脓毒症以往指由感染引起的全身炎症反应综合征, 临床证实有细菌存在或有高度可疑感染灶。近期则修正为“机体对感染的反应失调而导致危及生命的器官功能障碍”, 进一步可发展为脓毒性休克。

脓毒症心肌抑制(septic myocardial depression, SMD), 或称脓毒性心肌病(septic cardiomyopathy), 脓毒症诱导的心肌功能不全(sepsis-induced myocardial dysfunction, SIMD), 由心肌直接受损或血流动力学改变引起的间接受损所致, 是脓毒性休克常见而严重的并发症。表现为可逆的心室收缩/舒张功能不全, 伴新发心律失常^[1-2]。心肌抑制因子(myocardial depressant factor, MDF)包括细胞因子(IL-1, IL-6和TNF-α等)、补体、病原体相关分子模式和金属蛋白酶等参与SMD发生^[3]。近期研究显示, 作为MDF, 胞外组蛋白(extracellular histones, EH)剂量依赖性地损伤内皮细胞、刺激释放细胞因子、活化凝血、诱导中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps, NETs)形成及髓过氧化物酶释放等, 从而诱发脓毒症和SMD^[4-6]。本文就EH在脓毒症及其SMD的发病机制进行综述。

1 胞外组蛋白

核内组蛋白由五种蛋白构成：H2A、H2B、H3、H4为核小体的核心结构; H1位于核小体以外, 稳定染色质三级结构。若核内组蛋白易位至细胞外即为EH。EH大部分来源于机体细胞死亡(坏死或凋亡)后释放。NETs也是EH主要来源之一^[7]。炎症反应时细胞趋化到炎症部位, 继而核膜裂解、消失, 核内DNA和细胞质通过蛋白质在细胞膜外形成网状结构, 捕获和杀死细菌, 称为NETs。脓毒症时多型核细胞肽基精氨酸脱亚氨酶4被激活, 脱氨后将精氨酸转化为瓜氨酸, 诱发DNA解螺旋, 组蛋白释放到胞外^[8-9]。在脂多糖诱导的急性肺损伤模型中, 超过90%的组蛋白由中性粒细胞以时间依赖性的方式释放。共聚焦显微镜显示补体5a(complement, C5a)导致EH释放。机体通过多种途径, 包括血浆DNA-蛋白质水解酶裂解、内皮网状系统吞噬或溶酶体溶解及肝脏代谢清除或经过肾小球滤过等代谢EH^[10]。

2 EH与脓毒症

健康志愿者血浆中几乎检测不到组蛋白, 但在脓毒症及DIC时其显著升高^[11]。Alhamdi等^[5]研究表明EH在脓毒症后10 h开始出现, 达峰时间为16~24 h。盲肠结扎穿孔(cecal ligation and puncture, CLP)后6~30 h在血浆和器官中可检测到组蛋白, 峰值出现在8 h。Fattahi等^[13]认为脾、肺、肝、肾的组蛋白浓度在CLP模型8 h达到峰值, 而心脏中达峰时间为4 h。不同器官EH浓度达峰时间不同的原因, 以及这些器官组蛋白来源于血浆中、局部组织产生或两者兼有, 目前尚不明确。

EH通过细胞毒性、NLRP3炎症小体、促炎反应、血小板活化和血栓栓塞等多种机制, 诱导肺、心脏、肝、肾及脾损伤和凝血紊乱, 出现多器官功能障碍综合征^{[11, 14-19]}。机体感染后, 炎症反应、微血管内血栓形成和内皮细胞功能失调等致全身靶器官损伤及大量炎症细胞坏死, 释放组蛋白, 再次诱导炎症因子激活或释放, 从而形成恶性循环^{[4, 14]}。

2.1 EH刺激细胞因子释放

作为损伤相关分子模式新成员, EH以配体受体的形式与TLR2(toll like receptor, TLR)及TLR4相互作用, 通过激活其下游髓样分化因子88(MyD88)蛋白及NF-κB信号通路, 启动和调控炎症因子的表达及释放^[12]。

EH直接活化内毒素诱导的巨噬细胞和中性粒细胞NLRP3炎性小体。该小体是重要的细胞内固有免疫系统的多蛋白炎症介质^[14]。Grailer等^[14]认为中性粒细胞源的EH通过活化巨噬细胞NLRP3炎症小体, 诱导IL-1β释放。此外, 注射外源性EH后, IL-1β浓度较对照组显著升高, 而EH抗体治疗后IL-1β可降低35%。Huang等^[20]报道在缺血-再灌注损伤小鼠模型中, EH通过TLR-9信号传导途径在肝脏Kupffer细胞线粒体中生成活性氧(reactive oxygen species, ROS), 后者可激活NLRP3炎症小体并导致IL-1β、IL-18炎症因子释放, 增强炎症反应, 加重肝细胞损伤。EH诱导巨噬细胞释放IL-1β的分子机制主要依赖于NLRP3炎症小体、胱天蛋白酶-1(caspase-1)、钾离子外流, 部分依赖于钙离子上升和ROS生成^[14]。与野生型小鼠相比, NLRP3^-/-和caspase-1^-/-的小鼠IL-1β浓度分别降低79%和78%。恶性疟原虫组蛋白提取物以时间依赖和剂量依赖的方式, 通过TLR2、丝裂原家族激酶以及p38 MARK途径提高IL-8水平^[12]。此外, 它尚能诱导MCP-1、IL-8和COX2等促炎因子的基因转录。

