免疫应答的能力，抑制炎症反应亢进，将组织损伤降至最小限度，恢复稳态[8]。可见，炎症细胞和炎症因子亦可调控机体免疫功能。

2 全身性感染炎症亢进与免疫抑制可共存

2.1 炎症反应亢进是全身性感染基本特征

20世纪80年代至90年代的系列研究观察到，内毒素血症动物模型血清中促炎细胞因子显著升高；给动物注射促炎因子TNF-α、IL-1β可诱发全身性感染、感染性休克及死亡；应用单克隆抗体阻断炎症介质效应可减轻炎症反应，降低全身性感染病死率[5]。临床试验也证实，健康志愿者注射小剂量内毒素可诱发明显全身炎症反应；给健康志愿者注射CD28超刺激剂TGN1412后90 min内出现严重“细胞因子风暴”，血清中TNF-α、IFN-γ、IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12等显著升高，在输注药物12~16 h内病情加重，出现休克、呼吸衰竭及弥散性血管内凝血等多器官衰竭而转入重症医学科接受加强治疗[9]；感染性休克患者促炎因子TNF-α、IL-1β及IL-6等水平升高，且这些炎症因子水平与患者临床严重程度和预后密切相关；一项对严重创伤、烧伤患者和注射低剂量内毒素的志愿者进行外周血白细胞基因转录组学研究发现，机体在对创伤等的基因组反应中不仅激活大量参与炎性反应、固有免疫模式识别的基因表达明显增加（基因风暴）[10]。可见，固有免疫的激活和大量炎症介质的释放是全身性感染的特征。目前认为，全身性感染初始时是感染引起的全身性失控性炎症反应（细胞因子风暴），导致感染性休克、多器官损伤和死亡。

2.2 全身性感染早期可发生免疫抑制

全身性感染抗炎治疗临床试验的失败促使学术界深入反思全身性感染的发生机制。系列临床研究观察到，应用LPS刺激全身性感染患者外周血单核细胞，上清液中炎症介质TNF-α、IL-1β和IL-6水平较健康志愿者明显减少[11]。全身性感染患者外周血单核细胞表达抗原提呈分子人白细胞抗原(HLA)-DR水平明显降低，且持续低水平表达HLA-DR与不良预后相关[12]。感染性休克患者外周血树突状细胞(DC)较健康者明显减少，DC的抗原提呈能力也降低，且感染性休克死亡组较存活组进一步减少[13]。一项纳入严重全身性感染、感染性休克死亡患者的尸检研究结果显示，与对照组（创伤后即刻死亡患者）相比，全身性感染死亡患者脾脏CD4+、CD8+T细胞明显减少，HLA-DR表达显著降低，呈现严重免疫抑制；且严重全身性感染死亡患者的脾细胞在受到抗CD3和CD28刺激5 h或22 h后，炎症因子TNF-α、INFγ和IL-6均较对照组显著降低[14]。进一步研究证实全身性感染患者外周血及脾脏等免疫器官淋巴细胞减少与细胞凋亡明显增加有关。因此，全身性感染患者存在严重免疫功能抑制。

