纤溶酶与手术部位感染中的免疫机制分析

雷浥存

黄淮学院医学院，河南驻马店 463000

当前， 保持术中与术后的卫生习惯及针对性的抗生素使用是应对手术部位感染 （surgical Site Infection，SSI）的主要措施。 全球每年接受手术的患者在3.13 亿人以上， 其中SSI 及其带来的经济负担成为术后的主要问题之一[1]。已有数据统计，0.5%～23%的手术存在SSI[2]。 SSI 会延长住院时长，并将再次入院、二次手术和死亡风险增加2～11 倍[3]，伴随而来的疼痛和焦虑会严重影响患者的生活质量。因此，需要对抗生素加以有效的补充、辅助或替代治疗，以降低SSI 的负面影响。最新出现的抗生素耐药性问题已经引起了国际关注， 并对抗生素在预防和治疗SSI 的有效性方面造成威胁。 最近一项有关胃肠道手术的研究表明， 超过20%的SSI 微生物存在对预防类药物耐药性的可能， 且SSI 也会不断增强其对抗生素的耐药性[4]。

英国第六次国家稽查项目（NAP-6）已经证实，围术期过敏反应病例中的46%可能是抗生素导致的，发生率为总给药次数的4/100 000，合并症或药物的免疫损伤一直被认为是患者层面上的SSI 风险因素。尽量降低对本身防疫影响的做法，一直被认为是减少SSI 的有效策略之一， 其方法主要是在围术期减少或直接不使用能够引起免疫抑制的药物，比如糖皮质激素或肿瘤坏死因子抑制剂等， 或者优化合并症，控制环境的影响，例如控制低体温会延缓免疫功能的影响。 但使用药物增强免疫系统能力并不具有特征性。

1 纤溶酶与免疫调节机制

纤维蛋白溶解系统也称纤溶酶原激活系统是目前减少SSI 发生的最新方法之一。 这一系统主要是用于协调丝氨酸蛋白酶纤维酶的生成， 并由其产酶前体纤溶酶原生成， 闻名于其在纤维蛋白凝块溶解中的作用机制。 但是，在实际的应用过程中发现，这种机制会影响和纤维蛋白清除无关的各种其他过程[5]。由于所有三个系统的酶和调节分子共同进化， 所以其中包括与纤溶、凝血和补体途径之间的密切关系。在这些先天密切关系的影响下， 一个通路的蛋白酶就能够以交叉的方式激活另一个通路， 从而解释了补体途径对凝血系统的交叉激活原理[6]。 因此，也就不难解释，纤溶酶对关键补体因子C5 和C3 的激活作用，且其本身能够被C1 抑制剂所抑制，以实现能够满足调节整个过程的先天方式。 曾经有过关于纤溶酶能够有效灭火补体的研究， 也在目前的研究中得以证实[7]。因此，纤溶酶具有促炎和抗炎功能，其内部机制可能与炎症激发的时间与负荷存在一定的关系。 在脓毒症动物模型中也有关于纤溶酶相反作用的研究结果[9]。 除此之外，纤溶酶还能够激活接触途径中包括因子XⅡ与前激肽释放酶在内的关键组成部分。 而这些在接触途径中的关键蛋白酶还会将纤溶酶原激活为纤溶酶， 因此这种激活方式是双向或三向的， 之所以存在这种交叉激活的核心作用之一是放大宿主对各种免疫和炎症威胁的反馈。 但如果此类刺激过于强烈， 而导致过度刺激的结果将会产生负向作用，例如过敏反应等。

纤溶酶实质上也属于广谱丝氨酸蛋白酶， 同样具有底物众多的特性。 虽然人们一直以来都将纤维蛋白当作其中最为熟知的底物， 但鉴于纤溶酶的实质而言，其能够处理很多蛋白质从非活性（“原”）到活性（“成熟”） 形式， 其中也包括了转化生长因子TGF，这是一种神经营养剂脑源性嗜神经因子，和其他蛋白酶，例如基质金属蛋白酶[8]。

