2024年4月28日发(作者:三星手机中关村)
浙江大学博+学位论文
第三部分材料与方法
◆微波炉:广东Galanz公司,中国
◆电子天平:AB303一S型,MonoBloc公司,瑞士
◆.80度冰箱:Thermo
Fisher
Scientific公司,美国
◆-20度冰箱:伊莱克斯公司,意大利
1.1.2主要试剂
◆DNA提取盒:QIAGEN公司,德国
◆热启动Taq
DNA聚合酶:(含lOxbuffer和lOmM
dNTP),TaKaRa公司,
日本
◆PCRxEnhancer
System:Invitrogen公司,美国
◆引物:上海生工生物工程技术服务有限公司,中国
◆PCR纯化试剂盒:QIAGEN公司,德国
◆限制性内切酶AftII:(含10xNEBuffer2和100xBSA),New
BioLabs公司,美国
◆限制性内切酶Msp
I:(含10xNEBuffer2),New
美国
◆溴化乙锭(ethidium
bromide,EB):上海生工生物工程技术服务有限公
司,中国
England
England
BioLabs公司,
◆Agarose琼脂糖:上海生工生物工程技术服务有限公司,中国
◆pUC
Mix
Marker
◆100bp
DNA
8:上海生工生物工程技术服务有限公司,中国
Ladder:上海生工生物工程技术服务有限公司,中国
◆5xTBE(自配):
Tris。base:549
Boric
acid:27.59
0.5M
EDTA:3.729
溶于1L:ddH20
38
浙江大学博士学位论文第三部分材料与方法
1.2研究对象
经医院伦理道德委员会批准许可,并由病人或其亲属签署知情同意书后,将
240名重症脓毒症患者和323名健康对照个体纳入本研究中。脓毒症的诊断符合
2001年美国胸科医师协会和美国危重病医学会联合会议所制定的标准[71。重症脓毒
症定义为至少伴有一个急性脏器功能不全的脓毒症。急性脏器功能不全的诊断标
准为单个系统的序贯性脏器衰竭评分(Sequential
Organ
Failure
Assessment,SOFA
评分【81)≥2分。脓毒症患者的急性生理和慢性健康状况评分(APACHEII)f91在
入ICU的24小时内完成。SOFA评分每天测定,最高SOFA评分是指患者在ICU期间
所测SOFA评分的最大值,以此表示患者在ICU期间发生的最严重的器官功能障碍。
重症脓毒症患者的预后以28天生存率为准。存在下列情况的患者不被纳入本研究
中:(1)患有获得性免疫缺陷综合征;(2)患者在前8周内接受过化疗;(3)患者在器官
移植术后接受过免疫抑制剂治疗;(4)患者在前4周内使用过糖皮质激素。
标本的采集和处理:抽取外周静脉血10ml,以2%乙二胺四乙酸二钠(EDTA)
抗凝,.80℃冻存备用。
1.3方法
1.3.1血样基因组DNA的提取
步骤如下:
取201.d蛋白酶k加入1.5ml
Eppendorf离心管中
上
加入2001xl全血标本
上
加入2001.tl
BufferAL充分混匀15s
土
56℃水浴,10min
1L
39
浙江大学博士学位论文
第三部分材科与方法
快速离心后加入2001xl无水乙醇,充分混匀15s
上
将1.5ml离心管中的混合液小心的移入QIAamp
Mini离心柱中
(已连接好2ml收集管),8000rpm离心lmin
、L
将QIAamp
Mini离心柱放入一新的2ml收集管中,
加入5001xl
Buffer
AWl,8000rpm离心lmin
’L
将QIAamp
Mini离心柱放入一新的2ml收集管中,
加入5009l
BufferAW2,14000rpm离心3min
’L
将QIAamp
Mini离心柱放入一1.5ml离心管中,加入200I.tl
BufferAE,室温(15.25。C)放置lmin后8000rpm离心lmin。
土
离心后离心管中的清亮液体为基因组DNA,经紫外分光光度仪
(HP8453)定量,总DNA为4-121.tg,平均61xg。-804C冰箱保
存
1.3.2聚合酶链反应(PCR)扩增
1.3.2.1
SNPs位点的选取
NCBI/GenBank网站获得O‘7烟碱乙酰胆碱受体(cx7nAChR)基因序列7
(GenBank登录号:AC058803),并对该网站提供的伐7
nAC雌因启动子区的4个
SNPs(一1831、.1512、.1313和.194位点)和以往相关文献【101报道过的(.324弄F口.213
位点)进行研究。
1.3.2.2
引物设计
6引物设计软件设计PCR引物。一194、-213弄阳-324-+位
Primer
Premier和Oligo
点距离较近,而.1313和.1512两个位点距离较近。
浙江大学博十学位论文第三部分材料与方法
故PCR引物设计如下:
(1).1313和.1512两个位点PCR引物序列
上游引物F1:5’CTG
CTC
下游引物R1:5’GTA
CCC
目的片段长:362bp
(2).1831位点PCR引物序列
上游引物F3:5’CCA
ACTTCC
下游引物R3:
AGCAGTCCT
A3’
TGTGATGTACGGAC3’
CAGTAGCAGGAATG3’
5’GAAATAAAACCCAGTAGCAGA3’
目的片段长:355bp
(3).194、.213和.324--个位点PCR引物序列
上游引物F6:5'AGC
下游引物R6:5’CCA
目的片段长:342bp
GGGCTGAGTGGGGAC3’
CAG
AGG
CAC
CTC
GC
3’
注:引物设计基本遵循以下原则:
◆引物长度为15~30,一般为16—24bp,上游引物-9模板序列相同,下
游引物与模板序列互补。
◆A、T、C、G随机分布,G+C含量在45%一55%左右。
◆引物自身不存在互补序列,不形成自身二级结构或引物自身复性,尤
其3’端不能有互补链存在。
