游离血红蛋白：脓*症治疗的新靶点？
医院重症医学科叶华光翻译吴彬审校
重症行者翻译组
简介
在美国，脓*症每年可超过75万例，是重症病房（ICU）最重要的收治病种之一。虽然ICU支持性治疗手段的进步已改善了脓*症及其他危重症的预后，脓*症病人的死亡率仍居高不下。除了抗生素，缺乏针对脓*症的药物治疗是现代ICU医疗的一项主要短板。相似于其他的危重病综合征，如急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和急性肾损伤（AKI），在脓*症动物模型上获得的治疗成功目前都没能在临床实验中展现出效果。
作为一项临床综合征，脓*症的定义纳入的是一个异质性很大的病人群体；脓*症病人可能存在不同的合并症，不同的致病病原体和不同的感染部位，以及对病原体不同的宿主反应。尽管存在着这些异质性，绝大部分脓*症相关的临床研究主要仅依靠脓*症[的临床定义来纳入病人，而从未尝试基于对某种治疗的预期反应来建立纳入标准。
以对某种特异性治疗的反应性作为导向纳入病人的临床研究称为预测性浓集。预测性浓集已作为一种有价值的临床研究设计被美国食品和药物管理局（FDA）所认可。我们认识到循环游离血红蛋白可能是脓*症治疗的一个靶点。循环中游离血红蛋白的浓度可用于预测性浓集与游离血红蛋白有关的临床研究。后面，我们将归纳总结目前游离血红蛋白作为脓*症相关的器官功能不全介导者的证据，并讨论几项以游离血红蛋白作为脓*症治疗靶点的选择方案。
游离血红蛋白在脓*症中介导的器官功能不全
1.脓*症中游离血红蛋白溶度
在哺乳动物，绝大部分的血红蛋白是被包涵在循环着的红细胞中。在正常情况下任何溢出红细胞的血红蛋白均会被快速识别、胞吞、降解，循环中的游离血红蛋白低于检测水平。包括急性或慢性溶血的许多情况可增加循环当中游离血红蛋白水平：如疟疾或巴贝西虫病，感染直接作用于红细胞（RBC）；左室辅助装置以及包括CPB及ECMO的的各种体外循环装置。即便没有这些已知的溶血触发因素，脓*症也可造成游离血红蛋白的急剧升高。
最近有两项研究证实了即便不存在任何已知的溶血性情况或体外循环应用，脓*症危重病人的血浆游离血红蛋白浓度是升高的，并且升高的游离血红蛋白是脓*症预后不良的指标。在一项纳入名脓*症危重病人的研究中，Janz和他的同事报导81%的患者血浆游离血红蛋白达到可检测水平并且更高的游离血红蛋白浓度与住院死亡率独立相关。在一项脓*症病人的队列研究中，Adamzik等人报导游离血红蛋白浓度独立地与死亡相关。这两项研究均发现即便是循环当中相对较低的游离血红蛋白水平也与脓*症的不良预后有关。大量溶血，被定义为外周血涂片存在RBC碎裂的证据及红细胞比积的下降，已于年被证实可作为多微生物菌血症的脓*症死亡率的独立性预测因子。
一些鼠类的研究也证实了游离血红蛋白释放是脓*症的一项重要特征。Larsen等人[8]通过小鼠盲肠结扎和穿刺制造的脓*症模型表现出升高的血浆游离血红蛋白及游离血红素浓度。在这个模型中额外给予外源性的游离血红素明显加重了多器官功能衰竭并增加死亡率，考虑是铁依赖性氧化反应的作用。敲除血红素氧化酶1—重要的血红素解*酶，也在这个多微生物脓*症模型中表现出器官功能衰竭的加重及死亡率的增加。
脓*症如何造成游离血红蛋白升高的具体机制尚未完全阐明，但很有可能是多因素的并且患者间也存在着差异（表1）。在脓*症除了那些可增加红细胞脆性的因素外，红细胞可能会遭受免疫介导的损伤，在微循环的机械性损伤或来自病原体及其*素的直接损伤。在一些病人，针对游离血红蛋白及血红素的清除蛋白生成减少可能也扮演着一定的角色。作为这一观点的佐证，较低的血浆结合珠蛋白及血红素结合蛋白浓度与脓*症的不良预后有关，特别是在那些游离血红蛋白升高的病人。
