内皮多糖包被在感染性休克中的研究进展

孙 芳(综述)，施乾坤，穆心苇(审校)

(南京医科大学附属南京医院 南京市第一医院重症医学科，南京210006)

全球每年有数百万人群罹患感染性休克，而且发病率仍在逐年升高,感染性休克的病死率可达1/4，甚至更高[1]。感染性休克的病理生理机制极为复杂。感染性休克是自身免疫系统对外来病菌的过度反应所造成的对机体自身损伤。感染时，中性粒细胞及相关黏附分子的激活导致全身炎症反应。在全身炎症反应时，炎性细胞产生活性氧及活性氮产生细胞损伤，血小板激活，内皮功能失调，毛细血管阻塞，微血栓形成，动静脉分流等一系列病理生理改变，引发持续的血管舒张和血管渗漏，导致血管内蛋白和液体外渗到组织，组织灌注不足，加剧组织缺氧和器官功能障碍[2]。血管屏障受损引起的微循环障碍是感染性休克的核心。多糖包被和内皮细胞一起构成血管的双层屏障，在感染性休克的病理生理发生、发展过程中起着重要的作用。

1 多糖包被概述

多糖包被，也称糖萼或糖蛋白被膜，是覆盖在血管内皮管腔侧的带负电荷的富糖层。蛋白聚糖和糖蛋白作为多糖包被的主要骨架蛋白连接在内皮细胞表面，构成多糖包被的基本网状结构。网状结构中还包裹了多种血浆或内皮细胞来源的成分，包括透明质酸、血栓调节蛋白、超氧化物歧化酶、抗凝血酶Ⅲ、白蛋白等。多糖包被和血流之间处于动态平衡中，厚度和成分不是一成不变，在酶解或剪切力及血管内微环境变化等作用下，多糖包被发生降解和重构[3-4]。

2 多糖包被的生理作用

2.1血管屏障作用

2.1.1维持血管通透性 经典的Starling机制认为，血管内外显著的胶体浓度梯度,即血管内的高胶体渗透浓度和间质内的低胶体渗透浓度,防止了血管内液体和胶体的外渗。但Jacob等[5]研究发现，组织间质和血管内的蛋白浓度几乎相等，Starling机制所要求的血管内外的胶体渗透浓度差也就不存在了，Starling机制的正确性受到了质疑。Adamson等[6]研究认为，防止血管内液体外渗的胶体浓度梯度存在于多糖包被上方血浆蛋白层和下方多糖包被与内皮细胞间的狭窄空间之间。多糖包被通过分子大小、电荷选择性维持了白蛋白的低通透性，形成多糖包被上下的胶体浓度梯度，防止血管内液体外渗[7-9]。多糖包被和内皮细胞本身共同构成血管的双层屏障。

2.2.2抑制白细胞、血小板黏附 在生理状态下，黏附分子、选择素、整合素包绕在多糖包被中，血液中白细胞、血小板不能与此类分子接触[10]。另外，白细胞黏附有赖于内皮细胞表面炎症趋化因子及其他白细胞激活物(如白三烯B4)对白细胞整合素的激活，多糖包被包绕了这些白细胞激活物，使它们不和白细胞直接接触[11]。

2.3抑制凝血过程 多糖包被中包裹了多种抗凝血酶，如抗凝血酶Ⅲ、肝素辅因子Ⅱ、血栓调节蛋白、组织因子途径抑制物(tissue factor pathway inhibitor，TFPI)。所有这些多糖包被中包裹的抗凝物质使正常的内皮具有抗凝特性[12]。

3 感染性休克中的多糖包被

3.1多糖包被在感染性休克病理生理发生与发展过程中的作用 多糖包被作为血管的第一道屏障，在感染性休克时最先受损的就是多糖包被，血管屏障受损，引起白细胞黏附、血管通透性增加、凝血功能障碍等一系列改变，导致微循环障碍。因此，多糖包被的受损与感染性休克的病理生理发生、发展密切相关。