◆通过电脑基因库检索后证明其与非扩增序列的同源性不超过70%。
◆引物3’端碱基原则上要求与模板DNA相配,但最好选用T、G、C,
而不选A。
1.3.2.3
PCR反应体系
(1).1313和.1512位点PCR反应体系:总反应体积为251xl
模板DNA
2.01xl
41
浙江大学博士学位论文第三部分材料与方法
ddH20
l
6.351xl
2.51.d
2.0p,1
1.O}d
1.0p,1
O.151,tl
10×PCR缓冲液
dNTP(2.5mM)
上游引物F1(10pmol/lxl)
下游引物R1(10pmol/l,d)
热启动Taq
DNA聚合酶(5U/p,1)
(2).1831位点PCR反应体系:总反应体积为251,d
模板DNA
ddH20
2.0btl
1
6.35I_tl
2.51al
2.0}.tl
1.0I.tl
1.0p1
0.15p,l
10xPCR缓冲液
dNTP(2.5mM)
上游引物F3(10pmol/I_t1)
下游引物I玛(10pmol/lxl)
热启动Taq
DNA聚合酶(5U/btl)
(3).194、一213和.324位点PCR反应体系:总反应体积为251,tl
模板DNA
ddH20
10xPCREnhancerBuffer
10xPCR
Applification
Buffer
2.Olxl
11.6肛l
2.5pl
5.Op.1
0.75I.tl
2.0“l
0.5pl
O.5肛l
O.15I_tl
MgS04(50
mM)
dNTP(2.5mM)
上游引物F6(10pmol/lal)
下游引物R6(10pmol/I.d)
热启动Taq
DNA聚合酶(5U/p,I)
1.3.2.4
PCR反应条件
(1).1313和.1512两个位点的PCR反应条件
42
浙江大学博士学位论文
第三部分材料与方法
95。C预变性10min
950C
560C
720C
10s
10s
20s(34个循环)
10min
720C延伸
40C保存
(2).183I位点PCR反应条件
950C预变性10min
950C
550C
720C
10s
10s
20s(32个循环)
10min
720C延伸
40C保存
(3).194、一213和.324三个位点PCR反应条件
950C预变性10min
950C
560C
720C
10s
10s
15s(32个循环)
10min
720C延伸
40C保存
1.3.2.5
电泳:琼脂糖凝胶电泳检测聚合酶链式反应扩增效果
取PCR扩增产物4斗l加上样缓冲液29l,混匀后在2%琼脂糖凝胶(合0.5}tg/ml
溴化乙锭)上电泳(100V,25分钟),DNAMarkerDL.2000做为分子量对照,凝
胶成像仪下观察并保存结果(图1.1’1.2、1.3)。
43
浙江大学博士学位论文第三鄢丹材料与方法
4C日bp
300bp
图1.1舍.1313和.1512两个位点的目的片段的PCR结果电泳图
400bp
300bp
固L2含一1831位点的目的片段的PCR结果电泳图
400bp
300bp
342bo
图1.3含-194、-213和-324三个位点的目的片段的PCR结果电泳图
1.3.3
ct7aAChR基因多态位点的基因型分析
1,3.3.1.1313位点和.1512位点的基因型分析
.1313位点和.1512位点的基因型分析采用限制性内切酶片段长度多态性技术
浙江大学博士学位论文第三部分材料与方法
进行舟析。
(1).1313位点基因型分析:
用AftII限制性内切酶对4Ix[PCR产物进行酶切。由于PCR反应引入了Anll
限制性内切酶的酶切位点,Aftll酶的识别序列为CTTAAG,故Aftll酶可将362bp
(AA)片段酶切为92bp和270bp片段。
酶切总体系为20山:
PCR产物4lal
10×NEBuffer
100xBSA
2
ul
0.2
m
01itl
20
ul
AftIr酶
灭苗双蒸水补至
37℃水浴1.5h
酶切产物经1.8%琼脂栲凝胶(含0.5ItedmL澳化乙锭)电涑,电压110V,时
问o
5h,在紫外成像仪观测结果,判定基因型(圉1.4)。
{黜:
图1.4—1313位点的酶切结果电泳图。M为DNA标准pucMix
8,样本1、2、
7为GG基因型,样本3、5、9、10、11为GA基因型,样本4、6、8、12为
GA基因型。
(2)-1512位点基因型分析:
用Msp
I限制性内切酶对4
pl
PCR产物进行酶切。由于PCR反应引入了
浙江大学博±学位论文
第三部分材料与方睦
Msp
I限制性内切酶的酶切位点,Msp
I酶的识别序列为CCGG
故MspI酶可将
362bp(TT)片段酶切为68bp和294bp片段。
酶切总体系为20¨1:
PCR产物4
10×NEBuffer
ul
2“I
M叩I酶O.1Ⅲ
20u1
灭菌双蒸水补至
37℃水浴2h
酶切产物经18%琼脂糖凝胶(台0
5I_tg/mL澳化乙锭)电泳
间0
5h,在紫外成像仪观测结果,判定基因型(图1.5)。
rvl
1,
o
电压110v,时
‘
£
F7R
o
1n
11
10。b0一
一68b
图1.5-1512位点的酶切结果电泳围.M为DNA标准pUCMix
8,样本1
5、6、8为(iT基因型,样本2为GG基因型,样本3、4、7、9、10.11
12为TT基因型.
1.33
2・1831、.194、-213和-324四个位点通过测序分析多态性.
-1831、-194、・213和-324、四个位点的基因型经PCR扩蜡目的片段后由上海
生工生物工程技术服务有限公司进行直接测序分析,.1831测序引物为:5’CCA
ACTTCCACrCAOTCCTA
CAC
CTC
oc
3’,.194、-213、-324、三位点测序引物5’CCACA(iAGG
测序结果用Polyphred
软件
3’.
