脓毒症的最新定义为机体对感染的反应失调而导致危及生命的器官功能障碍。脓毒症病理生理机制复杂，是一种异质性高的综合征，过度炎症和免疫抑制交织存在。2021年11月，免疫学领域重要期刊Immunity刊发一篇综述，就脓毒症的免疫学研究进展予以详细论述。回顾当前关于脓毒症期间异常免疫反应的知识，从临床和病理生理学角度对脓毒症的深入理解，将有助于为脓毒症的基础和临床研究带来新的思路。
脓毒症被誉为当今时代一种典型的疾病，它是住院患者病残和死亡的主要原因。然而，脓毒症目前尚无有效治疗方法。脓毒症的含义经历了数千年演变，图1展示了从希波克拉底时代开始至今的一些演变。
全球每年有近5000万例脓毒症患者，其对所有年龄段的人群都有影响。虽然感染部位和致病菌因地理位置和年龄不同而有差异，但呼吸系统和胃肠道系统感染最为常见。2017年因脓毒症死亡的患者约为1100万，占全球所有死亡人数的近20%。当脓毒症患者需要进入重症监护室时，1/3的患者存活时间不超过30d，死亡率随年龄、共病状态和器官功能障碍类型而变化。脓毒症幸存患者再住院时间更长、死亡风险更高。近一半脓毒症幸存者在一年内至少再次住院一次，1/6脓毒症幸存者最终死亡。尽管进行30多年研究和200多项随机对照试验，我们仍没有一种单一治疗方法能够持续拯救脓毒症患者的生命。脓毒症的治疗在很大程度上仍是支持性的，如控制感染源、及时使用抗生素、复苏和器官功能障碍的支持性治疗。 免疫系统有一系列细胞膜和细胞内模式识别受体(PRRs)，通过其识别微生物表达的病原体相关分子模式(PAMPs)的能力来检测病原体。PRRs的主要分类包括Toll样受体(TLRs)、核苷酸结合寡聚域和富含亮氨酸重复序列的基因家族(NLRs)、维甲酸诱导基因I样受体(RLRs)、C型凝集素受体(CLRs)和DNA感应分子。初始免疫的诱导进一步通过炎性小体发生，炎性小体是一类细胞质多蛋白寡聚体，在激活和组装后促进一系列下游事件，包括caspase-1介导的促炎细胞因子IL-1β和IL-18的裂解。对病原体的平衡免疫反应通常是局部的，其特征是炎症、抗炎和修复反应，通过消除病原微生物并恢复稳态。在这种保护性免疫反应中，不同类型的细胞通过PAMPs和PRRs的相互作用被激活，触发细胞内信号转导通路，激活协调炎症反应的关键转录因子，如NF-κB和激活因子蛋白-1(AP-1)。对感染预期反应的可溶性成分包括促炎细胞因子、趋化因子、活化的中性粒细胞和血小板中释放的蛋白质、补体和凝血因子。血管内皮通过增加黏附分子的表达和扩大缝隙连接支持保护性免疫反应，使免疫细胞黏附并迁移到感染部位。此外，适应性免疫系统是通过树突状细胞和其他细胞向B淋巴细胞和T淋巴细胞呈递抗原而触发，产生病原体特异性抗体，并对此种病原体的感染产生记忆。在肠道中定植的数以万亿计的共生细菌，也在体内平衡和宿主抵御病原体入侵方面发挥重要作用。一个健康的微生物群通过直接和间接机制抵抗有害微生物的定植和入侵。微生物群直接竞争营养，维持上皮屏障功能，并产生抗菌肽。微生物群还可以调节宿主细胞产生抗菌蛋白。例如，胰岛源蛋白IIIγ的再生。该蛋白由Paneth细胞通过TLR介导的脂多糖(LPS）和鞭毛蛋白等共生微生物相关分子模式刺激上皮细胞和树突状细胞产生。短链脂肪酸(SCFAs)是微生物产生的主要代谢产物，其多效性包括其驱动单核细胞向巨噬细胞分化和抑制组蛋白去乙酰化酶-3的能力。通过这种抑制，丁酸介导巨噬细胞代谢，并进一步诱导抗菌肽的产生，以增强感染小鼠模型的抗菌活性。其他肠道细菌与肠道上皮细胞相互作用，以增强B淋巴细胞产生IgA并诱导Th17细胞分化。
