石颖慧，牛文凯，苑鑫. 脓毒症中细胞因子风暴的机制及治疗研究进展. 军事医学，2023，47（8）：626-630

摘要：脓毒症是严重威胁人类健康的全球卫生问题，发病率高且致病机制复杂，是临床上危重症患者死亡的主要原因。细胞因子风暴是一种以循环细胞因子强烈升高为特征的现象，为免疫系统过度激活后失控的全身炎症反应，在脓毒症中发挥重要作用。该文就脓毒症中细胞因子风暴的机制及治疗研究进展进行简要综述，以期为临床工作提供新思路、新策略。

脓毒症是急危重症患者常见的严重致残性和致死性并发症之一。2017年全球脓毒症患者约4890万，其中 1100 万例死亡，占全球死亡人数的19.7%[1]。2021年欧洲重症医学会/美国重症医学会联合发布的指南[2]沿用了2016版脓毒症3.0定义，即机体对感染反应失控所致危及生命的器官功能障碍。脓毒症的发病机制错综复杂，目前研究相对深入且广泛认可的机制之一是免疫炎症反应失衡[3]。细胞因子风暴为过度激活的免疫系统引发的全身失控性炎症反应，在脓毒症的发病进程中发挥重要作用。本文就脓毒症中细胞因子风暴的发生机制及治疗进展做简要概述，以期为临床诊治提供新思路。

1 对细胞因子风暴认识的进展

1993 年，Ferrara 等[4]在研究急性移植物抗宿主病时首次提出“细胞因子风暴”这一名词。1996年， Aikawa[5]在手术损伤相关脓毒症和多器官功能障碍综合征中使用了该术语。21世纪初，研究者认为细胞因子风暴是发生在严重感染和免疫治疗后的一种流感样综合征，在 2003 年严重急性呼吸综合征（severe acute respiratory syndrome，SARS）、2005年 H5N1及2009年H1N1流感等传染病暴发期间[6]，细胞因子风暴被用来描述感染后炎性细胞因子过度产生这一现象；2010 年，Morgan 等[7]在肿瘤嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T‐cell immu‐ notherapy，CAR‐T）治疗后发现，与多器官功能衰竭相关的血清细胞因子水平升高，称之为细胞因子风暴。2012—2017 年随着研究不断推进[8~10]，临床上对细胞因子风暴有了新的认识，发现其可在严重感染、恶性肿瘤、自身免疫病、遗传疾病及免疫治疗等多种环境中被触发，用于描述危及生命的宿主免疫失调和过度炎症反应。由于细胞因子风暴并无统一定义，2020年，Fajgenbaum及June提出了3个识别标准[11]：循环细胞因子水平升高、急性全身炎症症 状及由炎症引起的继发器官功能障碍。同年，新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID‐19）在全球大流行，Huang等[12]在《柳叶刀》刊文报道 SARS‐CoV‐2感染的危重患者中存在细胞因子风暴，是导致病情急剧恶化甚至死亡的重要原因[13]。由此细胞因子风暴引起广泛关注，成为国内外学者研究的热点问题。

2 脓毒症细胞因子风暴的发生机制

脓毒症的发病过程涉及多种病理生理改变，包括炎症反应失衡、免疫调节异常、凝血功能障碍、线粒体损伤及内质网应激等。近年研究发现，细胞因子风暴在脓毒症的发生发展中起重要作用[11，14，15]，但具体机制尚未完全明确。本文结合现有研究从以下3方面对其发生机制进行论述。

