系統性炎癥在慢加急性肝衰竭發病機制中的作用

陳淵淵 孟忠吉,2,3△

1.十堰市太和醫院(湖北醫藥學院附屬醫院)感染科 (湖北 十堰， 442000) 2.湖北省肝癌精準診療臨床研究中心 3.湖北省胚胎干細胞研究重點實驗室

慢加急性肝衰竭(ACLF)是在慢性肝病基礎上，由各種誘因引起急性黃疸加深、凝血功能障礙為表現的綜合征，可合并肝性腦病、腹水、電解質紊亂、感染、肝腎綜合征、肝肺綜合征等并發癥，以快速進展的多器官功能衰竭和超高的短期死亡率為特點[1]。ACLF是終末期肝病的臨床常見類型，是導致慢性肝病患者死亡的主要原因之一。ACLF這一概念在1995年由日本學者首先提出[2]，此后的20多年時間里，研究者們共提出了十多種定義和診斷標準[1，3-6]。由于東西方ACLF患者病因及誘因不同，在世界范圍內ACLF的定義及診斷標準尚不統一。

ACLF發病機制復雜，目前主要有“三重打擊”[7]、“PIRO”[8]、HLA-DR等位限制性CD4+T細胞途徑[9]、系統性炎癥反應等假說[10]解釋ACLF發生機制，系統性炎癥假反應說受到廣泛認可，本文將對系統性炎癥反應在ACLF發病機制中的作用進行總結。

1 系統性炎癥假說

2013年歐洲肝臟學會慢性肝衰竭工作組進行了一項大型多中心、前瞻性、觀察性研究，連續入組1 383名來自歐洲8個國家29家大學醫院因肝硬化急性失代償入院的患者，進一步明確了ACLF的流行病學特征，自然病程和預后[5]。此外研究人員發現ACLF患者白細胞計數和血清C-反應蛋白水平明顯高于未發生ACLF患者且與ACLF患者器官衰竭個數及疾病的嚴重程度呈正相關。加之ACLF通常由細菌感染、急性酒精性肝炎等促發并加重系統性炎癥反應(SIR)引起。歐洲肝臟學會慢性肝衰竭工作組據此提出了系統性炎癥反應假說來解釋ACLF的發病機制[10]，為ACLF的病理生理學研究開辟了新的方向[11]。

2 炎癥反應及其相關組織損傷

2.1 炎癥反應過程 致炎因子及其受體對于炎癥反應的發生起著至關重要的作用，由于來源不同，致炎因子又分為外源性及內源性兩類。

2.1.1 外源性致炎因子及其受體 致炎因子又分為細菌相關的病原體相關分子模式(PAMPs)、毒力因子，以及過敏原、異物、理化刺激等非細菌相關的因素[12]。PAMPs是一種保守的分子模式，宿主的固有免疫系統可以通過模式識別受體(PRRs)直接識別PAMPs[12-16]。PAMPs與對應的PRRs結合引發級聯信號反應，激活核因子κB(NF-κB)、激活蛋白-1、干擾素(IFN)調節因子等關鍵轉錄因子，誘導多種基因表達抗菌效應因子和細胞因子，協調炎癥反應和固有免疫反應，并參與誘導適應性免疫反應[12,13]。毒力因子是另一類重要的致炎因子，它們可通過功能特征被間接識別，破壞組織的穩態[17]。少數毒力因子可因其特殊的結構被直接識別進而誘導炎癥反應[18]。

2.1.2 內源性致炎因子及其受體 內源性致炎因子是在組織損傷背景下產生的，包括壞死細胞釋放的內容物和細胞外基質分解產物。這些內源性致炎因子被稱為損傷相關分子模式(DAMPs)[19]。它們可被組織巨噬細胞表面的受體識別并引發炎癥反應。

2.2 炎癥反應的結果 細菌感染導致的炎癥反應以加強機體抵抗力減少細菌負荷為目的；而組織損傷釋放DAMPs介導的炎癥反應以促進組織修復為目的[14]，機體免疫耐受失敗，組織保護和修復相關基因下調均會導致炎癥反應過度及免疫病理損傷。因此免疫系統過度激活，導致免疫病理損傷及大量DAMPs釋放，機體對于自身DAMPs的免疫耐受失敗，組織保護和修復相關的基因下調，促使機體組織損傷進一步加重。

