烧伤后过度炎症反应的细胞分子机制
（一）炎症介质和抗炎介质产生失衡
1.炎症介质的大量产生 严重烧伤作用于机体的免疫系统产生大量的炎症介质，包括炎性细胞因子、补体活化产物、脂质性炎症介质等几大类，其中脂多糖（LPS）与血液中的脂多糖结合蛋白（lipopolysaccharide binding protein，LBP）结合形成复合物，再作用于Mon-Mφ、PMN、VEC等细胞膜上的CD14、CD11/18、LDL等受体，刺激上述免疫细胞产生大量的TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等细胞因子及其他炎症介质。它们可引起烧伤后SIRS的各种临床表现。
（1）炎性细胞因子。TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8是烧伤后出现明显变化的重要炎性细胞因子。它们主要由Mon-Mφ受LPS刺激而产生。在炎症反应中，TNF-α能促进骨髓细胞分化为Mon和Mφ，TNF-α、IL-1、IL-8均能激活PMN和Mon，增强其脱颗粒、释放氧自由基和蛋白水解酶的作用，进而造成组织损害。TNF-α、IL-1、IL-6入血后不仅增加VEC的促凝血活性、血管通透性以及对PMN的黏附性，而且可导致机体发热、肝脏合成急性期蛋白（APP），IL-6还引起糖皮质激素的释放。IL-8是强效的PMN趋化因子，而且经依赖和不依赖PMN的方式均能增加VEC的通透性。多发性创伤患者入院时只有IL-6水平升高，并与创伤严重程度评分（injury severity score，ISS）显著相关，MOF患者如出现IL-6、TNF-α两者显著升高，死亡率是100%，即MOF患者IL-6、TNF-α的后期升高提示预后不良。24例严重烧伤患者（TBSA≥20%）伤后5天内血浆TNF-α、IL-6、IL-8无明显升高，但随后均显著升高，其平均最高值分别为174.1ng/L、128.0ng/L、103.7ng/L，伴脓毒症患者（15例）和11例死亡者的最高值又分别显著高于无脓毒症患者和非死亡患者。血浆TNF-α、IL-6与TBSA正相关显著，IL-8与TBSA无相关。血浆TNF-α、IL-6、IL-8可能由感染刺激产生，而IL-6、IL-8的产生也可刺激TNF-α，在感染部位也可能产生大量TNF-α、IL-6、IL-8并进入血中，通过扳机作用产生各种介质并与脓毒性休克或器官的损伤有关。
（2）补体裂解产物。损伤组织能活化补体产生多种具有不同生物活性的裂解片段，如C3a、C5a、C3b、C5b、C3c等。烧伤水疱液的C3a和膜攻击复合物（membrane attack complex，MAC）均升高，表明补体可在局部活化。在损伤局部，补体活化产物如C3a、C5a可与激肽、纤维蛋白一起作用于嗜碱性细胞及肥大细胞使之释放组胺进而增加血管内皮细胞（VEC）的通透性，C5a、C5a des-Arg也可使吞噬细胞渗出、聚集并黏附于VEC。烧伤后血清无活性补体组分因为所对应的活化片段产生而减少。补体减少的程度与损伤严重程度及损伤组织数量成正比，如C3与ISS负相关。创伤后45～60分钟即可观察到补体活化，中度创伤患者（ISS平均为14）的补体水平在伤后4～6天恢复正常；严重的局部感染或大量组织坏死则持续于低水平，而清创或脓肿引流可使之恢复正常或超过正常。烧伤患者伤后24小时内血清C3a、C4a、C5a水平变化显著，且C5a与烧伤面积呈负相关，其中2例并发败血症患者血清C3a、C4a值上升达3.5倍。
