膿毒癥相關凝血功能紊亂的研究進展

白凡,白歡(華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院檢驗科,武漢 430030)

膿毒癥是宿主對感染的反應失調所導致的危及生命的器官功能障礙綜合征[1],發病率高、病死率高,是重癥監護病房(intensive care unit,ICU)患者的首要死因[2]。膿毒癥的發生、發展與預后轉歸往往伴隨凝血功能異常,輕者僅存在輕微血小板減少和/或亞臨床型凝血激活(高凝狀態),重者則伴隨失控的系統性凝血激活、微血管血栓的大量沉積,最終導致血小板與凝血因子的大量消耗,彌散性血管內凝血(disseminated intravascular coagulation,DIC)形成[3-4]。膿毒癥抗凝治療尚存爭議,精準識別膿毒癥凝血紊亂階段,進而準確把握合適的抗凝時機,可能是膿毒癥患者抗凝治療獲益與否的關鍵。本文旨在就膿毒癥相關凝血功能紊亂發生機制、膿毒癥DIC及膿毒癥抗凝治療等作一簡要綜述。

1 膿毒癥相關凝血紊亂機制

1.1膿毒癥促凝活性上調

1.1.1組織因子高表達 組織因子(tissue factor,TF)為Ⅰ型整合膜糖蛋白,存在于血管系統中的多種細胞表面,如單核/巨噬細胞、中性粒細胞、血小板、內皮細胞等,為細胞因子受體超家族成員[5-6]。生理狀態下,TF僅極少量存在于循環血液中,而在膿毒癥中,由于病原體及內毒素誘發機體產生大量促炎細胞因子,主要包括腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素(interleukin,IL)-1、IL-6和IL-8等,致使單核細胞、內皮細胞大量表達TF。大量表達的TF又可募集、活化循環中的Ⅶ因子(FⅦ),并與FⅦ(a)形成TF-FⅦ(a)復合物,介導外源性凝血途徑,導致凝血酶大量生成,繼而纖維蛋白凝塊大量形成、沉積,微血管血栓形成,嚴重者可導致組織灌注障礙、多器官功能衰竭,甚至死亡。在此過程中,參與外源凝血途徑的凝血因子(如FⅦ等)被不斷消耗,導致凝血酶原時間(prothrombin time,PT)延長,PT是篩查外源性凝血途徑因子缺乏的臨床常用指標,其延長程度與不良預后顯著相關[7]。TF在“炎-凝交互”中處于中心位置,并充當重要橋梁,是炎癥誘導凝血激活的關鍵啟動因子[8-9]?；诖?針對TF的靶向治療方案對緩解膿毒癥患者凝血紊亂、改善多器官功能不全,進而降低病死率可能有益。然而,盡管在膿毒癥動物模型中,給予外源性TF及TF-FⅦa抑制物,如組織因子途徑抑制劑(tissue factor pathway inhibitor,TFPI)對緩解炎癥誘導的凝血功能紊亂有極好的獲益[10-11],但在針對人體的臨床隨機對照試驗中卻并未顯示出明顯療效[6]。

