马淑青 唐其柱

(武汉大学人民医院心血管内科 代谢与相关慢病湖北省重点实验室，湖北 武汉 430060)

脓毒症心肌病是脓毒症的严重并发症，并与脓毒症高死亡率直接相关。部分脓毒症患者临床会出现心肌功能障碍，主要表现为左心室扩张、心室收缩功能和舒张功能抑制，导致心输出量降低和休克[1]。脓毒症心肌病发生在近40%的脓毒症患者中，引起患者死亡率70%，而在无心血管损害的脓毒症患者中，死亡率为20%[2]。因此，了解脓毒症引起心脏损伤的病理机制十分关键。内毒素会引起心肌细胞的氧化还原失衡和后续的功能紊乱。

1 脓毒症心肌细胞的氧化还原失衡

1.1 活性氧和活性氮的过度产生

1.2 抗氧化储备减少

心肌细胞的抗氧化系统可分为酶类和非酶类，酶类抗氧化剂主要包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白等，而非酶类主要包括还原型谷胱甘肽、维生素A/C/E、褪黑素以及一些金属如硒和铜等。许多实验证明脓毒症破坏心肌抗氧化系统，使ROS和RNS的生成超过了抗氧化保护机制的耐受能力。Zang等[5]在肺部注射肺炎链球菌悬液构建的大鼠脓毒症模型中发现，脓毒症诱导后的4～8 h心肌细胞的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶水平均明显下降，其中谷胱甘肽过氧化物酶活性在12～24 h下降至70%。

2 氧化应激破坏脓毒症心肌收缩装置

脓毒症促进自由基的形成，导致脂质过氧化和蛋白质硝化，进而引起心肌蛋白修饰和心肌结构损伤。心肌细胞肌动蛋白和肌球蛋白对硝化反应敏感。Celes等[6]在小鼠盲肠结扎和穿刺脓毒症模型中发现氧化应激引起的脂质过氧化和蛋白质硝化产物4羟基壬烯醛和硝基酪氨酸含量增加，导致心肌细胞肌膜通透性增加和肌层损伤。病理染色结果显示脓毒症小鼠的心肌组织中肌动蛋白和肌球蛋白结构被破坏，肌原纤维结构紊乱、碎裂和溶解。以上表明RNS和ROS引起的脂质过氧化和酪氨酸硝化通过直接改变收缩装置降低心肌收缩功能。

3 氧化应激与能量衰竭

4 氧化应激与凋亡

ROS可通过刺激脂质过氧化来损伤膜的屏障作用，在线粒体内主要表现为促进钙依赖的线粒体膜通透性转换孔的开放。线粒体膜通透性转换孔开放直接引起线粒体膜电位下降甚至丢失、线粒体肿胀和外膜破裂，最终导致促凋亡途径的激活[10]。有研究表明脓毒症期间心肌细胞可通过ROS依赖的细胞色素C释放途径引起凋亡。细胞色素C在正常情况下与心磷脂结合位于线粒体膜上。脓毒症刺激后，ROS可介导心磷脂过氧化和损耗，线粒体内膜和外膜损伤、通透性增加，破坏细胞色素C和心磷脂的结合并使其释放进入细胞质，随后依次激活caspase 9、caspase 3和caspase 7级联反应，诱导心肌细胞凋亡[11]。

5 NO在脓毒症心肌病中的作用

NO是一种具有多种生理功能的信号分子。有许多研究表明过量的NO生成在脓毒症中起到重要作用。NO由NO合酶(NO synthase，NOS)在体内催化生成，其在脓毒症中的作用因细胞和酶源的不同而发生变化，不同细胞和酶源产生的NO可能存在相反的作用并相互影响。其中，介导NO在脓毒症心肌病中的作用的主要酶源是诱导型NOS(iNOS)和内皮型NOS(eNOS)。

