【综述】病毒性脓毒症研究进展
本文刊于：中华儿科杂志2021,59(3):250-253
DOI: 10.3760/cma.j.cn112140-20200801-00776
作者：朱碧溱
单位：厦门大学附属第一医院儿科
通信作者：朱碧溱
Email：zhubizhen@yeah.net
摘要
脓毒症是感染引起的炎症反应失调进而导致的危及生命的器官功能障碍。一直以来，相关研究主要集中在细菌性脓毒症，但实际上30%~60%的脓毒症患者血培养阴性，其中不乏病毒感染所致。及早确立病毒性脓毒症的诊断不仅有助于减少广谱抗菌药物的滥用，同时可以及时应用针对性抗病毒药物。现围绕病毒性脓毒症流行病学、发病机制、诊断及治疗进展进行综述。
一、流行病学
2017年瑞典一项成人脓毒症病因调查显示，在冬季，70%脓毒症患者的呼吸道病毒感染被漏诊。2015年由全球26个国家128个PICU参与的儿童脓毒症时点患病率调查研究提示PICU脓毒症患病率为8.2%，病死率为25%，致残率为17%，其中病原检出率为65%， 病毒感染占21%，最常见的感染起源部位为呼吸道（40%）和血流（19%）， 常见病毒包括鼻病毒、呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus， RSV）、腺病毒（adenovirus， ADV）、巨细胞病毒（cytomegalovirus， CMV）、Epstein-Barr病毒（Epstein-Barr virus， EBV）、流感病毒和人偏肺病毒。2015年澳大利亚和新西兰PICU危重儿童严重感染多中心队列研究提示2008至2013年脓毒症患儿中细菌、病毒、真菌及无明确病原菌比例分别为44.8%、12.7%、3.0%、46.2%。2017美国Ames等的急诊儿科脓毒症队列研究提示病毒性脓毒症占16%，其中常见病毒为鼻病毒和RSV。2017年一项东南亚多国多中心横断面调查研究提示在不包括新生儿的儿科患者中病毒性脓毒症在病原阳性脓毒症中占65% 。目前有限的数据提示病毒性脓毒症其实并不少见，加上对该病认识不足以及病毒检测手段的限制，病毒感染在脓毒症中的比例很可能被低估。
二、常见病原
病毒性脓毒症可以由病毒感染引起，也有可能合并或继发于细菌感染，如流感病毒感染常合并肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌感染，罹患细菌性脓毒症后体内CMV、EBV等病毒有可能重新活化。几乎所有的病毒都有可能引发脓毒症，但不同年龄段、不同免疫状态儿童对于不同种类病毒的易感性存在差异。由于新生儿及婴儿免疫系统发育仍不成熟，更容易罹患病毒性脓毒症。免疫缺陷患儿则对一些低毒力病毒易感。不同地区不同季节常见病毒也不尽相同。流感病毒多见于冬季，各个年龄段儿童均易感。RSV、ADV、肠道病毒和人副肠孤病毒（human parechovirus， HPeV）多见于年幼儿童，而且随着对HPeV的认识，越来越多的HPeV感染被诊断，甚至有学者提出HPeV可能是年幼儿童病毒性脓毒症和病毒性脑膜炎的第二大常见病原体。CMV和EBV常见于免疫功能低下或缺陷患儿，而单纯疱疹病毒（herpes simplex virus，HSV）和肠道病毒是引发新生儿病毒性脓毒症常见病因。登革热病毒感染则主要发生于热带地区。
三、发病机制
脓毒症发病机制复杂，涉及炎症反应、免疫应答、代谢重编程、线粒体损伤、内质网应激、细胞自噬、内皮细胞受损、凝血障碍、神经内分泌调节、基因多态性及表观遗传学等多个系统多个网络。其中，免疫炎症、内皮细胞损伤、凝血系统激活三者彼此交互、互相促进加速，共同推进了脓毒症的发生发展。
1. 免疫紊乱：正常情况下，当病毒进入体内，病毒核酸即病原体相关分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）可被表达于细胞膜表面或细胞内的感受器即模式识别受体（pathogen recognition receptors，PRRs）识别，激活机体固有免疫。目前研究比较多的PRRs包括Toll样受体（Toll-like receptors，TLR）、视黄酸诱导型基因I样受体（retinoic acid-inducible gene-like receptors，RLR） 、核苷酸结合寡聚结构域样受体和C型凝集素受体，其中与病毒感染相关的是TLR和RLR。
