编者按：重症凝血病严重威胁人类生命健康，弥散性血管内凝血（DIC）是常见的重症凝血病，发展迅速，病势凶险，死亡率高。近年来，中南大学湘雅二医院吕奔教授围绕脓毒症的发病机理及靶向干预开展了系列原创性研究，发现了HMGB1-Caspase11途径介导的免疫反应是脓毒症导致DIC、脏器功能衰竭和死亡的关键环节，为脓毒症的诊治提供了潜在的生物标志物和药物干预靶点，发表相关论文于Science、Nature、Immunity、Nature Communications、Blood等国际知名学术期刊。在刚刚落幕的中华医学会第十三次全国造血干细胞移植学术会议上，吕奔教授以“重症凝血病的基础与临床研究”以及“感染与DIC”为题进行了精彩报告，对近些年来在重症凝血病、脓毒症等领域的突破性研究成果做出总结，为重症凝血病的诊疗发展新方向提供参考。本刊特此整理，以飨读者。
脓毒症的流行病学以及与重症凝血病的关联
多脏器衰竭是危重症的主要特征，是导致危重症患者死亡的直接原因。感染为最常见的诱因。其它诱因包括创伤、热射病等。全世界每年有大于5000万患者，耗费大量的医疗资源。仍缺乏针对性治疗措施。感染诱发的多脏器衰竭为脓毒症，每年有超过4890万患者，每年死亡人数达1100万，我国脓毒症死亡率更高。
重症患者常伴有凝血功能障碍，约30%～50% 的脓毒症患者伴有DIC，约80%的热射病患者伴有DIC。DIC是促进脓毒症患者死亡的重要因素。脓毒症患者一旦出现DIC，预后极差，死亡率增加6倍，其特点是伴有纤维蛋白原的降低和D-二聚体的升高。
研究发现，重症凝血病显著促进脏器衰竭与死亡。然而，重症凝血病的发病机制尚不甚清楚。既往主流观点认为，感染诱发炎症因子风暴，引发DIC与脏器衰竭并导致患者死亡。然而，大量临床研究显示，拮抗炎症因子风暴的治疗不能改善脓毒症患者的预后。因此，感染如何导致DIC与脏器衰竭，成为亟待解决的医学问题。
感染导致DIC与脏器衰竭的机制探索
吕奔教授首先通过一例高危急性早幼粒白血病（APL）患者经过柔红霉素化疗后突发DIC、多脏器衰竭并最终死亡的临床线索，提出临床对于细胞死亡诱发DIC的设想。我国科研专家研究发现，化疗可诱发Gasdermin蛋白介导的细胞焦亡（Pyroptosis，细胞程序性死亡的一种）[1]。
HMGB1（高迁移率族蛋白B1）和Casp11（半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶11）是参与细胞焦亡和炎症反应的关键分子。吕奔教授近年来在重症凝血病基础研究领域取得了一系列原创性突破，探索出感染诱发多脏器衰竭的重要机制：HMGB1-Casp11途径在脓毒症中介导细胞焦亡，并介导DIC。
首先，HMGB1结合LPS后通过Casp11促进多脏器衰竭[2,3]。2018年10月，吕奔教授作为通讯作者在免疫学顶刊Immunity上发表的一项研究，发现了HMGB1蛋白的新功能——内毒素（LPS）转运体，阐述了肝脏是循环HMGB1的主要来源，揭示了感染导致多脏器衰竭的机制，提供了潜在的生物标志物及药物靶点[2]。此外，2019年，吕奔教授作为通讯作者在Nature Communications杂志发表的研究证实，HMGB1-Casp11在异基因造血干细胞移植中促进多脏器衰竭[3]。
图1. “HMGB1介导脓毒症中Caspase-11依赖的致死性”论文
图2. “Caspase-11 信号通路增强移植物抗宿主病”论文
其次，HMGB1-Casp11通过诱发DIC促进多脏器衰竭[4-6]。2019年12月，吕奔教授作为通讯作者在Immunity上发文指出，Gasdermin介导的细胞焦亡是诱发脓毒症DIC的关键环节，阐明了感染激活凝血和诱发DIC的分子机制，揭示了感染、免疫与凝血的内在联系，提供了DIC早期诊断的潜在生物标志物[4]。那么，感染如何活化Casp11，从而促进DIC？2020年4月，吕奔教授作为通讯作者在血液学顶刊Blood上发表了一项研究，对这个问题进行了解答[5]。这项研究发现，HMGB1及上游的1型IFN通过活化Casp11导致DIC和多脏器衰竭，进一步揭示了感染导致多脏器衰竭的机理，并建立了一个新方法，首次通过活体成像技术，在活体水平展示了DIC形成的动态过程。这篇文章成为Blood杂志的主旨论文和封面论文。
图3. “细菌内毒素通过Gasdermin D依赖的磷脂酰丝氨酸暴露激活凝血级联反应”论文
图4. “1型干扰素在革兰阴性菌诱导的凝血中的作用”论文
细胞焦亡诱发血栓形成的机制
细胞焦亡通过活化外源性和内源性凝血途径以及释放循环抗凝微粒等多种机制诱发血栓形成。首先，细胞焦亡导致细胞膜上的磷脂酰丝氨酸（PS）外翻。这一现象直接活化了组织因子（TF），而TF是外源性凝血途径的关键启动因子。一旦TF被活化，它将启动凝血级联反应，进而促进纤维蛋白的形成和血栓的生成。其次，细胞焦亡过程中会释放核酸等细胞内物质。这些物质能够活化凝血级联反应中的第12因子，从而激活内源性凝血途径，进一步加剧了血栓的形成。此外，细胞焦亡还会释放大量循环抗凝微粒。这些微粒在正常情况下具有抗凝作用，但在细胞焦亡的特殊环境下，它们可能失去原有的抗凝功能，转而成为促进血栓形成的因素。