肠道微生物群的破坏导致了疾病的发生。一项大型观察性研究提供了间接证据，表明肠道微生物群破坏容易导致脓毒症。肠道微生物群改变可增加肠道屏障的通透性并导致病原体向其他器官传播。肠道微生物群的破坏还会影响远端器官（如骨髓和肺），导致宿主防御感染的能力降低。通过在新生小鼠中建立大肠杆菌脓毒症模型，Deshmukh等证明微生物群可调节中性粒细胞稳态。革兰氏阴性细菌的表面表达LPS，通过TLR4诱导的信号级联激活先天淋巴样细胞产生IL-17A，从而引发血浆粒细胞集落的增加。这随后可能会刺激中性粒细胞从骨髓招募到血液中，以对抗大肠杆菌等入侵病原体。肠源性SCFAs可以影响肺部免疫环境。肠道微生物群被抗生素破坏的小鼠发生肺部链球菌感染时，细菌传播、炎症和死亡率增加。此外，肠道微生物被破坏小鼠的肺泡巨噬细胞代谢途径上调，细胞反应改变，导致吞噬肺炎链球菌的能力下降，从而导致较不明显的免疫调节反应。在严重感染的患者中，生物失调与不良预后相关。脓毒症患者肠道菌群的特点是多样性减少，厚壁菌门和拟杆菌门相对丰度降低，共生菌如粪杆菌、劳特氏菌和瘤胃球菌等数量减少，条件致病菌如大肠杆菌、肠球菌、拟杆菌、葡萄球菌等过度生长。这些改变的肠道菌群对免疫途径和宿主防御病原体入侵的影响尚不清楚。
脓毒症被认为是一种不平衡的免疫反应，病原体逃避宿主的防御机制，继续繁殖，持续地刺激和损伤宿主细胞，最终导致稳态无法恢复。在这种不平衡的反应中，许多最初被激活以提供保护的免疫机制已经变得有害，并与过度炎症和免疫抑制有关。一旦进入医院，脓毒症患者的宿主反应显示同时出现炎症和免疫抑制的迹象，部分涉及不同的细胞类型和器官系统 (图2)。危重症脓毒症患者并发高炎症状态和免疫抑制以及持续的纵向免疫系统改变的机制尚不清楚。在脓毒症中，持续的免疫刺激不仅由入侵的病原体引起，而且是由损伤相关分子模式(DAMPs)的释放引起。DAMPs激活PRRs，PRRs通常也感知PAMPs，引发免疫系统持续激活和功能障碍的恶性循环。在主要治疗措施后仍依赖重症监护的患者经常发展为慢性危重疾病，称为持续性炎症、免疫抑制和分解代谢综合征或PICS，涉及多种不同的细胞类型、器官系统和病理生理机制，伴有长时间的过度炎症，以肌肉萎缩和恶病质为主要特征的免疫抑制、骨髓生成失调和分解代谢。
脓毒症3.0定义提出机体对感染反应失调与同时发生的不平衡过度炎症和免疫抑制有关。在与脓毒症相关的过度炎症有关的多种细胞类型和介质网络中，白细胞(中性粒细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞)、内皮细胞、细胞因子、补体产物和凝血系统激活是其突出特征(图3)。早期临床前研究引入了“细胞因子风暴”这一术语，以表明在活体动物静脉注射活菌或其胞壁成分时，全身促炎细胞因子的强烈释放。这些动物模型表明，消除促炎细胞因子（如TNF、IL-1β、IL-12和IL-18）可提供强大的保护，防止器官损伤和死亡。
图3 脓毒症的免疫抑制机制及免疫调节干预
中性粒细胞可通过释放蛋白酶和活性氧促进脓毒症的过度炎症。中性粒细胞可以释放中性粒细胞细胞外捕网(NETs)，NETs由染色质纤维网络组成，其中含有抗菌肽和蛋白酶，包括髓过氧化物酶、弹性蛋白酶和组织蛋白酶G。NETs通过诱捕并随后杀死细菌，有助于抗菌防御机制，而DNase抑制NETs的形成并增加血液中的细菌负担，降低脓毒症动物的存活率。然而，就像初始免疫的许多成分一样，NETs在感染中扮演着双刃剑的角色。在脓毒症过程中，过多的NETosis可能通过多种机制产生有害影响，包括诱导血管内血栓形成和多器官衰竭。