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  2. 研究进展

吕奔团队揭示脓毒症诱发弥散性血管内凝血的机制

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【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【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。
 
吕奔团队揭示脓毒症诱发弥散性血管内凝血的机制
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)
 
吕奔团队揭示脓毒症诱发弥散性血管内凝血的机制
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。
 
吕奔团队揭示脓毒症诱发弥散性血管内凝血的机制
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)
 
吕奔团队揭示脓毒症诱发弥散性血管内凝血的机制
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。
 
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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
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.
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