3 ACLF患者炎癥反應特點

3.1 ACLF患者起病初期系統性炎癥反應特點 雖然Xiang XG等[20]成功建立ACLF小鼠模型，但目前ACLF病理生理學資料大多來自對肝硬化患者的觀察和轉化研究。在ACLF患者起病初期，其發生SIR的機制因發病誘因而異。目前ACLF最常見的誘因為細菌感染，其次是酗酒和乙型肝炎病毒(HBV)活動，另有部分患者無法找到明確誘因。

3.1.1 以細菌感染為誘因的ACLF 系統性炎癥反應特點 ACLF患者最常見的誘因是細菌感染，自發性細菌性腹膜炎(SBP)是ACLF患者最常見的感染，多由來源于腸道的革蘭氏陰性菌引起[21]。腸道細菌穿透腸粘膜屏障易位至腸外器官的機制可能與肝硬化患者腸道菌群失調、腸道細菌過度生長及腸道免疫功能受損有關[22-24]。易位的革蘭氏陰性菌釋放的PAMPs與對應的PRRs結合引發級聯信號反應，釋放大量炎癥因子導致SIR，進而引起免疫病理損傷。

3.1.2 以酗酒為誘因的ACLF系統性炎癥反應特點 酗酒是ACLF另一常見誘因。Lucey MR等[25]研究發現酒精性肝炎的病理特征包括肝細胞壞死和肝臟慢性炎癥，伴有明顯的中性粒細胞浸潤。其原因可能是過量飲酒導致腸道菌群失調，增加腸上皮細胞通透性，有利于表達PAMPs的細菌易位，這些細菌到達肝臟后，被庫普弗細胞表達的TLRs識別，刺激IL-8、TNF-α等趨化因子的產生，趨化中性粒細胞肝內浸潤[25，26]。壞死的肝細胞釋放大量DAMPs進一步加重炎癥反應。

3.1.3 以HBV激活為誘因的ACLF系統性炎癥特點 施毓等[27]研究表明，HBV活動是HBV-ACLF最常見的誘因，占HBV-ACLF病例的40%～60%，核苷類似物耐藥及患者自行停藥是導致HBV再激活的主要原因[28]。HBV引起的免疫損傷以細胞免疫為主，ACLF是機體免疫系統對HBV的過激反應，CTL的特異性損傷、其它免疫活性細胞如NK、NKT、庫普弗細胞等非特異性損傷以及大量炎癥細胞因子急劇增多引起SIR導致免疫病理損傷是誘發ACLF的重要因素[29，30]。HBV-ACLF的肝組織病理檢查顯示，除有大塊或亞大塊的壞死，同時還伴有炎癥細胞浸潤和微循環障礙[11，31]，這些病變提示肝衰竭的出現與宿主免疫損傷、缺血缺氧及再灌注損傷密切相關[32，33]。高志良教授針對HBV-ACLF發生機制提出了免疫損傷、缺血缺氧和內毒素血癥“三重打擊”假說[7]。首先，HBV活動誘發機體產生過強的免疫應答，通過免疫病理損傷直接或間接導致肝細胞死亡，并介導局部炎癥反應。然后，局部炎癥反應導致微循環障礙，造成缺血缺氧性損傷。同時，由于肝衰竭時肝臟解毒能力降低、腸道屏障功能障礙、機體免疫功能低下等因素，促進了內毒素血癥的發生，內毒素血癥加速了肝細胞的死亡。

3.1.4 無明確誘因的ACLF系統性炎癥特點 在CANONIC Study中有近50%ACLF患者無明確誘因。雖然這部分患者沒有明確誘因，但是Moreau R等[5]發現這些患者起病及病情進展均與SIR相關。目前沒有明確的機制來解釋無明確誘因的ACLF引起全身炎癥的原因。Bernardi M等[10]提出了三種假說來解釋這些患者發生SIR的機制：第一種假說涉及腸道菌群失調；第二種涉及細菌PAMPs的易位作用；第三種假說涉及內源性炎癥因子的作用。