《htlp://droog.mbtwashington.edu/poly_get.html)分析,并将其与盯烟碱乙酰胆碱
*江人学博±学位论i第tⅫ分材料与方法
受体基因的标准序列比较君确定样本的基因型(图I
6)。
㈣
220
GiG
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…
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1.3.4统计分析
』::!:上匕L!二
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I
.’
图1.6—1831(左边列)和一194(右边列)的基因型分析
———二j.—J二。i。.:—j!:j.。!。:、—...一
实验数据以均数±标准差(Mean±SD)或百分数表示。APACHEll4,}-分和最高
sOFA评分的}匕较采用啦验;两组研究对象间的性别差异用Fisher’S
Exact检验。
[1ardy・Weinberg(H—W)平衡采用f检验。各组间基因型频率和等位基因频率的}匕
鞍采用f桂㈣Fisher’sExact,'l盘验。采用SNPStats分析软件按不同的遗传学模型(如
显性遗传、隐性遗传、共显性遗传、乘积性遗传和可加性遗传等)分析所剥遗传
浙江大学博士学位论文
第三部分材料与方法
变异与脓毒症易感性和预后的相关性。同时,将单因素分析中p<O.1的与脓毒症发
病可能相关的参数作为共变量,用多因素回归分析法分析相应遗传因素对重症脓
毒症的影响。连锁不平衡和单倍型分析在Haploview2.05程序上进行,单倍型频率
比较采用Fisher’SExact检验。多重比较用Bonferroni法进行校正。所有统计学分析
采用SPSS
14.0和GraphPad
3.0软件进行分析,p<O.05为有统计学差异。
浙江大学博十学位论文第三部分结果
2结果
2.1研究对象的临床特征
健康对照组包括男211例,女112例,平均年龄56.5+16.3岁。重症脓毒症组包
括男156例,女84例,平均年龄58.7+17.2岁,28天生存率为55.4%。两组间性别与
年龄具有可比性(p>0.05)。重症脓毒症患者中,多发・I剀'1-伤(22.9%)最常见,
其次为腹部手术后胃肠道穿孔或肠瘘(20.8%)、重症胰腺炎(19.2%)、肝或胆
道感染(12.0%)及肺炎(11.2%)。肺(68.3%),腹部(57.2%)及血(35.8%)
是主要感染源。45.2%重症脓毒症患者采用手术治疗。所有患者普遍使用广谱抗生
素。常用为泰能(亚胺培南加西司他丁),舒普森(舒巴坦加头孢哌酮),万古
霉素(静脉注射盐酸化万古霉素)及特治星(哌拉西林)。37.5%患者使用抗真菌
剂。脓毒症患者的具体性状见表2.1。
表2.1重症脓毒症患者临床特征
临床特征
年龄(均数4-标准差)
男性(例数,%)
28天生存(例数,%)
APACHE
重症脓毒症患者(n=240)
58.7±17。2
156(65.0%)
133(55.4%)
19.9士8.O
9.74-4.9
II评分(平均值4-标准差)
SOFA评分最高值(平均值4-标准差)
感染源(例数,%)
肺
163(67.9%)
139(57.9%)
38(15.8%)
87(36.2%)
46(19.2%)
15(6.2%)
9(3.8%)
腹部
有创置管
外周血
伤口
泌尿道
其他部位
感染菌种(例数,%)
G+菌
G-菌
121(50.4%)
158(65.8%)
90(37.5%)
37(15.4%)
真菌
不明原因感染
49
浙江大学博士学位论文第三部分结果
2.2仅7烟碱乙酰胆碱受体基因遗传变异与重症脓毒症的关联分析
本研究中,共选取6个位点进行分析(.1831G/T、.1512T/G、.1313A/G、.324A/G、
.213G/A和.194G/C),所有样本都成功进行基因型分析。本研究未发现中国汉族
人口中.324A/G和.213G/A存在单核苷酸多态性现象。重症脓毒症组与对照组0【7烟
碱乙酰胆碱受体基因的4个SNPs都遵循Hardy-Weinbe唱平衡(所有p>0.05)。
2.3
0‘7烟碱乙酰胆碱受体基因与重症脓毒症的发生不相关
0【7烟碱乙酰胆碱受体基因.183l位点基因型GG、GT、TT在重症脓毒症组的分
别频率分别为69.17%、27.08%、3.75%,在对照组分别为68.42%、27.24%、4.33%;
.1512位点基因型TT、TG、GG在重症脓毒症组的分布频率分别为77.92%、19.17%、
2.92%,在对照组分别为74.61%、24.15%、1.24%;.1313位点基因型AA、AG、GG
在重症脓毒症组的分别频率分别为40.O%、43.33%、16.67%,在对照组分别为
38.08%、43.65%、18.27%;.194位点基因型GG、GC、CC在重症脓毒症组的分布
频率分别为82.92%、16.25%、0.83%,在对照组分别为82.92%、17.34%、0.62%。
两组间所有位点的基因型分布在统计学上无显著性差异(所有p>0.05,表2.2)。同
时,各位点的等位基因频率在重症脓毒症组和对照组之间的分布也无显著性差异
(所有p>0.05,表2.2)。
0c7烟碱乙酰胆碱受体基因的.1831、.1512、.1313和.194四个SNPs的单倍型与
重症脓毒症发生也被评估。经SNPStats软件分析发现,单倍型G/T/A/G、T/T/G/G、