2.1 炎症正反馈通路的建立

病原体入侵时机体首先启动固有免疫系统抵御感染，病原体相关分子模式（pathogen‐associated molecular patterns，PAMP）或损伤相关分子模式（damage ‐associated molecular patterns，DAMP）被固有免疫细胞的模式识别受体（pattern recognition receptors，PRR）识别[16] ，如Toll样受体（Toll ‐like recep‐ tors，TLR）、C型凝集素受体（C‐ ype lectin receptors，CLR）、RIG‐Ⅰ样受体（RIG‐Ⅰ‐like receptors，RLR）和NOD样受体（NOD‐like receptors，NLR）等，其中TLR与脓毒症和细胞因子风暴的相关研究最为广泛[16]，当脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、脂磷壁酸、鞭毛蛋白等细菌PAMP分别被相应的TLR4、TLR2、TLR5 等受体识别后，通过髓样分化因子88（myeloid differ‐ entiation factor 88，MyD88）依赖性途径募集并活化相关激酶，激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen‐acti‐ vated protein kinase，MAPK）及核转录因子‐κB（nu‐ clear factor‐κB，NF‐κB）等信号通路[17]，诱导白细胞介素‐1（interleukin‐1，IL‐1）、IL‐6、IL‐8、肿瘤坏死因子‐α（tumor necrosis factor‐α，TNF‐α）等促炎细胞因 子和趋化因子的分泌，募集更多免疫细胞至感染灶 吞噬病原体，免疫系统持续激活致细胞因子大量释放，炎症正反馈通路由此建立并形成细胞因子风 暴，引发强烈且持久的全身炎症反应。

2.2 细胞死亡信号的激活

近期研究表明，坏死性细胞凋亡和细胞焦亡在脓毒症中发挥重要作用[18~21]。坏死性凋亡是一种受调控的程序性细胞死亡形式，可由多种信号途径激活，其中研究较透彻的是肿瘤坏死因子受体1（tumor necrosis factor receptor1，TNFR1）介导的信号通路[22]。TNF‐α 与 TNFR1 结合后诱导自身及下游 蛋白死亡结构域募集受体相互作用蛋白激酶1（recep‐ tor interacting protein kinase 1，RIPK1），当胱天蛋白酶‐8（cysteinyl aspartate specific proteinase‐8，caspase‐8）活性缺失时，RIPK1 招募并磷酸化RIPK3，活性 RIPK3进一步募集和磷酸化混合系激酶区域样蛋白（mixed ‐lineage kinase domain‐like protein，MLKL），MLKL 寡聚体易位至细胞质膜破坏膜完整性，质膜破裂导致IL‐1、IL‐6、IL‐33、高迁移率组蛋白B1（high mobility protein B1，HMGB1）等 DAMP 释放，被免疫细胞识别后激活炎症级联通路，触发并放大细胞因子风暴[14，21] 。

细胞焦亡作为机体的自然免疫反应，在脓毒症早期即可出现[23]。经典途径中 PRR 识别 PAMP及DAMP 后激活NOD样受体蛋白3（NOD‐like receptor protein 3，NLRP3）形成 NLRP3炎症小体[24]，活化caspase‐1促进 IL‐1β、IL‐18成熟，同时对 Gasdermin D（GSDMD）进行切割，GSDMD 的 N‐端片段聚合在细胞膜上形成孔道，释放促炎细胞因子IL‐1β、IL‐18 进入胞外募集更多炎症细胞，扩大免疫反应；非经典途径中，caspase‐4，5，11可直接识别 LPS，裂解GSDMD致胞膜渗透电位改变，细胞膨胀溶解，释放 DAMP触发炎症反应并激活 NLRP炎症小体诱发焦亡，促进细胞因子风暴形成[14，21]。Chen等[18]证实，坏死性凋亡和细胞焦亡在脓毒症进程中协同作用以诱导全身炎症反应，RIPK3/MLKL和GSDMD的双重缺失会减弱脓毒症期间炎症细胞的动员和浸润，减轻组织损伤。

