综述：脓毒症中程序性内皮细胞死亡作用的研究进展

本综述系统探讨了程序性内皮细胞死亡（PCD）在脓毒症中的关键作用，涵盖凋亡（apoptosis）、坏死性凋亡（necroptosis）、焦亡（pyroptosis）和铁死亡（ferroptosis）等多种模式及其交互机制（如PANoptosis）。文章深入分析了内皮细胞死亡导致微血管功能障碍、凝血异常和多器官衰竭的病理过程，并探讨了相关生物标志物和靶向治疗策略，为脓毒症的早期诊断和精准干预提供了新视角。

　　

程序性内皮细胞死亡在脓毒症中的作用机制

脓毒症是一种由感染引发的危及生命的全身性炎症反应综合征，其特征是宿主对病原体的免疫反应失调，具有高发病率和高死亡率。内皮细胞（ECs）构成脓毒症发病机制中的关键病理生理枢纽，其失调会破坏微血管稳态和内皮屏障功能。在脓毒症期间，内皮细胞中程序性细胞死亡（PCD）通路的异常激活导致结构和功能破坏，从而增强血管通透性、引起血流动力学不稳定、促进全身循环功能障碍并损害组织灌注。这些病理生理改变加剧了全身炎症放大的恶性循环，加重弥散性血管内凝血（DIC），最终导致致命的多器官功能障碍综合征（MODS）。

内皮细胞中的程序性细胞死亡

程序性细胞死亡的概念和模式随着技术进步和对人类疾病理解的加深而不断发展。凋亡的特征是caspase激活和凋亡小体形成，启动蛋白水解级联反应导致DNA断裂和关键调控蛋白降解，同时保持质膜完整性。凋亡由细胞内（如基因毒性应激）或细胞外刺激（如死亡受体配体）触发，包括外源性（死亡受体依赖）和内源性（线粒体）途径。线粒体途径在脓毒症期间由缺氧、Ca²⁺超载和氧化应激等激活，导致线粒体外膜透化（MOMP），释放细胞色素c（Cyt-C）等凋亡因子，最终激活caspase级联。

坏死性凋亡是一种类似于坏死的PCD机制，其特征是能量非依赖性。混合系列激酶结构域样蛋白（MLKL）被受体相互作用蛋白激酶-1/3（RIPK1/3）复合物磷酸化对坏死性凋亡途径至关重要。在脓毒症中，肿瘤坏死因子受体1（TNFR1）和TLR3/4激活招募RIPK1/RIPK3，最终导致MLKL磷酸化。MLKL寡聚化成β-桶状坏死小体复合物，稳定整合到脂质双层中，导致离子失调、大量水流入和终末质膜破坏。

焦亡的特征包括炎症小体组装/激活、质膜孔形成和促炎细胞因子成熟。脂多糖（LPS）与TLR4结合上调髓样分化初级反应蛋白88（MyD88）/TIR结构域衔接蛋白诱导干扰素-β（TRIF）表达，而活性氧（ROS）生成促进硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）解离，上调Cyt-C释放和随后的NLR家族pyrin域包含蛋白3（NLRP3）炎症小体组装。NLRP3激活衔接蛋白凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和caspase-1，形成炎症小体复合物。该复合物切割gasdermin D（GSDMD），释放其N端片段（N-GSDMD），整合到质膜中形成溶孔，导致渗透肿胀和细胞溶解。

铁死亡以铁依赖性脂质过氧化、铁超载和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）下调为特征。在脓毒症期间，LPS上调铁通道蛋白转铁蛋白受体1（TfR1），导致Fe²⁺内流增加和随后的超载，导致线粒体收缩、ROS积累、谷胱甘肽（GSH）和GPX4过度消耗、细胞内氧化还原失衡以及膜脂质过氧化导致的坏死性细胞死亡。

