内毒素的来源结构和生物活性及中药对内毒素血症的治疗

综述收稿日期:2003-08-02;修回日期:2003-09-16作者简介:王金兰(1948-),女,籍贯天津,高级实验师,从事免疫教学及内毒素研究。

内毒素的来源结构和生物活性及中药对内毒素血症的治疗The sou rce ,structu re ,bioactivity of endotoxin and the treatment of endotoxemia w ith tradi 2tional Chinese medicine王金兰1,高　颖2,崔　颖2综述,刘庆增2审校(武警医学院:11免疫学教研室;21药学教研室;天津300162)【关键词】　内毒素结构;生物活性;中药;内毒素血症【文章编号】　100825041(2003)0620487204　【中图分类号】　R967　【文献标识码】　A 内毒素有多种生物活性,进入人体血液可造成内毒素血症(ETM ),而引起许多严重疾病。

筛选研究治疗内毒素类疾病的有效药物是当今医学研究的重要课题。

1　来源结构内毒素(Endotoxin )在自然界中分布较广。

主要存在于革兰氏阴性菌,也存在于极少数革兰氏阳性菌、真菌、支原体及某些动植物组织中,是革兰氏阴性菌细胞壁外层上的特有结构。

1933年Boivin 首次从鼠伤寒杆菌中提出了内毒素,当时因一般蛋白反应呈阴性而称为脂多糖(L PS )。

1940年Morgan 阐明内毒素是由多糖、脂质和蛋白质组成的复合体。

脂多糖又由化学和生物性质不同的多糖O 抗原、核心多糖和类脂A 组成。

类脂A 位于最外层,是以脂化的葡萄糖胺二糖为单位,通过焦磷酸酯键组成的一种独特的糖脂化合物,是主要的活性成分。

多糖抗原向外由若干个低聚糖的重复单位组成的多糖链,具有特异性。

核心多糖又分为内核心和外核心。

外核心由数种己糖,包括葡萄糖、半乳糖、乙酰氨基葡萄糖等组成。

内核心由庚糖及特殊的3-脱氧-D -甘露糖-辛酮糖(K DO )组成。

K DO 以酮糖键与类脂A的氨基葡萄糖连接(图1)[1]。

图1　内毒素的多糖结构 脂多糖各组成结构因菌株不同而有差异,尤其在多糖抗原部分。

可分为多糖O 抗原-外核、内核-LipodeA ,外核、内核-LipodeA 和内核-LipodeA 三种类型。

L PS 在体内与可溶性CD 14(S CD 14)或细胞膜上的CD 14(m CD 14)受体结合,形成L PS 蛋白复合物(LBP ),激发细胞应答[2,3]。

2　生物活性 类脂A 是内毒素的主要活性成分。

它自脂多糖分离后,可自身凝聚成分子量不等的复合体,是酸碱两性分子,同时有疏水和亲水基团。

在分子、细胞和机体水平上均有多种活性。

可使Hageman 因子活化、补体活化、纤维蛋白溶酶原活化、鲎细胞溶解物凝集。

诱导巨噬细胞产生TNF 、IL -1和IL -6,25～50ng/L L PS 即可使新鲜人血中的单核细胞产生IL -1和TNF 。

阻止巨噬细胞游走,诱导前列腺素生成,发生抗肿瘤坏死作用。

引起机体发热,致死毒性,骨髓反应,白血球和血小板减少,耐受性、血压急骤降低(微循环障碍,弥漫性血管内凝血)以及施瓦茨曼反应(局部过敏反应Shwartzman reaction )和体重下降等。

对机体的致热效应在临床上最为常见。

内毒素致热很敏感,5ng/kg 注入人体即可发热。

内毒素本身为外源性致热原,可引起ET性发热,同时它又可激活单核细胞,释放单核细胞因子而形成内源性致热原,引起EP性发热。

3　体内作用胃肠道细菌代谢释放的内毒素可被肠壁吸收而入门静脉。

肝脏的解毒作用是通过肝窦的枯否氏细胞对内毒素的吞噬完成的。

如果肝脏的网状内皮系统功能降低,或吸入门静脉的内毒素超过了枯否氏细胞的解毒能力,则门静脉中的内毒素即可通过肝脏进入体循环而产生ETM。

另外,内毒素可以通过门—体静脉进入外周血;通过肠道淋巴管进入淋巴系统,再经胸导管进入外周血;通过肠结膜进入腹腔,再由腹膜吸收等三种方式进入外周血[4]。

4　致病作用内毒素进入人体血液可造成内毒素血症(ETM)。

局部或全身细菌感染、创伤、大面积烧伤、消化系统传染病、急性梗阻性化脓、胆管炎、坏死性胰腺炎、化脓性脑膜炎、肠梗阻、梗阻性黄疸、重症肝炎、肝硬化,晚期肿瘤等是内源性诱因。