1.1.2血小板激活 近年來越來越多的研究證實,血小板除參與膿毒癥凝血過程外,亦廣泛參與炎癥、免疫、補體激活等多種病理生理過程[12-14]。血小板的進行性減少與其病死率增加顯著相關,是膿毒癥患者預后的良好預測指標[15-16]。在膿毒癥中,由入侵人體的病原體、內毒素、脂多糖等成分組成病原體相關分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs)和由活化或凋亡細胞所釋放的核物質、組蛋白等成分組成損傷相關分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs),通過識別血小板表面蛋白酶激活受體(protease-activated receptors,PARs),主要為Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR),激活血小板[9];此外TF-FⅦa介導的外源性凝血途徑及內源性接觸激活凝血途徑所生成的凝血酶,亦是血小板的強力激活劑[9,12]。血小板被激活后,一方面可與受損血管暴露的膠原及血管性血友病因子(von Willebrand factor,vWF)結合,并發生黏附、聚集、活化,形成血小板栓子,堵塞微血管[12];另一方面活化的血小板表面構象發生改變,暴露帶負電荷的磷脂酰絲氨酸表面,為凝血酶復合物形成提供良好的反應場所,加速凝血級聯反應的過程[12];此外,活化的血小板還可招募并結合、聚集于中性粒細胞表面,是中性粒細胞胞外誘捕網(neutrophil extracellular traps,NETs)釋放的關鍵觸發因子。NETs在膿毒癥凝血紊亂中可直接激活血小板、參與微血管血栓形成,并抑制纖溶[17-18]。再者,激活的血小板亦可通過自分泌及旁分泌方式釋放血栓烷A2 (thromboxane A2,TXA2)及二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)等物質,進一步以指數方式擴大血小板的激活,加劇凝血紊亂[19]。另外,白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)主要由激活的血小板釋放,激活的血小板可通過IL-1β、核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)等多種途徑參與并加劇炎癥反應,形成惡性循環[12]?；谘“逶谀摱景Y凝血紊亂、炎癥反應中的重要作用,抗血小板治療對緩解膿毒癥患者凝血功能紊亂、減輕炎癥反應,繼而改善多器官功能不全,提高生存率體現出巨大的潛在價值[20]。當前抗血小板治療的藥物主要包括環氧化酶抑制劑(如阿司匹林等),P2Y12受體抑制劑(如氯吡格雷、替格瑞洛等)、血小板糖蛋白(GPⅡb/Ⅲa)受體拮抗劑(如替羅非班等)、凝血酶受體抑制劑、5-羥色胺受體拮抗劑等幾大類[21],其中環氧化酶抑制劑、P2Y12受體抑制劑及GPⅡb/Ⅲa受體拮抗劑目前應用最為廣泛[22]。既往開展的大量動物試驗及臨床回顧性研究均顯示出抗血小板治療在降低膿毒癥病死率、改善預后上的顯著功效[23-25],然而當前研究尚缺乏證據等級更高的大型前瞻性隨機對照試驗數據的支持[20]。

1.1.3NETs促微血栓形成 NETs是由活化的中性粒細胞所釋放的染色質細絲網狀結構物質,主要由組蛋白、DNA鏈、溶酶體酶(如髓過氧化物酶,中性粒彈性蛋白酶,組織蛋白酶G等)及蛋白質等組成[26]。在膿毒癥中,各種不同種類的病原體,如細菌、真菌、病毒等,炎癥細胞因子、活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)等均可活化中性粒細胞、釋放NETs,此外,特別值得關注的是,激活態的血小板亦可導致中性粒細胞活化,是促使NETs形成的強效誘導劑[27]。NETs可誘捕、限制及殺滅入侵病原體,最初被認為是機體固有免疫系統的重要組成部分[28]。然而近來越來越多的證據表明,NETs在膿毒癥“炎-凝交互”過程中扮演重要角色,是促使廣泛微血管血栓形成,導致嚴重凝血功能紊亂的重要因素[29-31]。Fuchs等[17]最早報道,NETs形成后可募集血小板、紅細胞及其他一些參加血栓形成的組分,如vWF、纖維連接蛋白、纖維蛋白原、細胞衍生組織因子等,其三維立體空間結構本身具備促進血栓形成的能力,此外,NETs與纖維蛋白共位,可與微血栓中纖維蛋白鏈緊密交聯,從而可加固所形成的血栓結構穩定性[17,32]。再者,NETs中的組分,如組蛋白、DNA、酶類及蛋白質等具有極強的促栓屬性,可促進微血栓形成?；贜ETs在膿毒癥凝血功能紊亂中的重要作用,有學者提出,NETs可作為治療膿毒癥微循環功能障礙最佳的治療靶點[33]。試驗表明,抑制NETs可同時減少血管內凝血及器官功能損傷,而單純的抗凝治療對器官機能恢復并無顯著療效。然而當前以NETs為靶標治療人群膿毒癥的研究尚待開展。