eNOS主要定位于血管内皮细胞，对血管舒张和血压控制至关重要。eNOS诱导生成的NO对脓毒症心肌病的预后有多重影响。一方面，NO可作为心脏保护物质引起冠状动脉血管舒张，有利于增加心肌血供；另一方面，NO引起的外周血管反应性降低、血管扩张会造成低血压，加重脓毒症患者休克反应[12]。近年来研究发现心肌细胞来源的eNOS在实验性脓毒症心肌病中具有保护作用。Ichinose等[13]发现心肌细胞特异性过表达eNOS可逆转因脓毒症而导致的心肌功能障碍并降低死亡率，主要机制是通过增加心肌eNOS产生的NO水平来减少内毒素诱导的ROS生成，增加肌质网总Ca2+负荷和肌丝对Ca2+的敏感性，从而维持心肌收缩功能，提高心源性重症感染性休克患者的存活率。

6 氧化应激在脓毒症心肌病的潜在治疗方向

6.1 常见心血管药物对脓毒症心肌病的作用

脓毒症患者临床应用心血管药物时需考虑药物对内毒素导致的循环休克、炎症反应和器官衰竭的影响。由于脓毒症心肌病患者临床常表现为左心室收缩能力减弱和射血分数下降，正性肌力药物如多巴酚丁胺和左西孟旦常被用于临床提高心室收缩力和组织灌注[17]。近期研究显示正性肌力药物如左西孟旦在脓毒症患者中也具有抗氧化应激的作用。一项临床试验显示应用左西孟旦治疗的脓毒症休克患者相比于安慰剂组患者，体内还原型谷胱甘肽、锰超氧化物歧化酶和线粒体丰度明显升高，说明左西孟旦可增加脓毒症患者的抗氧化储备，保护线粒体免受氧化应激的影响，缓解因能量衰竭而引起的器官功能障碍[18]。另一项研究也证明左西孟旦可在不改变iNOS表达水平的条件下通过降低ROS生成来减少蛋白质亚硝化，提示左西孟旦除了有钙增敏的正性肌力作用外，还参与影响氧化应激的细胞途径[19]。肼屈嗪一般和其他抗高血压药联合应用治疗肾性高血压和舒张压较高的患者，一项实验性研究显示肼屈嗪可减少超氧化物和iNOS的过量产生，从而降低白介素-6和NO的血清含量，通过抑制氧化应激缓解脓毒症引起的凝血障碍和多器官衰竭[20]。综上，在脓毒症心肌病中应用针对心肌功能损伤的心血管药物治疗时，也可结合药物抗氧化应激的特性综合考虑，提高临床患者预后水平。

6.2 常见内分泌代谢药物对脓毒症心肌病的作用

多项研究显示部分调节血脂和血糖的药物在脓毒症的进展中有抗氧化应激和心脏保护作用。他汀类药物如辛伐他汀可提高脓毒症期间血管对eNOS敏感性并维持冠状动脉血流，保留心脏功能，提高生存率[21]。另一项研究显示辛伐他汀还可通过抑制Toll样受体4/核因子-κB/iNOS途径减轻诱导型NO的生成，从而对脓毒症所致的心肌抑制具有保护作用[22]。二肽基肽酶-4抑制剂是一类抑制体内胰高血糖素样肽-1分解的新型降糖药。研究显示利格列汀作为一种二肽基肽酶-4具有独立于降糖特性的抗氧化作用，可减少脓毒症期间血管和心脏NOX的表达和ROS的形成，同时也是体外分离的中性粒细胞中氧化应激的最有效抑制剂，因此利格列汀可作为有糖尿病基础疾病的脓毒症心肌病患者的辅助用药[23]。