PANoptosis是一种caspase和RIPK依赖性炎症溶解性细胞死亡途径，由PANoptosome复合物独特调控。PANoptosome作为下游效应器激活的主要分子开关，其上游调控因子包括Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）、黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）、RIPK1和NLRP12。在脓毒症期间，病原体感染和诱导剂如TLR4、TNF、FasL、NF-κB和炎症细胞因子可与细胞表面死亡相关受体结合，激活上游传感器（如ZBP1）形成PANoptosome。该复合物促进RIPK1、RIPK3、MLKL、FADD、caspase-8、NLRP3、ASC和caspase-1的招募和激活，随后触发MLKL磷酸化、caspase-9/3/7成熟、GSDMD切割以及caspase-3处理的GSDME。这些事件最终导致表现出凋亡、坏死性凋亡和焦亡混合特征的溶解性细胞死亡，统称为PANoptosis。

脓毒症中ECs PCD的机制

作为血管和淋巴管的内膜衬里，内皮细胞在血管内皮屏障完整性中发挥基础作用。它们对维持血管通透性、介导物质运输、调节免疫反应和调节止血至关重要。在脓毒症期间，PAMP/DAMP诱导的ECs PCD导致血流动力学不稳定和血管渗漏。随后释放促炎介质（趋化因子和细胞因子）和细胞碎片，激活凝血、炎症和白细胞招募。

内皮糖萼是一种主要由蛋白聚糖和糖胺聚糖组成的管腔表面衬里，作为保护性血管纳米屏障。脓毒症样刺激触发ROS、TNF-α、乙酰肝素酶和其他介质的释放，诱导糖萼脱落。糖萼破坏可导致几种有害后果：血管运动功能障碍，其中内皮结构损伤损害机械传导，导致一氧化氮（NO）和内皮素（ET）异常释放，从而损害血管调节；促炎性内皮激活，由细胞因子（如TNF-α和IL-1α）介导，触发糖萼降解并促进白细胞粘附；代谢失调，特别是脂肪酸代谢的上调；炎症放大，其中低分子量透明质酸片段升高血管细胞粘附分子-1（VCAM-1）和细胞间粘附分子-1（ICAM-1）的表达，从而极化巨噬细胞并促进白细胞粘附和跨细胞迁移；血管稳态涉及血管生成素（Ang1/2）及其酪氨酸激酶受体（Tie1和Tie2）轴失调的过程被破坏。ROS可切割Tie1，从而破坏Tie1/Tie2信号传导。

ECs PCD深刻影响脓毒症期间的止血平衡，破坏凝血和纤溶之间的微妙平衡。从机制上讲，ECs表达组织因子（TF），与因子VIIa形成复合物，从而激活因子IX和X，并启动凝血级联。此外，ECs合成组织因子途径抑制剂（TFPI），与因子Xa结合，促进纤维蛋白沉积并抑制TF-VIIa复合物，从而调节凝血过程。此外，ECs通过血栓调节蛋白和内皮蛋白C受体（EPCR）激活蛋白C，随后抑制凝血因子V（促加速球蛋白）和VIII（抗血友病因子），同时抑制纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1），从而关键调节纤溶。

在脓毒症期间，内毒素和炎症刺激增加去整合素和金属蛋白酶与血栓反应蛋白1基序成员13（ADAMTS-13）片段的激活，这些片段有助于高凝状态和纤溶受损。炎症介质和活化中性粒细胞释放的物质，如纤溶酶和凝血酶，可灭活或抑制ADAMTS-13。同时，TFPI和蛋白C的灭活减少，而PAI-1水平升高，抑制组织纤溶酶原激活物（tPA）并抑制纤溶。这些累积效应加剧了DIC的发展。