G/G/G/G、G/T/G/C是两组人群中常见的四种单倍型。这四种单倍型在重症脓毒症
组和对照组之间的分布频率在统计学上无显著性差异(所有p>0.05,表2.3)。
2.4
Or7烟碱乙酰胆碱受体基因的遗传变异与重症脓毒症的预后不相关
为分析仅7烟碱乙酰胆碱受体基因的遗传变异对重症脓毒症预后的影响,重症
脓毒症患者被分为生存组和死亡组。经Z检验、Fisher’S
exact
test统计分析和
SNPStats软件分析,发现上述SNPs的基因型频率、等位基因频率和单倍型频率在
50
浙江大学博上学位论文第三部分结果
重症脓毒症生存组和死亡组之间的分布无统计学差异(所有p>0.05,表2.2和表2.4)。
表2.2
cx7
nAChI迭因.1831、.1512、.1313和一194位点基因型
和等位基因在重症脓毒症组和对照组中的分布
浙江大学博上学位论文第三部分结果
表2.3
ct7
naChR基因.1831、.1512、.1313和.194常见单倍型
在对照组和重症脓毒症组中的分布
表2.4
a7
nAChg;基因.1831、.1512、.1313和.194常见单倍型
在重症脓毒症生存组和死亡组中的分布
52
浙江大学博士学位论文第三部分讨论
3讨论
本研究对240名重症脓毒症患者和323名健康对照者进行分析,发现中国汉族
人口中仅7烟碱型乙酰胆碱受体基因.324和.213位点不存在单核苷酸多态性;
.1831G/T、.1512T/G、.1313A/G和.194G/C位点的等位基因和基因型与重症脓毒症
的易感性和预后不相关;上述4个SNPs的常见单倍型G/T/A/G、T/T/G/G、G/G/G/G、
G/T/G/C与重症脓毒症的易感性和预后也不相关。
0c7烟碱型乙酰胆碱受体是由0‘.和p.亚基组成的五聚体,属于配体门控离子通
道蛋白[If-13],主要表达于巨噬细胞、内皮细胞、树突状细胞及淋巴细胞等免疫细
胞。胆碱能受体激动剂尼古丁与a7.烟碱型乙酰胆碱受体结合后能有效地抑制巨噬
细胞释放促炎介质[14-161。这种作用甚至比副交感神经系统主要的神经递质——乙
酰胆碱(acetylcholine,ACh)本身更有效[15,16],而且这种抑炎效应是特异的,因为
无论是Ach还是尼古丁都不能抑制抗炎介质如转化生长因子(transforming
factor
growth
p,TGF—p)和IL.10的产生。进一步的研究表明,应用0【7烟碱乙酰胆碱受体激
动剂GTS.21能抑制促炎症细胞因子的释放,并提高脓毒症小鼠的生存率【16,1刀;而
缺乏0c7烟碱乙酰胆碱受体则降低迷走神经抑制肿瘤坏死因子释放的功能【”】。
目前胆碱能抗炎通路的确切机制尚未完全明确,但众多研究结果发现,神经
系统的胆碱能抗炎通路与免疫细胞活化密切相关的两种细胞内信号通路——酪氨
酸激酶/活化转录因子Jak/STAT3和核因子NF.KB通路有关。Rioux和Castonguay等
研究【18】发现,激活的tx7
IAChR能抑制IKB的降解和p651均核转位,从而解释了胆
碱能激动剂在单核细胞、巨噬细胞以及内皮细胞的抗炎效应。De
Jonge和
Arredondo等研究[19,20]发现,0【7nAChR能诱发酪氨酸激酶Jak聚集和磷酸化、继而
活化转录因子STAT3。而且,研究还发现刺激迷走神经能成功抑制小鼠肠道炎症
反应,但对巨噬细胞(LysM.STAT3fl/f1)缺失STAT3的小鼠却不起作用[191,表明
迷走神经的抗炎效应离不开Jak/STAT3信号。但Murray等的研究【21】认为,STAT3
信号在此抗炎作用中仅起间接作用,它没有直接抑制TNF,IL.6和iNOS等促炎介
质的转录能力,可能原因在于nAChR的活化干扰了经Jak/STAT信号的其他信号途
浙江大学博上学位论文第三部分讨论
径和转录因子‘22’231。除了NF.KB和Jak/STAT信号途径外,也有研究报道[20,241认为胆
碱能激动剂调控了其他信号通路如细胞外信号调节激酶ERK和p44/p42
MAPK等。
此外,Takallashi等研究【251显示,尼古丁能上调人单核细胞环氧合酶(COX).2的
表达,诱导PGE2的产生,PGE2增加了环磷腺苷水平和激活蛋白激酶(PKA)。研
究【25,261还显示COX.2和PKA抑制剂能阻断尼古丁对黏附分子和促炎因子的抑制作
用,表明尼古丁可能经内源性的PGE2产物起抗炎效应。总之,仪7nAChR的活化与
免疫细胞的众多信号途径相关,在胆碱能抗炎效应中共同起作用。
本研究发现tx7烟碱乙酰胆碱受体基因.1831G/T、.1512T/G、.1313A/G和
.194G/C位点的单核苷酸多态性与重症脓毒症易感性及预后之间不相关,可能原因
如下:①由于本研究所选样本量小而引起,因而进一步研究可能需要更大样本量
进行检测。②可能为本研究所选研究对象种族有关。Faraone及Kaufm锄等研究口7,28】
发现a7烟碱型乙酰胆碱受体基因与非洲裔美国人精神分裂症之间存在联系,而与
欧洲裔美国人无关。Leonaed等研究发现0c7烟碱乙酰胆碱受体基因启动子区域变异
与白种人精神分裂症相关而与中国汉族人种无联系[29,301。本研究所选研究对象均
为中国汉族人口,对于欧美及非洲人0【7烟碱乙酰胆碱受体基因单核苷酸多态性与
重症脓毒症易感性及预后之间的相关性未进行检测。且本研究发现中国汉族人口
中.324A/G和.213G/A两位点未存在单核苷酸多态性现象。此外,本研究仅选取
.1831G/T、.1512T/G、.1313A/G、.324A/G、.213G/A和.194G/C等六个位点进行分