热射病导致DIC与脏器衰竭的机制探索
热射病（heatstroke），即重症中暑，是一种由热应激引起的危及生命的疾病，与循环衰竭和多器官功能障碍相关。如果全球变暖继续，热射病可能会成为全球死亡率的一个更突出的原因，但其发病机制尚不清楚。胞浆内存在诱发细胞程序性死亡的“温度感受器”，科学假说认为，RIPK3介导的程序性细胞坏死（Necroptosis）诱发热射病DIC。2022年5月，吕奔教授作为通讯作者在Science上发表的研究，揭示了热射病的重要致死机理，即高体温通过Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）诱发过度的程序性细胞死亡，进而导致DIC与多脏器损伤[7]。
5. “Z-DNA结合蛋白1促进热射病诱导的细胞死亡”论文
此外，2023年，吕奔教授作为通讯作者发表于Cell Research杂志的研究中，发现ZBP1-RIPK3途径在新冠肺炎中促进肺损伤[8]。这项研究为 SARS-CoV-2 感染如何引发炎症反应和肺部病理学提供了新的见解，并提示靶向 ZBP1-RIPK3 轴具有治疗新冠肺炎的潜力。
图6. “SARS-CoV-2 Z-RNA 激活 ZBP1-RIPK3 途径以促进病毒诱导的炎症反应”论文
重症凝血病的靶向干预策略
为了初步探讨HMGB1-Caspase11途径是否为脓毒症潜在的药物作用靶标，吕奔教授基于前期发现，建立了特色的HMGB1-Caspase11途径抑制剂的筛选平台，寻找选择性抑制Caspase-11途径活化的先导分子，发现了肝素（heparin）能高效并选择性抑制Caspase-11活化。
图7. 特色的HMGB1-Casp11途径抑制剂高通量筛选平台
2021年3月，吕奔教授作为通讯作者在Immunity杂志发表的研究中，阐述了肝素在脓毒症中能通过抑制Caspase-11的活化防止脏器损伤、DIC发生和死亡，为脓毒症的防治提供了新的思路[9]。肝素被广泛用于治疗血栓性疾病的抗凝药物。该研究中进一步分离了肝素的抗凝作用和抗炎作用，并发明了用无抗凝活性肝素（non-anticoagulant heparin，化学修饰后的肝素，无出血风险）治疗脓毒症的新方法。与肝素应用不同，增大无抗凝活性肝素的用量对机体凝血反应没有明显影响。但无抗凝活性肝素在脓毒症中同样能高效的阻断Caspase-11介导的免疫反应和致死性作用。上述研究初步鉴定了HMGB1-Caspase11途径为脓毒症潜在的药物干预靶标，揭示了肝素调节免疫反应的药理学机制，分离了肝素的抗凝作用与抗炎作用，并发明了用无抗凝活性肝素治疗脓毒症的新方法，为脓毒症的防治提供了新的思路。本文被细胞出版社（Cell Press）评为“2021中国年度最佳论文”。
图9. “肝素在不依赖抗凝作用的情况下可阻止caspase-11依赖的脓毒症致死”论文
随后，吕奔教授在回顾性临床研究和基于国际多中心大型数据系统的脓毒症诊断治疗相关真实世界研究中验证了肝素在脓毒症中的疗效，并启动了肝素治疗脓毒症的前瞻性RCT研究。
小结
吕奔教授开展的系列研究揭示，在脓毒症中，肝脏细胞释放的HMGB1作为分子伴侣，能与血循环中的LPS相结合，并将LPS高效转运至细胞浆中，从而活化了LPS的细胞浆受体Caspase-11，引起大量血管内皮细胞和巨噬细胞发生细胞焦亡，最终导致DIC、多脏器功能衰竭和死亡。此外，吕奔教授发现肝素能靶向干预脓毒症中HMGB1-Casp11的活化，为脓毒症的防治提供了新的思路。
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1. Nature 2017,547(7661):99-103.
2. Immunity 2018, 49:740-753
3. Nat Commun 2019, 10:4044-55
4. Immunity 2019, 51:983-996
5. Blood 2020, 135:1087-1100
6. Immunity 2021, 54,1-14
7. Science. 2022 May 6;376(6593):609-615
8. Cell Res 2023 Mar;33: 201-214
9. Immunity 2021,54:454-467
专家简介
吕奔 教授
中南大学湘雅二医院院长
临床医学-免疫学双博士，二级研究员，副主任医师国家杰青，首届医学领域“科技探索奖” 、中国青年科技奖、首届钟南山青年科技创新奖、树兰医学青年奖获得者，全国青年岗位能手、湖南省自然科学奖一等奖以及湖南省“五四青年”等荣誉
现担任国家自然科学基金委医学部专家咨询委员会委员
中国医师协会血液病分会委员中国病理生理学会危重病专委会常委
中华医学会重症医学分会委员湖南省医师协会重症医学分会会长湖南省医学会血液病学专委会副主委