3.1.1氧化应激增强是感染性休克发生与发展的重要机制 Marechal等[13]在小鼠小肠肌层快速注射脂多糖，观察到血浆透明质酸浓度升高和多糖包被厚度变薄，氧化应激反应增强，血管反应性降低和微循环障碍。提示多糖包被作为血浆和内皮细胞的屏障，在感染性休克中氧化应激反应导致的微循环障碍病理过程起着重要作用。Singh等[14]把人肾小球内皮细胞暴露在活性氧5 h后，观察到明显的氨基葡聚糖降解，白蛋白外溢增多，提示氧化应激增强可导致多糖包被降解，引起血管通透性增高，导致微循环障碍。完整的多糖包被包裹了抗氧化酶，如黄嘌呤还原酶、超氧化物歧化酶，具有一定的抗氧化能力。内皮细胞对活性氧很敏感，多糖包被起着内皮细胞防护屏的作用。多糖包被降解导致血管内皮细胞丧失了屏障，直接暴露在活性氧中，从而引起内皮损伤，加重微循环障碍[14]。因此，对于多糖包被的保护也许可以减轻感染性休克中氧化应激反应导致的内皮损伤，进而改善微循环障碍。

3.1.2缺血/再灌注损伤是感染性休克发生与发展的重要机制 Chappell等[10]在离体几内亚猪心脏研究中发现，心脏停灌暖缺血20 min后再灌注导致严重的多糖包被降解和多形核中性粒细胞黏附。氢化可的松或抗凝血酶预处理不仅减轻多糖包被损伤，而且减少了多形核中性粒细胞黏附。提示保护多糖包被结构完整可以减轻缺血/再灌注导致的多形核中性粒细胞黏附。Mennander等[15]在体外循环下行冠状动脉旁路移植术患者的研究中发现，夹闭主动脉时在主动脉根部注入二氮嗪可减轻缺血/再灌注导致的心肌水肿，同时观察到明显降低的血浆透明质酸、多配体聚糖1水平，提示可通过对多糖包被的保护而减少缺血/再灌注损伤导致的组织水肿。Annecke等[16]在德国长白猪体内实验研究发现，阻断胸主动脉90 min后再灌注的300 min内均可监测到血浆硫酸明显升高的硫酸乙酰肝素水平。多糖包被作为血管的第一道屏障，在缺血/再灌注时有可能首先损伤的就是这层结构。对于多糖包被的保护可减轻缺血灌注损伤导致的血管通透性增高、组织水肿和炎性反应等。

3.1.3毛细血管通透性增高是感染性休克发生与发展的重要机制 Van den Berg等[17]研究发现，在Wistar大鼠心肌毛细血管用电子显微镜可见内皮细胞表面覆盖0.2～0.5 μm多糖包被，透明质酸酶在不影响内皮细胞厚度的情况下特异性降解多糖包被后导致明显的心肌水肿。Strunden等[18]向离体C57 BL/6黑鼠肺体外灌注液中注入肝素酶降解多糖包被后，荧光显微镜观察到明显的微循环灌注不足，肺间质水肿。Steppan等[19]研究发现，感染性休克患者血浆中多配体聚糖1和硫酸乙酰肝素显著升高，提示感染性休克中多糖包被广泛降解，这也许可以解释感染性休克患者发生的难治性毛细血管渗漏综合征。多糖包被作为血管的第一道屏障，和内皮细胞一起维持了血管的通透性，任何对多糖包被的损伤，即使内皮细胞完整，也会导致血管通透性增高，血管内液体和蛋白外溢，引起组织水肿。

3.1.4炎症过度反应是感染性休克重要的病理生理机制 炎性细胞与内皮细胞黏附，这是炎性反应中始动的一步。白细胞黏附后引起炎症级联反应，损伤组织，引起微循环障碍。Lipowsky等[20]在小鼠肠系膜表面灌注甲酰-甲硫-氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸降解多糖包被中的聚糖成分后，发现白细胞黏附增加，导致静脉堵塞，毛细血管阻力因黏附激活的白细胞变形性降低而升高了18%，提示多糖包被的降解可明显增加白细胞与内皮细胞的黏附，导致微循环障碍。Schmidt等[21]在野生型小鼠的研究中，静脉注射脂多糖30 min内导致严重的多糖包被降解，并观察到肺毛细血管表面肝素酶表达的升高，提示脂多糖通过肝素酶介导机制引起多糖包被的降解。多糖包被降解后紧随着监测到白细胞黏附增加，提示多糖包被的降解加剧白细胞黏附。因此，对多糖包被的保护和重构可以减少白细胞黏附，抑制炎症级联反应，改善微循环障碍。

