脓毒症和脓毒性休克是临床常见的危重病症，全球每年有数百万人患脓毒症，而且死亡人数超过患病人数的1/4^[1]。脓毒症和脓毒性休克发病机制复杂，是感染引发的全身炎症网络效应、免疫功能障碍、凝血功能障碍及器官组织损害以及宿主异常反应。近年研究发现，脓毒症相关异常细胞凋亡参与介导了脓毒症对组织器官的损伤效应^[2]。本文就细胞凋亡的发生与器官功能的相关问题作一介绍。

一、细胞凋亡途径

细胞凋亡是机体清除衰老或感染细胞的一种重要方式，是细胞的一种基本生物学现象，是由基因调控的细胞程序性死亡，介导了新旧细胞的循环更替。细胞凋亡的信号转导大体上可分为启动、效应和执行等三个阶段，凋亡相关蛋白Fas/FasL和Bcl-2/Bax分别在启动和效应阶段发挥作用^[3]。目前认为细胞凋亡主要有3种途径：外源性(细胞膜死亡受体)途径、内源性(线粒体)途径和内质网信号途径^[4]。外源性细胞凋亡即通过细胞膜上的配体受体结合及寡聚化，继而激活Caspase-8，最终激活Caspase-3导致细胞凋亡。内源性细胞凋亡主要是在各种凋亡诱导因素的作用下启动细胞的应激反应，使线粒体膜通透性增加，细胞色素C，凋亡蛋白激活因子、凋亡诱导因子从线粒体释放，进一步激活Caspase-9，最终增强Caspase-3的水解活性，从而启动细胞凋亡程序。适当的细胞凋亡在维持机体内环境的稳态中发挥重要作用，而异常细胞凋亡则将导致机体内环境的紊乱。细胞凋亡各途径之间往往存在着通讯串扰，是一种复杂的网络机制。

二、脓毒症时免疫细胞凋亡与免疫功能紊乱

脓毒症发生与机体免疫功能紊乱密切相关，机体免疫细胞功能障碍是脓毒症发生与发展的重要基础，突出表现为细胞免疫功能受抑，大量免疫细胞特别是淋巴细胞凋亡进而诱发免疫功能失调^[5]。机体免疫细胞包括：中性粒细胞、单核/巨噬细胞、淋巴细胞、调节性T细胞(Treg)、树突状细胞(DC)等。

中性粒细胞是固有免疫细胞之一，是机体非特异性防御反应的重要执行者^[6]。有研究表明，中性粒细胞(PMN)从骨髓进入循环血液的24h内就会发生凋亡，但脓毒症患者外周血中性粒细胞24h，5d，12d的凋亡率显著降低^[7]。中性粒细胞的防御作用及延迟凋亡发生在脓毒症的早期阶段，可以更好地保护患者，然而，中性粒细胞的延迟凋亡会使得白细胞的数量相对增多，可导致更强的炎症反应，造成多器官功能障碍，使病死率上升。

巨噬细胞是重要的天然免疫效应分子，是启动固有免疫的重要成员，也是固有免疫中最重要的病原清除剂，通过识别病原体相关分子模式(PAMPs)吞噬病原体。在脓毒症时，巨噬细胞会分泌大量IL-1、IL-6、G-CSF，可抑制多种细胞凋亡，而TNF-α、高迁移率族蛋白1(HMGB1)则诱导细胞凋亡。其中，HMGB1在巨噬细胞凋亡中起关键作用^[8]。然而，严重感染和脓毒症患者体内的巨噬细胞凋亡增多，导致抗原提呈、介导炎症反应及对病原体的吞噬等功能减弱，引发免疫抑制，增大继发感染和机会感染的风险。

淋巴细胞(B和T淋巴细胞)主要介导特异性免疫，在细胞因子和特异性抗原的刺激下可迅速扩增，产生特异性免疫反应。脓毒症状态下，淋巴细胞凋亡增加，数目减少，机体处于一种免疫抑制状态，迟发性超敏反应丧失，存活的T淋巴细胞处于无反应状态，病原清除能力下降，导致感染播散。使用凋亡抑制剂抑制淋巴细胞凋亡可明显改善机体免疫功能，改善脓毒症患者预后，提高生存率^[9]。

树突状细胞(DC)是体内重要专职抗原呈递细胞，可促进T细胞分化，是机体固有免疫和获得性免疫的桥梁。脓毒性休克患者体内大量未成熟的DC凋亡，外周血DC数量明显降低，导致进入机体的病原体不能被吞噬，机体也不能将抗原递呈给T细胞^[10]，成为脓毒症后期一直处于免疫抑制的原因之一。

调节性T细胞(Treg)在复杂的免疫调控网络中主要发挥对细胞免疫的抑制效应。脓毒症时机体负性调节细胞Treg凋亡减少，Treg比例持续增高，免疫无反应状态加剧，从而导致感染播散，甚至造成多器官衰竭甚至死亡。

