中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院教授呂奔團隊在《科學(xué)》在線發(fā)表研究論文，揭示了熱射病的重要致死機理——高體溫通過Z-DNA結(jié)合蛋白—1(ZBP1)誘發(fā)過度的程序性細胞死亡，進而導(dǎo)致危及生命的彌散性血管內(nèi)凝血(DIC)與多臟器損傷。

近10年來，呂奔帶領(lǐng)團隊一直圍繞危重癥的發(fā)病機制開展系列研究，在先后揭示膿毒癥休克和多臟器衰竭發(fā)生的重要病理生理機制、細菌感染誘發(fā)凝血反應(yīng)的機制、膿毒癥誘發(fā)彌散性血管內(nèi)凝血的機制后，終于找到了熱射病致死機理。

熱射病治療不理想

熱射病又稱“重度中暑”，是一種致命性急癥，病死率高。今年2月發(fā)表于《自然》的一篇綜述文章顯示，經(jīng)典型重癥中暑的死亡率高達63.2%。然而，高體溫如何導(dǎo)致臟器損傷與機體死亡的機制一直不甚清楚。

當(dāng)前對熱射病患者的治療，一般是先為患者降溫，降溫后患者若出現(xiàn)臟器功能衰竭，再立即進行相應(yīng)臟器功能保護治療。盡管業(yè)界對腎臟、肝臟等臟器功能治療的設(shè)備和技術(shù)已很先進，但熱射病的治愈率仍較低。

這可能和學(xué)術(shù)界對熱射病致死機理的了解不甚清楚有關(guān)。既往學(xué)術(shù)觀點認為，高體溫主要通過物理性損傷導(dǎo)致組織細胞死亡和炎癥反應(yīng)。在這一觀點的指引下，業(yè)內(nèi)普遍采取降溫和相應(yīng)臟器支持的方式治療熱射病。

“降溫治療是重癥中暑患者救治的第一關(guān)鍵點，但即便使其體溫迅速降至正常，患者仍繼發(fā)各臟器功能損傷，甚至最后還是死亡了。這提示即使醫(yī)生能第一時間為高體溫病人迅速降溫，依然不能阻斷熱射病的病程。”論文第一作者、中南大學(xué)博士后袁芳芳說，“我們認為，肯定存在其他某種機制引起熱射病死亡，而不是簡單的物理因素。”

“因此我們團隊進一步探索新的機制，發(fā)現(xiàn)程序性細胞死亡在熱射病發(fā)生發(fā)展中起重要作用。”論文通訊作者呂奔說。

高溫激活細胞程序性死亡通路

危重癥是指病情嚴重且威脅患者生命的綜合征，常由感染、創(chuàng)傷、高體溫等誘發(fā)。其中，感染誘發(fā)的危重癥為膿毒癥，造成全球每年1100萬患者死亡。膿毒癥與熱射病常表現(xiàn)為全身炎癥反應(yīng)、DIC和多臟器衰竭。

在前期開展膿毒癥相關(guān)研究中，呂奔團隊發(fā)現(xiàn)了一個有趣的線索。

“我們采用高環(huán)境溫度(39℃)與高濕度(60%)制備熱射病小鼠模型時，發(fā)現(xiàn)了高體溫通過RIPK3途徑而非HMGB1-caspase-11途徑誘發(fā)多種程序性細胞死亡，進而導(dǎo)致DIC與多臟器損傷。高體溫可誘導(dǎo)肝、肺及腸等器官組織中RIPK3和MLKL的磷酸化，以及caspase-8等凋亡相關(guān)蛋白的剪切;敲除RIPK3基因能防止高體溫誘發(fā)的炎癥反應(yīng)、DIC、多臟器損傷與死亡。”呂奔說。

團隊隨后采用RIPK3激酶失活小鼠、MLKL敲除小鼠及MLKL-Caspase-8雙基因敲除小鼠，證實了高體溫誘導(dǎo)的致死效應(yīng)主要依賴RIPK3激酶與其磷酸化底物MLKL介導(dǎo)的程序性細胞壞死，小部分依賴caspase-8介導(dǎo)的程序性細胞死亡。

“也就是說，我們發(fā)現(xiàn)高體溫并不是快速直接‘殺死’細胞，導(dǎo)致細胞物理性損傷，而是激活了細胞的程序性死亡通路。熱應(yīng)激能直接誘發(fā)RIPK3依賴的程序性細胞死亡。RIPK3基因是高體溫誘發(fā)炎癥反應(yīng)、多臟器損傷甚至死亡的關(guān)鍵。”呂奔說。