ECs PCD显著促进局部白细胞粘附、迁移和血管渗漏，从而促进炎症介质释放并触发局部炎症反应。在严重情况下，此过程可升级为全身细胞因子风暴和全身炎症反应综合征（SIRS）的发生。在正常生理条件下，参与白细胞粘附的因子嵌入EC表面的糖萼中，糖萼也形成带负电荷的层，排斥白蛋白粘附。通过趋化因子和粘附分子表达，ECs控制白细胞招募和跨迁移。选择素（E-、L-和P-选择素）促进白细胞粘附和滚动，而整合素（ICAM-1和VCAM-1）介导牢固粘附并上调白细胞向组织中的跨内皮迁移。

炎症在放大先天免疫、促进组织修复和恢复稳态中起关键作用。然而，过度的炎症反应可能对正常细胞和组织有害。在脓毒症期间，PAMPs/DAMPs检测病原体或组织损伤，激活免疫反应和急性期蛋白。关键细胞因子（如IL-1、IL-6、TNF）刺激二级介质（如趋化因子、前列腺素、NO），放大白细胞招募和先天免疫，同时调节血管张力。C反应蛋白（CRP）等急性期蛋白是全身炎症和组织损伤的关键生物标志物。

ECs是脓毒症的第一响应者，可对组织和器官产生全身影响。程序性内皮细胞死亡和血管功能障碍在肺、肝和肾等器官中起重要作用。然而，由于器官之间的解剖和血流动力学差异，EC损伤可能表现出器官特异性异质性。例如，在肾脏中，ECs在脓毒症期间产生NO和内皮素，影响肾灌注并导致组织水肿，促成肾损伤。在肺血管中，ECs上调粘附分子的表达，炎症因子通过肺泡空间扩散，导致肺水肿。在肝脏中，ECs是肝窦微循环的重要组成部分。除了介导凝血和白细胞粘附外，肝ECs在抗原呈递和免疫耐受中起关键作用。

调节ECs PCD在脓毒症诊断和治疗中的潜在应用

感染是脓毒症的关键起始因素，而炎症反应是导致免疫失调和器官损伤的核心病理生理过程。病因检测和急性期蛋白是反映感染证据和全身炎症状态的重要生物标志物，分别指导后续抗感染和抗炎治疗，同时为严重程度评估和预后评价提供基础。

EC降解是内皮功能障碍的关键表现。循环标志物，包括硫酸乙酰肝素、唾液酸、透明质酸和 syndecan-1，可靠地反映糖萼损伤程度。此外，利用活体染料和手持视频显微镜的新兴技术能够定量评估糖萼厚度作为血管通透性的替代指标。然而，缺乏糖萼评估的金标准仍然是当前临床实践中的重大限制。

除了急性期蛋白和炎症细胞因子外，白细胞血浆膜上选择性上调的白细胞介素-1受体2型（IL-1R2）诱饵受体（IL-1/IL-1受体家族抑制剂的成员）可作为巨噬细胞分化和功能障碍、急性骨髓生成和髓系细胞激活的生物标志物。蛋白水解酶、粘附分子（VCAM-1、ICAM-1、选择素）和凝血因子（TF、PAI-1）是脓毒症期间ECs PCD激活的直接指标。相反，抗凝血酶、前白蛋白、类风湿因子和Tie2受体系统反映血管屏障完整性、感知能力、血管运动功能和凝血稳态，证明对脓毒症死亡率预测具有显著的诊断效率。

整合素（如αvβ3、β1、β5）表现出双重调节作用：通过局部粘附激酶（FAK）和PI3K/Akt通路介导的caspase级联抑制促进内皮存活；诱导失巢凋亡、氧化应激介导的内皮功能障碍和焦亡。可溶性整合素水平与内皮损伤严重程度定量相关。

此外，某些内皮损伤标志物已被验证与疾病预后和死亡风险相关。微颗粒（MPs）是从质膜脱落的小囊泡，在急性心肌梗死患者中循环内皮MP浓度显著升高。此外，不对称二甲基精氨酸（ADMA）和对称二甲基精氨酸（SDMA）通过直接或间接抑制NO信号传导导致内皮血管运动功能障碍。基质金属蛋白酶-8（MMP-8）和 inter-α-抑制蛋白（IαIp）水平升高与器官衰竭风险增加显著相关。可溶性血栓调节蛋白是严重内皮损伤的敏感指标，而表面活性蛋白D与急性肺损伤中肺泡-毛细血管膜损伤相关。血浆凝胶溶素水平反映宿主有效清除释放肌动蛋白的能力，是疾病监测的潜在实时生物标志物。