组蛋白在NETs中含量丰富，在脓毒症时NETs可黏附并激活内皮，导致血管损伤，并以组蛋白依赖性的方式发生。NETs和组蛋白可直接损伤内皮细胞和上皮细胞。巨噬细胞也能产生细胞外捕网，但其在脓毒症中的潜在作用尚未得到详细研究。凝血系统和补体系统之间存在着密切联系，可被看作是源自共同祖先路径的两个进化级联。补体激活导致C3a和C5a释放，它们具有强大的促炎活性，包括白细胞、内皮细胞和血小板的募集和激活。虽然补体激活是初始保护性免疫的重要组成部分，但其不受调控的激活会损伤组织并导致器官衰竭。凝血系统的激活可被认为是对入侵病原体的初始免疫反应的一部分，术语免疫血栓形成被引入来支持这一概念。同样，凝血系统可触发重要的先天防御机制，而在几个感染模型中，抑制凝血已被证明会削弱抗菌防御能力。在脓毒症中，凝血系统的激活失衡，这导致微血管系统中有血栓形成的倾向。脓毒症相关凝血病最严重的表现是弥散性血管内凝血(DIC）。除血栓形成外，还可能与凝血因子、抗凝蛋白和血小板的消耗导致的出血有关。组织因子是凝血的主要发起者，通过与凝血因子FVIIa形成复合物，通过激活FX和FIX刺激凝血。组织因子由血管周围细胞表达，如成纤维细胞、周细胞和上皮细胞，这对止血和血管完整性十分重要。通过微生物制剂和多种炎症介质，包括细胞因子和补体因子，在内皮细胞、单核细胞和巨噬细胞上可诱导组织因子。在病理条件下，来自多种细胞的微泡中存在大量的生物活性组织因子，这些因子可以与其他细胞结合，如活化的血小板、中性粒细胞和内皮细胞，从而放大凝血作用。早期研究已经证明组织因子-FVII7a在脓毒症相关模型中的关键作用：在人类和非人灵长类动物中，抑制该通路可显著降低LPS或细菌输注后的凝血激活。脓毒症的凝血前状态因伴随着三种主要抗凝血途径活性受损而恶化，即抗凝血酶、组织因子途径抑制剂(TFPI)和蛋白C系统。因此，炎症驱动的糖萼(一种覆盖在内皮细胞上的糖蛋白多糖层，对维持其生理抗凝性能至关重要)破坏起着关键作用。同时，血栓调节蛋白表达降低，其与凝血酶形成复合物后催化天然抗凝活性蛋白C的产生。血小板进一步促进凝血和炎症，直接通过细胞间接触(如与白细胞形成复合物)，间接通过释放蛋白酶和其他介质。血小板增加了炎症部位的内皮细胞黏附和白细胞外渗，并增强中性粒细胞的活化。血小板和血小板衍生的微粒表达磷脂(包括磷脂酰丝氨酸)，增加组织因子FVa和FXa的活性，从而促进凝血。凝血和初始免疫之间存在双峰相互作用。中性粒细胞弹性蛋白酶、组织蛋白酶G以及核小体，通过增强组织因子和FXII依赖性凝血和凝血抑制剂TFPI的局部蛋白水解机制，在体内刺激凝血和血管内血栓生长。血小板在脓毒症中部分通过涉及中性粒细胞的机制促进炎症和血栓形成。活化的血小板可将白细胞吸引到感染部位，与中性粒细胞形成复合物，降低释放NETs的门槛，增强杀死病原体的能力。NETs反过来促进血小板黏附、活化和聚集。在脓毒症血小板聚集的小鼠模型中，凝血酶激活和纤维蛋白凝块形成发生在体内NETs中，这对脓毒症诱导的血管内凝血的发展至关重要。NETs诱导的血管内凝血依赖于NETs、血小板中的组蛋白H4与无机聚磷酸盐释放之间的协同作用。NETs形成的程度可预测脓毒症患者DIC发展和死亡率，进一步指出NETs在脓毒症相关凝血病变中的作用。组织因子和凝血因子FVIIa、FXa、凝血酶和纤维蛋白可通过激活G蛋白偶联蛋白酶激活受体家族成员来诱导促炎信号。补体因子可激活凝血蛋白酶，反之亦然。例如，FIXa、FXa、FXIa和凝血酶可分别将C3和C5转化为C3a和C5a，而C5a和膜攻击复合物(C5b-9)可刺激内皮细胞上的组织因子表达。