3.1.5凝血功能障碍是感染性休克发生与发展的重要机制之一 感染性休克的病理生理特征之一是凝血系统激活、抗凝系统的失控及纤溶系统的失衡，导致血液凝固，微血栓形成，堵塞毛细血管，进而产生微循环灌注不足，引起组织缺氧。感染时，系统炎症激活导致炎性因子释放和内皮功能失调，引发血小板黏附，氨基葡聚糖合成失调，抗凝蛋白从内皮表面清除致使激活受损，纤维蛋白溶解活动受损等一系列病理生理改变[12]。体内显微镜显示，在仓鼠提睾肌静脉注射氧化修饰的低密度脂蛋白损伤多糖包被后可显著增加血小板黏附[22]。炎症导致的凝血反过来又可加重炎性反应。凝血蛋白(凝血酶或组织因子)或者抗凝蛋白(活化蛋白C)与单核细胞或者内皮细胞的特异性受体结合可导致可影响细胞因子的生成和炎性细胞的凋亡[23]。抗凝血酶、TFPI、活化蛋白C是抗凝的三大主要物质。抗凝血酶、TFPI与硫酸乙酰肝素特异位点结合才发挥其抗凝活性，在感染时，促炎因子抑制多糖包被硫酸乙酰肝素的合成，从而影响TFPI及抗凝血酶的抗凝活性[12]。这提示多糖包被在感染性休克凝血、抗凝失衡这一过程中起着重要的作用。

3.2多糖包被在感染性休克临床诊治中的价值

3.2.1感染性休克早期诊断和严重程度评判的标志 有多项研究表明，在感染性休克患者多糖包被损伤严重，早期循环血液中的多配体聚糖1和氨基葡聚糖的水平即可显著升高。氨基葡聚糖水平与病死率呈正相关，多配体聚糖1水平与白细胞介素6、血管黏附蛋白1及序贯性脏器功能衰竭评分呈正相关。提示多糖包被的损伤程度和感染的严重程度及病死率呈正相关[18,24-25]。多糖包被有望作为感染性休克的早期诊断和严重程度评判的标志。

3.2.2感染性休克治疗新思路

3.2.2.1液体复苏 对感染性休克治疗的首要目标就是维持血流动力学的稳定，这就需要快速有效的液体复苏，但一直以来关于液体复苏治疗的胶体、晶体之争从未有定论。在血管壁完整的情况下，胶体与晶体相比可以维持血管内胶体渗透压。但在感染性休克时，内皮多糖包被广泛降解，血管屏障功能严重受损，理论上晶体和胶体之间的差别也没有太大的意义。就目前的研究来看，对于感染性休克要进行充分、及时的液体复苏，而不论选择的是晶体还是胶体[2]。

3.2.2.2其他措施 对于感染性休克，目前除了一般性的支持治疗外，没有切实有效的针对性治疗方案，旨在保护或者修复多糖包被有可能成为感染性休克治疗的一个新的思路。肿瘤坏死因子α阻滞剂、氢化可的松、凝血酶、活化蛋白C均可通过不同的机制来保护多糖包被不被降解[10,13,16]。

4 小 结

多糖包被在感染性休克氧化应激、缺血/再灌注、毛细血管通透性增高、凝血功能障碍、炎症过度反应等病理生理机制发挥了重要的作用，通过对其结构、功能及在感染性休克中的变化研究，将为感染性休克的诊治提供新的临床思路。但目前相关数据多来自动物实验，尚缺乏大量的临床研究证实，而且具体的机制也有待进一步研究。相信随着研究的深入，多糖包被在感染性休克中所起的作用将有更深刻的了解。

[1] Dellinger RP,Levy MM,Rhodes A,etal.Surviving Sepsis Campaign:international guidelines for management of severe sepsis and septic shock,2012[J].Intensive Care Med,2013,39(2):165-228.

[2] Chappell D,Westphal M,Jacob M,etal.The impact of the glycocalyx on microcirculatory oxygen distribution in critical illness[J].Curr Opin Anaesthesiol,2009,22(2):155-162.

[3] Reitsma S,Slaaf DW,Vink H,etal.The endothelial glycocalyx:composition,functions,and visualization[J].Pflugers Arch,2007,454(3):345-59.

[4] Henrich M,Gruss M,Weigand MA,etal.Sepsis-induced degradation of endothelial glycocalix[J].Scientific World Journal,2010,10:917-23.

