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膿毒症是感染誘發的嚴重併發症，定義為感染誘發的有害免疫反應引起的危及生命的多器官功能障礙。膿毒症起病急，病情重，是住院病人死亡的主要原因之一。其死亡率高於前列腺癌、乳腺癌及艾滋病三種疾病的總和。全世界每年出現2500 萬膿毒症病例，800 萬人因此失去生命。膿毒症致死的機制仍不甚清楚；國際上對膿毒症的治療至今沒有取得根本性突破。因此，深入研究膿毒症發病的分子機制具有重要意義。

基於上述發現，2021年2月8日，由中南大學湘雅三醫院呂奔教授團隊在Immunity上以“Heparin prevents caspase-11-dependent septic lethality independent of anticoagulant properties” 為題，闡述了肝素在膿毒症中能透過抑制Caspase-11的活化防止臟器損傷、DIC發生和死亡，為今後膿毒症的防治提供了新的思路。

肝素（Heparin, Hep）是哺乳動物內源性的多糖分子，也是臨床上常用的抗凝藥物。呂奔教授團隊在篩選HMGB1-Caspase-11途徑抑制劑的過程中，發現了肝素能高效且有選擇性的抑制Caspase-11的活化。在內毒素血癥和膿毒症（結腸結紮穿孔模型）中，小劑量肝素的應用能有效阻斷Caspase-11介導的免疫反應、臟器損傷和死亡，而對Caspase-11非依賴的炎症因子（如TNF, IL-6等）的釋放無明顯影響。

透過使用化學修飾後失去抗凝作用的無抗凝活性肝素（non-anticoagulant heparin, NAH）, 該團隊在研究中進一步分離了肝素的抗凝作用和抗炎作用。與肝素（Hep）相比，增大無抗凝活性肝素（NAH）的用量對凝血指標APTT與TT沒有明顯影響）。但NAH在內毒素血癥和膿毒症模型中能同樣高效的阻斷Caspase-11介導的免疫反應、臟器損傷、DIC形成和死亡。

在隨後的機制探討過程中，該團隊發現：肝素不是caspase-11的直接抑制劑，卻能有效防止內毒素（LPS）進入細胞漿。過去的研究發現高遷移率蛋白-1（HMGB1）或細菌外膜囊泡（OMVs）能將LPS高效轉運至細胞內，從而導致caspase-11的過度活化。HMGB1或OMVs介導的LPS胞漿內轉運能被小劑量的肝素（Hep）或非抗凝活性肝素（NAH）阻斷。鄰位連線實驗（PLA）顯示：肝素（Hep）或非抗凝活性肝素（NAH）能防止caspase-11對LPS的識別，再次驗證了肝素對LPS胞漿內轉運的抑制作用。

接著，該團隊在細胞和分子水平探討了肝素抑制LPS胞漿內轉運的機制，發現肝素（Hep）或非抗凝活性肝素（NAH）主要透過肝素酶（Heparanase）和高遷移率蛋白-1（HMGB1）兩個作用靶標來阻斷LPS的胞漿內轉運（下圖）。肝素酶在炎症反應中表達上調，能降解細胞膜外側的糖萼（又稱“多糖包被”）。糖萼的降解能使HMGB1或細菌外膜囊泡（OMVs）更高效的向胞漿內轉運LPS，使得caspase-11的活化顯著增強。而肝素（Hep）或非抗凝活性肝素（NAH）恰能有效的抑制肝素酶的活性，從而阻止糖萼的降解（圖5）。此外，肝素（Hep）或非抗凝活性肝素（NAH）還能與HMGB1高親和力的結合，並競爭性的抑制HMGB1與LPS的相互作用（下圖）。

肝素抑制LPS胞漿內轉運的分子機制

綜上所述，該研究發現了肝素調節免疫反應的作用靶標，分離了其抗凝與抗炎作用，揭示了肝素或非抗凝活性肝素在膿毒症中的保護作用及藥理學機制，併為膿毒症的防治提供了新的思路。

唐怡庭副教授為該論文的第一作者；呂奔教授為該論文的通訊作者。

原文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1074761321000303

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參考文獻

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