危重燒傷後脂代謝紊亂及調節

　　機體嚴重燒傷後，在蛋白質、糖類及脂肪代謝方面出現一系列複雜的變化。早期研究創傷及燒傷後發生代謝改變的是 Cuthbertson ，他在 40 多年前即将創傷後的代謝變化分爲兩個階段，提出早期的反應爲短時間的基礎代謝下降，稱爲代謝低潮期（在傷後 1 ～ 2 天内出現），繼之出現較長時間的期（從傷後第三天起可長達數周至數月），稱爲代謝旺盛階段（或期）。目前對于代謝旺盛階段的存在已經證實，主要是分解代謝增強，産熱和氧耗增加，蛋白質過度分解以及肌肉、脂肪和水分減少，體重下降一系列變化。近年的研究表明：危重燒傷後出現的代謝變化，一方面是糖原異生過程加速；另一方面是出現細胞代謝的紊亂。由于細胞代謝發生紊亂，機體組織破壞極爲嚴重。長時間的負氮平衡，能量和蛋白質、脂肪、糖類等物質的儲備嚴重損耗，使機體處于急性營養不良狀态，以緻嚴重影響燒傷創面愈合及康複過程。

　　危重燒傷後的脂代謝紊亂主要發生在膿毒症階段

　　近年來，人們在燒傷膿毒症的發病機理和防治方面進行了大量的研究，但時至今日，膿毒症和由膿毒症引發的多器官功能不全綜合征（ MODS ）仍是危重燒傷患者死亡的主要原因。燒傷後膿毒症與以創傷及内科系統等疾病爲原始病因的膿毒症相比，有病程遷延，超高代謝的特點。燒傷膿毒症患者常伴有持續、劇烈的機體高代謝反應和重要内髒器官的代謝紊亂，這是膿毒症誘發多種燒傷并發症甚至 MODS 發生發展的重要機理之一。 臨床可觀察到燒傷後 2 ～ 3 日開始進入代謝旺盛階段，代謝方面變爲過度産熱和氧耗增加，同時有心動過速和發熱。這種情況持續時間的長短與燒傷的嚴重程度有關。大面積 Ⅲ 度燒傷時，代謝可增加 50 ～ 100% 。代謝率随燒傷面積增加而直線上升，也随傷後時間而變化，大約在傷後 6 ～ 10 天達到高峰，随着創面愈合或感染消退而下降到基礎水平。在代謝增加的同時，病人出現體重減輕，脂肪動員與蛋白質分解代謝增加，并由尿内排出非蛋白氮。目前認爲過度産生的熱量，有 80% 來自脂肪組織， 15 ～ 20% 來自蛋白質。
　　
　　在以往的代謝研究中，焦點多集中于蛋白質和糖類代謝紊亂上，随着研究和認識的深入，越來越多的學者開始重視危重燒傷後脂質代謝改變對機體所産生的重要影響。
 
　　業已證明，在膿毒症的超高代謝反應中，物質代謝紊亂和能量代謝紊亂同時存在。燒傷後出現全身組織的脂動員和機體三大營養底物氧化供能比率的調整，明确地表明脂質代謝在危重燒傷後的代謝反應中扮演重要的角色。

　　燒傷後脂類成爲體内的主要燃料。 Kinney 提出，應激病人産生的熱能 80 ～ 85% 來自脂類的氧化。正常狀況下，脂解作用與再酯化在脂肪組織中保持着平衡。燒傷破壞了這種平衡。體内脂肪分解加速，波及皮下組織及體内它處的脂肪儲備。嚴重燒傷脂肪丢失量每日可達 600g 以上。早期切痂也丢失大量可動用脂肪而使存脂減少。早在 1939 年 Christophe 就發現燒傷後病人有脂血症。近年， Harvengt 研究了大面積燒傷但未經治療的家兔血脂的變化，發現燒傷 6h 以後血漿總脂含量（甘油三酯）急劇上升，達正常值的 7 ～ 8 倍，同時，血漿未酯化脂肪酸迅速上升，燒傷後第三日可達正常的 4 倍，其中大部分進入肝髒。病理檢查可見到肝細胞内有明顯的脂類聚積。這與死于燒傷的病人屍檢時經常能見到脂肪肝是相符的。未酯化脂肪酸的增加表明脂肪代謝轉換高于正常。

　　Carlsor 認爲，肝内出現大量脂肪，可能是由于動員的脂肪酸在數量上超過了代謝的需要，而事實并非如此，以往的研究觀察到能量的供應并不能滿足燒傷後機體的需要，因爲有大量的骨骼肌組織蛋白也在分解、氧化供能，并造成明顯的消瘦。脂肪代謝的中樞器官——肝髒出現脂肪堆積，而體蛋白卻大量消耗分解供能，這一現象提示， 危重燒傷後尤其是合并感染時，能量的底物利用和産生環節出現了障礙。