①腸道菌群失調假說 肝硬化患者普遍有腸道菌群失調表現，以擬桿菌科減少及腸桿菌科增加為特點[34-37]。此外，腸道菌群的構成會隨著肝硬化的階段(代償期與失代償期)及其嚴重程度而變化。Chen Y等[38]對ACLF患者和健康對照者的糞便微生物群進行分析，發現ACLF患者腸道的總體微生物多樣性和豐富度明顯低于健康對照者。ACLF患者腸道特異性細菌科(瘤菌科和拉氏藻科)與IL-6、IL-2、TNF-α等炎癥因子之間存在較強的相關性，提示腸道微生物群產生的代謝產物可能導致炎癥，需要進一步宏基因組學和代謝組學研究來明確。

②細菌PAMPs易位假說 Bernardi M等[10]發現部分肝硬化患者發生腸道菌群易位，但是卻不會發生感染，提示細菌在腸粘膜中被殺死；然而，Bauer TM等[39]和Zapater P等[40]發現細菌可以釋放PAMPs(如LPS、CpG DNA)進入體循環，被不同部位的TLRs識別，引發炎癥反應。這一假設與TLR識別不依賴于微生物活性或侵襲性的觀點一致[14]。

③內源性炎癥因子假說 慢性肝病患者組織損傷時釋放大量內源性炎癥因子(細胞內容物及細胞外基質分解產物)與組織巨噬細胞表面的受體結合引發炎癥反應[12，13]。

3.2 ACLF患者在疾病后期出現免疫麻痹 隨著疾病的持續，炎癥反應平衡逐漸由促炎反應向抗炎反應傾斜。抗炎反應最終在ACLF晚期占主要地位，稱為補償性抗炎反應綜合征(CARS)，導致患者對細菌感染的易感性增加和死亡率的驟升。Claria J等[41]發現除促炎細胞因子外，失代償性肝硬化和ACLF患者血清中IL-10和IL-1ra等抗炎細胞因子的產生顯著增加。Wasmuth HE等[39，41，42]發現ACLF患者在疾病后期出現以循環單核細胞功能衰竭為主要表現的敗血癥樣免疫麻痹。Bernsmeier C等[43，44]人進一步發現，單核細胞功能衰竭可能是由于分泌性白細胞蛋白酶抑制劑介導的原癌基因酪氨酸蛋白激酶表達增加，進而促進中性粒細胞凋亡和清除，抑制機體對微生物的固有免疫應答。O′Brien AJ等[45]發現前列腺素E2具有降低巨噬細胞殺滅細菌的能力，可以驅動肝硬化相關的免疫麻痹。此外一些研究發現ACLF患者T細胞功能受到抑制，從而損害適應性免疫。這些發現提示：ACLF發病過程中存在SIR；在ACLF患者中促炎反應與抗炎反應同時存在；代償性抗炎反應不能有效地補償或抵消這種情況下產生的大量促炎細胞因子；前期過度的SIR使免疫細胞功能耗竭，加之后期抗炎反應占主導地位，導致ACLF患者出現免疫麻痹。

3.3 SIR導致ACLF患者多器官功能衰竭 ACLF患者也會出現肝外器官衰竭，尤其是腎功能衰竭。Michelena J等[46]發現在這些ACLF患者中也存在SIR，并且SIR越重，患者預后越差。嚴重的SIR是發展多器官衰竭的獨立預測因子。Bernardi M等[10]發現ACLF患者的器官衰竭不僅是因為全身有效循環容量低下導致器官灌注不足，還與過度激活的固有免疫系統對微循環和組織細胞穩態的直接有害影響相關。TNF-α誘導NF-κB活化激活一氧化氮合酶通路可導致患者左心室收縮力受損和心功能障礙[47]。同樣，SIR也可能參與肺功能障礙的發病機制，其特點是同時增加肺循環中一氧化氮的釋放及趨化因子的過度活化和巨噬細胞在肺微血管系統的聚集[48]。腎衰竭的組織病理學特征是強烈的毛細血管白細胞浸潤、微血栓形成、細胞凋亡和線粒體損傷(線粒體數量減少、嵴破壞和線粒體水腫)[49]。關于凝血功能衰竭，炎癥反應可能觸發內皮細胞釋放局部促凝因子(包括組織因子和膜微粒)，在微循環中誘發微血栓形成。綜上所述，SIR可導致肝硬化失代償期患者發生器官衰竭，其機制不僅與動脈血管舒張和左心室功能受損、器官灌注不足和組織缺血有關，還可能與一些導致細胞功能障礙的機制有關。細胞因子可通過線粒體損傷、氧利用障礙和ATP合成受損、細胞生物能量衰竭和細胞周期阻滯等機制誘發并加重細胞功能障礙導致器官衰竭。而受損的線粒體和損傷的細胞又是內源性炎癥因子的主要來源，進一步加重炎癥反應，從而形成細胞損傷與器官衰竭的惡性循環，最終導致ACLF患者發生多器官功能衰竭(MOF)。