析,0【7烟碱乙酰胆碱受体基因的其它单核苷酸多态性位点与重症脓毒症易感性及
预后是否存在联系仍未可知。另外,本研究没有检测研究对象的血浆tx7烟碱乙酰
胆碱受体水平,这是本研究的一项不足,有待进一步研究。
综上所述,本研究未发现中国汉族人种0【7烟碱乙酰胆碱受体.1831G/T、
.1512T/G、.1313A/G和一194G/C位点基因多态性与重症脓毒症易感性及预后之间存
在相关性。进一步研究可能需要选取不同种群或更大样本量进行分析。同时,0【7
烟碱乙酰胆碱受体基因的其它单核苷酸多态性位点与重症脓毒症之间的相关性仍
需进一步分析。
浙江大学博上学位论文
第三部分参考文献
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neuronalnicotinic
acet:yrlcholine
receptor
subunit
gene
ofassociation谢th
schizophrenia.Neurosci
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57
浙江大学博上学位论文结论
结论
MODS、SOFA和LODS评分可反映重症脓毒症患者器官损伤的程度,对其预
后有评估价值,其中LODS评分的最高值对重症脓毒症预后的预测能力最强。
蛋白C单倍型.1641A/.1654C-与重症脓毒症器官功能障碍密切相关,是重症脓
毒症死亡的独立危险因素。
0c7烟碱乙酰胆碱受体一1831G/T、。1512T/G、.1313A/G和一194G/C位点与重症脓
毒症易感性及预后不相关。
通过上述研究,为PIRO系统提供易感因素(P)及器官功能障碍等相关资料,
为从事于危重病医学基础与临床研究工作者、医务人员在脓毒症的病理生理、疾
病诊断/预警、防治等方面提供信息。
浙江大学博上学位论文综述
脓毒症的发病机制
——凝血/纤溶系统和神经系统在其发生发展中的作用
浙江大学医学院
王海宏
方向明
外科学(麻醉学)
综述
审校
脓毒症(sepsis)是指病原微生物入侵机体所致的全身炎症反应综合征(systemic
inflammatory
response
(septic
syndrome,SIRS),重症脓毒症(severesepsis)、脓毒性休克
organdysfunction
syndrome,
shock)和多器官功能障碍综合征(multiple
MODS)是脓毒症的后续症【1,21。机体促炎反应和抗炎反应间的不平衡、凝血/纤溶
系统功能紊乱、神经.内分泌.免疫网络调节异常和个体遗传学背景的差异是脓毒症
发生、发展的病理生理学基础。国内外流行病学调查显示,全球每年大约有1800
万人患严重脓毒症,脓毒症的病死率高于心肌梗死,已成为威胁人类健康的重大
疾病[3451。而且脓毒症的发病人数、死亡人数呈现逐年增加的趋势,因此,正确评
估脓毒症患者的病情、有效防治脓毒症的发生发展和努力提高危重病救治成功率
是当前脓毒症学需解决的迫切问题。
1脓毒症分期系统的概念
2001年美国危重病医学会、欧洲重症监护学会、美国胸科医师协会、美国胸
科学会及外科感染学会在美国华盛顿召开联席会议【21,共同讨论与重新评价1991
年【lIACCP/SCCM提出的脓毒症及其相关术语的定义和诊断标准等问题,会议还
参照恶性肿瘤病人的TNM分期系统提出了提出了脓毒症分期系统(Staging
for
System
Sepsis,PIRO)的概念,根据脓毒症病人的易感因素、感染的性质和程度、机体
59
浙江大学博士学位论文
反应的性质和程度以及并发器官功能障碍的程度对病人进行分期。P指易感因素
(Predisposition,P):对脓毒症的发生、病程、治疗和预后有明丝影响的发病前因
素,特别值得注意的是遗传易感因素;I代表感染(Infection,I):感染本身的特点
对机体反应、治疗和预后有明显影响;R指反应(Reaction,R):为炎症反应程度包
括前降钙素和白介素.6(IL.6)的释放等;O指器官功能障碍(Organ
dysfunction,0):
器官功能障碍的程度对脓毒症病人的预后有重要影响,器官受累的程度可根据各
种器官衰竭评分系统进行定量评价。会议提出PIRO系统的概念,希望有一些指标
和/或标示物能合理评估乃至量化脓毒症患者病情的轻重,对其临床过程进行分
期,判断预后,指导选择治疗方法。
2脓毒症发病机制
脓毒症是由环境因素和遗传因素共同作用而引起的复杂疾病,发病机制非常
复杂,涉及感染、炎症、免疫、凝血、神经等一系列问题。
2.1促炎/抗炎介质
当病源微生物越过机体屏障结构、入侵机体后,机体首先动员非特异性免疫
或天然免疫(innate
immunity),调动免疫分子(经旁路途径或MBL途径激活的补
体、防御素、急性期蛋白、细胞因子等)及免疫细胞(单核吞噬细胞系统、中性
粒细胞、树突状细胞、NK细胞等)消灭病原微生物。天然免疫应答是机体防御感
染性疾病的第一防线,在天然免疫中,机体最重要的就是通过模式识别受体(paaem
recognition
receptor,PRR)迅速识别大量不同的病原相关的分子模式(pathogen
pattem,PAMP)并作出应答【161。可以这么说,机体如没有免疫
associated
molecular
系统的精确调节是不可能生存的。在组织增生、治愈、创伤、感染以及保护机体
避免出血、缺血、肿瘤和脓毒症等过程中,产生的促炎/抗炎介质是介导免疫和
