脓毒症是指因感染引起的危及生命的器官功能障碍，是重症监护病房(intensive care unit，ICU)中患者最常见的死亡原因^[1]。我国一项流行病学调查显示，脓毒症的住院病死率为20. 6%，标准化死亡率为79/100 000，另一项流行病学调查显示重症脓毒症的住院期间病死率高达48. 7%，脓毒症因其高发病率及高死亡率成为现代医学界的巨大挑战^[2~3]。病原体诱导的严重机体反应紊乱可能是脓毒症病死率高的主要原因，根据目前脓毒症的主流治疗方法是基于拯救脓毒症运动(surviving sepsis campaign，SSC)提出的集束化治疗方案^[4]，人们仍缺乏针对脓毒症发病机制进行干预的治疗手段，所以，需进一步深入研究脓毒症发生发展中的病理生理学机制，从而优化改善脓毒症的治疗策略。本文将针对脓毒症时中性粒细胞发生的功能紊乱作一阐述，以期加深人们对脓毒症发病机制的了解。

一、中性粒细胞的正常激活途径

德国细菌学家于19世纪末期首次发现中性粒细胞。通常中性粒细胞成熟于骨髓，在集落刺激因子的作用下被动员并释放至循环血中。无外界刺激时，循环血中的中性粒细胞存活时间为6~10h，然后即可启动自发性凋亡程序，并在肝脏或其他网状内皮系统被巨噬细胞吞噬。每天正常人约有10¹⁰个中性粒细胞从骨髓中释放出来，同时也有同等量的细胞发生凋亡^[5]。若是机体发生局灶性感染或损伤，局部的细菌产物或炎性介质可激活内皮细胞，中性粒细胞表面的整合素可与活化内皮细胞的黏附因子结合从而黏附于血管内皮。在趋化因子的作用下，黏附的中性粒细胞可发生骨架蛋白重构，并向感染病灶或损伤组织迁移，从而发挥吞噬和杀菌作用^[6]。这种细菌杀伤作用依靠氧依赖性和非氧依赖性两种模式，氧依赖性模式主要依赖大量氧自由基导致微生物发生蛋白质和DNA损伤，也被称为呼吸爆发作用；非氧依赖性机制依赖于中性粒细胞内的抗菌颗粒，内含嗜苯胺蓝体、明胶酶等分子^[7]。发挥完杀伤作用的中性粒细胞也会发生凋亡并被巨噬细胞快速清除，从而限制炎症和杀伤作用的放大。这些功能在机体存在感染时发挥着重要作用，最直接的证据可见于中性粒细胞减少的脓毒症患者死亡率显著升高^[8]。但是，上述作用发生紊乱时也可能导致脏器损伤从而增加脓毒症死亡率。因此，中性粒细胞功能的平衡是限制脓毒症发生发展的重要环节。

二、脓毒症时中性粒细胞天然免疫反应能力的改变

理想状态下，中性粒细胞经过黏附、迁移、吞噬和呼吸爆发作用等环节清除病原菌，从而使患者免于感染的伤害。但是，脓毒症时中性粒细胞发生多个环节的功能障碍。

(一) 动员异常

脓毒症的首要表现往往是外周血中性粒细胞大幅增加，这与粒细胞集落刺激因子的释放有关。而这种中性粒细胞增多症可导致骨髓耗竭，以至于未成熟髓细胞被释放至循环血中。未成熟中性粒细胞对病原体相关分子模式(pathogen associated molecular pattern, PAMP)和损伤相关分子模式(danger associated molecular pattern, DAMP)的反应能力与成熟细胞不同，吞噬能力也明显低于成熟细胞，因此，有研究显示外周血未成熟中性粒细胞的数量与脓毒症患者预后相关^[9]。未成熟中性粒细胞的变形能力也较弱，因此易造成器官微循环阻塞从而介导以肺为代表的脏器损伤。

