寻迹金葡菌诱发脓毒症的机制——访解放军304医院全军烧伤研究所姚咏明教授
解放军304医院全军烧伤研究所博士生导师姚咏明教授，是我国较早研究内、外毒素血症与脓毒症的青年学者之一。在日前召开的第12届欧洲休克与脓毒症学术会议上，他作为中国惟一的应邀报告者，向与会各国专家介绍了他开展的“金黄色葡萄球菌和脓毒症研究”。该研究系统地阐明了金黄色葡萄球菌(简称金葡菌)及其外毒素在创、烧伤脓毒症及多器官功能障碍综合征(MODS)中的作用，揭示了金葡菌外毒素的分布规律及其诱发脓毒症的分子机制。该报告引起与会同行的高度关注。大会主席雷德教授认为，这一研究从全新的角度，揭示了金葡菌脓毒症的发病机制，为寻求有效的该病临床防治途径提供了新的思路。近日，笔者就该研究的相关问题，采访了姚咏明教授。
■金葡菌感染成首要病因
据姚咏明介绍，脓毒症和MODS是严重创伤、烧伤、休克和感染患者的主要死亡原因。每年全球有超过1800万例严重脓毒症新发病例，且发病率以每年1.5%的速度递增，每天大约有14000人死于该并发症。脓毒症来势凶猛，病情进展迅速，病死率高。该病的临床救治非常困难，是现代创、烧伤外科及危重病医学领域面临的突出难题。
, http://www.100md.com
在对脓毒症发病机理的研究中，人们对革兰阴性菌研究较多，而革兰阳性菌的作用往往被人们忽视，尤其是对其在脓毒症发病中的临床意义认识不够。近十几年来，国内外大量的临床资料表明,革兰阳性菌脓毒症的发病率逐年上升，至上个世纪90年代末，其发病率已达脓毒症总发病率的50%以上，并仍有升高趋势。其中，金葡菌感染的发病率位居首位———是烧伤创面感染、急性肝功能衰竭等疾病的重要病因。据保加利亚一烧伤中心的资料显示，无论是在烧伤创面还是在血标本中，金葡菌检出率均居首位，且耐甲氧西林金葡菌的耐药率逐年增加。在304医院全军烧伤研究所从创面分离的病原菌中，金葡菌的构成比从1995年的17.7%，上升到2003年的45.0%。由此可见，金葡菌是烧伤感染中最常见的菌种之一。
细菌学研究表明，可溶性外毒素的产生是革佳粜跃腥镜闹匾曛局弧?br>其中，金葡菌肠毒素因其“超抗原”特性以及在中毒性休克综合征发病中的特殊意义而备受关注。国外曾有报道，在临床金葡菌感染中，约50%的菌株伴有肠毒素或中毒性休克毒素-1(TSST-1)产生，其中80%为耐药株。304医院既往的细菌学调查显示，在1992~1993年该院烧伤患者金葡菌感染的临床菌株中，产毒株多达91.6%，其中，肠毒素B占75%左右。由此提示，金葡菌肠毒素具有极强的毒力和致病性，它在烧伤后并发金葡菌感染上具有潜在的作用。
, 百拇医药
■肠毒素B介导脓毒症发病
姚咏明告诉笔者，早在20世纪90年代初，我国著名创、烧伤外科专家盛志勇院士就敏锐地意识到，对革兰阳性菌外毒素，特别是对金葡菌肠毒素的研究，将成为现代创、烧伤外科研究的焦点和难点。此后，不少国内外学者开始涉足这一领域的研究，但进展缓慢，其主要原因之一是缺乏敏感、快速的检测方法。
从上个世纪90年代中期开始，姚咏明在盛志勇院士的指导下，根据流行病学和细菌学调查，选择金葡菌肠毒素B为突破口，在国家“973”项目、国家自然科学基金和军队杰出中青年人才基金的资助下，对革兰阳性菌外毒素与创、烧伤脓毒症的关系及分子机制，进行了系统的研究。他经过近百次的筛选和试验，成功地建立了快速、敏感、稳定的金葡菌肠毒素B定量检测方法。同时，他采用烫伤合并金葡菌攻击所致严重脓毒症模型，探讨了肠毒素B在脓毒症和MODS中的变化规律。结果发现，烧伤后金葡菌感染动物血浆中的肠毒素B水平迅速升高，6小时达到峰值；动物心、肝、肺、肾等组织中的肠毒素B含量持续上升，24小时时升高幅度最为明显；动物肝、肾组织中的肠毒素B含量明显高于其它脏器，表明肝、肾可能是肠舅谺蓄积的主要场所。