代谢的一个关键的生理过程。肿瘤坏死因子(tumor
necrosis
factor,TNF)、自介素
.1(Imerleukin.1,IL.1)是主要的促炎因子,白介素.10(Interleukin.10,IL.10)是
主要的抗炎因子。适当的促炎/抗炎介质有利于炎症反应、促进局部的凝血从而
浙江大学博士学位论文
综述
限制感染的发展和组织损伤【171。炎症介质(促炎性或抗炎性介质)的过度释放,
甚至比原发病更危险,将促发高危的全身性炎症反应或严重的免疫抑制或二者交
替混合出现[18,19]。脓毒症患者循环中促炎或/和抗炎介质的血浆水平与其体内的
stash,或CARS状态、疾病的转归密切相关。目前,关于促炎/抗炎介质在脓毒症
发病机制中作用的阐述已非常多。
2.2凝血/纤溶系统
随着对脓毒症发病机制认识的加深,人们逐渐注意到凝血/纤溶系统紊乱与脓
毒症发生发展相关,这种凝血/纤溶系统紊乱包括促凝血活性增加、抗凝活性减少、
纤溶系统受抑等。脓毒症时炎性介质(缓激肽、组胺等)的刺激会触发凝血级联
反应,导致血小板聚集及黏附增加、纤维蛋白聚集并形成血栓,并且抑制纤维蛋
白溶解导致机体清除循环中血栓能力下降【20-22]。同时,凝血级联反应促进炎症进
一步发展,二者相互影响,共同促进脓毒症的恶化。因此机体本身的天然抗凝体
系之一的蛋白C及其所属的蛋白C系统越来越受到关注。
蛋白C及其所属的蛋白C系统,其活性的发挥主要依赖于活化蛋白Cf21'231。
蛋白C系统的主要成分包括血栓调节蛋白、内皮细胞蛋白C受体、蛋白C(PC)
和蛋白s。蛋白C是肝脏产生的一种丝氨酸蛋白酶,是维生素K依赖性糖蛋白,
在正常情况下以无活性形式存在于循环中。当凝血酶与血栓调节蛋白结合成复合
物后,蛋白C转化为活化蛋白C(activated
protein
C,APC)。激活的蛋白质C(APC)
主要有以下作用:(1)在磷脂和Ca2+存在的情况下可灭活活化的凝血因子FVa和
FVllIa;(2)阻碍凝血因子FXa和血小板上的磷脂膜结合,从而削弱FXa对凝血
酶原的激活作用;(3)刺激纤溶酶原激活物的释放,增强纤溶酶活性,从而促进
纤维蛋白溶解。另外,血浆中的蛋白质S可使激活的蛋白质C的作用大大增强。
在动物实验中,APC的抗炎作用表现为:(1)抑制组织和循环中的TNF生成124。261,
抑制APC途径可以加剧细胞因子的反应【271。(2)APC也通过抑制TNF来阻止凝
血酶作用。(3)通过阻断单核细胞和内皮细胞的NF.rd3活化,阻止炎症因子的产
生和粘附分子的表达,从而发挥抗炎作用[28,29]。(4)阻止在炎症反应中凝血酶受
体的上调,比如那些表达的内皮细胞粘附分子和炎症因子,提高抗凋亡基因的表
61
浙江大学博士学位论文
达【291。由此可见,APC不仅对凝血酶有负反馈调节,而且直接影响炎症相关因子
的产生。不仅如此,有研究发现血栓调节蛋白本身具有抗炎活性,可以下调核因
子(NF.kB)和有丝分裂原激活蛋白(MAP)激酶的活性,减少细胞因子在内皮
细胞的形成、减少白细胞与内皮细胞的黏州301。
脓毒症时,在TNF.o‘、IL.1等炎症介质刺激下,内皮细胞、单核细胞、巨噬细
胞表达组织因子,激活凝血系统,导致微血管血栓形成、循环衰竭、休克甚至多
器宫功能障碍综合征。同时内毒素导致纤溶酶原激活剂抑制因子(PAI.1)增加,
抑制纤维蛋白溶解并导致机体清除循环中血栓能力的下降【3¨。而蛋白C系统可调控
脓毒症中的凝血和炎症反应(图1)。研究发现脓毒症患者的蛋白C浓度显著降低【翊。
蛋白C水平的降低导致了蛋白C活性缺失,从而增强了炎症反应的易损性、凝血反
应的活性和微血管血栓的形成。这些病理生理过程的改变进一步引发器官功能障
碍,并严重影响重症脓毒症的预后。Brunkhorst等研究证实低蛋白C水平与重症脓
毒症患者器官功能障碍及死亡有关【3引。Feistritze等研究【341证实内毒素和炎症介质
可下调内皮细胞表面血栓调节蛋白表达,血栓调节蛋白也可被中性粒细胞弹性蛋
白酶分解。血栓调节蛋白水平下调进一步诱发循环活化蛋白C浓度下降,蛋白c系
统功能障碍,从而加剧脓毒症的发生发展。
目前通过在载体的特异性表达和细胞工程,已能生产具有完全活性的重组人
体活化蛋白C(rhAPC),药名为drotrecoginalfa(activated),商品名为Xigris。
并于2001年11月被美国FDA批准使用。rhAPC通过减少凝血酶、恢复正常纤溶
作用和抑制机体过度应激反应,可有效治疗脓毒血症。但在使用中要注意出血的
可能性。有研究通过对全身性感染患者28天的随访发现【351,使用rhAPC的绝对死
亡率减少6.1%,相对死亡率减少19.4%。850个使用rhAPC的患者和840个使用
安慰剂的患者都给予全身性感染的正规治疗。静脉rhAPC20ug.kg.1・h—l连续使用4
天(除过度出血特别是要进行有创性操作的外)。严重出血(定义为每天出血超过
3U连续2天以上或者发生颅内出血)的发生率在rhAPC组是3.5%,在安慰剂组
是2.O%。与安慰剂组相比,使用rhAPC组没有更高的继发感染、过敏反应或者其
他副反应发生率。而且使用rhAPC患者体内的DD低,IL.6的使用剂量也低(IL.6
62
浙江大学博±学位论文
是抗凝血因子和抗炎症反应的药物)。
至今为止APC是唯一的可以直接阻止凝血酶生成.增强纤溶和减少炎症因子
表达的天然抗凝血因子.APC;勺脓毒症.SIRS和MODS等危重病的治疗带来了一
线曙光,但其确切的临床效果和适应症仍在进一步的研究中.