(二) 凋亡延迟

中性粒细胞的稳态是由促凋亡与抗凋亡信号的平衡维持的，正常中性粒细胞存活寿命较短并可发生自发性凋亡，这对于及时终止炎症反应来说是至关重要的^[10]。但是脓毒症时中性粒细胞被过度激活，抗凋亡信号显著增强，从而导致中性粒细胞存活时间可延长至5d。正常中性粒细胞体外培养24h时凋亡率一般为50%左右，而脓毒症患者中性粒细胞24h时凋亡率可在10%以下^[11]。凋亡延迟的中性粒细胞无法及时被巨噬细胞清除，因此会导致非特异性靶器官中性粒细胞聚集过多，从而诱发脏器损伤。中性粒细胞自发性凋亡和凋亡延迟均为主动的调控过程，caspase-8的酪氨酸磷酸化和去磷酸化调控是中性粒细胞凋亡动态调控的重要机制，酪氨酸激酶Lyn和磷酸酶SHP-1分别参与了这种磷酸化和去磷酸化过程^[12]。c-Src也是调控caspase-8的重要酪氨酸激酶之一，分子伴侣HSP90可维持c-Src的稳定性免受泛素化调控而降解，上述分子的抑制剂均可逆转脓毒症诱导的中性粒细胞凋亡延迟^[13]。因此，这些中性粒细胞凋亡调节因子有望干预脓毒症脏器损伤的发生。

(三) 迁移功能紊乱

细菌产物fMLP或炎性介质如补体C5a、脂类分子LTB4等产生的浓度梯度可诱导中性粒细胞向感染灶或损伤病灶趋化^[14]。但是大量研究表明，尽管脓毒症患者和小鼠感染灶中的趋化分子水平较高，但是该处中性粒细胞的数量却并未得到显著提升，提示脓毒症时中性粒细胞迁移功能出现障碍^{[15, 16]}。这种迁移障碍与中性粒细胞模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)和趋化受体的表达下调有关，例如死亡的脓毒症患者TLR4和趋化受体CXCR2等表达水平往往低于存活的脓毒症患者^[17]。这种表达下调，一方面与TLR信号的负向调控有关，例如IL-1受体相关激酶M(IL-1 receptor-ssociated kinase-M，IRAK-M)即可抑制LPS诱导的TLR4信号通路激活反应，从而导致中性粒细胞趋化作用减弱和脓毒症动物死亡率升高^[18]；另一方面中性粒细胞迁移障碍还与TLR4与趋化受体的内化有关。趋化受体的持续活化可激活下游的G蛋白偶联受体激酶(GRK2、GRK5)，进而介导β-arrestin的聚集，其与网格蛋白clathrin和衔接蛋白2(AP2)结合，从而启动细胞外受体的内化^[19]。

脓毒症时中性粒细胞的迁移功能障碍不仅表现在向感染组织迁移的能力减弱，同时还表现为中性粒细胞的非特异性器官聚集，也被称为随机迁移功能增强。这可能与趋化受体CCR2的表达上调有关，利用CCR2拮抗剂或CCR2基因缺陷可减少脓毒症小鼠肺、心和肾脏中性粒细胞的浸润并减轻脏器损伤，从而最终提高脓毒症小鼠生存率^[20]。聚集于非特异性靶器官的中性粒细胞可导致微血管阻塞产生缺氧，同时还可释放组蛋白与DNA结构形成中性粒细胞外诱捕网(neutrophil extracellular trap，NET)，在捕获细菌的同时也会介导脏器损伤^[21]。所以中性粒细胞迁移功能的调节也是干预脓毒症发生发展的关键环节。

(四) 吞噬功能障碍

炎症刺激可使中性粒细胞吞噬作用增强，因此脓毒症早期可能会观察到中性粒细胞吞噬作用增强或减弱两种矛盾的现象，原因可能在于炎症激活初期中性粒细胞吞噬作用强化，但是还随着病情的变化中性粒细胞表型可能发生改变，呈现出吞噬功能减退的表现。脓毒症诱导免疫抑制发生时，中性粒细胞表面补体受体可能会在丝氨酸蛋白酶的作用下发生裂解，从而减弱中性粒细胞识别与吞噬病原体的功能。此外，脓毒症时中性粒细胞溶酶体pH也会发生变化，酸性环境可减弱杀菌酶的激活，从而损害其杀菌能力。脓毒症小鼠中性粒细胞酸碱度降低与死亡率升高相关^[22]。

三、脓毒症时中性粒细胞对获得性免疫反应的影响

通常认为中性粒细胞是机体天然免疫系统的成员，通过黏附、迁移、吞噬和呼吸爆发等作用抵御外界感染，然后近年来越来越多的证据表明中性粒细胞与获得性免疫反应体系也存在重要的交互作用。