C5a可通过干扰内皮糖萼功能进一步促进凝血。近年研究表明，炎症小体和Gasdermin D (GSDMD)参与炎症和凝血的相互作用。炎症小体的触发导致炎症半胱天冬酶的激活。其中，caspase-1可被细菌产物鞭毛蛋白和III型分泌系统(T3SS)蛋白激活，而caspase-11可被胞浆LPS触发。caspase-1和caspase-11都能裂解GSDMD，使其在质膜上形成孔洞，从而促进IL-1β、IL-18的释放和焦亡。最近的研究表明，GSDMD介导的单核细胞和巨噬细胞焦亡，由caspase-1或caspase-11介导，通过允许焦亡细胞释放含有微囊泡的组织因子，激活凝血系统。在Casp1-/-和GSDMD-/-小鼠中，静脉注射大肠杆菌T3SS内杆状蛋白EprJ可消除组织因子介导的DIC；同样，感染大肠杆菌或其他菌株(伯克霍氏杆菌和沙门氏菌)的杆状蛋白，会在野生型小鼠中引发严重的凝血激活，而GSDMD-/-小鼠则不发生。焦亡对LPS诱导的凝血激活至关重要，这在LPS激发的poly I:C激发的野生型小鼠中被证明是系统性凝血障碍，但在Casp11-/-或GSDMD-/-小鼠中并不如此。在大肠杆菌感染或CLP诱导的脓毒症中也出现了类似结果。GSDMD通过诱导钙释放以及随后白细胞上的磷脂酰丝氨酸的暴露来增强组织因子活性。值得注意的是，GSDMD介导的磷脂酰丝氨酸暴露增加足以释放组织因子，而不需要焦亡。除caspase-1和caspase-11外，其他caspase也可以通过GSDMD裂解促进凝血激活。跨膜蛋白173 (TMEM173)是一种内质蛋白，可作为炎症放大器。髓系细胞TMEM173 (STING)被证明在CLP、大肠杆菌或肺炎链球菌诱导的实验性脓毒症中通过GSDMD激活驱动组织因子释放和凝血。参与TMEM173介导GSDMD裂解的caspase依赖激发病原体:大肠杆菌的caspase-11和肺炎链球菌的caspase-8。脓毒症中凝血激活的另一种机制可能是HMGB1介导的。这种核蛋白一旦释放到细胞外环境中，就可以作为一种DAMPs。抑制HMGB1在临床前脓毒症模型中发挥保护作用。外源性HMGB1可与LPS形成分子复合物，通过晚期糖基化终产物受体(RAGE)转运至巨噬细胞和内皮细胞的溶酶体，导致HMGB介导的溶酶体膜失稳，随后LPS释放到胞质中，激活caspase 11依赖性焦亡和NLRP3炎症小体激活和致命凝血激活。HMGB1介导的GSDMD激活和孔形成是通过磷脂酰丝氨酸暴露而不是通过GSDMD介导的焦亡激活组织因子所必需的。总之，这些数据将caspase介导的GSDMD裂解导致组织因子释放，置于DIC的中心阶段，并揭示炎症小体激活是炎症和凝血之间的重要联系。 脓毒症患者的免疫抑制涉及不同的细胞类型和特征，与免疫细胞凋亡增强、T细胞衰竭、通过表观遗传改变细胞重编程、活化细胞表面分子表达减少有关。免疫抑制改变与脓毒症患者对继发感染的易感性增加有关，继发感染通常是由条件致病菌和病毒再活化引起的。凋亡尤其发生在CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞、NK细胞和树突状细胞中，并且死亡受体和线粒体介导的通路都参与其中。脓毒症相关的B细胞衰竭与细胞凋亡增强或辅助T细胞支持不足有关，其对记忆B细胞亚群的影响最大，剩余的B淋巴细胞表型衰竭，其特征是主要组织相容性复合体II类(MHC II类)的表达减少，抗炎细胞因子IL-10的产生增加。