乌司他丁在脓毒症治疗中的研究进展

Research Progress of Ulinastatin in the Treatment of Sepsis

摘要: 乌司他丁是从健康男性尿液中提取出来的一种广泛蛋白酶抑制剂，能够抑制多种蛋白酶的水解活性，虽然目前乌司他丁说明书中的主要临床适应症仍为用于急性胰腺炎、慢性复发性胰腺炎的急性恶化期和急性循环衰竭抢救的辅助用药，但随着对脓毒症全身炎症反应的进一步认识和对乌司他丁药理作用的深入研究，目前已有多项动物和临床研究表明乌司他丁对于脓毒症的治疗有一定的临床疗效，并且在近期的脓毒症相关诊疗与共识中也有所推荐使用。因此，本文将从乌司他丁的来源、药理作用以及对脓毒症治疗的机制和效果进行综述，以期为乌司他丁用于脓毒症的临床治疗和研究提供相关的证据和支持。

Abstract: Ulinastatin is a widespread protease inhibitor extracted from the urine of healthy males, capable of inhibiting the hydrolytic activity of a variety of proteases. Although the main clinical indications of Ulinastatin in the specification of the current ustatin are still for acute pancreatitis, acute exacerba-tion of chronic relapsing pancreatitis, and acute circulatory failure as an auxiliary drug, with the further recognition of systemic inflammatory response to sepsis and in-depth study of Ulinastatin pharmacology, there are now a number of animal and clinical studies have demonstrated that Uli-nastatin has a certain clinical efficacy for the treatment of sepsis, and has been recommended for use in the recent sepsis-related diagnosis and treatment and consensus. Therefore, in this review, we will summarize the source of Ulinastatin, its pharmacological effects, and the mechanisms and effects on sepsis treatment, with the aim of providing relevant evidence and support for the use of Ulinastatin in the clinical treatment and research of sepsis.

1. 引言

脓毒症(sepsis)是由病原体感染所引起的一种感染性疾病，目前的最新定义为由宿主对感染反应失调所导致的危及生命的器官功能障碍，其中突出了免疫反应失调在脓毒症导致多器官功能障碍中的重要作用 [1] 。根据世界卫生组织的全球脓毒症流行及疾病负担调查报告显示，在2017年全球报告了约4900万例的脓毒症相关病例和约1100万例的脓毒症相关死亡病例，约占全球总死亡人数的20% [2] 。因此，脓毒症在全世界范围内的疾病负担仍较为沉重。目前脓毒症的集束化治疗方案中主要包括早期的使用抗生素、进行容量复苏以及进行相应器官功能的支持治疗，而随着对脓毒症病理生理机制的进一步研究发现，宿主对病原体免疫反应的失调，造成机体内炎症反应被无限的放大，进而产生的“炎症因子风暴”对组织器官具有较强的破坏力。其中，中性粒细胞可以通过释放相关蛋白酶及活性氧来促进脓毒症中的过度炎症反应 [3] ，而乌司他丁作为从新鲜人尿中提取出来的一种广泛蛋白酶抑制剂，能够抑制多种蛋白酶的水解活力，相关研究表明其对粒细胞弹性蛋白酶的抑制活性最强，抑制50%粒细胞弹性蛋白酶活性的最低血药浓度约为5.6 U/mL。因此，乌司他丁可在一定程度上通过抑制包括中性粒细胞在内的多种细胞释放的蛋白酶，来减轻脓毒症时的炎症反应，实现对脓毒症时的多器官保作用。另外，也有多项基础研究表明乌司他丁可以通过调节相关炎症通路的激活来减轻脓毒症期间的过度炎症反应，进而减轻脓毒症时的多器官炎症损伤。因此，本综述将重点从乌司他丁对脓毒症多器官功能保护作用的最新研究进展及相关机制进行综述，并概括目前相关研究结论及未来研究所需解决的问题。

2. 乌司他丁的来源和药理特性

乌司他丁是从健康成年男性尿液中提取出来的一种广泛蛋白酶抑制剂，其分子量约为67 kD，是由143个氨基酸组成的一种酸性糖蛋白，其N末端为丙氨酸，C末端为亮氨酸，第10位的丝氨酸和第45位的天冬酰胺上有糖链，是一种典型Kunitz型蛋白酶抑制剂，能够抑制包括弹性蛋白酶、α-糜蛋白酶、透明质酸酶、组织蛋白酶等多种水解酶的活性。进一步的研究表明，乌司他丁还能够稳定细胞内的溶酶体膜、抑制心肌抑制因子产生、抑制溶酶体酶释放、清除氧自由基、抑制炎性介质过度释放、改善人体微循环及组织灌注，发挥对多种组织器官的保护作用 [4] [5] [6] 。乌司他丁静脉注射给药后，其血液浓度会直线下降，半衰期较短，部分可经尿液直接排出。因此，其用药后不良反应相对较少，偶可见白细胞减少、肝功异常，胃肠道不适等不良反应。乌司他丁自1985年在日本被首次批准为急性胰腺炎的治疗用药以来，经过近半个世纪的研究和发展，目前已被确定为急性胰腺炎和慢性复发性胰腺炎急性恶化期的一线用药，以及急性循环衰竭抢救的辅助用药。随着对脓毒症病理生理机制和乌司他丁药理机制的进一步研究发现，乌司他丁可通过多种机制来抑制脓毒症的病情进展，可在一定程度上影响脓毒症患者的临床预后，因而在近期的相关脓毒症诊疗与共识中也有所推荐使用 [7] [8] 。

