COX-2与脓毒症肠屏障功能障碍关系的研究进展

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DOI：10.3969/j.issn.1672-9463.2017.01.030

·综述·

COX-2与脓毒症肠屏障功能障碍关系的研究进展

吴友平

刘玉玲

屠伟峰

脓毒症是宿主对感染的反应失调而产生危及生命的器官功能障碍。肠屏障功能障碍可能导致继发性细菌移位和多器官功能衰竭，在脓毒症的发生发展中起重要作用。COX-2是催化花生四烯酸转化为前列腺素的关键酶。前列腺素对肠屏障功能的影响在生理及病理情况下相当复杂。既有研究发现其对胃肠道粘膜的修复和防御至关重要[1]，也有研究认为过度生成的促炎性前列腺素是导致胃肠道粘膜屏障功能损伤的重要因素[2]。本研究将对COX-2与脓毒症肠屏障功能的关系进行综述，以提高临床COX-2抑制剂在脓毒症患者中应用的安全性。1

脓毒症与肠屏障功能障碍

根据美国重症医学会（SCCM）与欧洲重症医学会（ESICM）联合发布的脓毒症3.0版定义，脓毒症是指机体对感染的反应失调而导致危及生命的器官功能障碍[1]。肠黏膜屏障功能障碍是脓毒症发生发展的重要病理生理机制之一。发生脓毒症时，炎症反应失衡、组织低灌注和缺血及细胞凋亡等机制常导致肠黏膜屏障功能受损，而肠屏障功能受损又可使肠腔内大分子物质、细菌产物和微生物等透过肠壁进入临近组织或血液循坏中，在局部或全身引起炎性反应，进一步加重紧密连接破坏的同时也加重了脓毒症的严重程度，形成恶性循环[2]。因此，防止肠屏障功能下降和抑制肠通透性增加对脓毒症的预防和治疗至关重要。

▲广东省自然科学基金重点项目基金项目：广东省科技计划项目（编号：（编号：2014A0303110122014A020212555）），作者单位：510010

广东广州，广州军区广州总医院麻醉科

吴友平、屠伟峰），药剂科（刘玉玲）

2

COX-2与前列腺素

环氧化酶（Cyclooxygenase，COX）是花生四烯酸转化为前列腺素的关键酶，其有两种主要的同工酶，COX-1和COX-2。通常认为COX-1为结构性或组成性表达，主要存在于血管、胃、肾等组织中，参与血管舒缩、血小板聚集、胃粘膜血流、胃黏液分泌及肾功能等调节，其功能与保护胃肠黏膜、调节血小板聚集、调节外周血管阻力和调节肾血流量分布有关；COX-2为诱导性表达，在炎症、肿瘤等病理状态下受炎性刺激物、损伤、有丝分裂原和致癌物质等促炎介质诱导后，在巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞和单核细胞等细胞中表达增加，参与多种病理生理过程，具体是细胞膜磷脂通过磷脂酶A2途径被水解释放出花生四烯酸，在COX-2的催化下，合成前列腺素，最后产生系列炎症介质，并通过瀑布式级联反应参与机体各生理和病理过程[3]。

目前认为COX-2催化生成的PGs对胃肠道粘膜的影响和作用相当复杂，既有保护作用也有损害作COX-2用。通常认为，在炎症、应激等情况下膜是有害的，催化转化产生大量的前列腺素对胃肠道粘，通过因为其主要作用是介导炎性反应产生。有研究发现[4]，PGE2钙离子介导的Caco-2细胞单层表皮屏障功能障碍；通过EP1和EP4受体促进在大鼠结肠炎模型中，COX-2通过其下游产物PGD2

介导炎症后结肠分泌和屏障功能障碍[5]；还有研究发现老年急性胰腺炎模型大鼠的小肠COX-2表达明显增加，而肠紧密连接蛋白表达明显减少[6]。但也有研究发现COX-2催化生成的PGs在胃肠黏膜修复和防御中也有重要作用[7]，有研究发现选择性抑制COX-2会加重结肠炎模型大鼠结肠的溃疡和损伤程度[8]COX-1基因敲除小鼠相比出现更严重的结肠损伤、COX-2基因敲除小鼠与野生型小鼠或[9]、