与其它生物标志物相比，基因表达谱表现出更大的稳定性和长期一致性，使得PCD相关分子和基因表达的监测成为脓毒症诊断的有前途的方向。机器学习算法已被用于验证凋亡相关基因与脓毒症诊断之间的关联。单细胞RNA-seq分析已识别丙酸相关代谢基因作为脓毒症进展和治疗的潜在生物标志物，为脓毒症代谢失调机制提供了见解。

关于微循环监测，当前指南强调实时血流动力学评估的重要性，因为脓毒症引起微循环流动模式改变、血管密度减少和灌注血管比例降低。这些微血管紊乱与受损组织灌注、器官衰竭严重程度和死亡风险增加密切相关。

ECs PCD在脓毒症发病机制中的关键作用表明其诊断意义。通过机器学习算法应用，与PCD相关的分子特征以及遗传标志物已被显示与脓毒症诊断相关。

脓毒症的当前标准化治疗主要涉及血管活性剂给药（如去甲肾上腺素用于血流动力学稳定）、正性肌力支持、抗凝治疗、液体复苏和病原体导向的抗微生物治疗。虽然这些措施提供必要的支持性护理，但它们仍然主要是对症性的，尚未解决基本的病理生理机制。

最近的研究已将EC的PCD信号通路及其关键分子介质确定为脓毒症发病机制中有前途的治疗靶点。值得注意的是，针对这些通路的几种靶向剂和小分子抑制剂已成为潜在的疾病修饰干预措施。多种小分子化合物和源自中药的活性成分在临床前脓毒症模型中显示出显著的药效学效应。

虽然针对核心PCD分子的药物已在各种疾病模型中进行了实验和/或临床验证，但它们在脓毒症中的治疗效果需要进一步研究。在凋亡抑制方面，泛caspase抑制剂emricasan在耳蜗和肝细胞模型中表现出抗凋亡作用；然而，其对脓毒症ECs的影响尚未检验。白细胞介素-35通过激活STAT1/4信号显示抗凋亡活性。关于坏死性凋亡调节，RIPK1特异性抑制剂Necrostatin-1减轻小鼠模型中LPS诱导的肝损伤。此外，二甲双胍（通过AMPK/STAT3通路）、雷帕霉素和槲皮素显示抗坏死性凋亡和器官保护作用。对于焦亡调节，厄洛替尼抑制TLR4介导的parthanatos，雷帕霉素通过mTOR抑制抑制焦亡，可能调节其作用。关于铁死亡，右美托咪定、irisin和ferrostatin-1在临床前研究中显示保护作用，而右雷佐生通过HMGB1调节提供心脏保护，尽管其在脓毒症中的应用仍有待验证。

线粒体功能障碍是脓毒症内皮细胞死亡的关键介质，使得线粒体稳态维持成为有前途的治疗策略。线粒体靶向抗氧化剂（如MitoQ、MitoVitE、MitoTempol）显示出优于非靶向抗氧化剂的抗炎作用。尿石素A（UA）促进线粒体自噬，而如Mdivi-1、P110和irisin等化合物抑制线粒体分裂，共同发挥细胞保护作用并改善结果。环孢素A（CsA）临床用作免疫抑制剂，通过以下方式表现脓毒症调节特性：Cyp-D相互作用减少DAMPs释放，钙调神经磷酸酶抑制防止活化T细胞核因子（NFAT）和NF-κB核转位，下调iNOS、促炎细胞因子和前列腺素。二甲双胍显示剂量依赖性机制：低剂量二甲双胍通过溶酶体途径激活AMPK，抑制mTORC1并促进线粒体自噬以抑制NLRP3炎症小体激活。高剂量二甲双胍抑制呼吸链复合物I，减少ATP产生和氧化性mtDNA生成，从而减轻焦亡和炎症。