, http://www.100md.com
在此基础上，他进一步探讨了肠毒素B在烧伤脓毒症所致多器官损害中的确切作用。他将实验动物随机分为正常对照组、单纯烧伤组、烧伤后金葡菌感染组和抗肠毒素B治疗组，以动态观察肠毒素B与动物心、肝、肺、肾、肠等重要器官功能改变的因果关系。结果他发现：单纯烧伤后24小时，动物心、肝、肺、肾的功能明显异常，但反映小肠黏膜完整性的小肠组织二胺氧化酶活性无明显改变；烧伤合并金葡菌攻击后，动物肝、肾和心功能损害进一步加重，肺组织中的中性粒细胞聚集明显增加，小肠组织中的二胺氧化酶活性呈持续下降趋势，提示小肠黏膜的完整性严重受损。他开展的病理形态学检查也证实，在实验动物的心、肝、肺、肾、肠等组织中，均可见不同程度的炎细胞浸润和坏死性病变，其中，肺脏改变尤为显著。他发现，早期给予抗肠毒素B单克隆抗体，可有效降低实验动物血浆及组织中的肠毒素B水平，同时其心、肝等功能指标显著降低，小肠组织中的二胺氧化酶活性基本恢复至伤前范围，动物早期死亡率明显降低。由此证明，烧伤合并金葡菌攻击可导致实验动物多器官功能损害的进一步恶化——这与实验动物脏器组织中肠毒素B含量持续升高密切相关。
, 百拇医药
■肠毒素介导脓毒症的分子机制
以往的研究已经证实，T淋巴细胞的大量活化是细菌外毒素致病的重要特征之一，而干扰素-酌是活化T淋巴细胞产生的一种强有力的免疫调节因子，它在调节单核/巨噬细胞和内皮细胞功能方面作用显著。姚咏明说，在研究金葡菌肠毒素介导脓毒症发病的分子机制时，他所要探寻的是干扰素-酌在金葡菌脓毒症及MODS的病理生理过程中具有什么意义，以及金葡菌肠毒素通过什么途径进入细胞而引起机体一系列的病理变化，从而导致脓毒症的。因为只有搞清楚上述问题的来龙去脉，准确找到引起细胞内众多炎性介质合成与释放的关键通路，才能有针对性地采取干预措施，防止脓毒症的发生与发展。
Janus激酶/信号转导和转录激活因子(JAK/STAT)是近年发现的在细胞因子信号转导中起重要作用的信号贰R酝赜贘AK/STAT通路的研究，大多局限于体外观察，而对于创、烧伤后细菌外毒素对机体重要脏器JAK/STAT活化的影响及其在体内炎症反应中的特异性调控作用，人们尚不清楚，而姚咏明认为，这恰恰是揭示脓毒症发病机制的关键所在。他通过大鼠烧伤后金葡菌感染致脓毒症模型研究发现，烫伤动物合并金葡菌攻击后，其肝、肺等重要器官中的JAK/STAT通路迅速活化，干扰素-酌基因的表达和蛋白释放显著增多——至24小时仍处于较高水平，且肺组织中的干扰素-酌水平与肠毒素B的含量呈显著正相关，并与多器官损害的功能指标密切相关。给予抗肠毒素B抗体或信号通路抑制剂进行干预，可有效减轻JAK/STAT通路活化，显著抑制血浆及组织中干扰素-酌等细胞因子的产生，同时改善肝、肺、肾等器官功能。经进一步研究他发现，细胞因子信号转导抑制因子(SOCS)作为JAK/STAT通路的特异性内源抑制物，参与了对JAK/STAT信号传递的“负反馈”调节过程，在维持机体免疫自稳中可能发挥了重要作用；烫伤后金葡菌感染可诱导体内SOCS表达上调，这与干扰素-酌等细胞因子的“消涨”密切相关，提示SOCS参与了金葡菌脓毒症时的体内免疫炎症反应平衡调控过程。上述研究结果提示，创、烧伤后金葡菌肠毒素B通过激活T淋巴细胞，诱导产生大量的干扰素-酌等炎症介质，进而导致失控性全身炎症反应和器官损害，而JAK/STAT和SOCS通路参与了脓毒症早期细胞因子的信号转导及调控过程。