乞
●
围1活蛋白c在腋毒症中的病理生理作用以及它与炎症、凝血/纤溶的关系
aPC
indicates
activated
protein
c;CDl/MHC,major
histocompatibilitycomplex;
PAI一1_plasmlnogen
activator
inldbitor-1;PC,protein
C;PS,protein
S;Tr,
thrombin
receptor;Va,activatedfaclor
v=VlIla,activatedfactorVIII
图片来自Dettemneier只SwindellB,StroudM,et
al
Roleofactivated
protein
C
inthepathophysinlogyofsevere
sepsis.Am
JCritCare,2003,12(6):518・24.
浙江大学博士学位论文综述
2.3神经系统
神经系统对机体免疫的调节作用越来越受到重视,在脓毒症发生发展中居重
要地位。病原微生物侵入机体后后,神经系统将机体炎症信息迅速传递到中枢神
经,从而通过调节内分泌、免疫系统等影响脓毒症的病理过程。除了下丘脑一垂
体一肾上腺(HPA)轴及交感神经系统(SNS)在神经内分泌调节中居中枢地位,
近年来的研究还发现:神经系统通过迷走神经能够显著、快速地抑制促炎介质如
TNF.0c的释放,减轻全身性炎症反应,这一生理机制称作“胆碱能抗炎通路”
(cholinergicanti.inflammatory
pathway,CAP)[36-381(图2)。这一抗炎通路表明免
疫系统和神经内分泌系统间存在复杂的调节网络,形成神经免疫调节机制,保护
机体对各种刺激做出适应性防御反应,以维持机体自身内环境的稳定[37,38]。这为
脓毒症的防治提供了新思路,利用脓毒症的神经调节机制来探讨其防治策略是一
个较新的研究领域,目前尚处于探索阶段。Borovikova等研究【39】动物脓毒症发现,
电刺激迷走神经能降低促炎介质如TNF.仅,IL.6,IL.1D和高迁移率族蛋白B.1
(HMGB.1)水平,减少动物致死率;而切断迷走神经将导致实验动物对炎症刺激
更加敏感【401。除了本身的生理意义外,迷走神经可能与多种药物的抗炎效应有关,
如很多非类固醇类抗炎药物、黑皮质素肽(melanocortin
peptides)。
从分子水平来看,迷走神经抗炎效应都基于副交感神经系统主要的神经递质
——乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)的作用。乙酰胆碱作为迷走神经递质,同时也
能与巨噬细胞、内皮细胞、树突状细胞及淋巴细胞[40,411上表达的乙酰胆碱受体结
合。乙酰胆碱受体主要表达在免疫细胞以及衍生于骨髓的细胞(淋巴样和髓样细
胞),分为毒蕈碱(G蛋白偶联受体)或烟碱(配体门控离子通道)受体。毒蕈碱
受体仅轻微抑制巨噬细胞的活化,而胆碱能受体激动剂尼古丁与烟碱受体结合能
有效地抑制巨噬细胞释放促炎介质,甚至比Ach本身更有效【柏1。烟碱乙酰胆碱受体
(nAChR)是0c.和D.亚基组成的五聚体,属于配体门控离子通道蛋白。nAChR亚基
0【7,p2和仅4的转录物表达在多种炎症细胞上,包括来自多种组织的巨噬细胞【411。目
前多数研究结果支持0【7nAChR在调控巨噬细胞活化中起关键作用,也是迷走神经
抗炎效应的关键成分[38,40,42,431。激活0【7nAChR可以有效减少多种促炎介质的释放,
甜
新Ⅱ大学博i学位论文
对垒身和局部炎症均具有明显的抑制作用,是神经系统与免疫系统相互作用从而
调节全身性炎症反应的一个重要生理机制。应用Ⅱ7烟碱乙酰胆碱受体激动荆
GTS-2I能抑制促炎介质的释放并且提高脓毒症小鼠的生存率m,45J,而缺乏a7烟碱
乙酰胆碱受体则降低迷走神经抑制肿瘤坏死因子释放的功能…。
圈2病原微生物入机体后的炎症反应和胆碱抗炎通路:病原微生物入侵机体
后,刺激巨噬细胞释放大量炎症介质(如1NF,IL—1),但过多的炎症介质释
放导致垒身性炎症反应和脓毒症。图中桔黄色的指控制TNF释放的药物。而迷
走神经刺激和应用Ⅱ7烟碱胆碱受体激动荆尼古丁能抻制炎症反应。图片来自
LibertC
Inflammation:A
nervolIs
connection.Nature,2003,23,421(6921):328—9
浙江大学博上学位论文综述
目前胆碱能抗炎通路的确切机制尚未完全解开,但各种研究结果都认为:神
经系统的胆碱能抗炎通路与免疫细胞活化所密切相关的两种细胞内信号通路——
酪氨酸激酶/活化转录因子Jak/STAT3和核因子NF.rd3通路有关。Rioux和Castonguay
等研究【钢发现,激活的tx7
nAChRliE抑制IKB的降解和p65的核转位,这解释了胆碱
能激动剂在单核细胞、巨噬细胞以及内皮细胞的抗炎效应。De
Jonge等研究【47】发现
0【7
nAChR台E激活本身细胞内催化区,导致酪氨酸激酶Jak聚集和磷酸化、继而活化
转录因子STAT3。他们还发现刺激迷走神经能成功抑制小鼠肠道炎症反应,但对巨
噬细胞(LysM.STAT3fl/f1)上缺失STAT3的小鼠却无能为力,迷走神经的抗炎效应
也离不开J削sn盯3信号。但Murray等研究148】认为sn虹3信号在这抗炎作用中起间
