危重烧伤后脂代谢紊乱及调节

　　机体严重烧伤后，在蛋白质、糖类及脂肪代谢方面出现一系列复杂的变化。早期研究创伤及烧伤后发生代谢改变的是 Cuthbertson ，他在 40 多年前即将创伤后的代谢变化分为两个阶段，提出早期的反应为短时间的基础代谢下降，称为代谢低潮期（在伤后 1 ～ 2 天内出现），继之出现较长时间的期（从伤后第三天起可长达数周至数月），称为代谢旺盛阶段（或期）。目前对于代谢旺盛阶段的存在已经证实，主要是分解代谢增强，产热和氧耗增加，蛋白质过度分解以及肌肉、脂肪和水分减少，体重下降一系列变化。近年的研究表明：危重烧伤后出现的代谢变化，一方面是糖原异生过程加速；另一方面是出现细胞代谢的紊乱。由于细胞代谢发生紊乱，机体组织破坏极为严重。长时间的负氮平衡，能量和蛋白质、脂肪、糖类等物质的储备严重损耗，使机体处于急性营养不良状态，以致严重影响烧伤创面愈合及康复过程。

　　危重烧伤后的脂代谢紊乱主要发生在脓毒症阶段

　　近年来，人们在烧伤脓毒症的发病机理和防治方面进行了大量的研究，但时至今日，脓毒症和由脓毒症引发的多器官功能不全综合征（ MODS ）仍是危重烧伤患者死亡的主要原因。烧伤后脓毒症与以创伤及内科系统等疾病为原始病因的脓毒症相比，有病程迁延，超高代谢的特点。烧伤脓毒症患者常伴有持续、剧烈的机体高代谢反应和重要内脏器官的代谢紊乱，这是脓毒症诱发多种烧伤并发症甚至 MODS 发生发展的重要机理之一。 临床可观察到烧伤后 2 ～ 3 日开始进入代谢旺盛阶段，代谢方面变为过度产热和氧耗增加，同时有心动过速和发热。这种情况持续时间的长短与烧伤的严重程度有关。大面积 Ⅲ 度烧伤时，代谢可增加 50 ～ 100% 。代谢率随烧伤面积增加而直线上升，也随伤后时间而变化，大约在伤后 6 ～ 10 天达到高峰，随着创面愈合或感染消退而下降到基础水平。在代谢增加的同时，病人出现体重减轻，脂肪动员与蛋白质分解代谢增加，并由尿内排出非蛋白氮。目前认为过度产生的热量，有 80% 来自脂肪组织， 15 ～ 20% 来自蛋白质。
　　
　　在以往的代谢研究中，焦点多集中于蛋白质和糖类代谢紊乱上，随着研究和认识的深入，越来越多的学者开始重视危重烧伤后脂质代谢改变对机体所产生的重要影响。
 
　　业已证明，在脓毒症的超高代谢反应中，物质代谢紊乱和能量代谢紊乱同时存在。烧伤后出现全身组织的脂动员和机体三大营养底物氧化供能比率的调整，明确地表明脂质代谢在危重烧伤后的代谢反应中扮演重要的角色。

　　烧伤后脂类成为体内的主要燃料。 Kinney 提出，应激病人产生的热能 80 ～ 85% 来自脂类的氧化。正常状况下，脂解作用与再酯化在脂肪组织中保持着平衡。烧伤破坏了这种平衡。体内脂肪分解加速，波及皮下组织及体内它处的脂肪储备。严重烧伤脂肪丢失量每日可达 600g 以上。早期切痂也丢失大量可动用脂肪而使存脂减少。早在 1939 年 Christophe 就发现烧伤后病人有脂血症。近年， Harvengt 研究了大面积烧伤但未经治疗的家兔血脂的变化，发现烧伤 6h 以后血浆总脂含量（甘油三酯）急剧上升，达正常值的 7 ～ 8 倍，同时，血浆未酯化脂肪酸迅速上升，烧伤后第三日可达正常的 4 倍，其中大部分进入肝脏。病理检查可见到肝细胞内有明显的脂类聚积。这与死于烧伤的病人尸检时经常能见到脂肪肝是相符的。未酯化脂肪酸的增加表明脂肪代谢转换高于正常。

　　Carlsor 认为，肝内出现大量脂肪，可能是由于动员的脂肪酸在数量上超过了代谢的需要，而事实并非如此，以往的研究观察到能量的供应并不能满足烧伤后机体的需要，因为有大量的骨骼肌组织蛋白也在分解、氧化供能，并造成明显的消瘦。脂肪代谢的中枢器官——肝脏出现脂肪堆积，而体蛋白却大量消耗分解供能，这一现象提示， 危重烧伤后尤其是合并感染时，能量的底物利用和产生环节出现了障碍。