既往研究表明，ZBP1為一種細胞內(nèi)的模式識別受體，能被病毒或宿主來源的Z型核酸活化，在抗病毒感染中發(fā)揮重要作用。呂奔團隊通過進一步研究，首次發(fā)現(xiàn)ZBP1是熱應(yīng)激活化RIPK3和細胞程序性死亡的關(guān)鍵分子，并介導(dǎo)高體溫誘導(dǎo)的DIC、多臟器損傷與死亡。

“有趣的是，熱應(yīng)激能誘導(dǎo)ZBP1的表達。生物信息學(xué)分析提示，ZBP1基因啟動子上存在熱休克因子1的結(jié)合元件。通過突變分析，我們證實了熱應(yīng)激通過誘導(dǎo)HSF1與ZBP1基因啟動子的結(jié)合來增強ZBP1的表達。”呂奔表示，這些發(fā)現(xiàn)顛覆了此前業(yè)界認為熱射病是“高體溫通過物理性損傷導(dǎo)致組織細胞死亡和炎癥反應(yīng)”的觀點。

細胞內(nèi)存在“溫度感受器”

2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎表彰了“溫度和觸覺感受器的發(fā)現(xiàn)”。其中，美國學(xué)者戴維·朱利葉斯團隊發(fā)現(xiàn)辣椒素受體TRPV1為一種能被熱應(yīng)激活化的膜離子通道，揭示了機體感知高溫的機制。

呂奔團隊發(fā)現(xiàn)，僅ZBP1的表達不足以導(dǎo)致RIPK3的活化與細胞程序性死亡。他們在探討熱應(yīng)激如何活化ZBP1的過程中發(fā)現(xiàn)，高溫誘導(dǎo)的ZBP1活化不依賴其對Z型核酸的識別。ZBP1蛋白含有Za結(jié)構(gòu)域與RHIM結(jié)構(gòu)域。其中，Za結(jié)構(gòu)域的主要功能是識別病毒或宿主來源的Z型核酸。

既往學(xué)術(shù)觀點認為，Za結(jié)構(gòu)域與Z型核酸結(jié)合是ZBP1活化的必要環(huán)節(jié)。然而，該團隊通過構(gòu)建一系列ZBP1突變體發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激誘導(dǎo)的ZBP1活化依賴RHIM結(jié)構(gòu)域，而并不依賴Za結(jié)構(gòu)域。雖然Za結(jié)構(gòu)域缺失的ZBP1完全不能被病毒感染所激活，但它仍能夠介導(dǎo)熱應(yīng)激誘發(fā)的RIPK3活化與程序性細胞死亡。這一發(fā)現(xiàn)打破了學(xué)術(shù)界對ZBP1的認識，揭示了ZBP1活化新機制。

“戴維·朱利葉斯團隊發(fā)現(xiàn)細胞膜離子通道‘溫度感受器’，我們的研究明確提示了細胞內(nèi)也可能存在另外的‘溫度感受器’，當(dāng)受到熱應(yīng)激時能誘發(fā)ZBP1與RIPK3依賴的程序性細胞死亡。該生命現(xiàn)象雖然可能在抗感染免疫中發(fā)揮保護作用，但在持續(xù)性高體溫作用下可誘發(fā)過度的細胞程序性死亡，最終引起DIC、炎癥反應(yīng)、多臟器損傷乃至死亡。”呂奔表示。

論文審稿人認為，“這個研究非常重要，且數(shù)據(jù)清晰明確”“這是一個全新且非常重要的發(fā)現(xiàn)，揭示了引起熱射病病程的新機制”。

“在該項研究中，我們揭示了熱射病發(fā)病機制的新理論，并創(chuàng)新地將臨床與科研深度結(jié)合，基于多學(xué)科交叉進行研究方法和技術(shù)路線上的全新嘗試。”呂奔說。

這項研究有望找到潛在的藥物干預(yù)靶點，為熱射病等危重癥的防治提供了重要思路。呂奔表示，下一步，團隊將致力于揭示細胞內(nèi)“溫度感受器”的具體成分和和活化機制，探索未來熱射病防治策略。(記者 王昊昊 通訊員 李珊)

關(guān)鍵詞： 熱射病致死機理 彌散性血管內(nèi)凝血 多臟器損傷 熱射病治療