3.4 SIR抑制肝臟再生 肝臟具有強大再生能力，動物實驗證明，當肝臟被切除70%～80%后，并不顯示出明顯的生理紊亂，而且殘余的肝臟可在3～8周長到原來大小。人體切除二分之一肝后，不到半年就可以又長成整個肝臟。ACLF患者以肝臟發生亞大塊壞死為組織學特征，殘余肝細胞應當快速增殖以恢復肝臟功能，但事實上ACLF患者肝細胞再生受到抑制。此前研究發現慢性肝病患者由于肝細胞端粒功能障礙而導致肝再生能力受損，近期Xiang XG等[20]發現IFN-γ/STAT1和IL-6/STAT3通路失調是導致ACLF小鼠肝再生嚴重受損的原因(IL-6和IL-22激活STAT3促進肝再生；而IFN-γ激活STAT1抑制肝再生)。固有免疫過度活化產生大量IFN-γ導致STAT1過度活化。IL-22Fc可逆轉STAT1/STAT3失衡狀態，降低ACLF小鼠的死亡率，還可促進抗菌基因的表達(可能與抗凋亡蛋白Bcl2表達增多有關)。并且發現ACLF患者血清IL-6水平明顯降低，而IFN-γ水平顯著升高。一項IIb期臨床試驗顯示，IL-22Fc治療對中度和重度酒精性肝炎患者是安全的，并可改善患者MELD評分[20]。因此IL-22Fc或成為ACLF患者新希望！SIR是ACLF發生及發展的主要驅動因素，并與肝性腦病、腎功能衰竭、肺衰竭、循環衰竭等肝外器官衰竭的發生發展密切相關。其機制與固有免疫的過度激活有關。固有免疫系統可由內源性或外源性炎癥因子過度激活導致SIR。隨著疾病的進展ACLF患者的免疫狀態是動態變化的，并且從促炎狀態發展到抗炎狀態，系統性炎癥綜合征(SIRS)和CARS共同驅動ACLF和MOF的發生及發展。Choudhury等[3]在2009年4月～2015年4月進行了一項多中心前瞻性研究，再次證實ACLF患者存在免疫失調和繼發性免疫麻痹。Choudhury等[3]研究者還發現患者起病7天新發的SIRS，可促使ACLF患者發生膿毒癥、MOF，是患者預后的重要決定因素。在此階段及時的給予抗炎、調節免疫治療可以避免膿毒癥及多器官功能衰竭發生，改善ACLF患者預后，因此這一時期也被稱為ACLF發生、發展過程中的“黃金窗口期”。2018年版中華醫學會《肝衰竭診治指南》將此“黃金窗口期”定義為“慢加急性肝衰竭前期(Pre-ACLF)[1，3]。

4 展望

ACLF是肝衰竭中最常見的類型，病情進展快，病死率極高，發病機制復雜，SIR在ACLF發生及進展過程中起到了重要作用，對ACLF患者預后的影響是毋庸置疑的。Pre-ACLF階段發生SIR可促使ACLF發展，并決定患者預后，炎癥因子是介導SIR的主要因素，若能找到Pre-ACLF階段特異性炎癥因子，則可在Pre-ACLF 階段識別SIRS，給予積極有效的抗炎及免疫調節治療，避免ACLF及膿毒血癥、多器官功能衰竭的發生，改善患者預后。