（3）脂质炎性介质。血小板活化因子（PAF）主要来自Mon、Mφ、PMN、VEC和血小板，由LPS、TNF-α、IL-1、LTs、氧自由基等刺激产生。PAF作用于血小板、PMN、Mφ、VEC，既直接引起血液循环动力学紊乱和组织损害，同时又可刺激释放其他毒性介质，包括TNF-α、IL-1、氧自由基、LTs、花生四烯酸类代谢产物和PAF本身。因此，PAF在炎性介质网络的正反馈效应中具有特殊地位。有人测得22例烧伤患者磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）Ⅱ型的升高，死亡组又明显高于存活组，这反映了疾病的严重程度。烧伤患者血浆PLA2 Ⅱ型和TNF-α的最大值之间相关显著。TNFα是脓毒症引起的PLA2释放的一种主要介质。脓毒性休克时，PLA2激活释放，使血中PLA2活性升高，并导致PAF的增加。烧伤患者血浆LTB4、6-酮-前列腺素Flα（6-keto-PGF1α）和血栓素B2（thromboxane B2，TXB2）浓度明显升高，并与PLA2 Ⅱ型的最大值相关明显。在烧伤死亡患者的血浆，LTB4、TXB2水平又明显高于存活者。脓毒症患者血清中PLA2 Ⅱ、TXB2、6-keto-PGF1α、LTB4均明显高于正常对照组。LTB4促使PMN积聚和激活、脱颗粒。LTC4、D4、E4能改变血管反应性，LTB4、C4、D4和E4都能刺激血管壁引起血管通透性增加。脓毒症状态下体内LTs水平一般增加4～5倍，因此，白三烯在脓毒症所致的循环动力学紊乱、组织水肿和损伤机制中起一定作用。
2.抗炎物质的产生相对不足 烧伤后机体产生的大量炎症介质形成连锁反应，随之也激活了机体的抗炎物质释放，以限制过度的炎症反应。由于抗炎物质的产生多继发于炎症介质的产生，在时间上出现较晚，但持续较久。因此，烧伤早期抗炎物质产生相对不足，容易出现过度的炎症反应。
（1）糖皮质激素（glucocorticoid，GC）。下丘脑分泌的促肾上腺皮质激素释放激素（corticotropin-releasing hormone，CRH）通过垂体循环进入垂体前叶，刺激促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropic hormone，ACTH）的释放，后者作用于肾上腺皮质，促进GC的分泌。严重烧伤的应激反应可引起血浆皮质激素增多，这是下丘脑—垂体—肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA轴）激活所致。GC受体存在于PMN、Mon、Mφ、T细胞和B细胞等多种免疫细胞上。生理浓度的GC对多种炎症介质的生成、释放和激活具有抑制作用，如GC具有抑制PLA2活性的作用，因此可以减少脂质炎性介质的生成。GC还能抑制多种细胞因子的产生。如GC可在转录、翻译水平完全阻断TNF-α的合成，但TNF-α基因转录、翻译一旦启动，GC就无抑制作用。在注射人LPS前先用可的松治疗，可削弱对LPS的反应，大大降低了TNF-α、IL-6、IL-8的产生，但并不影响IL-1受体拮抗剂（interleukin-1 receptor antagonist，IL-1RA）的增高，揭示IL-1RA与GC协同降低炎症反应。健康人给予GC可使血清可溶性肿瘤坏死因子受体（soluble tumor necrosis factor receptor，sTNFR）产生增多，且持续时间延长。此外，药理浓度的GC有稳定溶酶体膜，防止或减少各种水解酶外漏的作用。因此，烧伤和脓毒症时血浆中GC的增高是机体克服促炎细胞因子效应的一种机制。
（2）细胞因子的可溶性受体或天然拮抗剂。sTNFR分成TNFR Ⅰ和TNFR Ⅱ两种，其分子质量分别为55 kDa和75 kDa。这些受体在Mφ、PMN等各种细胞膜上均有表达。当细胞被激活时，TNFR脱落进入血液或组织中成为拦截TNF-α的特异性抑制因子。IL-1受体拮抗剂（IL-1RA）是结构上与IL-1类似但抗原性不同的天然抑制分子，如IL-1 β需要与5%的受体结合才能发挥生物活性时，则需要100～300倍的IL-1RA才能抑制1L-1β的作用。22例创伤患者伤后1小时内血浆sTNFR Ⅰ、sTNFR Ⅱ和IL-1浓度均显著升高，并持续到伤后7天。创伤患者血浆IL-1RA水平伤后1小时就明显增高（1045±257 ng/L），于伤后4～6天达峰值（5825±2284 ng/L），以后虽有缓慢下降，但至伤后7天仍保持显著升高水平；血浆sIL-2R伤后早期不升高，7～24小时已显著升高，以后继续升高到7天时为峰值。