三、脓毒症时细胞凋亡与器官功能 (一) 细胞凋亡与肺损伤

肺脏在脓毒症多器官功能障碍中最先且最易受累的器管^[11]，50%的严重脓毒症患者可以发展为急性肺损伤(ALI)，甚至急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。肺泡上皮细胞和肺血管内皮细胞损伤在脓毒症肺损伤机制中发挥重要作用，而细胞凋亡是其重要机制之一。脓毒症肺损伤发生时，多种细因子TNF-α、IL-1β、IFN-γ及内毒素等因素的作用下，引起肺组织内促炎因子与抗炎因子的表达失衡，诱导内皮细胞凋亡，使肺泡上皮细胞和血管内皮功能严重受损，微血管通透性增加^[12]。在脓毒症晚期肺微血管内皮细胞的凋亡明显增强并伴有bcl-2抗凋亡基因表达的下调。脓毒症死亡的患者，抗凋亡蛋白Bcl-2基因表达下降，而促凋亡蛋白Bax水平升高，而Bcl-2基因的过度表达能够改善脓毒症的预后^[13]。很多研究发现脓毒症中肺泡上皮细胞凋亡主要通过Fas-FasL途径介导，其中凋亡延迟的中性粒细胞可分泌较多的FasL诱导肺泡上皮细胞的凋亡。缺乏Fas受体或FasL表达的小鼠肺泡上皮细胞凋亡率明显降低^[14]，肺损伤减轻。

(二) 细胞凋亡与心脏功能障碍

心脏功能障碍是脓毒症及脓毒性休克比较常见的并发症，包括肌收缩和舒张功能障碍，发生率可高达40%。当脓毒症伴有心脏功能障碍时，其死亡率明显增高。其相关因素有：心肌抑制因素(如细菌毒素、细胞因子及补体系统等)、心肌自身因素(如线粒体损伤、氧化应激、细胞凋亡、一氧化氮产生及钙稳态失衡)、自主神经失调、心肌细胞凋亡等，其中心肌细胞凋亡是引起心肌细胞损伤的重要机制之一。细胞凋亡信号的异常表达使心肌细胞数量不可逆地减少，心肌组织结构异常改变，最终导致心力衰竭和心律失常等严重后果的发生。有研究表明，TNF-α等炎性因子可激活内源性细胞凋亡和外源性细胞凋亡这两种途径，引起心肌细胞功能的异常^[15]，p53是最经典的调控细胞凋亡基因，通过转录抗凋亡蛋白与促凋亡蛋白来调控凋亡^[16]，p53基因可以导致心肌细胞体积变小、胞浆浓缩、核固缩、染色质边集，引起细胞G1期阻滞，有研究显示脓毒症大鼠p53基因上调，且与心肌细胞凋亡指数存在明显的正相关^[17]。

(三) 细胞凋亡与急性肾损伤

急性肾损伤(AKI)是严重脓毒症常见并发症，约30%-50%的脓毒症患者发生AKI，脓毒症致AKI患者死亡率显著增加，是危重脓毒症患者不良预后的独立危险因素。既往观点认为，脓毒性休克相关的AKI，主要归因于肾脏低灌注造成的急性肾小管坏死(ATN)，但随后研究发现，在脓毒性休克的过程中，肾皮质及髓质的血流量仍能维持，甚至有所增加，目前已不能仅用传统的ATN解释，而肾小管上皮细胞凋亡可能在脓毒症合并AKI中起关键作用^[18]。肾组织缺血，也可能造成大量细胞丢失，而与细胞坏死明显不同，这一过程是由凋亡介导的^[19]。细胞凋亡在脓毒性休克造成的AKI中的作用远大于单纯的细胞坏死^[20]。有研究表明^[21]应用Caspases抑制剂降低了肾毒性物质甘油-AKI、缺血再灌注-AKI、内毒素(LPS)-AKI肾组织细胞凋亡，保护了肾功能。

(四) 细胞凋亡与肠道屏障功能

肠道作为机体内最大的储菌所和内毒素库，在脓毒症多器官功能障碍综合征(MODS)中起着非常重要的作用，它既是一个MODS的靶器官，也是导致MODS的动力部位。肠黏膜屏障的完整性和稳定性依赖于肠道上皮细胞增殖和凋亡之间平衡。肠道屏障功能破坏可引起肠道细菌及内毒素的移位并诱发全身感染^[22]。脓毒症产生的炎症因子和活性氧(ROS)均能促进肠上皮细胞凋亡基因表达增强，刺激肠上皮细胞大量凋亡，肠道机械屏障破坏，促使肠腔内细菌及其毒素移位人血，进而加重组织和器官的损害。脓毒症相关异常细胞凋亡介导的肠道损伤效应主要包括：①肠上皮细胞内线粒体功能受损，致使氧利用障碍并干扰能量合成，导致ATP依赖的多种细胞功能障碍，从而诱导细胞凋亡；②通过Fas-FasL途径进而启动caspase家族的级联激活，介导脓毒症肠道上皮细胞凋亡和肠道损伤^[23]。