1.1.4微粒體的促凝活性 微粒體(microparticles,MPs),亦稱之為胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs),是由活化或凋亡的血小板、單核細胞、內皮細胞等釋放入血漿或其他部位的,大小在亞微米級別、包被磷脂雙分子層的球形粒子[34],在膿毒癥凝血紊亂、DIC、微血管血栓栓塞、多器官功能不全等病理生理過程中扮演至關重要的作用[34]。MPs表達促凝活性,主要通過以下兩方面[35-36]:(1)MPs表面的磷脂雙分子層可為凝血級聯反應的順利進行提供良好的催化表面;(2)MPs富含TF,而TF是外源性凝血途徑激活的重要啟動因子,通過與循環中FⅦ(a)結合,啟動外源性凝血反應過程。值得關注的是,血小板源性的MPs被認為是導致膿毒癥凝血紊亂的主要類型,而內皮細胞、白細胞、紅細胞及其他細胞來源的MPs亦廣泛參與炎癥及凝血反應的過程[29,37]?；贛Ps強大的促凝屬性及在膿毒癥凝血紊亂中的重要作用,針對MPs的靶向治療似乎前景遠大。Boisrame-Helms等[38]報道,在小鼠膿毒癥休克動物模型中,采用活化蛋白C治療可顯著降低白細胞源性MPs,從而限制血管炎癥反應,并改善血流動力學。Essandoh等[39]研究發現,在小鼠膿毒癥動物模型中,預先用鞘磷脂酶抑制劑阻斷被細菌感染的巨噬細胞釋放MPs,可保護心臟功能,并延長生存時間。然而當前的研究尚處于動物試驗階段,缺乏更多人體臨床試驗數據支持,其在膿毒癥人群治療中的安全性及有效性如何尚待進一步論證。

1.2膿毒癥抗凝機制下調 完整的血管內皮、足夠的抗凝蛋白是保證抗凝機制正常運轉的關鍵[40]。在膿毒癥中,病原體、內毒素、脂多糖及炎癥介質等均可導致血管內皮受損、糖萼降解,血管內皮結構破壞,機體的血管內皮繼而由抗凝抗栓屬性向促凝促栓特性轉變[41-42],其發生原因包括:一方面受損的血管內皮可募集白細胞、血小板,活化的血小板粘附、聚集在內皮細胞表面,促進微血栓的形成;另一方面血管內皮細胞受損、糖萼降解致使抗凝抗栓組分,如一氧化氮(nitric oxide,NO)、前列環素(prostacyclin)、組織因子途徑抑制物(tissue factor pathway inhibitor,TFPI)、硫酸乙酰肝素(heparan sulfate)等合成分泌減少,并使血栓調節蛋白(thrombomodulin,TM)及內皮細胞蛋白C受體(endothelial cell protein C receptor,EPCR)結構、功能及完整性遭到破壞。TFPI合成減少,致使經TF啟始的外源性凝血途徑不能得到有效抑制,凝血反應不斷放大;抗凝血酶(antithrombin,AT)因硫酸乙酰肝素合成分泌減少,抗凝活性大大降低;而抑制蛋白C(protein C,PC)因缺乏TM及EPCR輔助,激活及抗凝活性受抑。AT是機體發揮抗凝作用最重要的抗凝蛋白,主要在肝臟中合成,膿毒癥發生、發展過程中大量生成的凝血酶可極大中和、消耗循環中的AT,此外,膿毒癥所致肝損傷亦會使其合成減少,再者,血管受損、通透性增加,亦會導致AT丟失增多,最終導致循環血液中AT濃度減少,抗凝活性降低[41,43]。血漿中AT水平與膿毒癥炎癥反應、內皮受損、凝血紊亂及重要臟器功能不全均顯著相關,有學者提出可將其作為預后評估的良好生物標志物[44]。膿毒癥抗凝治療尚存爭議[45],然基于血管內皮在膿毒癥凝血紊亂中的重要作用,保護內皮糖萼、重建糖萼功能似乎更具臨床現實意義,當前針對保護、重建血管內皮糖萼功能的治療措施主要包括液流管理、血糖控制、糖皮質激素治療、血漿蛋白輸注、肝素及類肝素使用、糖萼成分補充等方面,并取得良好臨床獲益[41]。