2.3 细胞因子的相互作用

细胞因子是一类由多种细胞分泌的小分子多肽蛋白，在细胞增殖分化、信号转导及调控免疫炎症反应等方面起关键作用，是细胞因子风暴的主要参与者。严重感染时IL‐6反式信号转导在内皮细胞中形成炎症回路，IL‐6、IL‐8、单核细胞趋化因子‐1（monocyte chemoattractant protein‐1，MCP‐1）和纤溶酶原激活物抑制剂‐1（plasminogen activator inhibitor‐1，PAI‐1）表达显著增加，诱导凝血障碍和血管渗漏，加重内皮损伤[25]。IL‐1β和 IL‐18通过激活TLR/ MyD88/NF‐κB信号通路介导促炎细胞因子转录，其中IL‐18可与IL‐12协同作用于T细胞及自然杀伤（natural killer，NK）细胞[26]，诱导干扰素‐γ（interferon‐γ，IFN‐γ）合成分泌，IFN‐γ 进一步激活巨噬细胞分泌 IL‐12、TNF‐α等，形成正循环通路诱导细胞因子过度产生。此外，研究发现，IFN‐γ和TNF‐α联合作用可通过JAK/STAT1/IRF1轴介导炎症性细胞死亡[27]，同时阻断两者可降低存在细胞因子风暴的脓毒症小鼠的死亡率。一项回顾性研究[28]发现，脓毒症患者血清中IL‐1β、IL‐6、IL‐8和MCP‐1 水平在早期显著升高，同样增加的还有抑炎细胞因子 IL ‐10。Jensen 等[29] 研究表明，NK细胞在IL‐15诱导下产生的 IL‐10可通过限制细胞因子风暴的持续时间增加脓毒症患者存活时间。综上说明，脓毒症期间促炎与抑炎细胞因子同时存在，相互抗衡以维持免疫稳态，当促炎反应过强无法被抑炎细胞因子压制时会导致免疫失调，诱发细胞因子风暴。

3 脓毒症细胞因子风暴的相关治疗

由于细胞因子风暴发生机制的复杂性，临床尚无明确的有效治疗方法。目前主要措施为限制过度激活的免疫炎症反应以及保护重要脏器功能等对症治疗。近年来学者们围绕细胞因子与免疫细胞展开了一系列研究，旨在应用免疫调节疗法改善脓毒症的临床结局。

3.1 细胞因子拮抗剂

2016 年，Shakoory 等[30]对一项Ⅲ期临床试验数 据进行再分析，发现 IL‐1 受体拮抗剂 Anakinra 可降 低合并巨噬细胞活化综合征的脓毒症患者的死亡 率，但其适用人群和治疗作用仍需在临床试验中进一步明确。目前重症感染和脓毒症患者免疫功能障碍的验证和恢复试验（PROVIDE，NCT03332225）正在进行中，将进一步证实Anakinra及重组人IFN‐γ 在脓毒症免疫调节治疗中的疗效。研究发现，抗IL‐6 受体单克隆抗体 Tocilizumab 可有效治疗自身免疫病及CAR‐T治疗诱发的细胞因子风暴[31]，但在脓毒症中暂无推荐意见。此外，TNF‐α 拮抗剂、TLR4拮抗剂等在动物实验中均取得理想效果，但在临床试验中却以失败告终，可能与宿主异质性、细胞因子半衰期等因素有关。Janus激酶（Janus kinase，JAK）作为多种促炎细胞因子及受体下游的重要信号转 导介质，在炎症通路中占据关键位置，临床试验[32]发现，接受 Baricitinib（JAK1/JAK2抑制剂）治疗的COVID‐19患者血清中 IL‐6、IL‐1β 及 TNF‐α 水平显著下降且死亡率降低。抑制JAK有望成为脓毒症细胞因子风暴的治疗新靶点。

3.2 胱天蛋白酶抑制剂

基于分子机制，抑制caspase可阻断细胞死亡信 号的传递并减轻炎症反应。Yang 等[33] 通过盲肠结 扎穿刺法（cecum ligation and puncture，CLP）构建脓 毒症小鼠模型，发现caspase‐1抑制剂AC‐YVAD‐CMK 可明显降低 NLRP1炎症小体、caspase‐1、GSDMD及IL‐1β、IL‐18的表达水平，抑制CLP小鼠肾组织巨噬 细胞和中性粒细胞的聚集，减轻细胞焦亡及组织损伤，对脓毒症诱导的急性肾衰竭具有显著的保护作用。尽管一些 caspase抑制剂已在脓毒症动物模型中体现出治疗效果，但因其存在稳定性较差、代谢较快等药理缺陷，迄今为止，尚无相关药物获批上市。近期有研究[34]发现，广泛用于临床的钙通道阻滞剂尼索地平的光降解产物——亚硝基松地平可通过特异性阻断炎性caspase‐1，4，11 活性抑制细胞 焦亡和IL‐1β的加工，提高脓毒症小鼠存活率，为临床药物的开发提供了新思路。

