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細菌感染不僅能激活免疫系統(tǒng)，而且能啟動凝血反應。細菌來源的內毒素（脂多糖：LPS）能快速激活機體的凝血系統(tǒng)并形成血管內血栓，從而有效阻止細菌的血循環(huán)播撒。但當細菌大量侵入血循環(huán)造成全身性感染（膿毒癥）時，失控的凝血反應將發(fā)展成為危及生命的彌散性血管內凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）。其臨床表現(xiàn)為凝血因子的全身性激活，纖維蛋白的廣泛沉積，血小板的大量激活與耗竭，以及全身微小血管內的廣泛血栓形成，最終導致多器官功能衰竭。感染誘發(fā)DIC的致病機理尚不甚清楚，是當今學術界需解決的重大科學問題。2018年，呂奔課題組研究發(fā)現(xiàn)：在膿毒癥中，肝細胞釋放的HMGB1蛋白作為分子伴侶能將血循環(huán)中的內毒素（LPS）轉運至細胞漿中，從而活化了LPS的細胞漿受體—Caspase-11并引起致死性免疫反應【1】。2019年，該團隊發(fā)現(xiàn)：Caspase-11的過度活化在急性移植物抗宿主病中也能引起致死性免疫反應【2】。同年，課題組進一步闡明了膿毒癥中Caspase-11通過活化其底物GSDMD來誘導DIC的形成，揭示了免疫與凝血的內在聯(lián)系【3】。
基于上述發(fā)現(xiàn)，2020年2月，由中南大學湘雅三醫(yī)院呂奔教授團隊在Blood雜志上在線發(fā)表了以“The role of type 1 interferons in Gram-negative bacteria-induced coagulation” 為題的文章，闡述了細菌感染過程中LPS通過1型干擾素（IFNs）途徑活化Caspase-11及其下游的GSDMD，從而誘導DIC的形成。該研究還揭示了HMGB1作為1型IFNs的下游效應分子在感染所致DIC的形成中發(fā)揮了重要的致病作用，為今后膿毒癥DIC的防治提供了潛在的藥物干預靶點。楊新宇博士和博士研究生程曉燁為該論文的并列第一作者；呂奔教授為該論文的通訊作者。
在該研究中，作者們首先采用1型IFNs的受體基因（IFN-α/βR1）敲除小鼠，以及內毒素血癥、大腸埃希桿菌性腹膜炎和盲腸結扎穿孔三種膿毒癥動物模型，借助轉盤共聚焦活體顯微術（SD-IVM）、免疫組織化學染色等實驗技術，從凝血酶活化、血小板聚集與耗竭、纖維蛋白沉積、微循環(huán)障礙、DIC血清學指標等多個維度全面揭示了1型IFNs途徑在感染所致DIC中發(fā)揮重要的病理生理作用，證實了阻斷該途徑能有效的防止膿毒癥DIC的形成（圖1）。
結合前期研究發(fā)現(xiàn)【1】，該課題組進一步揭示了1型IFNs主要通過調控HMGB1的釋放入血來介導Caspase-11及GSDMD的活化，并最終促進DIC的形成（圖2）。給予膿毒癥小鼠抗HMGB1中和抗體（Anti-HMGB1 Abs）能顯著削弱DIC的形成能力。為進一步追溯膿毒癥中血循環(huán)HMGB1的主要來源，該課題組分別構建了肝臟細胞HMGB1敲除（Hmgb1f/fAlb-cre+）、髓系細胞HMGB1敲除（Hmgb1f/fLyz2-cre+）和血小板/巨核細胞HMGB1敲除（Hmgb1f/fPF4-cre+）的轉基因小鼠，并采用膿毒癥模型發(fā)現(xiàn)：1型IFNs主要促進肝臟細胞釋放HMGB1。后者攜帶LPS進入宿主細胞并活化Caspase11-GSDMD途徑，從而介導磷脂酰絲氨酸的外翻。上述過程能顯著增強細胞膜表面組織因子（TF）的促凝活性，最終誘發(fā)凝血級聯(lián)反應和DIC。
圖2：膿毒癥中1型IFNs信號通過肝細胞釋放HMGB1來誘導DIC的形成
此外，該課題組還揭示了1型IFNs上游的信號通路在膿毒癥DIC中的作用。TRIF和Myd88均是胞內TLR4受體下游的信號傳遞分子。其中，TRIF為LPS誘導的1型IFNs表達所必需；而Myd88為經(jīng)典炎癥因子（如TNF-α等）表達的關鍵調控分子。該課題組證實了：TRIF信號而非Myd88對于LPS誘導的凝血級聯(lián)反應至關重要。Myd88途徑主要參與NF-κB介導的炎癥因子表達。既往研究報道認為炎癥因子風暴是膿毒癥誘導凝血活化和DIC的“始作俑者”。然而，該課題組發(fā)現(xiàn)應用IKKβ抑制劑阻斷NF-κB的活化不但不會抑制LPS誘導的凝血活化，相反還會促進凝血活化和DIC形成。相反，敲除TRIF基因能阻斷1型IFNs的表達、HMGB1的釋放以及DIC的形成（圖3）。
圖3：TRIF 信號調控1型IFNs表達并參與LPS誘導的凝血活化
綜上所述，該研究闡述了感染過程中革蘭氏陰性細菌或其細胞壁主要成分（LPS）通過1型干擾素（IFNs）途徑活化Caspase-11及其下游的GSDMD，進而誘導DIC的形成。研究還揭示了HMGB1作為1型IFNs的下游效應分子在感染所致DIC的形成中發(fā)揮了重要的促進作用，并闡明了1型IFNs上游的信號通路（TLR4-TRIF途徑）在膿毒癥DIC中的病理生理學作用（圖4）。上述發(fā)現(xiàn)為今后膿毒癥DIC的防治提供了潛在藥物干預靶點。
圖4. 細菌感染誘導凝血反應和DIC的分子機制模式圖
原文鏈接：https:///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.
3. Yang X, Cheng X, Tang Y, et al. Bacterial Endotoxin Activates the Coagulation Cascade through Gasdermin D-Dependent Phosphatidylserine Exposure[J]. Immunity, 2019, 51(6): 983-996.
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