(一) 中性粒细胞向抗原递呈细胞转化

抗原递呈细胞(antigen presenting cell，APC)可分为专职性APC和非专职性APC。传统的专职性APC包括单核巨噬细胞、树突状细胞、B淋巴细胞等，而非专职性APC则包括上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞等。专职APC的特点是其组成性表达MHC-Ⅱ类分子和共刺激分子CD80、CD86等。而在某些特定环境下，中性粒细胞也可表达MHC-Ⅱ类分子、CD80、CD86等抗原递呈反应相关分子，并可向CD4⁺ T细胞呈递抗原^[23]。而肿瘤相关中性粒细胞也可发挥抗原递呈作用，增强T细胞的抗肿瘤效应^[24]。笔者前期研究也发现，脓毒症小鼠中性粒细胞MHC-Ⅱ类分子、CD40、CD80、CD86等表达水平也显著升高^[25]。因此，脓毒症时中性粒细胞也可能表现出抗原递呈能力。

(二) 中性粒细胞对淋巴细胞的接触性抑制作用

新近研究表明，脓毒症时中性粒细胞对淋巴细胞具有负向调控作用。尽管笔者前期研究发现脓毒症小鼠中性粒细胞可表达MHC-Ⅱ类分子、CD40、CD80、CD86等分子，提示其具有潜在的抗原递呈作用。但是与此同时，研究也发现中性粒细胞高表达PD-L1，且体外实验发现中性粒细胞可通过PD-L1诱导淋巴细胞凋亡；且脓毒症时中性粒细胞PD-L1表达水平与脓毒症患者病情和预后相关^[25]。有学者进一步研究发现脾脏干扰素γ是诱导PD-L1阳性中性粒细胞产生的主要原因^[26]。因此，脓毒症时中性粒细胞可能通过共刺激分子的作用负向调控获得性免疫系统。也有学者发现中性粒细胞可通过非共刺激分子依赖性途径抑制T细胞功能，在炎症状态下，中性粒细胞可分化出CD11cbright/CD62Ldim/CD11bbright/CD16bright亚群，将该亚群细胞与淋巴细胞共培养时可通过Mac-1接触性抑制T细胞增殖反应和干扰素γ分泌能力^{[27, 28]}。

(三) 中性粒细胞对淋巴细胞的非接触性抑制作用

脓毒症时中性粒细胞可分泌IL-12和IL-4，分别可诱导T细胞分化为Th1细胞和Th2细胞。Th1和Th2分别为促炎和抗炎细胞亚群，Th1/Th2失衡也是脓毒症免疫抑制的表现和原因之一^[29]。中性粒细胞还可通过精氨酸酶1负向调控淋巴细胞，精氨酸酶1催化L-精氨酸分解为鸟氨酸和尿素，而L-精氨酸是维持T细胞正常细胞周期的必须氨基酸。因此脓毒症时中性粒细胞合成精氨酸酶1，导致L-精氨酸耗竭，使T细胞停留于G0-G1期，从而导致T细胞功能障碍^[30]。

综上所述，脓毒症时中性粒细胞发生严重的功能障碍，可表现在天然免疫反应和获得性免疫反应两个方面。天然免疫反应能力方面，脓毒症患者未成熟中性粒细胞比例升高，中性粒细胞凋亡延迟可介导脏器损伤，而迁移和吞噬功能障碍可导致细菌清除障碍。获得性免疫反应能力方面，脓毒症时中性粒细胞因表达MHC-Ⅱ类分子、CD80、CD86等分子具有抗原递呈反应的潜能，但是同时也高表达负性共刺激分子PD-L1从而诱导淋巴细胞凋亡。特定的中性粒细胞亚群也可通过Mac-1接触性抑制T细胞增殖和细胞因子分泌能力。脓毒症时中性粒细胞还可通过分泌IL-4或诱导L-精氨酸耗竭而发挥负向调控T细胞的作用。中性粒细胞是人体内数量最大的白细胞种群，脓毒症时也是数量增加最为显著的白细胞种群，但是似乎增加的中性粒细胞数量并没有发挥预期的细菌杀伤作用，反而增强了免疫抑制作用并诱导脏器损伤。因此，中性粒细胞功能障碍在脓毒症发生发展中具有重要作用，应进一步更加深入地针对这一问题展开研究以加深人们对脓毒症发病机制的理解，并筛选潜在的新干预靶点。