尽管认识到免疫功能抑制在全身性感染病程中发挥至关重要的作用，对全身性感染免疫功能抑制发生的时间仍有争议。1996年Bone提出全身性炎症反应综合征(SIRS)和代偿性抗炎反应综合征(CARS)失衡学说，认为两者失衡导致组织器官损伤或免疫功能低下，引发多器官功能不全综合征(MODS)。尽管Bone的假说认为在某个具体患者可能是SIRS或者CARS为主，其他一些学者推测CARS紧随SIRS之后呈双向波发生过程(双相反应学说)，认为CARS在SIRS后数小时至数天发生。最近研究发现，全身性感染患者抗炎反应与免疫功能抑制可能在全身性感染早期即发生，可与炎症反应亢进同时存在。Osuchowski等[15]使用盲肠结扎穿孔术(CLP)复制全身性感染小鼠模型，观察脓毒性休克期间SIRS和CARS的关系，发现全身性感染时抗炎反应一般与促炎反应几乎同时发生，多数促炎因子（TNF-α、IL-1β、IL-6等）约在24 h达峰值，抗炎因子（IL-10、IL-1受体拮抗剂等）约在24~48 h达峰值。英国的TGN1412 Ⅰ期临床试验中的志愿者也在注射后出现严重“细胞因子风暴”，并出现休克、呼吸衰竭及弥散性血管内凝血等多器官衰竭[9]。Xiao等[10]研究显示，健康志愿者注射内毒素外周血白细胞基因组表达研究显示，创伤后即刻（4~12 h内）涉及固有免疫识别、促炎因子、抗炎因子与抑制获得性免疫应答的相关基因上调几乎同时发生；且这种基因表达变化与细菌毒素注射的志愿者外周血白细胞变化类似，两者区别主要在反应的持续时间，提示全身性感染免疫功能抑制在极早期即发生。Timmermans等[16]的研究纳入166例创伤患者，留取创伤现场（入院前）、急诊室及住院期间第1、3、5、7、10天血标本检测，发现创伤后极早期外周血IL-10即明显升高，外周血单核细胞表达HLA-DR在院前即明显下降，对应于全身性感染的SIRS/CARS几乎同时发生模式，而非先炎症反应亢进、随后免疫抑制的模式。可见，全身性感染免疫抑制似乎与炎症反应亢进几乎同时发生。

3 正确理解全身性感染免疫抑制与炎症反应共存

既然炎症是机体免疫应答反应启动、活化的一种表现形式，全身性感染时炎症反应亢进与免疫功能抑制并存似乎是悖论，正确解读此种现象需要从多角度深入剖析。

3.1 炎症亢进与免疫抑制启动时间和诱因不同

全身性感染患者存在高度异质性，多数全身性感染患者在发病前机体免疫功能基本正常。Granowitz等[17]通过给健康志愿者静脉注射内毒素（lot EC-5，Eoli 0113，3 ng/kg）后，分离外周血单个核细胞（PBMC），体外分别应用内毒素（10 ng/mL）、IL-1（100 ng/mL）或中毒性休克综合征毒素（TSST）-1（100 ng/mL）和PBMC共孵育24 h，观察内毒素对PBMC合成、分泌TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8的影响。研究发现，健康志愿者PBMC在体外未接受任何刺激时上清液中TNF-α水平极低，IL-1β、IL-6和IL-8测不出，这模拟正常人健康状态下无明显炎症反应；健康志愿者在注射内毒素前留取、分离PBMC，并在体外应用内毒素刺激健康志愿者PBMC 24 h，发现TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8显著升高，这可模拟健康人在遭受各种致病菌感染后启动固有免疫应答，导致炎症反应亢进的过程；随后给健康志愿者静脉注射内毒素，6 h后再次提取PBMC，体外分别与内毒素、IL-1或TSST-1共孵育，发现内毒素刺激PBMC合成分泌的促炎细胞因子较前明显减少，TNF-α减少47%，IL-1β减少66%，IL-6减少56%，IL-8减少49%，提示此时已发生内毒素耐受，机体处于一定程度的免疫抑制状态；此外，应用IL-1与PBMC体外共孵育后，TNF-α减少68%，IL-1α减少84%；使用TSST-1与PBMC体外共孵育后，TNF-α分泌减少70%，IL-1α减少57%，IL-6减少56%，IL-8减少71%，提示这种内毒素耐受、促炎因子分泌减少现象非内毒素特异性，这模拟了临床全身性感染早期促炎反应亢进后机体随后处于免疫抑制状态，再次感染（第二次注射内毒素）时炎症反应有所抑制。换句话说，证实了临床上全身性感染初始的炎症反应亢进系继发于致病菌入侵启动、激活固有免疫应答，诱发炎症反应亢进；而随后所谓“同时存在的”免疫抑制和抗炎反应可能继发于全身性感染本身这种内毒素耐受现象相吻合。这也提示，全身性感染早期固有免疫激活、炎症反应亢进和免疫抑制启动时间有一个时间差。致病菌入侵启动固有免疫应答和炎症反应激活在前，而免疫抑制形成在稍后。