　　脂肪代谢受多种激素及交感神经活动的调节，儿茶酚胺、甲状腺素、胰高血糖素及皮质激素均可促进组织内甘油三酯分解为甘油及脂肪酸（脂解），胰岛素及前列腺素则可抑止脂解。以往的大量研究表明， LPS （脂肪酶）与上述多种激素的分泌具有明显的相关性联系， LPS 可以参与引发高代谢反应 。 给正常人注入大肠杆菌内毒素后，可出现高代谢的临床表现。目前认为， LPS 除具有直接致高代谢作用外，更主要的是 LPS 通过多种途径活化炎性细胞，产生一系列炎性介质，启动机体高代谢反应。
 
　　对创面脓毒症大鼠血脂和肝脂含量的动态检测发现，脂类作为机体储备的应激燃料，烧伤后早期即出现全身组织的脂肪动员，这表明在伤后 24h 机体已有明显的能量需求，并且，这种需求随感染的加重而显著增高。血浆甘油三酯先升后降，而游离脂肪酸水平大幅升高，表明为了适应提供能量的需要，脂解作用显著增强。脂解速率在脂肪组织中明显加速，结果导致游离脂肪酸动员至门静脉的选择性增加。游离脂肪酸是具有高度细胞毒性的两性分子，其中的不饱和脂肪酸还可通过加强脂质过氧化反应损伤细胞。血浆大量游离脂肪酸运往肝脏的同时，肝脏内的甘油三酯却出现堆积，肝组织内 ATP 的生成量也出现减少。这一现象只能有两种解释：运送至肝脏的游离脂肪酸过多，超过了能量需求或代谢负荷，或者就是脂肪酸的氧化供能某个或多个环节上出现了障碍。显然， ATP 生成的减少支持第二种可能。

　　多个脂代谢相关基因在转录水平上出现了显著变化

　　利用基因芯片方法进行基因差异性表达检测发现，在烧伤脓毒症状况下，多个脂代谢相关基因在转录水平上出现了显著变化。两组差异表达的基因显示，在创面脓毒症状态下表达上调的肝脏脂代谢相关基因有脂肪酸转运酶 CD36 、解偶联蛋白 2 (uncoupling protein 2, UCP2) 、长链 脂酰辅酶 A 合成酶（ Long chain acyl-CoA synthetase ）、 固醇调节元件结合蛋白 -1 （ sterol regulatory element binding protein-1,SREBP-1 ）、 胆固醇 7α- 羟化酶 （ Cholestero-7 a hydroxylase ， Cyp 7a 1 ）； 表达下调的脂代谢相关基因有脂酰辅酶 A 氧化酶（ Acyl-CoA oxidase ）、 羧酸酯酶 1 （ Carboxylesterase 1 ， CaE ） 、 过氧化物酶体增殖物激活受体 a (peroxisome proliferator activated receptor, PPAR a ) 、 载脂蛋白 A- Ⅱ（ Apolipoprotein A- Ⅱ）等。
 
　　在烧伤脓毒症状况下，多个脂代谢相关基因在转录水平上出现了显著变化。其具体表现如何？是怎样进行调控的？
 
　　CD36的主要功能之一是参与游离脂肪酸向细胞内的转运，同时也是血管壁上氧化低密度脂蛋白的清道夫。 CD36 表达水平受 PPAR 的调控， PPARγ 的转录激活增强清道夫受体 CD36 的表达，使细胞摄取 ox-LDL 增加。 CD36 的表达上调，表明脂代谢在脂肪酸进入肝脏后向细胞内转运的过程是增强的，这显然是正常的反应，符合机体对能量的需求；脂肪酸进入细胞后，首先在线粒体外或胞浆中被活化，形成脂酰 CoA ，然后进入线粒体进行氧化。 长链 脂酰辅酶 A 合成酶分布于线粒体外，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，将脂肪酸转变成脂酰 CoA 。创面脓毒症组的肝内长链脂酰辅酶 A 合成酶表达上调，表明在脂肪酸进入肝细胞后，活化为脂酰 CoA 的环节也是加强的，以满足能量的供应。