2.2 EH与内皮细胞损伤

通过诱导膜通透性增加, 导致细胞肿胀和溶解, EH对实质细胞和血管内皮细胞均有损伤。在纯化的脂质双层中形成通道后, 组蛋白能够非特异性地提高其导电性, 影响连接蛋白表达, 诱导内皮细胞通透性增加, 甚至细胞死亡^[21]。该作用不依赖于p38丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)的磷酸化, 而部分依赖于Src家族肌酶^[12]。此外, 蛋白C通过内皮细胞上的血栓调节蛋白-凝血酶复合物转化为活化蛋白C, 其可降低EH诱导的细胞毒性^[6]。

2.3 EH与免疫瘫痪

免疫瘫痪在脓毒症诱导的组织损伤, 多器官功能衰竭及死亡中发挥重要作用。其主要特征为损伤的固有和适应性免疫损伤, 伴随早期过度炎症反应及随后或重叠的长期的免疫抑制状态^[22]。体外实验发现, 组蛋白诱导大量淋巴细胞凋亡。有学者观察到脾中组蛋白浓度在CLP后4 h时明显升高, 进一步研究显示C5a以剂量依赖和时间依赖性方式, 刺激组蛋白释放, 导致脓毒症性淋巴细胞减少^[23]。

3 EH与SMD

SMD具体机制尚未明确, 早期认为心肌低灌注引发, 最近发现毒素、细胞因子、一氧化氮、补体激活、凋亡、氧化应激失衡和心肌能量代谢紊乱等多种因素参与了SMD^[24-27]。多元回归显示TnT与左室功能不全有相关性^[24]。脓毒症患者EH显著升高, 并与TnT浓度、左室功能障碍、达稳态血流动力学所需去甲肾上腺素剂量、SOFA评分及病死率呈线性相关, 可预测心肌不良事件和预后^{[5, 11-12, 16]}。以75 µg/mL为临界值, 可预测新发心律失常、左室功能障碍及死亡风险^[5]。Nakahara等^[11]认为EH可导致急性肺动脉高压及右心室衰竭。Alhamdi等^[28]发现不同EH浓度影响心室功能不同, 静注30 mg/kg导致左室收缩功能障碍, 表现射血分数下降和舒张时间延长; 60 mg/kg时右心室压力升高, 伴有因肺血管阻塞导致的右心室扩张, 但因肺脏回心血量减少, 左室舒张末容积改善。也有学者认为, 肌钙蛋白和EH同时升高时, 左心室功能障碍和病死率之间才具相关性^[5]。

EH浓度与IL-1β、IL-6、IL-10、IL-8、IL-18和TNF-α等炎症标志物有关^[18]。这些标志物在抗组蛋白治疗后下降^[28-29]。研究表明TNF-α和IL-1β在SMD中起核心作用^{[2, 30]}。该过程分两个阶段, 暴露于TNF-α和IL-1β后10 min即可发生早期的心肌抑制, 而晚期心肌抑制则出现在暴露后数小时, 可持续数天。TNF-α引起SMD可能的机制包括诱导心肌细胞凋亡、负性肌力作用、通过NO合成酶、细胞间黏附分子或中性鞘磷脂酶造成心肌损害等。暴露于IL-1β时, 心肌组织收缩力降低。清除体内血清IL-1β或使用IL-1受体拮抗物后, 其降低程度可被逆转。IL-1β产生心肌抑制机制包括影响钙离子流、NOS和cGMP等降低心肌收缩力。SMD时TNF-α和IL-1β与EH是否有关, 目前尚不清楚。此外, IL-6和基质金属蛋白酶在SMD发病过程中具有重要作用^[31-32]。但两者诱导SMD是否与组蛋白有关, 目前尚不明确。

EH尚可通过补体系统诱导SMD^[4]。补体系统是参与炎症反应的一种介质, 以C5a活性最强。脓毒症患者心肌细胞C5a受体水平表达升高。注射C5a可造成心脏收缩和舒张功能障碍; 而脓毒症引起的左心室压降低和心肌收缩力下降, 均可通过体内注射C5a封闭抗体翻转。Bosmann等^[33]测定急性肺损伤鼠模型肺泡灌洗液中C5aR和C5L2和EH浓度后发现, 补体系统C5a通过C5aR和C5L2途径激活炎症风暴, 促进EH释放。

凋亡在脓毒症病理过程中发挥重要作用。严重脓毒症及脓毒性休克患者血中核小体明显升高。血清核小体浓度能够预测脓毒症及器官功能不全。应用组蛋白去乙酰化酶抑制剂可抑制失血所引起的心脏组蛋白去乙酰化, 防止心肌细胞凋亡, 提高生存率^[34]。然而, 在脓毒症小鼠模型及体外培养的心肌细胞的研究表明脓毒症时心脏自噬是为保护心肌的一种适应性反应^[35]。此种理论能够解释为何存活的脓毒症患者反而伴有较低的射血分数^[36]。似乎相互矛盾的研究结果, 提示脓毒症及SMD机制复杂。

4 展望

不同EH亚型在不同器官损伤中作用各异^[37]。脓毒症、创伤、DIC等患者EH浓度明显升高, 炎症清除后其水平随之下降, 且死亡患者EH浓度显著高于存活者^[11]。EH（主要是H3和H4）既是脓毒症和其他炎症性疾病预后的生物标记物, 也是治疗靶点之一^{[5, 12, 38]}。同时输注组蛋白H4抗体能够阻断蛋白C活化, 降低内毒素及TNF-α诱导致死性小鼠病死率^{[6, 17]}。组蛋白H4抗体治疗内毒素诱导致死性小鼠体后发现H3浓度可降低, 提示H4在脓毒症发病中的重要作用。组蛋白H4为进一步认识脓毒症心肌损伤的发病机制、诊断及治疗方向提供临床思路和新方向^[6]。