2.血红蛋白*性机制
游离血红蛋白的*性来源于多种分子机制（表2）。这些包括氧化氮耗竭，损伤相关性分子模块（DAMP）信号传递和氧化损伤。另外，血红蛋白降解产物包括血红素和游离铁也具有独立的损伤作用。氧化氮耗竭被认为是造成具有慢性溶血的病人（如镰状细胞病）出现血管疾病的主要机制，而其他损伤机制可能是脓*症急性器官衰竭中间介导机制。举个例子，游离血红蛋白的氧化能力在脓*症可能进一步被放大。当血红蛋白处于红细胞减少的环境，其中心铁处于正二价状态。当血红蛋白释放到细胞外环境中可造成其血红素铁进一步氧化为正三价甚至更高反应性的正四价状态。脓*症时高浓度的游离反应性氧自由基环境可进一步促成更多的氧化四价铁血红蛋白形成，后者则进一步驱动脂质的超氧化反应。
3.游离血红蛋白的器官特异性作用
脓*症时游离血红蛋白对器官功能的急性效应目前被研究得最为透彻的是肺脏。在离体灌注的人肺，在灌注液中加入相应于脓*症病人体内浓度的游离血红蛋白可增加其血管通透性（图1）。体外实验提示游离血红蛋白可直接影响肺微血管内皮的通透性。游离血红蛋白也可损伤肺上皮屏障。在小鼠，直接气管内滴入游离血红蛋白足以诱发急性肺损伤，病理证实存在气腔面的炎症反应及肺泡上皮-毛细血管屏障的破坏。游离血红蛋白的直接作用也在一项鼠Ⅱ型上皮细胞系（MLE-12）的研究观察到；游离血红蛋白即增加促炎因子表达，通过细胞基片电阻抗检测到上皮细胞旁通透性增高。三价铁血红蛋白相似的促炎作用也在人肺泡上皮细胞的研究中观察到。Chintagari等人的研究显示：血红蛋白诱导线粒体功能不全和培养的肺泡Ⅰ型上皮样细胞去极化的作用可因血红蛋白四价铁的氧化作用而增强。
肾脏也是极易遭受血红素蛋白介导损伤的器官。在重症疟疾所致脓*症病人，血浆游离血红蛋白升高与AKI的发生增加有关。Shaver等人报导[18]，通过静脉给药途径提高循环游离血红蛋白加重AKI，后者通过肾小球滤过率（GFR）减少，肾损伤因子如NGAL，KIM-1的表达增多而被证实。在此模型中，死亡率与脓*症严重程度评分均随游离血红蛋白静脉输注增多而增加。将人肾小管上皮细胞暴露于游离血红蛋白中发生的细胞*作用提示游离血红蛋白可直接损伤肾小管。肾小管损伤是脓*症所致AKI的重要特征。
脓*症，瞄定游离血红蛋白
1概述
既然游离血红蛋白释放到循环当中是临床脓*症的一项普遍特征，并且也通过实验模型显示了其对器官功能的损害，游离血红蛋白代表着脓*症的一个新的重要治疗靶点。虽然预防脓*症时血红蛋白自红细胞溢出是一个很吸引人的上游干预策略，但是脓*症时游离血红蛋白升高是多机制的并且也还没研究清楚；因此，目前几乎没有什么措施可能减少血红蛋白由红细胞溢出。然而，在脓*症时限制RBC输注的策略可能带来益处，既可以避免输注的红细胞发生溶血也避免输入红细胞在库存时降解释放的游离血红蛋白。目前研究的最多的是增加游离血红蛋白的清除和减少游离血红蛋白介导氧化反应的策略，将在以下章节详述。
2结合珠蛋白
脓*症时游离血红蛋白释放入血循环相对于其清除机制可能是压倒性的。一种减少游离脓*症时游离血红蛋白的手段是给予可与游离血红蛋白或血红素结合的清除蛋白，促进细胞的摄取和降解作用。结合珠蛋白原本是游离血红蛋白的内源性清除蛋白。结合珠蛋白以高亲和力与完整的血红蛋白分子结合，从而清除血管腔内的血红蛋白。结合珠蛋白与血红蛋白结合后通过CD受体将将血红蛋白传递给网状内皮系统的清除细胞。珠蛋白-血红蛋白复合物与受体结合后触发其胞吞作用及之后血红蛋白的分解。虽然结合珠蛋白是人类的一种急性期反应蛋白，但在脓*症时其浓度却有很大变化。在一项有个病人的脓*症与器官功能不全研究中，更低的结合珠蛋白浓度直接相关于更高的住院死亡率。