在几个临床前脓毒症模型中，抑制或预防凋亡的干预措施提供了保护。自噬受损在免疫抑制中也发挥重要作用。例如，通过细胞特异性缺失Atg5或Atg7而降低淋巴细胞自噬能力的小鼠，在腹部脓毒症时伴随免疫功能紊乱，死亡率增加。T细胞Atg5的缺乏导致脓毒症时其释放IL-10的增加。 来自脓毒症患者的血液、脾脏和肺部的T细胞产生细胞因子的能力降低。CD8+T细胞显示细胞增殖减弱，细胞毒功能受损，IL-2和IFN-γ产生减弱。脓毒症患者的抗炎环境，进一步由增加的调节性T (Treg)细胞和髓源性抑制细胞(MDSCs)导致，这些细胞主要是不成熟的髓系细胞，能够抑制效应免疫细胞特别是T细胞。MDSCs可通过多种机制阻碍免疫功能，包括剥夺精氨酸(对T细胞功能至关重要)，刺激Treg细胞增加，抑制巨噬细胞和树突状细胞功能。MDSCs扩增与脓毒症危重患者继发感染风险增加相关。中性粒细胞在脓毒症中表现出几种免疫功能受损的特征。与未感染的危重患者相比，脓毒症患者中性粒细胞中的激酶活性受损，进一步表明中性粒细胞具有免疫抑制表型。最近的研究表明，调控免疫检查点在脓毒症诱导的免疫抑制中的重要作用。免疫检查点蛋白是一种膜结合蛋白，作为第二信号指导对特定抗原的免疫反应(抑制或刺激)。程序性细胞死亡-1 (PD-1)是脓毒症领域广泛研究的免疫检查点蛋白。T细胞上PD-1的触发导致免疫抑制分子的释放，最终可能导致细胞凋亡。在脓毒症患者中，外周血T细胞PD-1表达增强与T细胞增殖能力减弱、医院感染发生率增加和死亡率增加相关。此外，脓毒症患者血液单核细胞和粒细胞PD-1表达增强。一项尸检研究报告PD-1在T细胞上表达增加，PD-L1和PD-L2在树突状细胞上表达增加。在脓毒症患者中，T细胞PD-1和抗原呈递细胞PD-L1的表达与淋巴细胞减少、T细胞凋亡和死亡率相关。在体外使用抗PD-1抗体治疗脓毒症患者的CD8+T细胞后，细胞凋亡减少，IFN-γ产生增强。此外，中性粒细胞和单核细胞PD-L1表达的增加与这些细胞的吞噬能力受损相关，抗PD -1抗体的体外应用可以提高脓毒症患者的血白细胞的吞噬能力。阻断或敲除PD-1基因可提高脓毒症小鼠的存活率，从而提出PD-1和/或PD-L1途径抑制剂可能逆转脓毒症诱导的免疫抑制的假设，并在脓毒症患者中进行了多个使用抗PD-L1抗体的I期和II期临床试验。结果表明，抗PD – L1治疗的耐受性良好，并可诱导绝对淋巴细胞计数和人单核细胞白细胞抗原– DR亚型(HLA-DR)表达的增加。虽然大量文献暗示其他免疫检查点蛋白在免疫抑制中可能的作用，但直接揭示其在脓毒症中的作用的研究很少。细胞毒性T淋巴细胞抗原-4(CTLA-4)一种表达于T细胞上负性免疫检查点蛋白，与B细胞活化抗原B7-1 (CD80)和B7-2 (CD86)结合。腹腔注射诱导脓毒症小鼠模型后，CD4+T细胞、CD8+T细胞和Treg细胞的CTLA-4表达增加，而抗CTLA-4抗体治疗可减少脓毒症诱导的脾脏凋亡，提高存活。抗CTLA -4治疗还降低了细菌引起的脓毒症小鼠的死亡率，同时增加了脾细胞产生IFN-γ的量。