食用细菌污染食品,输入污染热原的药物、血液及生物制品是外源性诱因。

内毒素血症可出现于多种疾病过程中。

有许多临床症状,但均产生发热,多为弛张热、偶见稽留热。

体温可显著升高,表现为全身寒战、躁动不安。

目前国内外发现五种致热因子,即白细胞介素1(IL-1)、干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、巨噬细胞炎症蛋白-1(MIP-1)、睫状体促神经因子(CNTF)。

称为内生致热源(EP)。

体温上升机理是由于脑内产生的或通过血脑屏障进入脑内的内生致热原直接作用于或经过中枢介质作用于中枢系统敏感神经原(TSW)而引起体温调定点上移的结果。

在内生致热原难以通过血脑屏障时,通过外周介质进入脑内才能产生发热效果。

内毒素本身是外源性致热原,其致热性成为ET性发热。

同时内毒素又可诱导巨噬细胞产生IL -1、IL-6、IFN和肿瘤坏死因子等内源性致热原,引起EP 性发热。

例如白细胞介素1,是单核细胞被内毒素激活后释放的一种单核细胞因子,为分子量1500的蛋白质,有很强致热活性。

给家兔注入微量干扰素后可引起单相热。

而给小鼠注入大剂量肿瘤坏死因子可引起双相热[5]。

在内生致热原难以通过血脑屏障时,致热中枢介质成为致热的关键。

目前已证实有cAMP、Na+和Ca2+比值(Na+/ Ca2+)、PGE3种。

ET和EP发热时,在一定剂量内毒素范围内,剂量大小与升温高低及维持时间有量效关系。

小剂量引起单相热、大剂量引起双相热,中剂量引起中间型。

人体对内毒素致热很敏感,5ng/kg沙门氏菌内毒素注入人体即可发热,10～25个最低发热量的内毒素可形成典型的双相热,体温升高1℃以上,维持6h。

小剂量引起单相热时,伴随体温变化,血浆和丘脑下部组织中cAMP水平显著升降(P< 0105),认为丘脑下部cAMP含量与体温变化正相关。

大剂量引起双相热时,丘脑下部和脑脊液中cAMP含量与体温变化正相关[6]。

但加大内毒素剂量,体温不可能无限上升。

因为内毒素超过一定量时,脑脊液中cAMP含量不再增多,导致热限形成。

EP生成受限是ET性热限生成的主要原因,而EP生成受限是因激活物与产生EP细胞的受体达到饱和的缘故。

中枢性cAMP生成受限是EP性和ET性热限形成的关键。

超热限剂量的内毒素,以及内毒素反复刺激形成致耐性的机体,不仅体温不高,反而因引起微循环障碍和急性弥漫性血管内凝血而体温下降。

严重时产生呼吸窘迫综合症(ARDS)、急性肾衰竭(ARF),甚至多器官功能衰竭(MOF)等多种疾病,最终可因内毒素休克死亡[7]。

5　中药抗内毒素作用机理作者对中药抗内毒素作用机理进行过研究总结。

发现有降低脑脊液中cAMP含量、降低Na+/Ca2+比值、抑制前列腺素(PGE)合成、抗自由基、改善微循环、减少DIC反应。

激活网状内皮系统、促进ET排出、稳定线粒体和溶酶体膜保护细胞器、抗休克死亡、对ET直接破坏作用等10种作用机理[8,9]。

6　中药治疗内毒素血症611　增强机体免疫力中医认为“正气存内,邪不可干”,现代医学证实增强机体免疫力,增强网状内皮系统的吞噬能力可有效拮抗内毒素血症。

人参、五味子、刺五加被称作“适应原”样药物,能协助机体抵抗外界及体内的各种恶性刺激。

笔者曾就人参的抗内毒素作用进行研究,证实其体内抗升温、抗白细胞骤降及抗休克死亡作用不是对内毒素结构的破坏,而是其改变机体应激状态,促进紊乱功能恢复、增强免疫力的结果。