　　脂肪代謝受多種激素及交感神經活動的調節，兒茶酚胺、甲狀腺素、胰高血糖素及皮質激素均可促進組織内甘油三酯分解爲甘油及脂肪酸（脂解），胰島素及前列腺素則可抑止脂解。以往的大量研究表明， LPS （脂肪酶）與上述多種激素的分泌具有明顯的相關性聯系， LPS 可以參與引發高代謝反應 。 給正常人注入大腸杆菌内毒素後，可出現高代謝的臨床表現。目前認爲， LPS 除具有直接緻高代謝作用外，更主要的是 LPS 通過多種途徑活化炎性細胞，産生一系列炎性介質，啓動機體高代謝反應。
 
　　對創面膿毒症大鼠血脂和肝脂含量的動态檢測發現，脂類作爲機體儲備的應激燃料，燒傷後早期即出現全身組織的脂肪動員，這表明在傷後 24h 機體已有明顯的能量需求，并且，這種需求随感染的加重而顯著增高。血漿甘油三酯先升後降，而遊離脂肪酸水平大幅升高，表明爲了适應提供能量的需要，脂解作用顯著增強。脂解速率在脂肪組織中明顯加速，結果導緻遊離脂肪酸動員至門靜脈的選擇性增加。遊離脂肪酸是具有高度細胞毒性的兩性分子，其中的不飽和脂肪酸還可通過加強脂質過氧化反應損傷細胞。血漿大量遊離脂肪酸運往肝髒的同時，肝髒内的甘油三酯卻出現堆積，肝組織内 ATP 的生成量也出現減少。這一現象隻能有兩種解釋：運送至肝髒的遊離脂肪酸過多，超過了能量需求或代謝負荷，或者就是脂肪酸的氧化供能某個或多個環節上出現了障礙。顯然， ATP 生成的減少支持第二種可能。

　　多個脂代謝相關基因在轉錄水平上出現了顯著變化

　　利用基因芯片方法進行基因差異性表達檢測發現，在燒傷膿毒症狀況下，多個脂代謝相關基因在轉錄水平上出現了顯著變化。兩組差異表達的基因顯示，在創面膿毒症狀态下表達上調的肝髒脂代謝相關基因有脂肪酸轉運酶 CD36 、解偶聯蛋白 2 (uncoupling protein 2, UCP2) 、長鏈 脂酰輔酶 A 合成酶（ Long chain acyl-CoA synthetase ）、 固醇調節元件結合蛋白 -1 （ sterol regulatory element binding protein-1,SREBP-1 ）、 膽固醇 7α- 羟化酶 （ Cholestero-7 a hydroxylase ， Cyp 7a 1 ）； 表達下調的脂代謝相關基因有脂酰輔酶 A 氧化酶（ Acyl-CoA oxidase ）、 羧酸酯酶 1 （ Carboxylesterase 1 ， CaE ） 、 過氧化物酶體增殖物激活受體 a (peroxisome proliferator activated receptor, PPAR a ) 、 載脂蛋白 A- Ⅱ（ Apolipoprotein A- Ⅱ）等。
 
　　在燒傷膿毒症狀況下，多個脂代謝相關基因在轉錄水平上出現了顯著變化。其具體表現如何？是怎樣進行調控的？
 
　　CD36的主要功能之一是參與遊離脂肪酸向細胞内的轉運，同時也是血管壁上氧化低密度脂蛋白的清道夫。 CD36 表達水平受 PPAR 的調控， PPARγ 的轉錄激活增強清道夫受體 CD36 的表達，使細胞攝取 ox-LDL 增加。 CD36 的表達上調，表明脂代謝在脂肪酸進入肝髒後向細胞内轉運的過程是增強的，這顯然是正常的反應，符合機體對能量的需求；脂肪酸進入細胞後，首先在線粒體外或胞漿中被活化，形成脂酰 CoA ，然後進入線粒體進行氧化。 長鏈 脂酰輔酶 A 合成酶分布于線粒體外，其作用是 催化脂肪酸活化。 在脂酰 CoA 合成酶催化下，由 ATP 提供能量，将脂肪酸轉變成脂酰 CoA 。創面膿毒症組的肝内長鏈脂酰輔酶 A 合成酶表達上調，表明在脂肪酸進入肝細胞後，活化爲脂酰 CoA 的環節也是加強的，以滿足能量的供應。