免疫抑制的一个关键特征是单核细胞和巨噬细胞的重编程，在细菌激动剂的体外刺激下其产生促炎细胞因子的能力受损(也称为脂多糖耐受性)，而且MHC II类表达减少。脓毒症患者的外周血白细胞减少，释放促炎细胞因子如TNF、IL-1α、IL-6和IL-12能力减弱，释放抗炎介质如IL-1受体拮抗剂和IL-10没有或增强。交叉耐受性是指发现一种细菌激动剂的刺激会导致多种其他激动剂产生促炎细胞因子的能力降低。例如，体内注射LPS的人体血液白细胞在TLR2、TLR4、TLR5和TLR7配体和整个细菌的作用下，显示出体内细胞因子的产生减少。DAMPs还诱导与LPS的交叉耐受性，表明在脓毒症中诱导单个核细胞重编程的多种机制。值得注意的是，来自小鼠的研究表明，一些细胞类型没有表现出这种耐表型，甚至成为启动细胞，包括肺泡巨噬细胞、肝脏kuppfer细胞、小胶质细胞、肠道上皮细胞和皮肤中的淋巴细胞。脓毒症的一个特征是外周血单核细胞HLA-DR表达减少，这是一种公认的脓毒症诱导免疫抑制的替代标记，其与较高的院内感染发生率和死亡率相关。
通过组蛋白修饰和DNA甲基化对基因表达的表观遗传调控，有助于脓毒症中免疫细胞的重编程。基因转录是由染色质上的基因位点组织调节到转录活跃或沉默状态。组蛋白在染色质结构中塑造DNA，因此特定的组蛋白修饰可缠绕或解开染色质，使其分别无法(异染色质)或可(常染色质)进行转录。赖氨酸的组蛋白乙酰化通常支持转录，而甲基化可支持活跃的常染色质或沉默的异染色质形成，这取决于甲基化的赖氨酸。在不同的组蛋白修饰中，组蛋白3赖氨酸-4 (H3K4)和组蛋白3赖氨酸-27 (H3K27)的甲基化分别与转录的激活和抑制高度相关。脂多糖耐受巨噬细胞在编码IL-1β和TNF基因的启动子区域显示出更多的抑瘤性组蛋白修饰H3K9me2。在脓毒症患者的脂多糖耐受外周血单核细胞中也获得了类似的结果。LPS影响基因转录的表观遗传调控的分子机制包括通过NF-κB激活增加组蛋白去甲基酶KDM6B (JMJD3)的表达和在TNF和IL–1β启动子上积累组蛋白去乙酰化酶sirtuin-1。来自脓毒症患者的外周血单个核细胞和树突状细胞的单细胞转录组学揭示了一种独特的CD14+单核细胞群的扩增，称为MS1，它(相对于其他CD14+单核细胞)表现出免疫抑制表型，即通过LPS体外刺激降低了MHC II类表达，并降低了激活NF-κB和产生TNF的能力。这项研究表明，单细胞分析可能有助于深入了解脓毒症中不同的细胞表型(促炎症与免疫抑制)。
感染引起的表观遗传变化是持久的。从腹腔脓毒症中恢复的小鼠表现出树突状细胞来源的IL-12持续降低，持续至少6周，这是由组蛋白修饰影响IL-12p35和IL-12p40基因的转录引起的。此外，小鼠肺炎引起长期的表观遗传变化，使巨噬细胞耐受，并降低其吞噬抗原非特异性、无关细菌的能力。最近的小鼠研究表明，脓毒症诱导骨髓细胞的表观遗传改变。从腹腔脓毒症中恢复的小鼠，骨髓来源的巨噬细胞显示混合谱系白血病1 (Mll1)的表达下降，损害炎症基因启动子上NF-κ B结合位点的H3K4me3(激活标记)。骨髓移植实验表明，脓毒症后骨髓祖干细胞中启动的表观遗传修饰会导致外周血巨噬细胞功能的长期损害。这些结果表明，免疫抑制的变化在随后几代白细胞中持续存在，这可能与长期病残率和死亡率的预后相关。
中枢神经系统也参与了免疫反应的调节。中枢神经系统可通过神经免疫炎症反射改变周围免疫功能，包括周围组织通过传入迷走神经向中枢神经系统的感觉输入和刺激传出迷走神经导致乙酰胆碱介导的TNF产生抑制。紊乱的神经–免疫相互作用在脓毒症诱导的免疫抑制中的作用仍有待进一步的研究确定。