还有报道COX-2基因敲除小鼠会出现自发性腹膜炎[10]。这些证据表明COX-2及其催化生成的PGs在

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保持胃肠道黏膜完整方面具有重要作用。我们推测，COX-2对胃肠道黏膜影响复杂，可能与其催化转化生成不同类型的PGs的量有关。PGs有关，也可能与转化生成3

COX-2与脓毒症及肠屏障功能障碍的关系

基于研究发现无论是实验动物还是临床患者，前列腺素水平在脓毒症时明显升高，而且研究也证实前列腺素广泛参与脓毒症的多种病理生理机制[11]，作为催化前列腺素的关键酶，COX-2应该在脓毒症的进程中有重要作用，COX-2于是Reddy等[12]率先开始了毒症小鼠模型：与脓毒症关系的研究。采用两种常用的脓腹腔注射LPS致内毒素血症模型和盲肠结扎穿孔（cecalligationandpuncture，CLP）手术致腹膜炎模型。该研究发现LPS腹腔注射导致小鼠血浆和肺组织COX-2血浆和肺组织抑制剂PGENS-398PGE2表达水平明显增加，腹腔注射治疗明显降低小鼠选择性2低内毒素血症小鼠的早期死亡，的表达。NS-398但对晚期死亡率无治疗能明显降影响。选择性COX-2抑制剂治疗不影响血浆炎性细胞因子水平，也不影响肺的炎症程度。对于CLP模型，脓毒症小鼠血浆和肺组织PGE2加，表达水平不增COX-2但肺泡灌洗液中及其他炎症指标。作者总结抑制剂治疗不影响PGE2水平明显增加。选择性CLPCOX-2模型小鼠的死亡率抑制剂未见对脓毒症尤其是腹膜炎模型小鼠有特别的益处，COX-2有关COX-2继与脓毒症的关系需要进一步的研究。

Reddy等的研究之后，ma等[13]用在宿主对细菌性脓毒症反应中的作用，为了更直接的验证

COX-2基因敲除小鼠研究了COX-2基因

Eji⁃

缺陷对LPS腹腔注射小鼠存活率及炎症反应的影响。结果发现COX-2基因缺陷能够改善内毒素血症小鼠的存活率，其机制可能与减轻内毒素血症小鼠器官炎症反应（肺、肾组织中性粒细胞浸润程度）有关。COX-2基因缺陷减轻器官炎症反应的原因可能因增加了巨噬细胞抗炎性细胞因子IL-10的表达而对促炎性细胞因子（IL-1、IL-6、TNF-α）的表达无影响。作者认为，Reddy等[12]的研究发现选择性COX-2抑制剂仅能改善内毒素血症小鼠的早期死亡率而不能改善晚期死亡率的原因可能与所使用的选择性COX-2抑制剂NS-398的药代动力学有关。缺少COX-2表达对内毒素血症小鼠能起到保

护作用，表明COX-2在内毒素血症小鼠致死性反应中起重要作用。

症时炎性反应中的作用，Reddy和Ejima的研究仅关注了考虑到COX-2COX-2及其催化生

在脓毒

成的前列腺素在胃肠道粘膜损伤和修复中的作用，且已证实脓毒症可引起肠黏膜免疫细胞分布改变，增加血浆和腹水中炎性因子水平和肠黏膜损伤，terbergOs⁃小鼠肠免疫屏障功能的影响。同时比较了选择性等[14]研究了选择性COX-2抑制剂对脓毒症COX-2美辛的不同作用。采用抑制剂SC-236和非选择性CLP模型发现腹水中炎性COX抑制剂吲哚细胞因子的浓度显著高于血液中；236CLP后6h，SC-