这一相关性在血浆游离血红蛋白升高的病人尤其明显，提示循环中的结合珠蛋白在临床脓*症时是抑制游离血红蛋白*性的重要因子。
许多实验室研究均支持结合珠蛋白在血红蛋白升高的情况下作为补充剂进行治疗的可能性。在几内亚猪和小鼠的研究，结合珠蛋白补充阻断了输血相关游离血红蛋白对心脏和肾的*性，提高了生存率[。在一项犬的伴随休克和呼吸衰竭的重症金葡菌肺炎模型研究中，相较于输注人血白蛋白，纯化的人结合珠蛋白改善生存率，缓解血管扩张性休克，减少肺损伤评分，且循环非转铁蛋白结合铁的浓度更低。类似的发现在一项重叠交换输注的研究中表现得更为明显，通过增加了循环中游离血红蛋白的水平，进一步支持补充结合珠蛋白的获益主要来自于其增加血红蛋白的清除。补充结合珠蛋白也在一项新生鼠的坏死性小肠结肠炎表现出保护作用。临床上观察到人类新生儿坏死性小肠结肠炎与曾经因贫血而输注红细胞有关并且可能有部分是游离血红蛋白增多所介导的，为模拟这一现象，该研究是通过对放血造成贫血的鼠幼崽输注红细胞而诱导出坏死性小肠结肠炎。
自年，纯化的人结合珠蛋白已在日本用于治疗体外循环、烧伤、和创伤后大量输血所造成的溶血。来源于两个小型的前瞻性和一项更大型的观察性关于使用体外循环外科手术病人的研究数据，支持外源性结合珠蛋白对肾脏的保护性作用，但需要更大型的前瞻性研究。到目前为止，尚没有关于结合珠蛋白在人脓*症的临床研究。
3血红素结合蛋白
血红素结合蛋白是游离血红蛋白的游离血红素部分的内源性清道夫。血红素结合蛋白是在肝脏合成并且一般情况下在循环中具有较高浓度。血红素结合蛋白对血红素有很高的亲和力。血红素一旦与血红素结合蛋白结合后，通过CD91受体，血红素被传递给网状内皮系统的巨噬细胞，从而阻断其超氧化及促炎作用。与血红素结合蛋白结合还能阻断血红素对质膜的插入进而诱导脂质过氧化的作用。血红素-血红素结合蛋白复合体与CD91受体结合后实现细胞内化，进而血红素被血红素氧化酶-1降解，血红素结合蛋白则降解或在循环。
在人类，一般情况下循环血红素结合蛋白的浓度是1-2mg/ml。在一项名脓*症病人的研究，其血红素结合蛋白的中位水平仅有0.mg/ml。更低浓度则见于数个脓*症研究中的死亡病例。低水平的血红素结合蛋白与血红素结合蛋白-血红素比例也在儿童疟疾病人中观察到。
外源性血红素结合蛋白在脓*症的治疗潜能已在动物模型中得到了尝试。虽然在不同的鼠模型，包括烧伤伤口感染，内*素血症和腹膜炎，均有血红素结合蛋白浓度的上升，在一个通过腹腔注射内*素诱导脓*症的鼠模型，静脉内给予血红素结合蛋白减少促炎细胞因子的表达，减少细胞核因子卡帕B（NF-κB）的激活，减少急性肺损伤和死亡率。血红素结合蛋白尚未有临床研究检验过。
4对乙酰氨基酚
对乙酰氨基酚有多种药理学机制，比如因对环氧酶及前列腺素H2合成的抑制所用而被用于止痛和退热]。另外，最近的研究发现对乙酰氨基酚在安全的、临床常用的药物剂量可减少游离血红蛋白的四价铁而保持相对低反应性的三价铁状态。对乙酰氨基酚对游离血红蛋白四价铁的还原作用来自于其结构上与血红素分子和环氧酶的过氧物酶分子的相似性。这一特异的血红素蛋白还原能力在非特异性抗氧化剂中并不存在，如维生素E及脓*症和ARDS常规剂量下的N-乙酰半胱氨酸。因此，对乙酰氨基酚具有用于治疗脓*症时其他抗氧化剂无效的游离血红蛋所介导的器官功能不全的可能性。