脓毒症3.0定义将脓毒症(与感染相关的器官功能障碍)与感染本身区分开来，但它没有考虑到该综合征的异质性和潜在的病理生理学。这种异质性被认为是脓毒症患者免疫调节试验失败的主要因素。有学者提出，将具有共同特征的脓毒症患者分组分层，可以提高针对特定病理生理机制的治疗效果，尤其当患者的分类基于宿主反应的特征。精准治疗，即考虑到患者个体特征的诊断和治疗策略，在脓毒症领域还处于起步阶段。人们普遍认为，为成功在脓毒症中实施精准用药，同时应用预后和预测富集是有必要的。在这里，我们使用术语内型(endotype)表示由不同的病理生理机制定义的生物亚型，术语亚型(subphenotype)表示具有一组不一定由共同的病理生理机制关联的特征的群体。由于内型和亚型来源于不同的患者特征，它们不容易相互联系。近年来，已尝试使用临床和/或宿主反应数据和无偏计算分析工具(如机器学习、潜在类别分析和K均值聚类)，将成人脓毒症患者细分为不同的组。这些努力包括预后和预测富集策略，并由Hector Wong等在儿科脓毒症中开创。在成人脓毒症患者中，一些研究人员利用现成的临床和常规实验室数据确定了具有不同疾病结局和生物学机制的脓毒症亚组。一项研究根据重复温度测量的轨迹建模确定了四种亚型，确定了四个温度轨迹组:高热、慢速分解者(14.9%)、高热、快速分解者(23.2%)、常温(32.8%)和低温(29.1%)，其年龄、合病症数量和死亡率(在低温受试者中最高)以及炎症标志物水平(在高热、慢速分解者中更高)不同。另一项研究发现，在器官功能障碍类型(呼吸、神经、多器官)和死亡率方面，四种亚型具有不同的特征，与静脉输液反应相关(多器官功能障碍和最高死亡率对应的特征更好)。也确定了四种临床亚型:α亚型(患病率33%，较少的器官功能障碍和2%的死亡率)，β亚型(患病率27%，有更多的慢性疾病和肾功能不全，死亡率为5%)，γ亚型(患病率为27%，有更多的炎症和更高的体温，死亡率为15%)和δ亚型(患病率为13%，乳酸水平更高、低血压更高，死亡率为32%)。虽然许多早期研究评估了个体宿主反应生物标志物对脓毒症患者的预后价值，但在基于宿主反应测量的脓毒症试验中，富集策略的使用迄今仍受到限制。在这方面，MONARCHS试验代表了一个早期例子。该试验测试了抗TNF抗体对脓毒症患者的影响，其中进行疗效分析的优先人群是快速阳性检测结果所定义的高基线IL-6水平的患者。通过这种策略，研究人员试图增加患有更严重全身炎症患者的数量，预计抗TNF将在这一亚组中发挥最大作用。SCARLET试验评估了可溶性血栓调节蛋白对脓毒症相关凝血功能障碍患者的影响，使用血小板计数和国际标准化比值来确定更可能受益于这种抗凝治疗的患者的人群。对检验重组IL-1受体拮抗剂治疗脓毒症疗效的临床试验数据的回顾性分析表明，虽然这种治疗方法不能在总体人群中带来好处，但它确实降低了高基线(内源性)IL-1受体拮抗剂浓度识别的亚组死亡率或肝胆功能障碍和DIC。随后的研究表明，血浆高铁蛋白浓度可识别脓毒症患者的巨噬细胞激活样综合征，高铁蛋白血症现在被评估为高炎症的生物标志物，可能为研究抗炎策略的临床试验中的患者选择提供信息。其他研究使用组学技术来深入了解宿主反应并识别患者亚型。作为结合蛋白质组学–代谢组学数据进行预后富集分析的一个例子，研究发现脂肪酸转运和β–氧化、糖异生和柠檬酸循环的相对损害与较高的脓毒症相关死亡风险相关；代谢组变化与蛋白质组变化相关，7个代谢组可以预测死亡率。迄今为止发表的大多数研究都是使用血液白细胞转录组数据根据脓毒症患者的免疫反应进行分层。在包括98例脓毒性休克儿童的前瞻性队列研究中，Hector Wong等使用无监督分级聚类方法确定了三种内型，分别命名为亚类A、B和C。亚类A表现为适应性免疫和糖皮质激素受体信号通路相关基因表达减少，病情加重，死亡率较高。由治疗医师自行决定的皮质类固醇治疗与A类儿童的死亡率独立相关，提示这种分类方法可能为治疗决策提供信息。这项在儿科脓毒症方面的开拓性基因组学工作，已被用于基于蛋白质生物标志物生成死亡风险的分类和回归树模型，也适用于成人。