接作用,它没有直接抑制TNF,IL.6和iNOS等促炎介质的转录能力,有可能0c7
nnChR的活化干扰了经Jak/S卫虹信号的其他信号途径和转录因子[49,50l。除了NF.rd3
和Jak/STAT信号途径外,有研究报道胆碱能激动剂也调控了其他信号通路如细胞
外信号调节激酶(ERK;p44/p42
MAPK)[5L52]。Takahashi等研究‘531显示尼古丁能
上调人单核细胞环氧合酶(COX).2表达,诱导PGE2产生,PGE2增加了环磷腺
苷水平和激活蛋白激酶(PKA)。研究还显示COX.2和PKA抑制剂能阻断尼古丁
对黏附分子和促炎因子的抑制作用,表明尼古丁可能经内源性的PGE2产物起抗
炎效应【531。总的来说,tx7nAChR的活化与免疫细胞的众多信号途径相关,在胆碱
能抗炎效应中共同起作用。
2.4基因多态性
脓毒症是由环境因素(病原微生物)和遗传因素共同作用的多基因病。脓毒
症患者的临床表现呈现多样性,包括实验室生化指标差异很大。脓毒症的临床表
现多样性与环境因素、疾病的过程等固然有关,但遗传因素对脓毒症的发生、发
展起了重大作用。德国的Frank
Stuber教授在国际上首次报道了个体肿瘤坏死因子
基因多态性与脓毒症易感性、转归的相关性研究一划时代的成果,从此,掀起了
从分子遗传学水平上研究炎症介质基因多态性在脓毒症发病机制、防治作用的热
潮。今天有关该领域的研究报道已达数百篇,不难理解机体对致病微生物入侵后
是否产生免疫应答、应答的强弱及炎症介质释放方式(Thl抑或Th2为主)一定程
f;6
浙江大学博士学位论文
综述
度上受到遗传控制的,基因多态性将影响个体细胞因子产生水平、免疫应答反应
强度、全身性炎症反应、脓毒症发生发展。
基因多态性与脓毒症的关系研究设计中涉及到遗传学方法。连锁分析(1inkage
analysis)和关联分析(associationanalysis)是遗传病学中被大家所熟悉的方法。
连锁分析利用连锁的原理研究致病基因与参考位点(遗传标记)的关系。连锁分
析是基于家系研究的一种方法,利用遗传标记在家系中进行分型(Genotyping),
再利用数学手段计算遗传标记在家系中是否与疾病产生共分离,是单基因遗传病
定位克隆方法的核心。根据孟德尔分离率,如果同一染色体上的位点不连锁,那
么遗传标记标将独立于致病基因而分离,与致病基因位于同一单倍体或不同单倍
体的机会各占一半,否则表明连锁的存在。利用连锁分析和定位克隆,明确了苯
丙酮尿症和镰刀形红细胞贫血病等单基因遗传病的基因突变位点。然而,大部分
疾病如糖尿病、动脉硬化症、脓毒症等是多基因遗传病,涉及到多个基因、不同
位点的变异,尤其是非孟德尔多基因变异(如脓毒症易感性问题)。连锁分析在这
类疾病中因为其假阳性高而不适用。该类多基因遗传病受家系分离方式缺乏、环
境因素多变的影响使其研究难度较大。对其研究目前主要有基于群体连锁不平衡
分析的高密度基因组筛选(high.density
genome
scans)、关联分析。由于很少见到
一个家族中同时几个成员并发脓毒症的现象,故常用的家系研究方法不适用于脓
毒症发生发展的遗传学研究,关联分析被用于脓毒症发生发展的遗传学研究。目
前的脓毒症关联分析主要涉及两个方面:(1)脓毒症患者与相应的健康对照间的
遗传标志分布是否不一致,即脓毒症的易感遗传标志的寻找;(2)脓毒症患者中,
死亡组和存活组的遗传标志分布是否不一致,即脓毒症的预后遗传标志的寻找。
在关联分析研究设计中,选择哪些遗传标志、靶点去研究是十分重要的。目前对
肿瘤坏死因子、白介素.1和白介素.10的基因多态性在脓毒症发生发展中的作用研
究较多、且认识较为深入,而针对凝血系统和神经系统的遗传学研究相对缺乏。
而且,对肿瘤坏死因子、白介素.1和白介素.10等基因多态性研究均从单一炎症介
质来考虑脓毒症的发病机制。选取影响脓毒症发病的凝血系统、神经系统为研究
靶点,具有重要意义。
67
浙江大学博士学位论文
3展望
迄今为止,对于脓毒症机体发病机制还没有充分阐明。尽管,国内外对脓毒
症的实验研究和临床研究十分重视,从器官、细胞、分子等不同层次观察研究各
种炎症介质、信号转导通路在sepsis和MODS发病机制中的作用,探索研究其免疫
调节治疗。然而,既往抗炎症介质(如抗TNF单抗、重组白介素.1受体拮抗剂、重
组IL.10等)干预治疗的临床研究相继失败、有的甚至显示有害作用,这一点说明
了仅仅对脓毒症进行抗炎治疗是不够的。作为机体天然免疫系统对脓毒症的反应,
促炎和抑炎反应不能完全囊括脓毒症的所有特点,也不能充分阐明其根本发病机
制。病原微生物侵入机体后,不仅仅激活了炎症和抗炎反应,还迅速引起神经内
分泌系统变化,同时体内免疫、凝血等系统都会发生相应改变,共同参与脓毒症
时机体在血流动力学、营养代谢、免疫应答上的整体应激调整。因此,整体看待
脓毒症发病机制更有意义,而凝血系统、神经系统在脓毒症发病机制中的进一步
认识为我们提供新的契机。并且,随着人类基因组计划中人类基因组高分辨率遗
传图、染色体各种物理图谱的接近尾声与国际“人类基因组单体型图计划”的实施,
利用人类基因组图谱寻找与脓毒症相关的遗传变异、预警指标并指导其个体化防
治将是医学发展的方向。
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