, http://www.100md.com
■外毒素与内毒素协同致病
“金葡菌的肠毒素和TSST-1具有强大的抗原刺激能力，在极低浓度下即可激活大量的T淋巴细胞。”姚咏明在研究中发现，细菌外毒素与内毒素在致病机制上存在明显不同，其作用的靶细胞和诱导的致病因子也不同(前咧饕婕癟淋巴细胞和干扰素-酌，而后者则为单核/巨噬细胞和肿瘤坏死因子)，但二者在介导脓毒症发病过程中具有协同效应。姚咏明举了两个例子对此加以说明：其一，金葡菌TSST-1可显著提高动物及细胞对内毒素攻击的敏感性，与内毒素发生致死性协同作用；其二，健康家兔单独接受TSST-1时仅表现为发热反应，即使剂量高达100毫克/千克亦不能产生致死效应，但如果同时给予较低剂量的内毒素与TSST-1，动物即可出现严重的呼吸、循环、肝、肾及消化道等多系统器官功能障碍，导致动物死亡。
姚咏明在研究中还发现，尽管金葡菌本身不能产生内毒素，但许多烧、创伤后金葡菌脓毒症患者，常伴有内毒素血症；内毒素与金葡菌致病因子协同致病，同时使各自的致死剂量降至1/100左右；烫伤合并金葡菌感染可导致动物局部组织的内毒素水平明显升高，其机制在于肠毒素B可加剧小肠黏膜屏障功能受损、肠道通透性增加，进而使肠源性内毒素移位并蓄积于局部组织；金葡菌肠毒素具有明显的肝脏毒性，可导致肝网状内皮系统的吞噬功能受损，使之对内毒素的廓清能力降低。据此姚咏明认为，在细菌感染，特别是混合感染的过程中，内毒素与金葡菌致病因子不仅本身具有一定的致病能力，而且还可在多个环节中发生协同效应，使脓毒症的病理过程进一步恶化。
在采访即将结束时姚咏明强调，只有充分了解金葡菌脓毒症过程中宿主病原体间复杂的相互作用，才有可能早期识别及干预脓毒性休克和MODS等致死性并发症的进一步发展，才能有效地提高烧伤脓毒症的救治水平。
(张献怀), http://www.100md.com
■金葡菌感染成首要病因
据姚咏明介绍，脓毒症和MODS是严重创伤、烧伤、休克和感染患者的主要死亡原因。每年全球有超过1800万例严重脓毒症新发病例，且发病率以每年1.5%的速度递增，每天大约有14000人死于该并发症。脓毒症来势凶猛，病情进展迅速，病死率高。该病的临床救治非常困难，是现代创、烧伤外科及危重病医学领域面临的突出难题。
, http://www.100md.com
在对脓毒症发病机理的研究中，人们对革兰阴性菌研究较多，而革兰阳性菌的作用往往被人们忽视，尤其是对其在脓毒症发病中的临床意义认识不够。近十几年来，国内外大量的临床资料表明,革兰阳性菌脓毒症的发病率逐年上升，至上个世纪90年代末，其发病率已达脓毒症总发病率的50%以上，并仍有升高趋势。其中，金葡菌感染的发病率位居首位———是烧伤创面感染、急性肝功能衰竭等疾病的重要病因。据保加利亚一烧伤中心的资料显示，无论是在烧伤创面还是在血标本中，金葡菌检出率均居首位，且耐甲氧西林金葡菌的耐药率逐年增加。在304医院全军烧伤研究所从创面分离的病原菌中，金葡菌的构成比从1995年的17.7%，上升到2003年的45.0%。由此可见，金葡菌是烧伤感染中最常见的菌种之一。