CLP治疗组小鼠腹水和血液中水平明显高于对照组，而吲哚美辛治疗组小鼠腹水中IL-6水平显著低于CLP对照组。在CLP后6h和TNF-αSC-236治疗组小鼠肠黏膜损伤程度明显低于24hCLP，对照组或者吲哚美辛治疗组。认为在诱导腹膜炎前给予选择性COX-2抑制剂可以减轻脓毒症小肠黏膜损伤，而非选择性COX抑制剂失去这种保护作用的原因在于同时抑制了COX-1，因为非甾体类抗炎药抑制炎症反应的主要机制是通过抑制COX-2，相反COX-1对于维持胃肠道黏膜的稳态不可或缺。研究同时认为COX抑制剂不能改变脓毒症导致的肠黏膜细胞凋亡。

随着COX-2催化生产的PGs在黏膜修复和防御中的作用被进一步认识，有研究者认为COX-2对脓毒症时的小肠可能具有保护作用并进行了相关研究[15]。作者采用COX-2基因敲除小鼠和野生型小鼠行CLP术或假手术进行对照，同时体外培养肠上皮细胞，用选择性COX-2抑制剂干预，并用细胞因子对单层上皮进行刺激。研究发现，与野生型小鼠相比，COX-2基因敲除小鼠CLP手术后菌血症更严重、死亡率更高。COX-2基因缺陷导致回肠的通透性明显增加，din且回肠紧密连接蛋白ZO-1、Occlu⁃择性和COX-2Claudin-1抑制剂的表达明显减少。体外实验中，NS-398显著增加肠上皮细胞单选

层的通透性、PGD降低紧密连接蛋白的表达，而添加2为COX-2可以部分逆转基因缺陷与腹膜炎引起的脓毒症肠屏障

NS-398的作用。该研究结论认功能障碍、细菌移位增加和高死亡率相关。回肠上皮表达COX-2对于紧密连接蛋白表达和脓毒症时肠屏障功能的保持具有重要意义。

前列腺素在胃肠道的作用很复杂，既有维持生

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理功能的保护作用，也有促进炎症损伤的有害作用。上述研究[15]发现PGD2表达，至少在脓毒症时，具有维持肠屏障功能的作可以调节紧密连接蛋白用。然而对于PGE2上调其下游产物PGE，有研究者认为[16]COX-2表达及2少量的PGE的产生是脓毒症的一大特征，2的PGE对肠屏障功能有增强作用，但大量产生2会引起肠屏障功能损害。Short腹腔注射和等[16]采用小剂量选择性COX-2抑制剂对LPSCLP

两种脓毒症模型小鼠进行治疗。结果发现腹腔注射LPS或者CLP明显增加小鼠回肠黏膜COX-2表达和PGE2皮的通透性和细菌移位，水平，都可引起明显的肠上皮损伤、并且改变回肠黏膜紧密连增加肠上接COX-2蛋白的表达。而低剂量（0.5~1mg/kg）选择性

能损伤。相反，抑制剂塞来昔布能显著减轻炎症性肠屏障功更高剂量的塞来昔布（5mg/kg）治疗却会加重脓毒症导致的肠黏膜屏障功能损伤。低剂量塞来昔布改善脓毒症肠屏障功能的机制可能与减少COX-2和iNOS关。此研究表明腹膜炎时肠黏膜高水平表达的

水平、表达、逆转紧密连接蛋白的内化增加有减少炎性细胞因子IL-6表达、降低PGE2COX-2低剂量的特异性催化生成的COX-2PGE2导致了肠黏膜屏障损伤，抑制剂既可以减轻PGE而2这种有害作用又能保持其有利的维持稳态的功能。

的脓毒症时高浓度的细胞因子可通过影响肠黏膜紧密连接蛋白表达降低肠黏膜的通透性，2质，催化生成的前列腺素是诱导炎性细胞因子的重要介而COX-因此推测通过抑制COX-2减少炎性细胞因子表达可以改善脓毒症时肠黏膜屏障功能。Schulz等[17]研究了自由基清除剂或者细胞因子抑制剂COX-2障碍的治疗作用抑制剂帕瑞昔布。SD大鼠采用）对脓毒症肠黏膜屏障功能（如选择性LPS腹腔注射模型模拟脓毒症。研究结果发现，模型组大鼠小肠和结肠通透性明显增加，而LPS和帕瑞昔布同时注射的大鼠小肠和结肠的通透性明显降低。与之相对应的是LPS和帕瑞昔布同时注射的大鼠血浆炎性细胞因子IL-6的水平明显低于单独LPS注射大鼠。因此认为自由基清除剂或者帕瑞昔布等细胞因子抑制剂可能对临床脓毒症患者的治疗有益。4