内质网sigma-1受体（S1R）是ER应激介导的炎症的关键调节因子。氟伏沙明，一种S1R选择性5-羟色胺再摄取抑制剂，具有抗抑郁和抗炎特性，在小鼠模型中显示对致死性脓毒性休克的保护作用。间充质干细胞（MSC）移植通过降低全身细胞因子水平、恢复卫星细胞中的线粒体和代谢功能以及预防脓毒症相关神经肌肉并发症表现出多模式治疗潜力。

合成HNP通过以下方式作为组蛋白螯合剂：选择性中和循环组蛋白（导致内皮功能障碍的关键DAMPs）、外周隔离组蛋白以抑制血小板聚集以及减弱肺白细胞迁移，共同改善实验性脓毒症模型的结果。

与针对ECs PCD信号通路中单一分子实体的药物相比，天然食物来源的植物提取物和中药（TCM）草药发挥更广泛的药理作用并对身体表现出更全面的调节作用。表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（EGCG），绿茶中的主要多酚，和L-茶氨酸，一种氨基酸（γ-谷氨酰乙酰胺）和谷氨酸衍生物，表现血管舒张调节功能。EGCG激活内皮细胞中的Fyn/PI3K/Akt/eNOS（内皮一氧化氮合酶）通路上调NO水平，同时增加血红素加氧酶-1（HO-1）表达以实现抗高血压作用。L-茶氨酸作为情绪稳定剂和神经保护剂，类似地激活eNOS以增强NO产生并促进血管舒张。从机制上讲，EGCG通过ERK1/2磷酸化抑制TNF-α诱导的PAI-1，减弱TNF-α刺激的单核细胞趋化蛋白1（MCP1）产生，减少Akt磷酸化，并抑制MAPK/NF-κB激活。在脓毒症模型中，EGCG和L-茶氨酸下调粘附分子（VCAM-1、微管相关蛋白1轻链3/3B（LC3/LC3B））的内皮表达，同时抑制TNF-α诱导的凋亡基因（如caspase-9）转录和caspase活性，从而发挥抗凋亡作用。

凉膈散（LGS），一种治疗上中焦急性病证的传统中药配方，含有包括木犀草素和沃苷宁在内的生物活性成分，可能通过多种机制改善LPS诱导的急性肺损伤。这些化合物可能上调miR-21表达，同时抑制STAT3信号通路和p38-MAPK-NF-κB级联。该配方通过抑制巨噬细胞产生促炎细胞因子（IL-6、TNF-α和IL-1β）表现出显著的免疫调节作用，从而减少氧化应激和炎症反应。LGS调节关键代谢途径（甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸、半胱氨酸/蛋氨酸、肌醇磷酸和TCA循环代谢物），赋予抗凋亡作用。

芪参益气滴丸（QSYC），一种临床推荐的冠心病治疗方法，具有补气、促进血液循环和缓解疼痛的证明效果，已显示通过抑制RAGE通路和靶向抑制内皮细胞中的环氧化酶-2（COX-2）维持肺血管屏障完整性并改善脓毒症中的肺损伤，从而在CLP诱导的脓毒症模型中预防铁死亡。

八宝丹（BBD）中的活性成分，一种用于治疗病毒性肝炎和胆囊炎的传统药物，包括胆汁酸和皂苷，通过抑制NLRP3调节的炎症小体激活发挥抗焦亡作用。此外，源自中药的众多活性成分和单体提取物的抗细胞死亡作用已被实验验证：黄芪甲苷IV（AS-IV）通过逆转LPC诱导的铁和脂质过氧化物升高以及线粒体收缩来对抗ECs中的铁死亡。青蒿琥酯（AS）增强抗铁死亡系统（如核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）和HO-1）的表达，同时减轻中性粒细胞浸润和肺组织病理损伤。