(五) 细胞凋亡与肝脏功能损伤

肝功能损伤或衰竭可发生在脓毒症的任何阶段。肝细胞线粒体是机体重要的物质能量代谢中心，在介导细胞信号传导和调节细胞凋亡等方面起重要作用。内毒素介导的肝细胞线粒体损伤可能是脓毒症致肝功能不全的重要启动环节，最终导致肝细胞凋亡。肝细胞凋亡是造成肝脏损伤的中心环节^[24]。研究发现^[25]，内毒素可刺激枯否氏细胞产生TNF-α等炎症因子起动凋亡信号，传递至Caspase-3并使其活化，导致肝细胞凋亡。脓毒症早期即可出现损伤和破坏肝细胞线粒体双层膜结构，间接抑制膜蛋白(钠泵、钙泵等)的功能，还可直接诱导线粒体膜通透性转换孔(MPTP)开放^[26]，引起线粒体肿胀、破坏，启动细胞凋亡程序^[27]。线粒体的损伤能够导致其利用氧的能力下降，ATP生成减少，细胞功能不足，并最终可能引起肝脏功能不全甚至衰竭^[28]，从而影响脓毒症的预后。

(六) 细胞凋亡与脓毒症脑病

脓毒症脑病又称脓毒症相关性脑病(SAE)是脓毒症引起的弥漫性脑功能障碍，其病理生理机制较复杂，目前认为神经元细胞凋亡是SAE发生的重要机制^[29]。多聚ADP-核糖聚合酶(PARP-1)是存在于真核细胞中催化聚ADP核糖化的细胞核酶，它参与的聚ADP核糖化是真核细胞中蛋白质翻译后的重要修饰方式之一，PARP-1激活后通过自身分裂和核内凋亡相关因子活化caspase通路，导致神经元死亡^[30]。大鼠脓毒症模型的研究发现^[31]，外周血巨噬细胞可进入脑内合成多种细胞因子，星形胶质细胞、下丘脑、垂体前叶细胞也可分泌细胞因子。而脑组织内的大量细胞因子(尤其是TNF-α)可刺激中性粒细胞产生钙依赖性超氧化物阴离子，直接损害DNA诱导神经元凋亡，并可间接导致神经脱髓鞘及增强IL-1破坏血脑屏障作用，引起神经细胞发生凋亡^[32]。研究发现，脓毒症脑病小鼠的海马组织中活化的caspase-3表达明显增加，诱导海马神经元凋亡^[33]，此外，在内毒素诱导的脓毒症大鼠海马组织内Bax表达明显增加，Bcl-2表达明显减少，凋亡神经元明显增多^[34]。

四、问题与展望

综上，脓毒症和脓毒性休克通常会伴随明显的免疫抑制，导致宿主细胞凋亡异常，细胞凋亡异常又促进了脓毒症的发生发展；感染后期机体细胞凋亡异常直接或间接诱导免疫系统麻痹，导致感染播散和多器官功能衰竭。鉴于此，调控细胞凋亡也许会成为今后治疗脓毒症及其他危重病患者的一个重要手段。目前单纯的抗凋亡治疗在动物试验中显示出了有效性，并且可能作为新疗法来预防和治疗脓毒症及脓毒症诱发的脏器功能损害，然而，抗凋亡治疗似乎难以在临床患者中实施，其尚未大规模进入临床阶段，即使进入临床应用也未显示出良好的疗效，所得出的结论也不完全一致。首先，细胞凋亡是细胞体内平衡所必需的生理过程，它也可能是对脓毒症中最初的过度炎症的生理反应。此外，半胱天冬酶还具有其他非凋亡功能(如：B和T细胞的细胞增殖和分化)。因此，阻滞细胞凋亡可能诱发严重的不良事件，抗凋亡治疗对患者的疗效有待进一步研究，旨在调控或阻滞细胞凋亡的治疗策略可能在患者中存在一些限制。在过去的几十年里，大量针对炎症因子的治疗的临床试验均不能取得满意的临床效果，因此, 寻找既可抑制早期过度的炎症反应，又可以抑制晚期细胞凋亡新的治疗药物，对于降低脓毒症的病死率，具有深远的意义。在当前以及未来的研究中，可以将细胞模型试验、动物模型试验和临床试验相结合，形成一个完整的研究体系，探索通过调控细胞凋亡来保护脏器功能、降低脓毒症和脓毒性休克病死率、改善其临床治疗效果及远期预后的新策略。