3. 脓毒症的病理生理机制

Sepsis3.0将脓毒症定义为宿主对感染反应失调而导致的器官功能障碍，其中炎症反应失调为脓毒症时最显著的病理生理特点，主要表现为促炎反应与抗炎反应的失衡。脓毒症的早期往往表现为炎症的级联放大反应，而后期则往往表现为抗炎反应的增强 [9] 。在脓毒症早期时细菌产生的脂多糖、磷壁酸等物质可被免疫细胞表面的模式识别受体所识别，进而激活宿主机体的免疫应答反应，从而使NF-κB、JAK/STAT等炎症信号通路被激活，促使TNF-α、IL-1β、IL-6等多种炎性因子的释放与表达，释放的炎症因子又可反过来进一步激活NF-κB信号通路，使脓毒症患者体内的炎症反应进一步增强 [3] [10] 。过度的炎症反应可反馈性的激活机体的抗炎机制，促使可溶性肿瘤坏死因子受体、IL-1受体拮抗剂和IL-10等抗炎因子的释放与表达，可致使机体处于一种免疫抑制和淋巴细胞凋亡状态，有导致机体再发感染的风险，其主要机制可能与HMGB-1激活p38 MAPK信号通路，诱导p53蛋白表达及活化增加，进而阻断细胞周期，抑制T淋巴细胞增殖有关 [11] 。脓毒症初期适度的炎症反应有利于病原体的清除，而过度的炎症反应则有可能导致组织器官的损伤和功能障碍。因此，抑制脓毒症早期过度的炎症反应和预防脓毒症后期的免疫抑制成为改善脓毒症患者临床预后的重要策略。

4. 乌司他丁对脓毒症时的多器官保护作用

在2014年印度发表的一项关于乌司他丁用于严重脓毒症治疗的多中心随机对照实验表明，试验组患者在静脉给予乌司他丁20万U/12h，连用5天可后，相对安慰剂组乌司他丁可明显降低试验组脓毒症患者的新发器官功能障碍、机械通气时间、住院时间和28天死亡率 [12] 。同样，国内的一项乌司他丁用于脓毒症患者治疗的随机对照实验表明，乌司他丁可有效降低脓毒症患者的28天全因病死率。此外，该研究表明乌司他丁35%的总效应可能与C反应蛋白的降低有关，此研究结果与乌司他丁的抗炎作用一致 [13] 。但使用乌司他丁会延长ICU住院时间，以及增加医疗费用。这或许可以解释为由于乌司他丁组的患者存活的时间更长，因此需要延长器官支持设备的使用时间和ICU停留时间，相应的医疗费用也会增加，而对照组的患者大部分在短期内死亡，因此ICU停留时间和医疗费用较低。以上两项国内外关于乌司他丁用于脓毒症患者临床治疗的随机对照实验都表明，乌司他丁可降低脓毒症患者的28天死亡率，发挥多器官的保护作用，但具体机制未阐明，可能与降低脓毒症早期的过度炎症反应及氧化应激有关，而目前相关机制假设在细胞或动物实验中得到了相应的证实。相关研究表明，乌司他丁可通过抑制^Thr183p-JNK来降低IκB-α的表达，进而抑制NF-κB信号通路的激活，降低脂多糖诱导的相关炎症因子的产生。同时，乌司他丁还可通过促进p2相关Keap62的降解和PI3K/AKT途径的激活来上调Nrf3介导的抗氧物化酶HO-1的产生，抑制脂多糖诱导的活性氧产生，进而发挥组织器官的保护作用 [14] 。