1.3膿毒癥纖溶系統“關閉” 適中的纖維蛋白溶解是保證凝血激活后,沉積于血管的不可溶纖維蛋白得到及時有效清除,進而使得血管通暢、防止血栓形成的關鍵[46]。纖溶系統的核心組成成分為纖溶酶原(plasminogen),此外,組織型纖溶酶原激活物(tissue type plasminogen activator,t-PA)、尿激酶型纖溶酶原激活物(urokinase type plasminogen activator, u-PA)、纖溶酶原活化劑抑制物-1(plasminogen activator inhibitor -1,PAI-1)及纖溶酶原活化劑抑制物-2(plasminogen activator inhibitor-2,PAI-2)及α2-纖溶酶抑制物(α2-plasmin inhibitor,PI)作為主要成分參與其中,共同保證纖溶系統穩態的維持[46]。PAI-1的大量釋放與凝血酶激活的纖溶抑制物(thrombin-activatable fibrinolysis inhibitor,TAFI)的廣泛激活是膿毒癥纖溶“關閉”兩大主要原因[27,47]。纖溶“關閉”致使沉積于微血管的纖維蛋白得不到及時、有效清除,從而導致血流堵塞、組織灌注障礙,多器官功能不全,甚至死亡。Semeraro等[47]研究指出,纖溶“關閉”與膿毒癥患者90 d病死率升高相關,PAI-1水平升高與TAFI水平降低(注:伴隨激活態的TAFI水平升高,TAFI因激活、消耗而減少)是預測膿毒癥患者短期死亡的獨立危險因素,可作為膿毒癥患者危險分層及治療監測的良好指標。當前有關以纖溶標志物為治療靶點的臨床試驗仍近乎于空白[47],基于纖溶系統在膿毒癥凝血紊亂中的重要作用,后續相關的研究值得嘗試。

2 膿毒癥與DIC

DIC作為膿毒癥凝血功能異常最為嚴重的類型,廣泛存在于嚴重膿毒癥及膿毒性休克患者中,約35%的膿毒癥患者可伴隨DIC的發生,入住ICU的膿毒癥患者DIC發生率更高,提示DIC的發生與膿毒癥病情嚴重程度及預后密切相關[48]。

2001年國際血栓與止血學會(The International Society of Thrombosis and Haemostasis, ISTH)將DIC定義為:不同病因所致局限性血管內凝血系統激活為特征的獲得性綜合征,它既可由微血管體系受損而致,又可導致微血管體系損傷。若損傷嚴重,可導致多器官功能不全(multiple organ dysfunction syndrome,MODS)[49]。當前對DIC的診斷尚缺乏可靠、單一、實用的生物標志物及金標準,其診斷多采用包括多項實驗室凝血指標在內臨床積分系統[4,49],如目前學界使用最為廣泛的ISTH-DIC積分系統(見表1)。值得關注的是,DIC的早期診斷及識別對于臨床及時采取有效干預措施(如必要的抗凝治療等),改善預后意義重大[45]。有研究指出,入住ICU首日篩查DIC可顯著降低病死率,而若入住ICU兩日后重復篩查,效能更高,提示早期識別、篩查DIC,進而及時采取有針對性的處理措施,將有助于改善患者不良結局[50]。值得一提的是,膿毒癥DIC患者凝血功能進展、多器官功能衰竭已然形成,這類患者從抗凝治療中的獲益可能有限,積極尋找膿毒癥前DIC階段作為抗凝治療的時間窗口應更有理論及現實意義[45]。2017年ISTH首次提出膿毒癥誘導凝血病(sepsis-induced coagulopathy,SIC)的概念,并推出SIC積分系統(見表1),以期識別膿毒癥早期凝血紊亂,并適時啟動抗凝治療,避免病程進展至顯性DIC階段而不可逆轉[51]。SIC積分系統因其僅包含國際標準化比值(international normalized ratio,INR)、血小板計數、序貫器官衰竭評估(Sequential organ failure assessment,SOFA)評分等參數,以其簡明、實用,而迅速在世界范圍內流行,其在指導膿毒癥抗凝治療中的功效已得到不少研究的證實[52-54]。

表1 ISTH-DIC/SIC積分系統[45]