6.3 常见抗氧化剂对脓毒症心肌病的作用

6.3.1 维生素C

维生素C作为一种常见的抗氧化剂一直被考虑为临床单独或联合应用治疗脓毒症心肌病的潜在药物。一项实验性研究显示给脓毒症大鼠联合口服维生素C、维生素A/E和锌可明显减少实验动物心肌线粒体细胞色素C释放、抑制心肌细胞ROS和RNS生成和炎性细胞因子分泌，减轻脓毒症引起的心肌收缩障碍[24]。在严重的脓毒症患者可观察到血浆抗坏血酸浓度显著降低，部分临床试验已证明脓毒症患者大剂量应用维生素C可有效减轻炎症、氧化应激水平并改善器官功能障碍[17]。一项1期临床试验显示早期给脓毒症患者每6 h静脉滴注维生素C 200 mg/kg，可迅速降低患者序贯器官衰竭评分(SOFA)，并减轻患者炎症反应和血管内皮损伤，其机制可能源于静脉补充维生素C有利于使内皮细胞迅速吸收维生素C，从而清除ROS并增加内皮型NO的产生，以及中性粒细胞吸收维生素C后可正常凋亡并减少生成破坏器官的细胞因子。试验同时显示静脉补充维生素C安全性良好，因此可为严重脓毒症患者提供辅助治疗[25]。另一项最新研究显示给予伴有急性呼吸窘迫综合征的脓毒症患者每6 h静脉注射50 mg/kg维生素C并不能显著改善患者的器官功能不全、炎症反应和血管损伤，但降低了患者死亡率[26]，这个不同的结果可能与维生素C的开始给药时间较迟以及给药的剂量较低有关。另一项临床研究显示对于需长时间机械通气的重症脓毒症患者应用维生素C可明显改善通气时间并减少ICU住院时间[27]。此外，维生素C和其他药物联合应用也被认为是脓毒症心肌病的一种治疗策略。有学者认为维生素C和硫胺素、皮质类固醇联合应用是脓毒症复苏的一种很有前途的新疗法[28]。最近一项回顾性单中心研究发现，维生素C与氢化可的松和硫胺素的联合应用具有协同抗氧化作用，并引起死亡率和器官功能障碍的降低[29]。综上，维生素C在临床脓毒症心肌病患者的治疗中有很大的应用前景，同时需控制好其最有效剂量和最佳给药时间。

6.3.2 褪黑素

褪黑素具有重要的抗氧化和抗炎特性，已被多项研究证明可减少脓毒症期间心肌ROS的产生，保护线粒体内稳态和生物能量效能，保护心脏功能。一项研究显示褪黑素可作为一种靶向抑制NLRP3炎症小体的抗炎药起到降低ROS和维持正常心肌结构的作用[30]。多项研究显示褪黑素可通过激活脓毒症心肌细胞的心肌保护信号通路(包括Akt、ERK和AMPK)减少线粒体引发的氧化损伤，激活自噬，维持线粒体质量和功能，改善内质网应激，恢复心肌细胞收缩功能，提高生存率[31-33]。一项最新研究显示联合应用褪黑素和鸢尾素可抑制诱导氧化应激损伤的Mst-1/JNK通路，维持ATP生成和线粒体膜电位，提高脓毒症心肌细胞存活[34]。综上，褪黑素在维持脓毒症心脏功能、抑制心脏损伤方面的作用可为其在临床应用提供重要依据。

6.3.3 线粒体靶向抗氧化剂

线粒体是氧化应激对心肌细胞功能有害影响的核心，研究显示发生脓毒症心肌收缩障碍之前已出现心肌线粒体损伤[35]，提示早期靶向抑制线粒体氧化应激有利于延缓脓毒症心肌病进展。去乙酰化酶3是维持线粒体结构完整和能量代谢的线粒体酶蛋白，其对下游靶蛋白的去乙酰化作用可增强抗氧化防御系统的活性，减少细胞ROS的产生[36]。二十碳五烯酸是常见的ω-3多不饱和脂肪酸，饮食中的二十碳五烯酸具有抗氧化和抗炎作用。研究显示在脓毒症早期添加二十碳五烯酸饮食可通过提高线粒体去乙酰化酶3的表达水平抑制线粒体ROS积累和蛋白亚硝化，维持线粒体氧化磷酸化水平[35]。LGM2605是化学合成的亚麻籽的营养成分，属于有效的抗氧化剂。LGM2605的抗氧化治疗可在脓毒症早期清除ROS、保护线粒体膜电位、恢复线粒体呼吸功能并提高线粒体丰度[37]。综上，靶向线粒体抗氧化治疗可作为一种新的药理学方法，通过减少心脏ROS的积累靶向保护心肌线粒体功能，防止并逆转脓毒症引起的心脏功能障碍，提高生存率。