4.1. 乌司他丁对脓毒症时的肺保护作用

急性肺损伤是指患者在发生感染、吸入有害物质、创伤、休克、放化疗等多种非心源性致病因素的作用下，造成肺气体交换能力的急剧下降，也是脓毒症患者最常出现的合并症之一。据统计约有40%的脓毒症患者会发展到合并急性肺损伤阶段，其病死率可高达30%~40%，而脓毒症并发的急性肺损伤被认为与脓毒症时的全身炎症反应有关 [15] 。因此，在治疗脓毒症急性肺损伤时不仅要治疗原发感染疾病，还应积极控制全身过度的炎症反应。当肺部发生炎症反应时，中性粒细胞在TNF-α的介导下大量聚集并激活，释放大量超氧化物酶或自由基损伤肺上皮细胞和内皮细胞。动物实验发现乌司他丁可通过抑制Toll样受体4的活化、NF-κB信号通路的转导和抑制细胞外信号调节蛋白激酶转导途径的激活等机制，来降低TNF-α的表达减轻肺损伤 [16] 。另外，乌司他丁还可通过抑制中性粒细胞分泌弹性蛋白酶，减轻内皮细胞损伤，来改善内皮细胞功能。一项于2013年发表在BMC Emergency Medicine的动物研究表明，乌司他丁可减轻内皮细胞损伤和炎性浸润，并且作用于内皮祖细胞，改善内皮功能，修复肺泡毛细血管屏障，从而减轻肺充血、水肿和渗出，进而改善肺的氧合功能和顺应性 [17] ，其机制可能与乌司他丁抑制NF-κB和MAPK信号通路的激活，进而抑制TNF-α的释放和表达来逆转脓毒症所造成的肺泡上皮细胞和肺毛细血管内皮细胞间紧密连接蛋白表达的减少，从而减轻脓毒症相关肺损伤有关 [18] 。相关临床研究证据也表明乌司他丁联合血必净可有效减少脓毒症患者体内TNF-α、脂多糖及血清降钙素原水平，缩短患者的平均住院时间和平均机械通气时间，降低多器官功能衰竭的发生率及病死率 [19] 。同样的临床研究也表明乌司他丁联合血必净可显著降低脓毒症合并急性肺损伤患者的血清炎症因子水平，改善其肺功能，减轻其器官衰竭程度 [20] 。另外，在一项于2019年发表的随机对照研究中，在纳入的124例脓毒症合并急性肺损伤患者中，对照组进行常规治疗，观察组在对照组的基础上加用乌司他丁20万U/天治疗后，观察组患者动脉血氧分压和氧合指数显著高于对照组，其研究结果进一步证实乌司他丁可通过抑制脓毒症合并急性损伤患者的机体炎症水平，来改善脓毒症患者的肺换气功能 [21] 。因此，我们认为乌司他丁可以实现对脓毒症时的肺保护作用。

4.2. 乌司他丁对脓毒症时的心脏保护作用

脓毒症心肌损伤是脓毒症患者的常见和严重并发症之一，其发生率较高，约在40%~50%的脓毒症可被观察到。目前关于脓毒症时诱发的心肌损伤机制尚不十分清楚，其可能主要与过度炎症反应、氧化应激、细胞凋亡和自噬有关 [22] 。相关的研究表明脓毒症时产生的心肌损伤与TNF-α和IL-1β等炎症因子密切相关 [23] ，因而抑制过度的炎症反应、氧化应激及细胞凋亡成为预防脓毒性心肌病潜在治疗策略。乌司他丁作为一种来源于人尿液的广谱蛋白酶抑制剂，可抑制多种内源性蛋白酶活性，具有一定的抗炎和抗氧化作用。最近的相关动物实验表明，乌司他丁可以通过抑制NLRP3炎症小体活化，来下调NLRP3/caspase-1/IL-1β炎症途径的激活来减轻脓毒症诱导的心肌损伤 [24] 。同时心脏微循环系统对心肌细胞的供血供氧具有重要影响，其中心脏微血管内皮细胞的完整性发挥了非常重要作用，有研究表明，乌司他丁可以通过下调脓毒症中的lncRNA MALAT1和EZH2来预防LPS诱导的心脏微血管内皮细胞高通透性和细胞凋亡进而减轻脓毒症对的心脏的损伤 [25] ，因而我们推测乌司他丁可在一定程度上降低脓毒症心肌病的发生。

4.3. 乌司他丁对脓毒症时肝肾的保护作用

肝脏是人体内脏中最大的器官，具有合成、分泌、排泄、贮存、代谢以及生物转化等重要功能。脓毒症所致急性肝损伤的发生率约为30%，其中病死率可高达60%，其主要机制可能与脓毒症时内毒素的直接损伤和脓毒症时过度的炎症因子风暴有关 [26] 。相关研究表明乌司他丁可在一定程度上改善脓毒症时肝细胞中的转氨酶活性、维持组织细胞的形态结构、减少炎症细胞的浸润，以及通过抑制丝裂原激活的蛋白激酶途径的激活，来抑制相关炎症反应和氧化应激所致的肝损伤 [27] 。肾脏作为脓毒症所致多器官功能障碍最常受累的器官之一，约40%~50%的脓毒症患者会发生脓毒症相关的急性肾损伤，且脓毒症相关急性肾损伤的发生与不良临床预后密切相关 [28] 。脓毒症相关急性肾损伤除与脓毒症早期的灌注不足及液体复苏后的缺血再灌注损伤有密切关系外，还可能与肾脏微循环内皮功能障碍及细胞自噬激活有关 [29] [30] ，动物研究表明乌司他丁可以通过抑制肾小管及肾小球内皮细胞的自噬、维持血管内皮细胞钙粘蛋白的表达，以及改善肾脏皮质和肾髓质的灌注来发挥脓毒症时的肾脏保护作用 [31] 。