竺稽能等对清胆注射液、王家泰等对泻热汤、晁思祥等对参附注射液研究均表明,其抗内毒素作用为增强机体免疫力[10～12]。

612　直接破坏作用许多中药可直接破坏血液循环中的内毒素结构而使其灭活。

笔者用鲎试剂法研究表明,板兰根、金银花等可直接破坏内毒素生物活性,其对家兔的升温作用与对照组有显著差异。

胡家石、林萄生用电镜分析显示,清解灵、热毒清可将内毒素原来的链状结构破坏为杆状、片状甚至完全解聚[13]。

国外学者也对中药抗内毒素作用进行过研究,并报告金银花、连翘、黄芩、赤芍的最低破坏浓度为015～1mg/ml。

不少学者认为中药的清热解毒作用,包含对内毒素的直接破坏作用。

实际上许多中药如穿心莲、蒲公英、元参、山豆根、黄连、败酱草、白头翁等对内毒素致热有很好解热作用。

613　通里攻下,促进内毒素排出大承气汤是中医有名的攻下清瘟方剂,而通里攻下又是中医常用八法之一。

日本学者伊丹孝文通过对静注内毒素后家兔腹腔和肛门温度的测定,证明其通腑泻下作用,增强了肠道蠕动、导致内分泌增多,加速肠溶物排出而完成排毒。

与中医“邪毒入内,急投大承气汤”的理论一致[14]。

清热汤、清解灵中均含有大黄、芒硝,能促进肠管蠕动、降低毛细血管通透性,提高血浆渗透压,减少内毒素的吸收,促进排出体外。

614　抑菌,降低内毒素释放由于内毒素是G-菌细胞壁破裂释放出来,故某些抗生素可杀灭细菌,破坏细胞壁而使内毒素释放加剧。

许多中药含有抑菌成分,可抑制细菌的对数繁殖期而使其停止繁殖,但并不杀灭菌体,因此可控制内毒素释放,减轻临床症状。

金银花、连翘、蒲公英、紫花地丁、栀子、丹皮、黄连等清热解毒类中药及其相关方剂均有很强的抑菌作用而在内毒素引发疾病中广泛应用[15]。

615　保护细胞器线粒体和溶酶体是重要的细胞器。

内毒素可影响线粒体和溶酶体膜的通透性。

导致线粒体肿胀、结构破坏、功能降低。

溶酶体酶大量释放,细胞自毁而趋于死亡。

如果机体重要器官的细胞大量死亡,则形成功能衰竭(MOF)。

研究表明,六神丸有显著的稳定线粒体和溶酶体膜的作用。

热毒清能保护线粒体和溶酶体损伤[16]。

另外黄芩、当归、红花、蟾酥等均有稳膜效果。

616　清除自由基内毒素可诱发氧衍生自由基引起脂质过氧化损伤,造成亚细胞及组织损害[17]。

热毒清注射液通过提高线粒体、溶酶体等内源性超氧化物岐化酶(SOD)、琥珀酸脱氢酶(SDH)活性而加速消除的。

牛黄酸、参附注射液、补阳还五汤等均有抗自由基作用。

617　活血化瘀、改善微循环内毒素可直接刺激肾上腺髓质、兴奋交感神经引起小血管痉挛。

刺激网状内皮系统增强组织胺脱羧酶活性,释放组胺、5-羟色胺等引起毛细血管淤血。

严重时引起血小板聚集、血管内皮细胞通透性增加、血浆外渗而产生弥漫性血管内凝血(DIC)[18]。

表现为血小板计数下降,血中纤维蛋白原减少,凝血酶原时间(PT)延长,纤维蛋白原降解物(FDP)增加,肝组织发生出血坏死病灶。

活血化瘀类中药可有效改善微循环,降低DIC反应。

如人参、三七、丹参、益母草、当归、乳香、没药以及热毒清、当归芍药散等有显著疗效。