6.4 NOS抑制剂和eNOS激动剂

虽然NO在脓毒症心肌病中的作用是多重的，但许多实验证明应用NOS抑制剂可减轻脓毒症诱导的心肌损伤并改善预后。联合应用NOS抑制剂亚硝基左旋精氨酸甲酯和NO清除剂c-PTIO可部分逆转脓毒血症中观察到的线粒体和心脏功能障碍，表明高浓度的NO和脓毒症心肌病产生的炎性损伤、线粒体生物能下降和心脏收缩功能障碍有明确的因果关系[15]。另一项研究发现联合使用β2肾上腺素能受体拮抗药ICI 118551和iNOS抑制剂1400W可逆转LPS诱导的心肌抑制加重和死亡率增加[38]。Ortiz等[39]研究发现褪黑素可作为一种选择性iNOS抑制剂在保持神经型NO合酶活性的同时抑制线粒体iNOS的表达，减轻内毒素引起的心脏线粒体氧化应激损伤。综上所述，NOS抑制剂，特别是针对iNOS/线粒体iNOS靶点的抑制剂在临床上治疗脓毒症心肌病患者有较大的前景，但关于NOS抑制剂的临床安全性和剂量选择仍需进一步的实验数据支持。

部分研究显示心肌细胞特异性激活eNOS可有效改善脓毒症诱导的心功能障碍。Zeng等[40]在大鼠脓毒症模型中的研究指出脑源性神经营养因子可通过激活心肌细胞eNOS/NO通路减少氧化应激和细胞凋亡，静脉补充重组脑源性神经营养因子可改善心功能，提高生存率。

6.5 血红素加氧酶1

血红素加氧酶1(HO-1)一直被认为是一种有效的抗氧化、抗炎和抗凋亡的活性物质。心肌细胞特异性HO-1敲除加重了氧化应激引起的脓毒症心肌损伤[41]。通过细胞穿膜肽PEP-1介导的外源性HO-1蛋白可通过下调Toll样受体4/核因子-κB通路减轻脓毒症引起的氧化损伤和炎症反应，提示了HO-1在脓毒症心肌病的治疗前景[42]。值得注意的是，一项新研究显示髓系细胞特异性敲除HO-1可减弱脓毒症患者iNOS诱导的过氧亚硝酸盐/硝基酪氨酸生成及后者引起的氧化损伤，其机制为HO-1阻止iNOS蛋白通过溶酶体降解，提示巨噬细胞中的HO-1反而不利于保护脓毒症心功能[2]。因此，临床上以HO-1为靶点来治疗脓毒症心肌病需考虑应用的途径和范围。

6.6 自由基清除剂

脓毒症心肌病氧化应激损伤的机制之一为抗氧化储备减少，因此补充自由基清除剂，可作为提高心肌细胞抗氧化能力和治疗脓毒症心肌病的重要策略。依达拉奉作为一种自由基清除剂已被广泛用于神经系统缺血性疾病，近期研究显示大鼠盲肠结扎穿刺脓毒症模型中给予依达拉奉显著增加了过氧化氢酶，同时减少了脂质过氧化产物丙二醛的生成，有效地改善了脓毒症大鼠的心功能和存活率，其机制与激活缺氧诱导因子-1α/HO-1抗氧化通路有关[43]。

7 结语与展望

氧化应激在脓毒症心肌病的发病过程中起到非常关键的作用，ROS和RNS的过度产生引起的线粒体结构损伤和功能障碍是导致心肌细胞能量衰竭和数量减少的关键因素。一些典型的抗氧化剂如维生素C、褪黑素和其他一些具有抗氧化作用的药物可作为脓毒症心肌病的潜在治疗药物。但实验动物模型和实际临床治疗仍存在差异，目前对于脓毒症心肌病的临床治疗仍以一般性的支持治疗为主，针对心肌细胞的靶向抗氧化治疗可成为一个潜在的治疗方向，需更多的临床数据支持。