责编 | 兮 细菌感染不仅能激活免疫系统，而且能启动凝血反应。细菌来源的内毒素（脂多糖：LPS）能快速激活机体的凝血系统并形成血管内血栓，从而有效阻止细菌的血循环播撒。但当细菌大量侵入血循环造成全身性感染（脓毒症）时，失控的凝血反应将发展成为危及生命的弥散性血管内凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）。其临床表现为凝血因子的全身性激活，纤维蛋白的广泛沉积，血小板的大量激活与耗竭，以及全身微小血管内的广泛血栓形成，最终导致多器官功能衰竭。感染诱发DIC的致病机理尚不甚清楚，是当今学术界需解决的重大科学问题。2018年，吕奔课题组研究发现：在脓毒症中，肝细胞释放的HMGB1蛋白作为分子伴侣能将血循环中的内毒素（LPS）转运至细胞浆中，从而活化了LPS的细胞浆受体—Caspase-11并引起致死性免疫反应（详见BioArt报道：Immunity丨吕奔组揭示脓毒症休克和多脏器衰竭发生的重要病理生理机制）【1】。2019年，该团队发现：Caspase-11的过度活化在急性移植物抗宿主病中也能引起致死性免疫反应【2】。同年，课题组进一步阐明了脓毒症中Caspase-11通过活化其底物GSDMD来诱导DIC的形成，揭示了免疫与凝血的内在联系（详见BioArt报道：Immunity | 吕奔团队解密细菌感染诱发凝血反应的机制）【3】。 基于上述发现，2020年2月，由中南大学湘雅三医院吕奔教授团队在Blood杂志上在线发表了以“The role of type 1 interferons in Gram-negative bacteria-induced coagulation” 为题的文章，阐述了细菌感染过程中LPS通过1型干扰素（IFNs）途径活化Caspase-11及其下游的GSDMD，从而诱导DIC的形成。该研究还揭示了HMGB1作为1型IFNs的下游效应分子在感染所致DIC的形成中发挥了重要的致病作用，为今后脓毒症DIC的防治提供了潜在的药物干预靶点。杨新宇博士和博士研究生程晓烨为该论文的并列第一作者；吕奔教授为该论文的通讯作者。 在该研究中，作者们首先采用1型IFNs的受体基因（IFN-α/βR1）敲除小鼠，以及内毒素血症、大肠埃希杆菌性腹膜炎和盲肠结扎穿孔三种脓毒症动物模型，借助转盘共聚焦活体显微术（SD-IVM）、免疫组织化学染色等实验技术，从凝血酶活化、血小板聚集与耗竭、纤维蛋白沉积、微循环障碍、DIC血清学指标等多个维度全面揭示了1型IFNs途径在感染所致DIC中发挥重要的病理生理作用，证实了阻断该途径能有效的防止脓毒症DIC的形成（图1）。 图1：1型IFNs信号途径介导脓毒症DIC的形成 结合前期研究发现【1】，该课题组进一步揭示了1型IFNs主要通过调控HMGB1的释放入血来介导Caspase-11及GSDMD的活化，并最终促进DIC的形成（图2）。给予脓毒症小鼠抗HMGB1中和抗体（Anti-HMGB1 Abs）能显著削弱DIC的形成能力。为进一步追溯脓毒症中血循环HMGB1的主要来源，该课题组分别构建了肝脏细胞HMGB1敲除（Hmgb1f/fAlb-cre+）、髓系细胞HMGB1敲除（Hmgb1f/fLyz2-cre+）和血小板/巨核细胞HMGB1敲除（Hmgb1f/fPF4-cre+）的转基因小鼠，并采用脓毒症模型发现：1型IFNs主要促进肝脏细胞释放HMGB1。后者携带LPS进入宿主细胞并活化Caspase11-GSDMD途径，从而介导磷脂酰丝氨酸的外翻。上述过程能显著增强细胞膜表面组织因子（TF）的促凝活性，最终诱发凝血级联反应和DIC。 图2：脓毒症中1型IFNs信号通过肝细胞释放HMGB1来诱导DIC的形成 此外，该课题组还揭示了1型IFNs上游的信号通路在脓毒症DIC中的作用。TRIF和Myd88均是胞内TLR4受体下游的信号传递分子。其中，TRIF为LPS诱导的1型IFNs表达所必需；而Myd88为经典炎症因子（如TNF-α等）表达的关键调控分子。该课题组证实了：TRIF信号而非Myd88对于LPS诱导的凝血级联反应至关重要。Myd88途径主要参与NF-κB介导的炎症因子表达。既往研究报道认为炎症因子风暴是脓毒症诱导凝血活化和DIC的“始作俑者”。然而，该课题组发现应用IKKβ抑制剂阻断NF-κB的活化不但不会抑制LPS诱导的凝血活化，相反还会促进凝血活化和DIC形成。相反，敲除TRIF基因能阻断1型IFNs的表达、HMGB1的释放以及DIC的形成（图3）。 图3：TRIF 信号调控1型IFNs表达并参与LPS诱导的凝血活化 综上所述，该研究阐述了感染过程中革兰氏阴性细菌或其细胞壁主要成分（LPS）通过1型干扰素（IFNs）途径活化Caspase-11及其下游的GSDMD，进而诱导DIC的形成。研究还揭示了HMGB1作为1型IFNs的下游效应分子在感染所致DIC的形成中发挥了重要的促进作用，并阐明了1型IFNs上游的信号通路（TLR4-TRIF途径）在脓毒症DIC中的病理生理学作用（图4）。上述发现为今后脓毒症DIC的防治提供了潜在药物干预靶点。 图4. 细菌感染诱导凝血反应和DIC的分子机制模式图 原文链接：https://doi.org/10.1182/blood.2019002282
参考文献
1. Deng M, Tang Y, Li W, et al. The endotoxin delivery protein HMGB1 mediates caspase-11-dependent lethality in sepsis[J]. Immunity, 2018, 49(4): 740-753.2. Lu YY, Meng R, Wang XY, Xu YJ, Tang YT, Wu JF, Xue QQ, Yu SL, Duan MW, Shan DY, Wang QD, Wang HC, Billiar TR, Xiao XZ, Chen FP, Lu B*，Caspase-11 signaling enhances graft-versus-host disease[J]. Nature Communications, 2019 Sep 6;10(1):4044.3. Yang X, Cheng X, Tang Y, et al. Bacterial Endotoxin Activates the Coagulation Cascade through Gasdermin D-Dependent Phosphatidylserine Exposure[J]. Immunity, 2019, 51(6): 983-996.