上述血浆可溶性受体和受体拮抗剂的水平在死亡者高于存活者。创伤者TNFR从活化PMN或Mon的膜上脱落释放，TNF-α是TNFR的强烈释放因子。sTNFR可能是TNF-α的运载蛋白，促使TNF-α清除和降解。213例机械性创伤患者在伤后4小时内到伤后14天均有血浆sTNFR和IL-1RA浓度的显著升高，且与损伤严重程度呈正相关，死亡者的sTNFR Ⅰ、IL-1RA又明显高于生存者。(https://www.daowen.com)
（3）抗炎细胞因子。在细胞因子网络中不仅有相互诱导、相互协同的正反馈环，而且存在相互拮抗（如sTNFR、IL-1RA）或相互抑制的负反馈环，其中IL-10、IL-13、IL-14是最重要的抑制因子。它们可以抑制多种细胞因子的产生，如IL-13可下调正常Mon表达CD14及分泌TNF-α。已知IL-14和IL-10具有抑制Mon-Mφ产生大量炎症介质的作用，同样由激活的Th2分泌的IL-13也有此作用，并可促进粒单细胞产生IL-1拮抗物，有助于B细胞在体液免疫应答中合成免疫球蛋白。腹部外伤患者的PBMC表达IL-10 mRNA增高5倍，是血浆IL-10的重要来源，可能参与创伤后免疫功能抑制。如在注射大肠杆菌LPS前给予IL-10虽可明显降低炎症介质的产生，但却导致严重的脾细胞免疫功能抑制。创伤患者血浆IL-14在入院时升高，其程度与当时的伤情（ISS）重、血压低及肺炎发生率高有关，也与血浆IgE水平的增高有关。严重创伤引起SIRS的基本生物载体是单核巨噬细胞系统（Mon-Mφ）。16例创伤患者的Mon受LPS刺激产生TNF-α和IL-6，在伤后第1天分别上升9倍和19倍，并在7天中保持很高的水平，IL-1β在伤后第3～5天显著升高；IL-8在伤后第1～7天逐渐升高，与健康对照组相差显著。若同时加入IL-13培养后，创伤患者细胞因子合成下降程度：TNF-α为33%、IL-1β为35%、IL-6为35%、IL-8为28%。对照组的下降程度：IL-1β为40%、IL-6为35%、IL-8为20%、TNF-α无明显变化。结果显示，创伤患者Mon的炎性活性、炎症介质释放均明显升高，IL-13能中等程度而不是完全地减少免疫反应过程中炎性成分的产生，不会导致全身的免疫抑制。G-CSF也是脓毒症时Mφ产生TNF-α，但体外加入G-CSF则不受影响，提示这不是G-CSF对Mφ的直接作用。
此外，APP中的许多成分如α1-AG、α1-AT等就具有抗炎活性。创伤和脓毒症时循环中增多的IL-1、IL-6、TNF-α直接调节肝细胞的蛋白质合成，而糖皮质激素（GC）则是辅助因子，可强化上述炎症细胞因子的作用。炎症反应时肝细胞合成的多种APP增加，IL-6起着关键作用。这些APP包括C-反应蛋白（CRP）、血清淀粉样蛋白A（serum amyloid A protein，SAA）、铜蓝蛋白（Cp）、触珠蛋白（Hp）、C1-INH、α1-AT、α2-M、α1-AG等。APP中的蛋白酶抑制剂增加可以防止PMN、Mφ释放过多的溶酶体蛋白水解酶（如组织蛋白酶、弹性蛋白酶）所引起的组织损害。APP中的铜蓝蛋白有类似于细胞内超氧化物歧化酶的作用，可清除氧自由基；α2-M可增加TGF-β的清除、延长IL-6的半衰期和隐蔽IL-β受体的活性。CRP、SAA、α1-AG和Hp均能下调免疫细胞对炎性刺激、抗原及有丝分裂原的反应性。这在限制炎性反应的同时也降低了特异性免疫应答，成为血清的免疫抑制因子。
（二）烧伤后Mφ细胞信号转导的变化及其对Mφ分泌炎症介质的影响