细菌学研究表明，可溶性外毒素的产生是革佳粜跃腥镜闹匾曛局弧?br>其中，金葡菌肠毒素因其“超抗原”特性以及在中毒性休克综合征发病中的特殊意义而备受关注。国外曾有报道，在临床金葡菌感染中，约50%的菌株伴有肠毒素或中毒性休克毒素-1(TSST-1)产生，其中80%为耐药株。304医院既往的细菌学调查显示，在1992~1993年该院烧伤患者金葡菌感染的临床菌株中，产毒株多达91.6%，其中，肠毒素B占75%左右。由此提示，金葡菌肠毒素具有极强的毒力和致病性，它在烧伤后并发金葡菌感染上具有潜在的作用。
, 百拇医药
■肠毒素B介导脓毒症发病
姚咏明告诉笔者，早在20世纪90年代初，我国著名创、烧伤外科专家盛志勇院士就敏锐地意识到，对革兰阳性菌外毒素，特别是对金葡菌肠毒素的研究，将成为现代创、烧伤外科研究的焦点和难点。此后，不少国内外学者开始涉足这一领域的研究，但进展缓慢，其主要原因之一是缺乏敏感、快速的检测方法。
从上个世纪90年代中期开始，姚咏明在盛志勇院士的指导下，根据流行病学和细菌学调查，选择金葡菌肠毒素B为突破口，在国家“973”项目、国家自然科学基金和军队杰出中青年人才基金的资助下，对革兰阳性菌外毒素与创、烧伤脓毒症的关系及分子机制，进行了系统的研究。他经过近百次的筛选和试验，成功地建立了快速、敏感、稳定的金葡菌肠毒素B定量检测方法。同时，他采用烫伤合并金葡菌攻击所致严重脓毒症模型，探讨了肠毒素B在脓毒症和MODS中的变化规律。结果发现，烧伤后金葡菌感染动物血浆中的肠毒素B水平迅速升高，6小时达到峰值；动物心、肝、肺、肾等组织中的肠毒素B含量持续上升，24小时时升高幅度最为明显；动物肝、肾组织中的肠毒素B含量明显高于其它脏器，表明肝、肾可能是肠舅谺蓄积的主要场所。
, http://www.100md.com
在此基础上，他进一步探讨了肠毒素B在烧伤脓毒症所致多器官损害中的确切作用。他将实验动物随机分为正常对照组、单纯烧伤组、烧伤后金葡菌感染组和抗肠毒素B治疗组，以动态观察肠毒素B与动物心、肝、肺、肾、肠等重要器官功能改变的因果关系。结果他发现：单纯烧伤后24小时，动物心、肝、肺、肾的功能明显异常，但反映小肠黏膜完整性的小肠组织二胺氧化酶活性无明显改变；烧伤合并金葡菌攻击后，动物肝、肾和心功能损害进一步加重，肺组织中的中性粒细胞聚集明显增加，小肠组织中的二胺氧化酶活性呈持续下降趋势，提示小肠黏膜的完整性严重受损。他开展的病理形态学检查也证实，在实验动物的心、肝、肺、肾、肠等组织中，均可见不同程度的炎细胞浸润和坏死性病变，其中，肺脏改变尤为显著。他发现，早期给予抗肠毒素B单克隆抗体，可有效降低实验动物血浆及组织中的肠毒素B水平，同时其心、肝等功能指标显著降低，小肠组织中的二胺氧化酶活性基本恢复至伤前范围，动物早期死亡率明显降低。由此证明，烧伤合并金葡菌攻击可导致实验动物多器官功能损害的进一步恶化——这与实验动物脏器组织中肠毒素B含量持续升高密切相关。
, 百拇医药
■肠毒素介导脓毒症的分子机制
以往的研究已经证实，T淋巴细胞的大量活化是细菌外毒素致病的重要特征之一，而干扰素-酌是活化T淋巴细胞产生的一种强有力的免疫调节因子，它在调节单核/巨噬细胞和内皮细胞功能方面作用显著。姚咏明说，在研究金葡菌肠毒素介导脓毒症发病的分子机制时，他所要探寻的是干扰素-酌在金葡菌脓毒症及MODS的病理生理过程中具有什么意义，以及金葡菌肠毒素通过什么途径进入细胞而引起机体一系列的病理变化，从而导致脓毒症的。因为只有搞清楚上述问题的来龙去脉，准确找到引起细胞内众多炎性介质合成与释放的关键通路，才能有针对性地采取干预措施，防止脓毒症的发生与发展。