几个研究小组根据成年脓毒症患者全血白细胞基因表达谱独立描述了脓毒症的内型。在265例社区获得性肺炎(CAP)引起的脓毒症患者的前瞻性队列中，已经确定了两种不同的脓毒症应答特征(SRS)，分别名为SRS1和SRS2，并在CAP或腹膜炎患者的独立队列中进行了验证。SRS1与较高的死亡率相关，其基因表达谱表明免疫抑制表型，伴有LPS耐受、HLA-II下调和T细胞衰竭。其他研究人员根据来自不同感染源的脓毒症患者的血液白细胞全基因组RNA表达数据，确定了四种脓毒症内型，命名为MARS1至MARS4。MARS内型在两个独立队列中得到了验证，包括用于衍生SRS1和SRS2的患者组，并与不同的宿主反应谱和临床结果相关。MARS1始终与较差的结果相关，其免疫特征表明初始免疫和适应性免疫迟钝。MARS3具有相对较低的死亡风险，其RNA表达模式与适应性免疫上调和T细胞功能增加一致。对比分析表明，MARS3和先前描述的SRS2内型之间有相当多的重叠。在另一项分析中，利用来自一组小型研究的全血全基因组RNA表达数据已经确定了三个亚组，分别为炎症(以初始免疫激活和较高死亡率为特征)、适应性(适应性免疫激活，低死亡率)和凝血功能障碍(血小板脱颗粒和凝血功能障碍，更高的死亡率和年龄)。上述数据表明，外周血白细胞基因组数据可用于将脓毒症患者划分为具有不同免疫特征和临床结果的不同群体，并可能对某些脓毒症治疗有不同的反应。然而，还有很多工作要做。虽然不同研究小组所描述的亚型和内型之间的相似性令人鼓舞，但明显的差异仍然存在。 尽管近几十年来我们对脓毒症免疫学的理解有所提高，但尚未转化为有效的治疗方法。越来越多的研究者寻求通过高维数据分析来揭示脓毒症的复杂性，这得益于组学免疫分析技术的进步，允许同时分析多个分子层，如RNA、蛋白质、脂质和代谢物。这不仅有助于更好地了解系统性免疫，也是获得脓毒症中局部组织特异性反应的关键。未来，脓毒症患者的治疗选择将可能基于患者的免疫学特征，并结合临床表型。在脓毒症的下一版定义（脓毒症4.0）中，脓毒症和脓毒性休克可能不再被定义为一种综合征，而是作为一组可识别的疾病，每一种疾病都以特定的细胞改变和相关的生物标志物为特征。其中的挑战是，我们不仅要区分脓毒症的病理生理，还需对患者深入观察研究，并与实验室机制研究相结合。机器学习是人工智能(AI)的一个分支，它使用数据和算法来模拟人类学习，可以帮助处理大量数据，发现有意义的信息模式，从而帮助诊断、预测和治疗脓毒症。
鉴于大部分脓毒症幸存者的健康状况受损，如认知障碍、脑功能障碍、心血管事件等，以及出院后几周到几个月的再入院率增加，有必要更加重视此类患者的远期结局，其晚期并发症导致患者生活质量降低，往往无法恢复到患病前到的状态。这些脓毒症后遗症的潜在分子机制仍不清楚。
总之，在脓毒症一词首次使用近三个世纪后，在脓毒症首次临床定义的30多年后，脓毒症仍然是一种定义不明确的综合征，不能通过特定的治疗方法治疗。在脓毒症患者中实施精准治疗，其中的免疫治疗应由宿主反应生物标志物引导，以反映可靶向的病理生理变化。这将是未来几年的主要挑战。
原始文献：van der Poll T, Shankar-Hari M, Wiersinga WJ. The immunology of sepsis. Immunity. 2021;54(11):2450-2464. doi:10.1016/j.immuni.2021.10.012
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