在深入了解纤溶酶及纤溶酶原激活系统作用机制的基础上， 对止血和免疫系统交织的概念便有了更加明确的认识， 近年来纤溶酶原激活作用受到了越来越多的关注[9]，这也得益于纤溶酶的免疫学和炎症作用的显著表现。 纤溶酶能够以抑制免疫细胞活化的机制，强化巨噬细胞和树突状细胞的吞噬作用，至少存在以促进转化生长因子（TGF）释放能力的大幅度提升。如果从免疫激发时间的角度看，纤溶酶则同时存在促炎或抗炎的能力， 同时还能够对细胞因子释放产生直接的促进作用； 而其中的大部分作用过程是在不同种类的免疫细胞表面完成。实质上，纤溶酶原的受体至少可达12 种之多，且受体中的大部分是通过赖氨酸残基相互作用与纤溶酶原相结合的。在纤溶酶形成于细胞表面后，便能够对其他蛋白底物进行切割， 部分底物还能够促进细胞活化并实现调节细胞行为的结果[10]。 在创伤性脑损伤模型中，纤溶酶的形成能够限制先天性免疫细胞运动到局部淋巴结处， 同时还能够改变不同种类的活化标志物的细胞表面表达形式[11]。

和纤溶酶在炎症与免疫过程中的效果相同，纤溶酶原激活系统还能够对伤口愈合发挥关键的调节作用，充当主要调节剂。 在鼓膜修复模型[12]与辐射诱导的损伤模型[13]中，强调缺乏纤溶酶原的小鼠愈合全层皮肤伤口的能力会明显下降。 除指导免疫细胞的运输与促进吞噬作用以外， 纤溶酶的常规作用还能够以其有效清除错误折叠蛋白和坏死组织的能力体现出来， 这很难和组织修复过程中同样至关重要的纤维蛋白清除区分。

哺乳动物利用纤溶酶原激活系统完成以上所述的核心过程， 但感染性生物则在本身具备相应的应对能力，它们主要是利用宿主纤溶酶原生成纤溶酶，达到避免宿主免疫的效果。大部分的细菌种类、一些真菌种类、原生动物及蠕虫、寄生虫都具备了产生自身纤维蛋白溶解剂的功能，如果不具备此类能力者，也能够通过捕获的方式获得宿主的纤溶酶原[14]。 但是不同之处在于，部分的链球菌菌株产生的纤溶蛋白酶，即链激酶，仅存在激活人的纤溶酶原的能力，却无法实现对除人以外的种属纤溶酶原的激活作用[15]。 产生的纤溶酶能够通过形成纤维蛋白屏障释放病原体，实现对它们的包埋，并失活补体，从而抑制其他宿主的免疫参数。

2 氨甲环酸在手术部位感染中的免疫抑制作用

随着人们在纤溶酶原激活系统和先天性免疫方面的研究不断增多， 发现纤溶酶形成的治疗性调节可以在很大程度上对宿主以及感染性病原体的免疫防御机制产生影响。 氨甲环酸 （Tranexamic acid，TXA）属于强效抗纤溶药物中的一类，已经在减少出血方面应用了几十年。但是，关于时间和纤溶酶免疫学之间影响程度相关的内在机制仍然缺乏完整的描述。 从TXA 在抑制纤溶酶形成的效果角度来看，TXA 仍然可以被看作一种新型药物进行研究，不但具备改善先天免疫反应的潜力， 而且能够在一定程度上降低手术伤口感染的发生率，但是，在临床上的应用效果仍然有待更加全面的报道。

20 世纪60 年代初期，Shosuke 和Okamoto 便将TXA 看作一种纤维蛋白溶解抑制剂进行报道[16]，并将其用于治疗月经过多和遗传性出血体制的临床实践中。 TXA 作为赖氨酸类似物的一种，能够和纤溶酶原竞争结合在纤维蛋白表面暴露的赖氨酸残基。 因此，在足够的用量下，纤溶酶原结合为点会被TXA占据， 使得其无法和纤维蛋白上的赖氨酸结合点发生作用， 以使纤维蛋白躲避纤溶酶介导的伤害。 所以，TXA 的作用机制和直接的纤溶酶——抑肽酶存在的本质上的差异[图1 中可知，首先由前体纤溶酶原， 通过纤溶酶原激活剂、 组织型纤溶酶原激活剂（t-PA）和尿激酶（u-PA）共同作用生成纤溶酶。 在纤溶酶成功生产后， 则能够切割纤维蛋白及其他错误折叠的蛋白质。 如果生成了过量的纤溶酶则会纤溶亢进，这时出血风险和输血需求都会增加。纤溶酶还可以通过特异性纤溶酶原受体而产生于细胞表面，包括免疫细胞在内。 这就致使不同种类细胞因子的释放，接着影响细胞行为、炎症和免疫。其中，氨甲环酸（TXA）则会阻断赖氨酸依赖性的相互作用，从而抑制纤溶酶原与纤维蛋白及错误折叠蛋白表面的结合。 在TXA 保护与稳定纤维蛋白的机制下，还能够实现出血风险和输血需求抑制的效果。 处在免疫细胞表面的纤溶酶原受体同样包含C 末端赖氨酸残基， 能够促进纤溶酶原结合与随后的细胞的活化。TXA 能够通过对这种相互作用的反向影响，进而阻断下游信号事件和细胞因子释放。但是TXA 能否有效地直接阻断伤口愈合仍然未得到确定性的研究结果， 在这种情况下， 更多的临床实践比较倾向于TXA 不会阻断伤口愈合这一结论。 见图1。