　　调节脂肪酸氧化功能类的基因 UCP2 是解偶联蛋白家族的新成员，位于线粒体内膜上的阳离子载体蛋白。它可以引起质子的渗漏，使氧化磷酸化解偶联， ATP 合成减少，能量以热的形式散失。 UCP2 广泛分布于人体各组织器官，主要参与能量代谢和脂代谢调节，但其广泛分布和轻微解偶联作用提示它的意义可能不仅限于此。目前 UCP2 与氧化损伤的关系以及在脏器疾病中的作用已引起人们的关注。从实验结果中可以看出，脂质过氧化产物 MDA 在烧伤后的肝组织中含量增高，脓毒症组显著高于单纯烫伤组，增强的脂质过氧化反应损伤细胞膜，使细胞膜的流动性和通透性发生改变，最终导致细胞结构和功能的改变。有研究表明， LPS 介导的 TNFa （ 肿瘤坏死因子 a ） 增高能引起游离脂肪酸增高并直接造成肝损伤，游离脂肪酸具有轻度的氧化磷酸化解耦联作用，可使线粒体能量储备降低，且具有上调肝细胞 UCP2 表达的作用， UCP2 可使线粒体氧化磷酸化解耦联导致线粒体合成 ATP 的效率降低，引起组织坏死和纤维化。 TNFa 、 UCP2 、游离脂肪酸和脂质过氧化产物可使线粒体呼吸链的电子流传递障碍、呼吸链成分减少、线粒体活性氧形成增多及脂质过氧化反应增强， 形成恶性循环。

　　长链脂酰辅酶 A 合成酶的基因表达受 SREBP-1 的调节，从芯片检测结果可以看出， SREBP-1 的表达也显著增强。 SREBPs 是一类能与胆固醇调节元件 1 （ SRE-1 ）发生特异性结合的“ 碱性螺旋 - 环 - 螺旋 - 亮氨酸拉链 ”（ bHLH-ZZP ）蛋白。 SRE-1 通过调节 LDL-R 基因、 HMGCoA 合酶基因的翻译，控制细胞对外源性胆固醇的摄取量和内源性胆固醇的合成速率，调节细胞内胆固醇含量。 SREBP 有三种类型： SREBP -1a 、 SREBP -1c 、  SREBP-2 ，均由 1100 个氨基酸组成。在肝脏和脂肪组织中，主要是 SREBP -1c 。 他们调节细胞内胆固醇代谢的过程是一致的，功能上是协同的，在细胞内缺乏胆固醇的情况下， SREBPs 和 SRE-1 结合，激活 SRE-1 的基因，使其翻译增强，发挥生理功能。在细胞内胆固醇含量的自我平衡中， SREBPs 起了重要作用。 SREBP 可激活胆固醇和脂肪酸合成途径中的多种基因转录因子，启动合成程序。在胆固醇合成途径中， SREBP 的直接靶位包括 HMGCoA  合成酶、 HMGCoA 还原酶等。在脂肪酸合成途径中，其靶位包括乙酰 CoA 羧基酶，脂肪酸合成酶。此外，还激活低密度脂蛋白受体，促使肝从血浆中摄取胆固醇和脂肪酸；激活葡萄糖 -3- 磷酸乙酰基转移酶，启动甘油三脂的合成。 有研究表明 SREBP-1 的过度表达可以诱导肝组织产脂量成倍上升 。因此， SREBP-1 基因在脓毒症感染状态下表达升高，引起下游基因表达增加，肝中甘油三酯含量增多。 SREBP-1 表达增高的诱因，可能主要是由于转运进入肝细胞的胆固醇流量相对减少，因此 SREBP-1 基因水平上调，增加与 SRE-1 结合，调节胞内胆固醇含量，并调控长链脂酰辅酶 A 合成酶基因增强表达。

　　同时表达上调的还有胆固醇 7a 羟化酶 （ Cholestero-7 a hydroxylase ， Cyp7a1 ）， Cyp7a1 是催化胆固醇羟化为 7α- 羟胆固醇反应的限速酶，这个反应是胆固醇转为胆酸的主要生物合成通路中最主要的途径，在胆固醇的自稳态中起中心作用。 Cyp7a 基因属于 P45O 家族，特异地表达于肝，膳食中的胆固醇促进其表达，胆酸抑制其表达。在脓毒症期表达增强，从胆固醇代谢的角度再次表明机体能量的需求和不足。

　　Apo AⅡ 是 HDL 中第二种含量多的载脂蛋白，由肝脏和小肠合成。 Apo AⅡ 的生理功能主要是维持 HDL 结构和激活肝脂酶。在创面脓毒症状态下其基因表达水平的下调，将直接导致血浆 HDL 含量的下降，使游离胆固醇向肝脏的转运减少，同时肝脂酶的活性下降，则导致肝组织中内源性甘油三酯的沉积。