细胞外各种刺激信号（包括创伤）通过鸟苷酸结合蛋白（guanylate binding protein，简称G蛋白）偶联的受体而传入细胞，再经细胞内信号传递系统的作用，最终使细胞产生功能反应。G蛋白是细胞信号传递系统的重要组成部分。这些信号系统有：以环磷腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）为第二信使的肌醇脂质信号系统（inositol lipid signal system）；以多磷酸肌醇水解产生的甘油二酯（diacylglycerol，DAG）、三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）为第二信使的肌醇脂质信号系统；以钙—钙调素（calcium-calmodulin，Ca-CaM）为核心的信息传递系统；以酪氨酸蛋白激酶（tyrosine protein kinase，TPK）为核心的信息传递系统。TPK信号系统主要传递生长因子的刺激信号，而其余三大系统主要传递激素递质、炎症介质等的刺激信号。由于烧伤后炎性细胞分泌的促炎介质和抗炎介质失衡在烧伤后全身性炎症反应的发生中发挥着关键作用，而Mφ又是炎症细胞的重要代表，因此，下面以严重烧伤后多种致炎因子作用下Mφ细胞信号转导的变化及其Mφ分泌炎症介质功能失常为对象，简述烧伤后炎症反应过度的分子机制。
1.烧伤后Mφ跨膜信号转导的变化 细胞外的各种刺激如应激反应、内毒素血症等可作用于膜受体经G蛋白偶联而激活磷脂酶C（phospholipase C，PLC），PLC水解二磷酸磷脂肌醇（diphosphate phospholipid inositol，PIP2）产生三磷酸肌醇（IP3）的同时还产生了DAG。DAG又可使蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）激活。它们可进一步依次活化有丝分裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK；如p53）和核转录因素（如NF-κB）开放细胞特定的基因进行转录、释放等，从而调节细胞的功能。烧伤后早期Mφ跨膜信号转导出现了明显异常。Mφ胞膜的信号分子如蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase，PTK）、三磷酸鸟苷酶（guanosine triphosphate，GTP）（反映GTP结合蛋白功能）及膜蛋白激酶C（PKC）在烧伤后早期依次被迅速激活。其中，烧伤后Mφ的PTK活性在伤后2小时明显增高，12小时却又显著下降；伤后6～72小时膜GTP酶的活性明显升高，表明G蛋白被迅速激活，处于持续活化状态。胞膜PKC在伤后早期被活化，在伤后12小时呈显著增高，其活性一直增高，持续到伤后48小时，达到高峰，表明膜PKC高活性状态是由烫伤后早期Mφ胞浆PKC发生迅速的膜转位所致。实验还发现，烫伤后血浆中补体的趋化活性在伤后30分钟迅速增高，6小时达到高峰，24小时开始下降。用眼镜蛇毒素因子（cobra venom factor，CVF）体内灭活补体可使烧伤后Mφ的GTP酶活性明显下降，表明烫伤后迅速活化的补体是MφG蛋白活化的一个重要因素。这些结果表明Mφ的跨膜信号系统在烧伤后早期处于持续活化状态。
2.烧伤后Mφ胞内信号转导的变化 Mφ胞浆内磷酸肌醇特异性磷脂酶C（phosphoinositide-specificphospholipase C，PI-PLC）活性在伤后12小时、24小时显著高于对照组，而伤后6小时、48小时却显著低于对照组。［Ca2+］i在伤后12～24小时显著升高，导致巨噬细胞高度活化和过度活化。这可能通过降低MCH Ⅱ类抗原的表达和抑制IL-1等协同因子的分泌而介导抗原提呈功能的低下。胞内PLC活性及IP3在伤后早期明显增高，且IP3与［Ca2+］i呈显著正相关，提示严重烧伤后巨噬细胞［Ca2+］i的显著升高主要是来源于IP3对胞内钙池上IP3受体作用的结果。实验还显示，DAG在伤后显著升高，胞内PKC活化并大量向细胞膜移位。胞浆PKC活性在伤后2小时明显活化，后逐步下降。我们发现严重烧伤引起巨噬细胞［Ca2+］i显著升高，DAG和PKC的变化均与伤后巨噬细胞分泌TNF-α的量明显增多相关显著。