　　調節脂肪酸氧化功能類的基因 UCP2 是解偶聯蛋白家族的新成員，位于線粒體内膜上的陽離子載體蛋白。它可以引起質子的滲漏，使氧化磷酸化解偶聯， ATP 合成減少，能量以熱的形式散失。 UCP2 廣泛分布于人體各組織器官，主要參與能量代謝和脂代謝調節，但其廣泛分布和輕微解偶聯作用提示它的意義可能不僅限于此。目前 UCP2 與氧化損傷的關系以及在髒器疾病中的作用已引起人們的關注。從實驗結果中可以看出，脂質過氧化産物 MDA 在燒傷後的肝組織中含量增高，膿毒症組顯著高于單純燙傷組，增強的脂質過氧化反應損傷細胞膜，使細胞膜的流動性和通透性發生改變，最終導緻細胞結構和功能的改變。有研究表明， LPS 介導的 TNFa （ 腫瘤壞死因子 a ） 增高能引起遊離脂肪酸增高并直接造成肝損傷，遊離脂肪酸具有輕度的氧化磷酸化解耦聯作用，可使線粒體能量儲備降低，且具有上調肝細胞 UCP2 表達的作用， UCP2 可使線粒體氧化磷酸化解耦聯導緻線粒體合成 ATP 的效率降低，引起組織壞死和纖維化。 TNFa 、 UCP2 、遊離脂肪酸和脂質過氧化産物可使線粒體呼吸鏈的電子流傳遞障礙、呼吸鏈成分減少、線粒體活性氧形成增多及脂質過氧化反應增強， 形成惡性循環。

　　長鏈脂酰輔酶 A 合成酶的基因表達受 SREBP-1 的調節，從芯片檢測結果可以看出， SREBP-1 的表達也顯著增強。 SREBPs 是一類能與膽固醇調節元件 1 （ SRE-1 ）發生特異性結合的“ 堿性螺旋 - 環 - 螺旋 - 亮氨酸拉鏈 ”（ bHLH-ZZP ）蛋白。 SRE-1 通過調節 LDL-R 基因、 HMGCoA 合酶基因的翻譯，控制細胞對外源性膽固醇的攝取量和内源性膽固醇的合成速率，調節細胞内膽固醇含量。 SREBP 有三種類型： SREBP -1a 、 SREBP -1c 、  SREBP-2 ，均由 1100 個氨基酸組成。在肝髒和脂肪組織中，主要是 SREBP -1c 。 他們調節細胞内膽固醇代謝的過程是一緻的，功能上是協同的，在細胞内缺乏膽固醇的情況下， SREBPs 和 SRE-1 結合，激活 SRE-1 的基因，使其翻譯增強，發揮生理功能。在細胞内膽固醇含量的自我平衡中， SREBPs 起了重要作用。 SREBP 可激活膽固醇和脂肪酸合成途徑中的多種基因轉錄因子，啓動合成程序。在膽固醇合成途徑中， SREBP 的直接靶位包括 HMGCoA  合成酶、 HMGCoA 還原酶等。在脂肪酸合成途徑中，其靶位包括乙酰 CoA 羧基酶，脂肪酸合成酶。此外，還激活低密度脂蛋白受體，促使肝從血漿中攝取膽固醇和脂肪酸；激活葡萄糖 -3- 磷酸乙酰基轉移酶，啓動甘油三脂的合成。 有研究表明 SREBP-1 的過度表達可以誘導肝組織産脂量成倍上升 。因此， SREBP-1 基因在膿毒症感染狀态下表達升高，引起下遊基因表達增加，肝中甘油三酯含量增多。 SREBP-1 表達增高的誘因，可能主要是由于轉運進入肝細胞的膽固醇流量相對減少，因此 SREBP-1 基因水平上調，增加與 SRE-1 結合，調節胞内膽固醇含量，并調控長鏈脂酰輔酶 A 合成酶基因增強表達。

　　同時表達上調的還有膽固醇 7a 羟化酶 （ Cholestero-7 a hydroxylase ， Cyp7a1 ）， Cyp7a1 是催化膽固醇羟化爲 7α- 羟膽固醇反應的限速酶，這個反應是膽固醇轉爲膽酸的主要生物合成通路中最主要的途徑，在膽固醇的自穩态中起中心作用。 Cyp7a 基因屬于 P45O 家族，特異地表達于肝，膳食中的膽固醇促進其表達，膽酸抑制其表達。在膿毒症期表達增強，從膽固醇代謝的角度再次表明機體能量的需求和不足。

　　Apo AⅡ 是 HDL 中第二種含量多的載脂蛋白，由肝髒和小腸合成。 Apo AⅡ 的生理功能主要是維持 HDL 結構和激活肝脂酶。在創面膿毒症狀态下其基因表達水平的下調，将直接導緻血漿 HDL 含量的下降，使遊離膽固醇向肝髒的轉運減少，同時肝脂酶的活性下降，則導緻肝組織中内源性甘油三酯的沉積。