4.4. 乌司他丁对脓毒症时的肠道保护作用

脓毒症时最常见和最易受累的器官便是胃肠道，而胃肠道功能及粘膜屏障的破坏与脓毒症的发生和发展有着密切的联系。胃肠道不仅是一个消化吸收器官，同时也是一个具有免疫、内分泌和屏障功的能的重要器官。脓毒症时肠道粘膜屏障功能的降低，则会造成肠道菌群的移位和内毒素的吸收入血，进而促进了脓毒症的发生和发展 [32] 。相关研究表明乌司他丁可以通过抑制肠黏膜中NLRP3炎症小体的活化，进而抑制NF-κB/NLRP3相关炎症通路的激活，来发挥肠道粘膜屏障的保活作用 [33] 。而相关临床研究表明，乌司他丁还可以降低老年脓毒症患者血清中肠脂肪酸结合蛋白、二胺氧化酶、D-乳酸等肠道损伤生物学标记物水平，表明乌司他丁在一定程度上发挥了减轻脓毒症肠道损伤的治疗作用，但研究似乎显示其对降低ICU住院时间及降低28天死亡率无明显作用 [34] 。因此，我们认为乌司他丁可在一定程度上通过抑制相关炎症反应来减轻脓毒症相关肠道损伤，但对脓毒症患者的预后改善作用有限，尚需纳入更多的患者来进一步研究论证。

4.5. 乌司他丁对脓毒症患者免疫调节作用

早期脓毒症患者存在严重的免疫调节紊乱，相关研究表明乌司他丁可能是在一定程度上通过调节脓毒症患者的免疫功能来实现对脓毒症患者预后的改善。随着高通量第二代RNA测序研究技术的广泛应用，陈林等人通过系统的分析高通量第二代RNA测序结果进一步探讨了乌司他丁对脓毒症患者免疫功能的潜在机制，研究表明乌司他丁在脓毒症的治疗过程中下调的基因多于上调的基因，且下调基因多集中在中性粒细胞参与的免疫反应，如中性粒细胞的活化与脱颗粒。中性粒细胞外陷阱(Neutrophil extracellular traps, NETs)已被证明可以通过释放组蛋白和颗粒蛋白修饰的DNA来杀死病原体，而不受调节的NETs对脓毒症诱导的多器官损伤的发病机制有着显著的影响，中性粒细胞脱颗粒的生物学过程与NETs形成密切相关。因此，我们推断UTI可能是通过降低脓毒症患者的NETs来降低脓毒症患者中免疫介导的器官损伤。另外，该研究还表明乌司他丁可增强髓源性抑制细胞的抗炎活性和恢复GRN信号传导通路来改善脓毒症患者的免疫反应 [35] 。而另一项荟萃分析也显示，乌司他丁联合胸腺素α1的免疫调节治疗可显著改善脓毒症患者的全因死亡率、减少炎症介质的产生和机械通气持续时间 [36] 。因此，我们认为乌司他丁可通过发挥免疫调节作用来改善脓毒症患者的机体免疫反应，进而改善脓毒症患者的临床预后。

5. 小结与展望

虽然乌司他丁获批的适应症主要是用于急性胰腺炎、慢性胰腺炎的急性恶化期，以及急循环衰竭的抢救辅助用药，但随着近年来关于乌司他丁扩展适应症研究的不断增加，其中关于乌司他丁用于脓毒症治疗的研究较为热门，目前相关的研究结果都表明，乌司他丁可通过抑制多种蛋白酶的活性、相关炎症通路的激活以及细胞凋亡等机制，可在一定程度上发挥对脓毒症时的多器官保护作用，并在一定程度上改善脓毒症患者的临床预后，但相关研究结果大多来自亚洲地区，缺少相关西方国家的基础及临床研究，其在脓毒症治疗中的临床疗效及相关药理机制还需进一步的研究和论证。因此，就目前关于乌司他丁用于脓毒症治疗的相关研究结果表明，乌司他丁的确是一种很有前景的药物。期望未来能有更大规模的基础和临床研究，来进一步论证乌司他丁对于脓毒症治疗的临床疗效，并进一步扩大其临床适应症，使更多的患者受益。

NOTES

^*通讯作者。