3.3 免疫细胞靶向治疗

动物实验[35]表明，基于纳米药物的巨噬细胞靶向治疗可通过减弱 M1 型巨噬细胞促炎反应，增加 M2型巨噬细胞数量来维持免疫平衡，减弱严重感染诱导的细胞因子风暴，但其生物安全性、最佳给药时机、途径和剂量等仍需临床前研究进一步明确。Karbian等[36]发现，凋亡细胞可通过增加糖酵解建立抗炎环境，恢复免疫稳态并下调促炎细胞因子表达，与抗生素联用可明显提高生存率。Ⅰb期临床试 验[37]显示，输注Allocetra TM‐OTS的10例脓毒症患者 全部存活，治疗过程中监测患者血清 TNF‐α、IL‐6、IL‐1β、IL‐18及IFN‐γ水平均明显降低且住院周期显著缩短。

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）可通过调节免疫反应控制促炎/抑炎细胞因子释放[38]，促进炎症消退和组织修复。一项Ⅰ期、随机、单盲、安慰剂平行对照研究[39]证实，在应用 LPS 诱导内毒素血症的 32 名健康志愿者中静脉注射同种异体脂肪源性间充质干细胞（adipose‐derived mesenchymal stem cells，ASC）具有良好安全性，其中高剂量 ASC（4×10⁶ 细胞/kg）增加了发热反应，受试者血浆中IL‐8、IL‐10、转化生长因子‐β和 D‐二聚体水平均升高，说明 ASC同时具备促炎和抑炎作用以及促凝血特性。目前正在开展多项脓毒症相关临床试验，以进一步评估其有效性和安全性。

3.4 血液净化治疗

在脓毒症早期去除病原体、吸附细胞因子可减少过度的免疫应答及细胞因子风暴的触发。Seraph® 100[40]是目前唯一获批用于吸附病原体的血液灌注器械，其利用肝素结合病原体。最近在德国完成了首次人体安全性试验。这项多中心、前瞻性、非随机研究[41]涉及15名存在血流感染的慢性血液透析患者，所有受试者在治疗期间和治疗后 14 d 均未发生不良事件，其中4名患者血培养分离菌的阳性报警时间延长了至少 22 min，菌落形成单位减少约40%。正在进行的一项更大规模的多中心随机对照试验（NCT 04260789）将进一步评价 Seraph® 100对脓毒症的临床疗效。

CytoSorb®是一种含有血液相容性多孔聚合物珠的吸附装置，体外实验表明，其具有广谱细胞因子清除作用。一项多中心随机研究[42]纳入100名脓毒症/脓毒性休克出现急性肺损伤或急性呼吸窘迫 综合征并需要机械通气的患者，观察到CytoSorb®的 IL‐6清除率在 5%~18%，但两组患者中血浆IL‐6水平、通气时间、氧合指数及死亡率并无显著差异。一项倾向评分加权回顾性研究[43]表明，与连续性肾脏替代治疗相比，CytoSorb®治疗可改善脓毒性休克 患者的28 d 死亡率，其中高龄、高乳酸及脓毒症相关肺损伤是28 d死亡率的独立预测因素。

oXiris®是国内首个上市可同时吸附细胞因子和内毒素兼备肾脏支持功能的血液滤器。Broman 等[44] 对16例脓毒性休克患者进行随机交叉双盲研究，观察到 oXiris®治疗组患者的乳酸水平和去甲肾上腺素剂量均明显降低，血浆IL‐6、IL8、TNF‐α及IFN ‐γ的水平较标准滤器组下降更加显著。Zhai等[45]的临床研究表明，基于oXiris®滤器的连续性肾脏替代治疗可有效清除炎症介质，改善脓毒症患者的血流动力学及器官功能，具有良好的临床应用价值。

4 总结与展望

细胞因子风暴是机体在脓毒症早期呈现的过激免疫炎症反应，是导致高死亡率的重要病理生理改变。深入了解其发生机制，确定效应细胞因子的上游触发器和下游转录点，对探索开展新技术有重要意义。鉴于免疫系统的多组学分析和靶向治疗的最新进展，在未来有望更好地解决脓毒症这一世纪难题。

参考文献（略）