烫伤后Mφ胞内信号途径明显被激活，通过PKC-抑制性κB（IκB）途径和有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径分别介导了核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）和活化蛋白1（activator protein-1，AP-1）等核转录因子的核转位，启动相关细胞因子基因的转录；烧伤后MφNF-κB信号途径的激活稍早于MAPK信号途径。比如，IκB-α的mRNA表达则于伤后2小时即明显降低，后逐步升高，到24小时明显增高，一直持续到伤后48小时；而核内NF-κB于伤后2～48小时被明显激活，于2小时和12小时出现了两次高峰，以后逐步降低。AP-1于伤后2～6小时明显活化，其峰值时间晚于NF-κB，可见，烧伤后Mφ MAPK信号途径的激活稍晚于NF-κB信号途径。烧伤后库普弗细胞（Kupffer cell，KC）的p38 MAPK和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）活性明显升高。LPS可迅速活化Mφ的Janus激酶（Janus kinase 2，JAK2）、信号转导和转录活化因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）1和STAT3，尤其是STAT3在LPS刺激后10分钟就可达到活化高峰。
3.烧伤后Mφ分泌炎症介质功能失常的细胞信号转导机制 比较PKC抑制剂H-7、TPK抑制剂三羟基异黄酮（genistein）、钙调蛋白（CaM）拮抗剂W-7对烧伤巨噬细胞分泌TNF-α的作用可见其抑制率分别为89%、25%和5%。这表明在烧伤后巨噬细胞胞内信号传递系统与TNF-α分泌的关系中，DAG-PKC途径起主要作用，TPK途径仅起部分作用，而Ca2+-CaM途径作用不大。因此，严重烧伤造成的巨噬细胞肌醇脂质信号系统功能亢进可引起巨噬细胞分泌功能亢进，产生大量TNF-α等炎性细胞因子。严重烧伤后产生失控性炎症反应，其中，Mφ促炎的TNF-αmRNA表达持续增高，而烧伤早期抗炎的IL-10 mRNA表达呈下降趋势。烧伤后Mφ表达与分泌TNF-α的过度增强，主要受G蛋白持续活化的DAG-PKC信号途径和PKC-NF-κB通路的共同调控；G蛋白信号通路中刺激型G蛋白（Gs）途径则主要影响了补体对Mφ分泌TNF-α的调控。p38 MAPK信号转导通路介导了严重烧伤大鼠库普弗细胞产生TNF-α和IL-1β。就IL-10而言，MAPK通路为烧伤后Mφ活化并分泌IL-10的一条重要信号通路，但MAPK途径中的细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）途径不参与伤后IL-10 mRNA的表达，可能通过MAPK的其他信号通路如JNK和/或p38等途径。JAK-STAT途径在内毒素诱导的HMGB1基因表达中发挥了部分作用。烧伤后很早即有TPK被活化，用TPK特异性抑制剂金雀异黄素（genistein）可使烧伤巨噬细胞产生的NO、PGE2、TNF-α明显降低，金雀异黄素和基因转录抑制剂放线菌素D均可使烧伤巨噬细胞分泌NO的能力和诱导型NO合酶（inducible NO synthase，iNOS）活性显著降低，提示伤后TPK系统活化可能通过促进iNOS mRNA表达进而发挥其增强NO产生的作用。这表明烧伤促使巨噬细胞的TPK系统活化并参与了巨噬细胞的分泌功能亢进。胡远兵等报道，烧伤活化的补体对Mφ分泌NO的调控至少部分是通过抑制型G蛋白（Gi）途径发挥作用的。陈旭林等报道，烧伤大鼠肝脏p38MAPK活性增强促进TNF-α的表达，参与了肝损伤的发生。此外，烧伤血清通过激活血管内皮细胞（VEC）的p38MAPK信号途径和NF-κB通路诱导了VEC的血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）表达。