TLR广泛表达于多种免疫和非免疫细胞细胞膜表面或胞内囊泡。其中，TLR3主要识别双链RNA病毒，如轮状病毒，TLR-7和TLR-8主要识别单链RNA病毒如流感病毒、肠病毒、HPeV、人偏肺病毒；TLR-9 主要识别双链DNA 病毒如HSV、EBV、CMV和ADV。TLR识别PAMPs后，激活位于细胞质内的 Toll/白细胞介素（interleukin，IL）-1受体（Toll/IL-1 receptor， TIR）结构域，并与包含 TIR 结构域的接头蛋白髓样分化因子和诱导β干扰素TIR结构域适配体蛋白发生相互作用，激活核因子（nuclear factor， NF）-κB信号通路和干扰素调节因子（interferon regulator factor，IRF）介导的细胞因子转录。RLR主要识别RNA病毒。RLR与病毒RNA结合后，活化接头蛋白线粒体抗病毒信号蛋白， 激活肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）受体相关因子， 诱导NF-κB信号通路和 IRF介导的细胞因子转录。
固有免疫启动后首先刺激促炎细胞因子如Ⅰ型干扰素（interferon，IFN）、TNF-α， IL-1和 IL-6等释放，干扰病毒复制和扩散，同时激活补体、促进T细胞分化为Th1 细胞和 CD8+T细胞，诱导被病毒感染的靶细胞凋亡、促使病毒特异的记忆性T细胞、B细胞产生，进一步强化巨噬细胞、自然杀伤细胞及中性粒细胞等的功能。
与此同时，迷走神经可感知促炎因子的释放，由中枢毒覃碱受体介导释放乙酰胆碱，作用于巨噬细胞表面的α7 烟碱型乙酰胆碱受体，抑制促炎因子的合成和释放。IL-10、IL-13、可溶性TNF受体和IL-1受体拮抗剂等的分泌也有助于缓冲炎症反应。脓毒症时，促炎反应被放大，负性调控机制也被过度放大， 导致巨噬细胞M2极化、自然杀伤细胞活性下降、骨髓来源抑制细胞增多、树突细胞和T淋巴细胞凋亡耗竭、 Th1/Th2漂移、自噬缺陷，进而造成免疫抑制和麻痹，继发二次感染。
2.血管内皮细胞（vascular endothelial cell，VEC）损伤：糖萼是覆盖在VEC表面的多糖包被，是保持VEC完整的重要屏障结构。病毒性脓毒症时，固有免疫激活可诱导中性粒细胞脱颗粒，释放氧自由基，导致糖萼脱落降解，VEC细胞间紧密连结松散、细胞骨架重排，同时胰蛋白酶可促进基质金属蛋白酶释放，后者与类肝素酶结合可造成糖萼脱落水解、VEC裸露损伤。生理情况下VEC持续分泌血管生成素1 、激活酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor，Tie-2），维持血管的静止状态，抑制炎症反应。VEC损伤后血管生成素2分泌明显增加， 与VEC的Tie2受体结合， 拮抗血管生成素1，激活RhoA酶活性，引起骨架重排、毛细血管通透性增加。
3.凝血障碍：约1/3脓毒症患者可发生弥散性血管内凝血（disseminated intravascular coagulation， DIC）。以往研究认为组织因子是诱发脓毒症凝血级联反应的主要始动因子。但Chang认为VEC损伤后释放的血管性血友病因子（von Willebrand factor，vWF）大分子多聚体（ultra-large vWF，ULVWF）可能是微血管血栓形成的主要原因，并提出弥散性血管内微血栓（disseminated intravascular microthrombosis，DIT）相对DIC更能反映其本质。血小板黏附聚集活化是链接VEC损伤和凝血系统激活的桥梁。VEC损伤后，其内的Weibel-Palade 小体可释放大量 ULVWF，后者可与血小板膜结合糖蛋白Ⅰb/Ⅸ/Ⅴ 复合物结合，活化诱导血小板、介导血小板与内皮下胶原黏附，进而激活凝血系统。同时，糖萼的破坏还可以导致内源性肝素减少，影响抗凝血酶Ⅲ的功能。
四、临床表现
脓毒症缺乏特异性临床表现，尤其在病程早期，常常难以觉察，如同时合并有呼吸道或者消化道症状，容易被误诊为局灶感染。很多时候往往进展至脓毒性休克时方被收入PICU。与细菌性脓毒症类似，病毒性脓毒症也缺乏指向性症状和体征。但与细菌性脓毒症多数为细菌直接侵袭入血不同，病毒性脓毒症多数经历病毒从局部入侵增殖后再侵袭入血的过程。因此，病毒性脓毒症患者在病程初期可能会存在局灶感染的定位症状或体征，如流感病毒、ADV、RSV等感染者多数以呼吸道症状起病，且在发生脓毒症前或同时存在急性呼吸窘迫综合征表现，肠道病毒感染者多数存在消化道症状或者皮肤表现，EV71病毒 和HPeV具有嗜神经性，被感染者往往呈现脑干脑炎或无菌性脑膜炎表现，柯萨奇病毒则具有嗜心肌性，可出现心脏受累的症状和体征，而轮状病毒可同时兼具肠炎、心肌炎和脑炎表现。