总结

综上所述，对于COX-2与脓毒症及肠黏膜屏障功能障碍的关系已经有较多的实验研究开展，但各

研究报道的结果不尽一致。我们认为，导致各研究结果不一致的原因可能有以下几点：①采用的脓毒症模型不同。研究中采用的两种模拟脓毒症的模型，LPS腹腔注射内毒素血症模型的特点在于易操作、条件可控，其缺点在于不能很好地模拟临床脓毒症患者的病理生理状态，而CLP模型的特点正好与之相反。COX-2全避免了的干预不同。采用②COX-2基因缺陷与使用药物抑制COX-2在脓毒症时的高表达及其作用，COX-2基因缺陷小鼠，完而选择性COX-2抑制剂不能完全避免COX-2在脓毒症时表达的改变，存在模型制作前给药和模型制作后给药的区别。③都是药物抑制干预，但选用的药物不同。采用药物干预的研究使用了多种不同的选择性COX-2抑制剂，包括：NS-398、SC236、帕瑞昔布和塞来昔布。不同的抑制剂有不一样的药代动力学特点，④研究关注的下游分子不同，所产生的作用也可能不完全一致。包括PGD2细胞因子IL-6等。Reddy[12]和Short[13]的研究关注、PGE2和COX-22能对脓毒症及肠黏膜屏障功能障碍起保护作用，抑制剂抑制下游PGEPGE2的作用，结果都发现选择性的高表达可COX-2表达或者抑制PGE2FredenburghPGD等而[15]连接蛋白表达，其研究结果表明的研究关注的在脓毒症时具有维持肠黏膜屏障功PGD是COX-2催化下2的作用，2可以调节紧密能的作用。Fredenburgh等[15]在文章中也提到，其选择PGD2膜检测到而不是PGEPGE2的原因在于作者未能在回肠黏2了COX-2抑制剂对细胞因子的表达。而SchulzIL-6等[17]则是主要观察

的影响。⑤最后，最重要的一点原因可能在于脓毒症的发病机制相当复杂，而COX-2下游的前列腺素物质在生理和病理状态下也具有多样的功能。

总之，相关研究已证实COX-2与脓毒症时肠黏膜屏障功能损害相关。选择性COX-2抑制剂作为临床常用的一种NSAIDs药物，将来需要更多的动物或临床研究来证实其对脓毒症患者预后的影响，以期进一步提高其临床应用的安全性。

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（收稿：2016-11-03）

期刊问答

问：新闻出版总署近几年举办过国家期刊奖、全国百种重点社科期刊奖、中国期刊方阵等期刊方面的评奖活动，是否可以认为获得这些奖项的期刊中的学术期刊质量是比较高的？

答：获得新闻出版总署举办的期刊评奖活动奖项的期刊，是全国期刊中的优秀期刊，其总体质量应当说是在同类期刊中比较好的。但是，国家期刊奖、全国百种重点社科期刊奖均是每两年评比一次，其中对学术期刊的评选也是从总体质量来考虑的，并没有对获奖期刊的学术水平进行专门评估。期刊获得的这些荣誉都是阶段性的，并不是期刊的终身荣誉，如果在下一个评奖年度未获得奖项，就不再是获奖期刊了。所以，如果将期刊是否曾经获奖与其学术水平的高低直接挂钩，也是不科学的。

“中国期刊方阵”是2001年由中央各部委、各省、自治区、直辖市按照一定比例推荐的在本部委、本地区期刊中社会效益、经济效益都比较好的期刊，入选“中国期刊方阵”的各类学术期刊，在同类期刊中相对比较优秀。