然而，广谱PCD抑制剂和天然提取物遇到几个挑战，包括靶向不精确、疗效不可预测和有限的生物利用度/生物稳定性。为了克服这些障碍，先进的药物递送系统，如纳米封装和脂质体制剂，提供了有前途的解决方案。例如，开发了一种含有PARP1抑制剂奥拉帕尼（OLA）的工程胶囊，设计用于靶向肠道释放。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）虽然作为免疫调节剂，但表现出有限的生物利用度；然而，其在纳米颗粒递送系统中的封装能够直接运输和补充NAD(H)，从而增强细胞能量代谢，抑制凋亡和焦亡，并因此维持免疫稳态和血管功能，最终导致实验性脓毒症模型的结果改善。或者，非编码RNA——包括长链非编码RNA（lncRNAs）、环状RNA（circRNAs）和微RNA（miRNAs）——精确调节细胞机制。作为竞争性内源RNA（ceRNAs），这些分子控制脓毒症中的内皮细胞凋亡，表明实验性脓毒症模型的结果。或者，牛磺酸上调基因1（TUG1）通过靶向miR-34b-5p（下游效应器：GAB1）或miR-27a-3p（下游效应器：SLIT2）在脓毒症期间减轻炎症和凋亡。CircRNA C3P1通过发挥抗炎和抗凋亡作用在肺微血管内皮细胞（PMVECs）中显示保护作用。相反，miR-92a通过抑制AKT/mTOR通路促进LPS诱导的人PMVECs（HPMECs）凋亡，从而加速ARDS进展。MiR-15b-5p和SIRT4共同抑制凋亡和炎症反应。通过靶向应激相关内质网蛋白1（SERP1），miR-1-3p通过受损增殖、增强凋亡、细胞骨架重塑和升高通透性加重内皮功能障碍，关键促成ALI相关血管屏障衰竭。此外，脂肪源性干细胞（ADSC）衍生的外泌体miR-125b-5p通过Keap1/Nrf2/GPX4通路保护免受脓毒症诱导的肺微血管ECs铁死亡，减轻脓毒症相关ALI。最后，诱饵受体，如EphA4-Fc（泛ephrin抑制剂），通过防止TNF-α/ephrin-A1诱导的连接蛋白（尤其是VE-钙粘蛋白）降解帮助保持内皮屏障完整性。

结论与展望

本综述全面分析了ECs PCD机制及其对脓毒症发病机制贡献的最新突破。我们系统描述了从初始ECs死亡事件到严重内皮功能障碍发展的病理生理连续体，这是脓毒症进展的关键决定因素。我们的分析强调了靶向ECs PCD通路在脓毒症管理中的新兴诊断和治疗潜力。

然而，该领域仍然存在几个关键挑战。首先，当前研究主要局限于孤立的PCD通路，忽略了不同死亡模式之间的复杂相互作用和表型可塑性。新提出的PANoptosis范式，虽然在概念上有前途，但需要在ECs中进行严格的机制验证，特别是关于脓毒症期间PANoptotic复合物的形成和调节。其次，虽然ECs PCD已知通过多种机制驱动微血管功能障碍，包括增加血管通透性、屏障破坏、凝血病和炎症放大，但协调这些效应的精确分子级联和信号网络仍然不完全表征。最后，虽然已识别许多ECs PCD相关生物标志物和分子靶点，但它们的临床转化需要通过多中心随机对照试验进行稳健验证，以建立诊断可靠性和治疗功效。

展望未来，单细胞技术、先进分子成像和系统生物学方法的融合提供了前所未有的机会来破译ECs死亡程序的时空调节，开发针对PANoptotic信号节点的精准治疗，并建立生物标志物指导的治疗算法。这些创新通过保持内皮完整性和改善患者结果，具有改变脓毒症管理的巨大潜力。