　　受 PPAR a 調控的、參與脂肪酸氧化的脂酰輔酶 A 氧化酶和羧酸酯酶 1 （ Carboxylesterase 1 ， CaE 1 ）在膿毒症組基因表達出現下調，脂酰 CoA 氧化酶分布于線粒體内， CaE 1 屬 B 類酯酶，主要分布在血漿、肝、肺、紅細胞和腦組織中，在肝髒中含量較豐富。二者的表達下調， 表明在膿毒症狀态下，線粒體内脂酰 CoA 的氧化酶系活性下降， β 氧化受到抑制。

　　近年的研究表明 PPAR a 作爲上遊基因在脂代謝調節中顯示出愈來愈多的重要作用。 它作爲活性調節子，調控脂代謝的關鍵酶進而控制脂代謝反應的作用強度、作用持續時間和作用方向。
 
　　PPARα信号通路在膿毒症期的能量代謝中具有重要的調控作用

　　PPARa 是核受體超家族的新成員，能被脂肪酸以及外源性過氧化物酶體增殖物 (peroxisome proliferators,PP) 激活，從而調控參與脂類代謝的某些酶的基因表達。 已經證明控制脂肪酸代謝的酶至少有七個是依賴PPAR α 的。堿棕榈酰轉移酶(Carnitine palmitoyltransferase 1, CPT1) 位于線粒體内膜外側，催化長鏈脂肪酸進入線粒體基質，是決定脂肪酸 β 氧化循環的主要因素。CPT1也是脂肪酸氧化的一個限速酶，其基因在轉錄水平上受到調控。脂肪酸的氧化是在線粒體基質進行的，但脂肪酸不能自由進入線粒體，需要載體将其轉運入線粒體内，L一肉堿是脂肪酸轉運入細胞線粒體的唯一載體。 CPT1有兩個同工酶：即L-CPT1 (存在于肝髒)和M-CPT1 (存在于肌肉和棕色脂肪組織)。生理情況下，脂肪酸能夠活化PPAR α，使其表達上調，激活CPT1的基因轉錄，調節脂肪酸進入線粒體及脂肪酸的β氧化。

　　燒傷膿毒症狀态下，從脂代謝上遊調節基因 PPAR α 的表達規律中可以發現，燙傷後24h内PPAR α 基因表達有一個升高的過程，這與燙傷後早期機體的代謝狀況改變是一緻的：燙傷早期即出現脂動員，血液中遊離脂肪酸含量增高，進入肝髒的遊離脂肪酸作爲猛然增多的配體激活PPAR α ，增高表達的PPAR α 再進一步調節其下遊基因L-CPT1等表達上調，以适應機體能量的需求； 此後由于PPAR α 基因表達的減少，L-CPT1基因受其調控出現同步變化，這直接影響了脂肪酸轉運進入線粒體的進行，表明肝細胞内線粒體攝取脂肪酸的能力相應下降，即肝髒能量底物的利用發生改變。

　　燙傷後在應激激素的作用下，全身脂肪組織進行脂動員，大量遊離脂肪酸入血，并經血液循環湧向肝髒，脂肪酸跨細胞膜轉運進入胞質的過程得到了相應的加強，脂肪酸在胞漿中活化爲CoA的過程也因相關酶的增強表達而得到順應機體能量需求的加強，而由于PPAR α 和L-CPT1的表達減少，堆積在肝細胞胞漿中的大量脂肪酸和其活化産物CoA，在線粒體的外膜外卻難以順暢地進入線粒體基質中進行 β 氧化實現最終的能量生成，導緻出現肝細胞脂肪變性，ATP生成減少，肝髒糖異生增多，并引發胰島素抵抗等一系列代謝狀況的改變。

　　PPAR的研究将促使脂代謝、脂質生理學的研究進入新的領域，同時也爲燒傷臨床治療和調節膿毒症伴有的高代謝反應和糖脂代謝紊亂提供了新的思路和靶點。目前，對PPAR α 進行藥物調節治療的研究在心血管内科方興未艾，使用的藥物主要爲以貝特類調脂藥作爲配體激活PPAR α 後，調配其下遊脂代謝相關基因轉錄活性。如果能給予一些外源性的PPAR α 激活劑則更有利于臨床。其通過調節PPAR α 及其下遊基因的表達，使機體脂動員所産生的能量底物物盡其用，減少肝髒的脂質沉積和功能損害，也保障了肝組織的能量需求。同時，由于脂肪的充分利用供能，糖代謝的紊亂将受到抑制。PPAR α 激動劑往往還具有提高胰島素受體敏感性的作用，這對改善燒傷後代謝紊亂，減輕胰島素抵抗，機體代謝底物和能量重新分配等，都将具有重大的臨床治療意義。