Janus激酶/信号转导和转录激活因子(JAK/STAT)是近年发现的在细胞因子信号转导中起重要作用的信号贰R酝赜贘AK/STAT通路的研究，大多局限于体外观察，而对于创、烧伤后细菌外毒素对机体重要脏器JAK/STAT活化的影响及其在体内炎症反应中的特异性调控作用，人们尚不清楚，而姚咏明认为，这恰恰是揭示脓毒症发病机制的关键所在。他通过大鼠烧伤后金葡菌感染致脓毒症模型研究发现，烫伤动物合并金葡菌攻击后，其肝、肺等重要器官中的JAK/STAT通路迅速活化，干扰素-酌基因的表达和蛋白释放显著增多——至24小时仍处于较高水平，且肺组织中的干扰素-酌水平与肠毒素B的含量呈显著正相关，并与多器官损害的功能指标密切相关。给予抗肠毒素B抗体或信号通路抑制剂进行干预，可有效减轻JAK/STAT通路活化，显著抑制血浆及组织中干扰素-酌等细胞因子的产生，同时改善肝、肺、肾等器官功能。经进一步研究他发现，细胞因子信号转导抑制因子(SOCS)作为JAK/STAT通路的特异性内源抑制物，参与了对JAK/STAT信号传递的“负反馈”调节过程，在维持机体免疫自稳中可能发挥了重要作用；烫伤后金葡菌感染可诱导体内SOCS表达上调，这与干扰素-酌等细胞因子的“消涨”密切相关，提示SOCS参与了金葡菌脓毒症时的体内免疫炎症反应平衡调控过程。上述研究结果提示，创、烧伤后金葡菌肠毒素B通过激活T淋巴细胞，诱导产生大量的干扰素-酌等炎症介质，进而导致失控性全身炎症反应和器官损害，而JAK/STAT和SOCS通路参与了脓毒症早期细胞因子的信号转导及调控过程。
, http://www.100md.com
■外毒素与内毒素协同致病
“金葡菌的肠毒素和TSST-1具有强大的抗原刺激能力，在极低浓度下即可激活大量的T淋巴细胞。”姚咏明在研究中发现，细菌外毒素与内毒素在致病机制上存在明显不同，其作用的靶细胞和诱导的致病因子也不同(前咧饕婕癟淋巴细胞和干扰素-酌，而后者则为单核/巨噬细胞和肿瘤坏死因子)，但二者在介导脓毒症发病过程中具有协同效应。姚咏明举了两个例子对此加以说明：其一，金葡菌TSST-1可显著提高动物及细胞对内毒素攻击的敏感性，与内毒素发生致死性协同作用；其二，健康家兔单独接受TSST-1时仅表现为发热反应，即使剂量高达100毫克/千克亦不能产生致死效应，但如果同时给予较低剂量的内毒素与TSST-1，动物即可出现严重的呼吸、循环、肝、肾及消化道等多系统器官功能障碍，导致动物死亡。
姚咏明在研究中还发现，尽管金葡菌本身不能产生内毒素，但许多烧、创伤后金葡菌脓毒症患者，常伴有内毒素血症；内毒素与金葡菌致病因子协同致病，同时使各自的致死剂量降至1/100左右；烫伤合并金葡菌感染可导致动物局部组织的内毒素水平明显升高，其机制在于肠毒素B可加剧小肠黏膜屏障功能受损、肠道通透性增加，进而使肠源性内毒素移位并蓄积于局部组织；金葡菌肠毒素具有明显的肝脏毒性，可导致肝网状内皮系统的吞噬功能受损，使之对内毒素的廓清能力降低。据此姚咏明认为，在细菌感染，特别是混合感染的过程中，内毒素与金葡菌致病因子不仅本身具有一定的致病能力，而且还可在多个环节中发生协同效应，使脓毒症的病理过程进一步恶化。
在采访即将结束时姚咏明强调，只有充分了解金葡菌脓毒症过程中宿主病原体间复杂的相互作用，才有可能早期识别及干预脓毒性休克和MODS等致死性并发症的进一步发展，才能有效地提高烧伤脓毒症的救治水平。
(张献怀), http://www.100md.com