　　受 PPAR a 调控的、参与脂肪酸氧化的脂酰辅酶 A 氧化酶和羧酸酯酶 1 （ Carboxylesterase 1 ， CaE 1 ）在脓毒症组基因表达出现下调，脂酰 CoA 氧化酶分布于线粒体内， CaE 1 属 B 类酯酶，主要分布在血浆、肝、肺、红细胞和脑组织中，在肝脏中含量较丰富。二者的表达下调， 表明在脓毒症状态下，线粒体内脂酰 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 作为上游基因在脂代谢调节中显示出愈来愈多的重要作用。 它作为活性调节子，调控脂代谢的关键酶进而控制脂代谢反应的作用强度、作用持续时间和作用方向。
 
　　PPARα信号通路在脓毒症期的能量代谢中具有重要的调控作用

　　PPARa 是核受体超家族的新成员，能被脂肪酸以及外源性过氧化物酶体增殖物 (peroxisome proliferators,PP) 激活，从而调控参与脂类代谢的某些酶的基因表达。 已经证明控制脂肪酸代谢的酶至少有七个是依赖PPAR α 的。碱棕榈酰转移酶(Carnitine palmitoyltransferase 1, CPT1) 位于线粒体内膜外侧，催化长链脂肪酸进入线粒体基质，是决定脂肪酸 β 氧化循环的主要因素。CPT1也是脂肪酸氧化的一个限速酶，其基因在转录水平上受到调控。脂肪酸的氧化是在线粒体基质进行的，但脂肪酸不能自由进入线粒体，需要载体将其转运入线粒体内，L一肉碱是脂肪酸转运入细胞线粒体的唯一载体。 CPT1有两个同工酶：即L-CPT1 (存在于肝脏)和M-CPT1 (存在于肌肉和棕色脂肪组织)。生理情况下，脂肪酸能够活化PPAR α，使其表达上调，激活CPT1的基因转录，调节脂肪酸进入线粒体及脂肪酸的β氧化。

　　烧伤脓毒症状态下，从脂代谢上游调节基因 PPAR α 的表达规律中可以发现，烫伤后24h内PPAR α 基因表达有一个升高的过程，这与烫伤后早期机体的代谢状况改变是一致的：烫伤早期即出现脂动员，血液中游离脂肪酸含量增高，进入肝脏的游离脂肪酸作为猛然增多的配体激活PPAR α ，增高表达的PPAR α 再进一步调节其下游基因L-CPT1等表达上调，以适应机体能量的需求； 此后由于PPAR α 基因表达的减少，L-CPT1基因受其调控出现同步变化，这直接影响了脂肪酸转运进入线粒体的进行，表明肝细胞内线粒体摄取脂肪酸的能力相应下降，即肝脏能量底物的利用发生改变。

　　烫伤后在应激激素的作用下，全身脂肪组织进行脂动员，大量游离脂肪酸入血，并经血液循环涌向肝脏，脂肪酸跨细胞膜转运进入胞质的过程得到了相应的加强，脂肪酸在胞浆中活化为CoA的过程也因相关酶的增强表达而得到顺应机体能量需求的加强，而由于PPAR α 和L-CPT1的表达减少，堆积在肝细胞胞浆中的大量脂肪酸和其活化产物CoA，在线粒体的外膜外却难以顺畅地进入线粒体基质中进行 β 氧化实现最终的能量生成，导致出现肝细胞脂肪变性，ATP生成减少，肝脏糖异生增多，并引发胰岛素抵抗等一系列代谢状况的改变。

　　PPAR的研究将促使脂代谢、脂质生理学的研究进入新的领域，同时也为烧伤临床治疗和调节脓毒症伴有的高代谢反应和糖脂代谢紊乱提供了新的思路和靶点。目前，对PPAR α 进行药物调节治疗的研究在心血管内科方兴未艾，使用的药物主要为以贝特类调脂药作为配体激活PPAR α 后，调配其下游脂代谢相关基因转录活性。如果能给予一些外源性的PPAR α 激活剂则更有利于临床。其通过调节PPAR α 及其下游基因的表达，使机体脂动员所产生的能量底物物尽其用，减少肝脏的脂质沉积和功能损害，也保障了肝组织的能量需求。同时，由于脂肪的充分利用供能，糖代谢的紊乱将受到抑制。PPAR α 激动剂往往还具有提高胰岛素受体敏感性的作用，这对改善烧伤后代谢紊乱，减轻胰岛素抵抗，机体代谢底物和能量重新分配等，都将具有重大的临床治疗意义。