主要组织相容性复合物（MHC）Ⅱ是单核巨噬细胞、树突状细胞等表面表达的抗原提呈分子，这些抗原提呈细胞将抗原肽通过MHC Ⅱ提呈给T细胞，对于启动获得性免疫应答反应至关重要。Poehlmann等[13]观察到，存在免疫麻痹的严重感染和感染性休克患者，循环DC的HLA-DR表达明显降低，且至28 d仍低于正常。大量临床研究证实全身性感染患者单核细胞和DC表达HLA-DR表达明显降低，且与病情严重程度及预后相关[12-13]。然而，动物实验研究发现，CLP小鼠早期脾脏DC表达MHC Ⅱ、CD80及CD86显著升高，呈成熟状态[18]。另有实验也证实，CLP小鼠脾脏DC体外培养时，MHC Ⅱ和CD86表达增加，激活T细胞能力增强[19]。笔者应用LPS气管内注射复制LPS-ALI小鼠模型，发现肺和脾脏DC表达MHC Ⅱ分子明显升高，相关分析显示与肺炎症损伤反应有关[20]。可见，尽管临床研究发现全身性感染患者外周血DC或单核巨噬细胞表面表达MHC Ⅱ明显降低，但动物实验显示全身性感染早期MHC Ⅱ表达明显升高，抗原提呈能力增加。这可能与MHC Ⅱ分子检测时机有关，早期MHC Ⅱ表达明显升高参与启动免疫应答，随后MHC Ⅱ表达降低介导免疫抑制。

值得注意的是，临床研究文献中“早、晚”可能不同于动物实验研究的“早、晚”。前者往往以患者入院就诊或诊断时作为“早”，而事实上此时患者病情已发展有相当一段时间。2006年在英国进行的临床Ⅰ期试验提示即使是如此剧烈细胞因子风暴，器官功能损伤最快也需要在细胞因子风暴后10余小时后发生[9]。其他情况如局部感染时诱导炎症，组织中细胞因子（多为小分子蛋白质）需要在炎症细胞中转录因子激活下，经历转录mRNA、翻译成蛋白质前体、剪切、加工、释放，最初细胞因子等炎症介质在组织中浓度升高，随后可穿过组织液通过毛细血管或毛细血管后微静脉入血，细菌或毒素亦可入血直接激活外周血中固有免疫细胞，合成释放大量炎症介质，再造成远隔器官损伤。这种情况下通常较直接静脉注射或临床所见的菌血症所诱导炎症反应及器官损伤需要的时间更长。重症患者肠道细菌、毒素移位所致全身炎症及远隔器官损伤也是如此，可能所需时间更长。可见，从致病菌感染作用于机体开始，致机体出现异常全身炎症反应和器官功能障碍，需要数小时至数天。当全身性感染患者入院时，病程往往已经发生较长一段时间（数小时甚至数天），故不能以入院（入ICU就诊时间可能更长）就诊时免疫功能及炎症反应变化作为反映患者早期最初起病时的免疫功能变化。患者入院时所谓的“早期”测量的血细胞因子、单核细胞HLA-DR表达及合成分泌细胞因子可能并非全身性感染起初发病时的免疫炎症反应状态。