此外，病毒性脓毒症相对更易合并噬血细胞综合征，尤其是EBV、CMV、ADV和流感病毒，而且一旦合并该病，病情更凶险，病死率更高。病毒性脓毒症患者如出现持续高铁蛋白血症，应警惕合并噬血细胞综合征的可能。
五、新型生物学标志物
随着转化生物学和信息生物学的发展，近些年来国外学者尝试从转录组学、蛋白质组学及代谢组学来鉴别细菌性和病毒性脓毒症、定义不同临床内型。Wong等采用无监督层级聚类法分析98例美国PICU脓毒性休克患儿全基因组测序结果，筛选出了100个基因，最终确定了3个临床内型，即内型A、B和C。其中，内型A组患者年龄最小，病情最严重，受累器官最多，病死率最高，内型A涉及的信号通路亦最复杂，其中适应性免疫、糖皮质激素及锌稳态相关基因均受抑制。后续改进的多重mRNA定量检测技术可实现8~12 h快速检测。英国一项脓毒症基因组前瞻性队列研究纳入了265个社区获得性肺炎继发脓毒症而后收住重症监护病房的成人患者，从3 000多个基因中筛选出7个基因，最终确定了2个脓毒症内型即SRS1型和SRS2型。其中，SRS1型患者病死率更高，临床上呈现免疫抑制表型，包括内毒素耐受、T细胞耗竭、Ⅱ类人类白细胞抗原下调和代谢紊乱。来自斯坦福的Sweeney 等通过分析1 000多例患者的基因，筛选出7个基因标签用于鉴别病毒和细菌，并在96个脓毒症患儿中验证，整合抗菌药物决策模型，诊断细菌、病毒感染的灵敏度和特异度分别为89.7%和70.0% 、54.5%和96.5%。Sampson等通过高通量分析技术发现了4个用于鉴别病毒和非病毒感染的基因标签：干扰素刺激基因15，IL-16， 2′， 5′-寡腺苷酸合成酶样和 黏附G蛋白耦联受体E5，并在13个人类和非人类哺乳动物中验证，得出其曲线下面积为0.90~0.98，有望成为诊断病毒感染的新方法。
六、治疗
最新的国内外脓毒症指南均强调初始经验性抗感染治疗应覆盖细菌、病毒及真菌等可能致病微生物，对病毒引起的严重脓毒症或脓毒性休克应尽早启动抗病毒治疗。病毒性脓毒症的诊断固然有助于减少不必要抗菌药物的使用，但临床实践中也应注意重症病毒感染可合并或继发细菌感染，如危重症流感经常合并肺炎链球菌或金黄色葡萄球菌感染，因此应视情况合理选用抗菌药物。
脏器功能支持及免疫调理也至关重要。理想情况下，根据不同个体或同一个体不同免疫状态进行针对性免疫调理，在机体免疫过度激活阶段给予免疫抑制治疗，在免疫麻痹阶段实施免疫刺激治疗。但尚无精准生物学指标来预测机体免疫功能状态以判断应用时机。很多脓毒症收住重症监护病房时，已经是炎症风暴效应阶段，此时免疫抑制可能是主导，因此现阶段研究更多关注免疫刺激对预后的改善。已进入动物和（或）临床试验的免疫刺激治疗包括粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、IFN-γ、 IL-7、IL-15、程序性死亡受体1（programmed cell death-1， PD-1）/程序性死亡蛋白配体1抑制剂、细胞毒性T细胞抗原4抑制剂、BT淋巴细胞衰减子抑制剂等。PD-1 是参与负性免疫调控的抑制性共刺激分子，可诱导效应T细胞凋亡。研究显示应用PD-1抑制剂则可以提高严重流感病毒感染者 CD8+T淋巴细胞数量、减少病毒滴度，亦可提高脓毒症动物模型存活率，临床应用前景值得期待。
恢复VEC功能是另一个值得关注的治疗方向。有助于改善VEC完整性的药物如他汀类药物和血管紧张素受体抑制剂在一些小样本脓毒症和流感病毒、埃博拉病毒感染中取得了一定的疗效。
氧化应激障碍是脓毒症发病的关键环节，作为抗氧化剂的维生素C是近年来的另一个新星。在一些小样本单中心研究中发现维生素C可以改善SOFA 评分、降低炎症水平及减少血管活性药物使用。Marik等的一项回顾性队列研究发现维生素C联合氢化可的松、硫胺素可以改善脓毒症患者病死率。有关维生素C治疗脓毒症有效性和安全性的2个大型多中心随机对照试验目前均在进行中，结果值得期待。
七、总结和展望
从目前有限的流行病学资料来看，病毒性脓毒症并不少见，但由于重症病毒感染也可以呈现细菌样的炎症反应，临床上区分二者难度较大，再加上重症病毒感染往往合并或者继发于细菌感染，进一步加大了鉴别诊断的难度。脓毒症的病因需结合临床特点、疾病进程、生物学指标和病原学结果综合判断。加深对病毒性脓毒症的认识有助于我们进一步理解脓毒症的全貌、启发新的思路。脓毒症发病机制复杂，涉及多系统多网络，针对炎症反应、免疫应答或凝血障碍的单一环节治疗很难改善预后，多靶点联合免疫治疗可能是未来方向。高通量组学技术有望为脓毒症个体化诊断和精准治疗提供新的突破。
参考文献（略）