3 膿毒癥與抗凝治療

病因治療,包括適當的抗生素應用及感染源的控制是膿毒癥治療的基石,此外,適當的輔助支持治療,如抗凝治療對改善膿毒癥凝血功能異常,緩解微循環組織血流灌注、多器官功能不全至關重要[9,45]。膿毒癥患者往往伴隨多種血栓并發癥,如靜脈血栓栓塞(venous thromboembolism,VTE)、急性腦梗死、急性心肌梗死等,“拯救膿毒癥運動”(Surviving Sepsis Campaign,SCC)指南推薦在無明顯禁忌癥的前提下可使用低分子肝素/肝素用于膿毒癥VTE的預防(強烈推薦,中等級別證據)[55]。Alhazzani主持的一項薈萃分析顯示,在危重型膿毒癥患者中預防性應用低分子肝素/肝素可顯著減少下肢深靜脈血栓(deep vein thrombosis,DVT)與肺栓塞(pulmonary embolism,PE)的發生,同時并不顯著增加出血事件的發生,病死率亦有下降(盡管下降的程度在統計學上無差異)[56]。Liu等[57]在37例膿毒性相關前DIC患者中檢驗低分子肝素的療效,發現低分子肝素的使用可顯著改善膿毒癥患者的高凝狀態及多器官功能不全,并可縮短住院時間。然而遺憾的是,在既往開展的大部分臨床隨機對照試驗研究中卻并未顯現肝素/低分子肝素在改善膿毒癥患者預后、提高生存率等方面的功效[58]。除低分子肝素/肝素外,當前用于膿毒癥抗凝治療的主流藥物包括AT、血栓調節蛋白(thrombomodulin,TM)等[45]。AT是循環中最為重要的生理性抗凝物質,主要抑制凝血酶的活性,同時亦可抑制急性炎癥反應[45]。膿毒癥患者AT水平顯著降低,抗凝血酶的補充常用于膿毒癥輔助治療[45]。TM是內皮相關的抗凝輔因子,可促進并增強凝血酶介導的PC的激活[59]。膿毒癥患者普遍存在內皮損傷,TM表達下調,對這類人群補充TM制劑,如重組可溶性血栓調節蛋白(recombinant soluble thrombomodulin,rsTM)將有助于重建機體抗凝功能[45],此外,以膿毒癥為研究模型的臨床前試驗亦表明rsTM的應用在改善膿毒癥凝血功能紊亂、緩解多器官功能不全中的價值[60]。然而,需要指出的是,后續開展的大部分大型隨機對照試驗研究卻并未顯現出抗凝治療對降低膿毒癥患者病死率的顯著功效,這也讓膿毒癥抗凝治療備受爭議[6,57-58,61-66](詳見表2)。膿毒癥早期所生成的血栓,被認為是免疫性血栓或保護性血栓,可束縛病原體至局部,避免病原體播散至全身,此時若行抗凝治療,不僅不能降低病死率,反而可能有害[51]。隨著病情進展,凝血酶持續生成,微血栓不斷形成,進展至膿毒癥后期,尤其是顯性DIC 階段,多器官功能衰竭已不可逆轉,這類患者從抗凝治療中的獲益亦會受限[45]。由此可見,精準識別膿毒癥凝血紊亂階段,進而準確把握合適的抗凝時機,可能是膿毒癥患者抗凝治療獲益與否的關鍵[45]。ISTH推出的SIC積分系統[51],可較為早期地識別膿毒癥凝血紊亂,在指導膿毒癥患者抗凝治療中顯示出潛在的重要價值[45,51-54]。

4 總結與展望

膿毒癥患者往往表現出TF大量表達、血小板廣泛激活、NETs大量形成及MPs加劇釋放等,從而致使促凝活性上調,與此同時,膿毒癥患者血管內皮受損、糖萼破壞,可顯著下調內皮相關的抗凝機制,如抑制蛋白C、AT及TFPI等的抗凝功能,此外,PAI-1及TAFI水平的顯著上調,致使纖溶“關閉”?？傮w而言,膿毒癥患者往往表現出高凝狀態,凝血酶大量生成、纖維蛋白廣泛沉積,微血管血栓形成,嚴重者可導致組織灌注障礙、多器官功能衰竭,DIC,甚至死亡。膿毒癥抗凝治療尚存爭議,精準識別膿毒癥凝血紊亂階段,進而準確把握合適的抗凝時機,可能是膿毒癥患者抗凝治療獲益與否的關鍵。ISTH推出的SIC積分系統,可較為早期地識別膿毒癥凝血紊亂,在指導膿毒癥患者抗凝治療中正顯現出潛在的重要價值。最后值得關注的是,傳統抗凝治療對改善多器官功能衰竭、提高生存率的價值仍然有限,重建糖萼功能及針對NETs為靶標的拮抗藥物正成為極富有應用前景的新型抗凝治療方案,然而尚需證據等級更高的循證醫學數據的支持。