[5] Jacob M,Bruegger D,Rehm M,etal.Contrasting effects of colloid and crystalloid resuscitation fluids on cardiac vascular permeability[J].Anesthesiology,2006,104(6):1223-1231.

[6] Adamson RH,Lenz JF,Zhang X,etal.Oncotic pressures opposing filtration across non-fenestrated rat microvessels[J].J Physiol,2004,557(Pt 3):889-907.

[7] van Haaren PM,VanBavel E,Vink H,etal.Localization of the permeability barrier to solutes in isolated arteries by confocal microscopy[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2003,285(6):H2848-H2856.

[8] Bansch P,Nelson A,Ohlsson T,etal.Effect of charge on microvascular permeability in early experimental sepsis in the rat[J].Microvasc Res,2011,82(3):339-345.

[9] Ueda A,Shimomura M,Ikeda M,etal.Effect of glycocalyx on shear-dependent albumin uptake in endothelial cells[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2004,287(5):H2287-H2294.

[10] Chappell D,Dörfler N,Jacob M,etal.Glycocalyx protection reduces leukocyte adhesion after ischemia/reperfuxion[J].Shock,2010,34(2):133-139.

[11] Constantinescu AA,Vink H,Spaan JA,etal.Endothelial cell glycocalyx modulates immobilization of leukocytes at the endothelial surface[J].Arterioscler Thromb VascBiol,2003,23(9):1541-1547.

[12] Schouten M,Wiersinga WJ,Levi M,etal.Inflammation,endothelium,and coagulation in sepsis[J].J Leukoc Biol,2008,83(3):536-545.

[13] Marechal X,Favory R,Joulin O,etal.Endothelial glycocalyx damage during endotoxemia coincides with microcirculatory dysfunction and vascular oxidative stress[J].Shock,2008,29(5):572-576.

[14] Singh A,Ramnath RD,Foster RR,etal.Reactive oxygen species modulate the barrier function of the human glomerular endothelial glycocalyx[J].PLoS One,2013,8(2):e55852.

[15] Mennander AA,Shalaby A,Oksala N,etal.Diazoxide may protect endothelial glycocalyx integrity during coronary artery bypass grafting[J].Scand Cardiovasc J,2012,46(6):339-44.

[16] Annecke T,Rehm M,Bruegger D,etal.Ischemia-reperfusion-induced unmeasured anion generation and glycocalyx shedding:sevoflurane versus propofol anesthesia[J].J Invest Surg,2012,25(3):162-168.

[17] Van den Berg BM,Vink H,Spaan JA,etal.The endothelial glycocalyx protects against myocardial edema[J].Circ Res,2003,92(6):592-594.

[18] Strunden MS,Bornscheuer A,Schuster A,etal.Glycocalyx degradation causes microvascular perfusion failure in the ex vivo perfused mouse lung:hydroxyethyl starch 130/0.4 pretreatment attenuates this response[J].Shock,2012,38(5):559-566.

[19] Steppan J,Hofer S,Funke B,etal.Sepsis and major abdominal surgery lead to flaking of the endothelial glycocalix[J].J Surg Res,2011,165(1):136-141.

[20] Lipowsky HH,Gao L,Lescanic A,etal.Shedding of the endothelial glycocalyx in arterioles,capillaries,and venules and its effect on capillary hemodynamics during inflammation[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2011,301(6):H2235-H2245.

[21] Schmidt EP,Yang Y,Janssen WJ,etal.The pulmonary endothelial glycocalyx regulates neutrophil adhesion and lung injury during experimental sepsis[J].Nat Med,2012,18(8):1217-1223.

[22] Vink H,Constantinescu AA,Spaan JA,etal.Oxidized lipoproteins degrade the endothelial surface layer:implications for platelet-endothelial cell adhesion[J].Circulation,2000,101(13):1500-1502.

[23] Levi M,van der Poll T.Two-way interactions between inflammation and Coagulation[J].Trends Cardiovasc Med,2005,15(7):254-259.

[24] Nelson A,Berkestedt I,Schmidtchen A,etal.Increased levels of glycosaminoglycans during septic shock:relation to mortality and the antibacterial actions of plasma[J].Shock,2008,30(6):623-627.

[25] Sallisalmi M,Tenhunen J,Yang R,etal.Vascular adhesion protein-1 and syndecan-1 in septic shock[J].Acta anaesthesiologica Scandinavica,2012,56(3):316-322.