在一项大鼠因横纹肌溶解诱导血色素蛋白及肌红蛋白释放的AKI模型，通过F2异前列醇（一种脂质过氧化产物）测量出在横纹肌溶解前或后使用对乙酰氨基酚减少了氧化损伤，并且明显减轻了AKI。对乙酰氨基酚同样阻断了游离血红蛋白增加离体人肺血管通透性及肺水肿形成的作用（图2）。在一项位脓*症病人的观察性研究中，临床应用对乙酰氨基酚独立地与减少住院死亡率有关（OR0.48,95%CI0.25-0.91）,即便考虑了干扰因素血浆F2异前列醇的水平也更低；而且这一作用只出现在血浆游离血红蛋白升高的病人。对乙酰氨基酚对游离血红蛋相关AKI的保护作用在最近的一项由两个各自独立的儿科先心病术后队列组成的观察性研究中得到进一步的支持，应用对乙酰氨基酚独立地并且与剂量相关地减少术后AKI的发生。
目前已有许多小型的的临床研究共同地支持对乙酰氨基酚对血红蛋白介导的氧化损伤存在保护性作用。在一项40个伴有血浆游离血红蛋白升高（纳入时检测到）的严重脓*症病人的2期安慰剂随机对照研究中，口服对乙酰氨基酚（1g每6小时，服用3天）明显地减轻了氧化损伤（通过F2异前列醇测量）及AKI（通过肌酐水平界定）。涉及体外循环的胸外科手术是游离血红蛋白的强力诱导因素，在两个分别为成人及儿童胸外科体外循环手术的临床研究中对乙酰氨基酚也表现出减少脂质过氧化产物的作用。恶性疟可造成RBC溶解进而高浓度的血浆游离血红蛋白，在一项重症恶性疟的随机临床研究中，对乙酰氨基酚在脂质过氧化和AKI均显示出明确的保护性作用。值得注意的是，所有这些研究均特别地纳入已测得血红蛋白升高的或预计血红蛋白将升高的病人，强调血浆游离血红蛋白浓度可被作为预测以脓*症游离血红蛋白为目的的研究的富集程度的工具的可能性。
5其他潜在的疗法
其他有数种脓*症时以游离血红蛋白介导损伤作为靶点的治疗方法尚未充分研究。维生素C（抗坏血酸）具有血红素蛋白还原活性并且能防止暴露于游离血红蛋白的人内皮细胞通透性增加。在一些脓*症和ARDS的临床实验中，维生素C也表现出肯定的结果，但这些效应是否与循环中游离血红蛋白水平有关却不知晓。在脓*症以游离铁为治疗目标的方法也许也能对游离血红蛋白升高的情况获益。
6目前以游离血红蛋作为治疗靶点的障碍
欲使用循环游离血红蛋白水平作为脓*症临床研究的预测性富集工具来研究升高了的游离血红蛋白的损伤性作用，必须要有床旁快速游离血红蛋白检测。然而，目前没有床旁游离血红蛋的快速检测手段。虽然，美国HemCue上市了一种床旁设备可测量低水平的游离血红蛋白（HemCue血浆低Hb系统），该设备更适用于库存血的检测而不适于脓*症病人游离血红蛋白的检测水平。虽然也有游离血红蛋白的其他检测方法，但都不够快速到能用于临床研究的纳入工作。
结论
脓*症是一种异质性很强的临床综合征的这一特性让目前为止所有以发现有效药物治疗的尝试徒劳无功。一个逐渐壮大的证据体系提示循环中游离血红蛋白水平可能是部分但不是全部脓*症病人的特征。通过一系列的机制，游离血红蛋白可造成组织损伤和器官功能障碍。在游离血红蛋白所介导的损伤中，肾脏和肺脏表现特别的易损。数种脓*症时以游离血红蛋白作为靶点的治疗方法已被确立，包括结合珠蛋白、血红素结合蛋白和对乙酰氨基酚。床旁测量游离血红蛋白水平能大大强化对以脓*症游离血红蛋白为靶点的治疗性研究的预测性富集，毕竟只有游离血红蛋白升高的可能从这些治疗中获益的病人应该被纳入。然而，为了推动这些研究继续向前走，需要发展出快速的、准确的床旁血浆游离血红蛋白检测手段。
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