图1 TXA 的作用机制和直接的纤溶酶的差异Figure 1 Differences in the mechanism of action between TXA and direct plasminase

这是因为TXA 在控制病理性出血方面的显著效果， 让越来越多的人不断重视其在围术期的应用机制。已有研究针对不同手术人群，有心脏、骨科、神经外科、耳、鼻、喉等，进行了大量的随机临床研究，证明了出血和血栓形成的风险各种各样且彼此差异较大， 但是都能够得出氨甲环酸是作为该适应证安全有效药物的结论[17-18]。 TXA 在手术出血中的给药能够减少出血， 并通过局部或者全身机制减轻SSI。伤口血肿是伤口感染的病灶，而TXA 还可以有效降低伤口血肿的发生率，从而作用于伤口感染。

在手术环境中， 比较理想的结果是对同种异体输血进行有效的控制或消除。 同样也有研究已经证实， 接受同种异体血液和术后病死率、 缺血性并发症、住院时间延长和SSI 存在很大的关系[19]。 而输血相关免疫调节（TRIM）则是指对归因于浓缩红细胞输注的促炎和免疫抑制作用的免疫功能障碍现象描述的总称。 这一现象主要表现为多样性和多因素性的特征，且可能的影响因素主要有血细胞启动、趋化性增强、 单核细胞和巨噬细胞活化、NK 细胞功能受损、抗原呈递和细胞因子释放缺陷。虽然来自白细胞的免疫抑制成分的减少会随着常规白细胞的减少而减少， 但一定含量的细胞因子及其他可溶性介质还是能够以Treg 细胞活化的方式产生有害作用。 如果TXA 对SSI 有益的内在机制是降低同种异体红细胞诱导的免疫抑制，而TXA 自身并未产生对免疫功能的直接效果。 那么强化对纤溶酶以及纤溶酶原激活系统的不同免疫学作用的理论解释就会与之产生对立。

为研究TXA 在重大并发症风险较高的冠状动脉旁路手术中的效果， 曾经有针对阿司匹林和氨甲环酸在冠状动脉手术（ATACAS）应用阿司匹林和氨甲环酸的双盲随机临床试验[20]。 目的是获得TXA 在免疫调节上的作用及对减少SSI 的效果。 在生物水平上，发现能够增强机体免疫，同时，外周血髓系与淋巴细胞免疫活化标志物表达改善， 促炎细胞因子产生水平降低。结果表明，其效果和SSI 显著减少一致(14.3% vs 20.6%，P=0.041），且与同种异体血液制品给药的差异无关。 糖尿病队列的子集在临床试验中则表现出潜在的混合效应，其中TXA 未能表现出对糖尿病患者伤口感染率的明显降低 （TXA-naïve 35% vs 35%，P=0.99）。 这表明，纤溶酶原糖基化、组织其活化以及血浆抗纤溶蛋白增加[21]。虽然，TXA 减少糖尿病队列中的同种异体输血需求， 但效果并不明显，其中RR 只减少28%，这一指标在非糖尿病患者中为40%（相互作用的P=0.012）[22]。可以看出，TXA 应用于糖尿病患者中至少存在部分效果较差。

TXA 能够降低SSI 的内在机制， 可能和其通过反向作用于纤溶酶的伤害， 产生直接的免疫调节效果有关，而和自体输血相关的免疫伤害减少无关。基于此，TXA 在手术环境中的效用， 可能大于其在血液保护策略中的已有作用范围更大， 适合在不依赖于出血风险的各种干预措施中给药。

3 小结

SSI 所产生的庞大经济负担以及所增加的患者发病、死亡风险，亟待关于有效缓解方案的探索。 虽然很难采用某一单项方案干预应对这种影响的最小化， 但寻求某种价格低廉且可用范围较广的药物来增强先天宿主的免疫应答， 从而降低个体患者并发症的风险方案， 能够一定程度上降低抗生素耐药性的普遍压力， 在临床上具有一定的创新意义。 TXA是否能够成为符合以上要求的药物， 仍然需要在继续分析其免疫调节作用的理论基础上， 进行大型的临床实践随机试验，以获得更加详细的结论。