3.2 炎症亢进与免疫抑制的机制不同

全身性感染全身炎症反应亢进的发生机制相对明确，主要是致病菌感染后通过PAMP-PRR途径激活固有免疫应答和炎症反应。全身性感染免疫功能抑制的发生机制为近年研究热点，现已清楚，抗原提呈细胞HLA-DR表达下调、髓系来源抑制细胞增加、淋巴细胞凋亡增加、Th细胞增殖能力下降、Treg增加、抑制性分子如PD-1和PD-L1等表达增加、Th1转为Th2极化、抗炎因子分泌上调等介导全身性感染免疫抑制发生[21-22]。尽管多数全身性感染患者固有免疫激活启动在前，获得性免疫抑制在后，但全身性感染早期固有免疫激活、全身性炎症反应亢进与机体免疫抑制似乎存在重叠期，随后转为免疫抑制为主。这提示全身性感染患者机体免疫功能状态可能存在折点。最近关于全身性感染时炎症反应亢进与免疫抑制之间过渡或时间窗转换的研究初露端倪。巨噬细胞包括促炎的M1表型和分泌抗炎因子IL-10等抗炎的M2型；全身性感染发生发展过程中，单核细胞功能呈动态变化，与全身性感染免疫炎症反应阶段变化似呈一致，即早期促炎，后期抑制；全身性感染开始活化时诱导M1型单核细胞活化介导促炎反应，全身性感染中后期缺氧诱导因子（HIF）通过诱导负性调节信号分子IRAKM介导炎症反应下调，促M2型巨噬细胞分化，下调免疫应答反应，HIF1α可能是全身性感染时单核细胞从促炎M1型转免疫抑制M2表型的关键因素之一[23]。炎症体核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白（NLRP）1a属于PRR，可通过半胱天冬氨酸蛋白酶（Caspase）1裂解IL-1β及IL-18前体，产生IL-1β及IL-18等，介导全身性炎症反应。另有研究[24]发现，全身性感染时炎症体NLRP1a活化诱导全身炎症反应同时，可诱导造血前体细胞凋亡，引起白细胞减少，介导免疫抑制，导致难以控制的感染、死亡；NLRP1基因敲除小鼠予化疗和淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒感染后恢复加快，提示炎症与免疫抑制可能存在共同的内在机制。

3.3 炎症亢进与免疫抑制的临床表型不同

即便是免疫抑制，抗炎反应与炎症反应亢进可能在全身性感染早期几乎同时发生，但两者临床效应及其发生时间也不同。临床研究及动物实验均证实失控的炎症反应是致全身性感染器官功能损伤主要原因，特别是休克、急性呼吸窘迫综合征、急性肾损伤及弥散性血管内凝血等[21]。免疫抑制的表型可能需要数天甚至数周才能充分表现出来。随着病程的进展，免疫抑制逐渐占主导地位，成为感染难以控制或继发感染的根本原因。也就是说，尽管全身性感染早期就发生免疫抑制及抗炎反应，但并不一定说明免疫抑制在全身性感染早期就发挥明显作用。多项临床研究发现，大多数全身性感染患者在病程中后期出现了耐药条件致病菌和真菌或病毒感染，且多数全身性感染患者死于中后期继发感染，而非早期的炎症反应亢进[25-26]。由此看来，全身性感染双相模型似乎可以直观描述全身性感染免疫炎症反应状态的临床净效应（net effect）：初期炎症反应亢进—细胞因子风暴及器官损伤，后期免疫抑制、低炎症反应状态、继发感染或感染难以痊愈。基于此，从净效应角度看全身性感染双相模型似乎仍有其存在的合理性和价值。尽管双相模型可能是全身性感染复杂疾病的简单解释，但可提供全身性感染病程中免疫功能动态演变的合理解释。

综上所述，全身性感染免疫炎症反应紊乱是临床关注的热点。全身性感染时过度的炎症反应及免疫抑制可同时存在，但两者在启动时间、发生机制及临床表型存在明显差异。正确理解全身性感染炎症反应亢进与免疫抑制的关系具有重要的临床意义。

参考文献