脓毒症(sepsis)往往伴发脑功能障碍，并与预后密切相关。中枢神经系统功能紊乱的机制十分复杂，可能与小胶质细胞激活、脑灌注改变、血脑屏障破坏、神经递质紊乱等有关^[1]，有研究还发现脓毒症脑功能障碍患者的海马及脑白质容积减小^[2]。而中枢神经系统与心血管、内分泌、消化道免疫等全身各系统之间存在紧密联系，在受到刺激时可通过下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary- adrenal，HPA)轴、自主神经系统对外周免疫炎症反应进行调控，作为机体应对脓毒症打击时的“动员者”和“协调者”，发挥重要作用。因此，如何深入认识中枢神经系统在脓毒症发病机制中的重要作用并寻找可能的治疗策略是脓毒症研究领域又一个新的挑战。

1 脓毒症相关性脑病

已明确，大概有50%的脓毒症患者可出现意识水平改变，表现为嗜睡、谵妄甚至昏迷，还可能出现抽搐或者局灶体征，这即是脓毒症相关性脑病(sepsis-associated encephalopathy, SAE)。SAE的发生机制包括脑循环缺血、缺血-再灌注以及中枢神经炎症损伤。内皮细胞活化、血脑屏障损伤、神经毒性因子分泌及微循环障碍贯穿其中。通过对SAE患者的尸检结果发现，颅内存在血管内皮细胞及脑实质细胞损伤。影像学检查也发现一些SAE患者的皮质下白质损害及血管性水肿^[3]。而且，伴有认知功能障碍的脓毒症患者远期死亡率升高^[4]，高达平均水平的2倍，严重影响患者的康复水平和生存质量^[5]。

目前并没有统一的关于SAE的衡量标准，也没有明确的生物标记物，因此如何准确地定义和评估脓毒症相关性脑功能障碍是一个难题。有的严重患者可出现脑电图异常，非特异性标记物神经元烯醇化酶、S-100β蛋白水平升高^[6]。然而，值得指出的是，脑组织微环境改变和损伤是脑功能障碍的基础，脑组织的炎症及免疫反应是其共同发病机制。已证实，肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)-α、白细胞介素(interleukin, IL)-6及IL-1β是其中重要的炎症因子，Toll样受体(Toll like receptor, TLR)2、TLR4参与其信号转导过程。进一步分析发现，中枢神经系统的炎症免疫反应可大致分为两个阶段，第一阶段是急性期，在脓毒症发生后一周内，主要是中性粒细胞、单核细胞等外周炎症细胞浸润到脑实质组织，产生炎症损伤；第二阶段是2~4周，淋巴细胞可能进入脑组织，引起慢性的免疫反应。总之，中枢神经细胞在炎症免疫反应的诱导下出现功能改变、退化、凋亡，最终导致脑功能障碍。

2 中枢神经系统并非免疫监控的“禁地”

既往认为，中枢神经系统由于血脑屏障的存在、且缺乏具有内皮细胞的经典淋巴引流通路，对全身炎症免疫反应而言，处于一个相对“隔离”的状态，不受全身免疫系统的监控。但是，近年来资料提示，脑膜室腔隙中存在免疫细胞活动，正常人的脑实质以及脑血管附近存在T淋巴细胞，中枢神经系统及颈深部神经结节中总共有约150 000个T淋巴细胞，免疫监测可能是常态^[7-8]；而且，在血脑屏障损伤时，外周的炎症免疫细胞有可能进入脑内。但是，关于免疫细胞是如何进出脑膜腔隙一直存在疑问。直到2015年，有学者发现硬脑膜静脉窦周围存在功能性淋巴管内皮细胞^[9]。通过应用淋巴管内皮细胞透明质酸受体(lymphatic vessel endothelial hyaluronan receptor, Lyve)-1抗体进行免疫组织化学标记检查，观察到在人上矢状窦冠状切片有阳性结果，并在脑膜结构中发现巨噬细胞。在小鼠脑膜中检测出淋巴管特异性标记物的表达，在外周注射相应荧光标记抗体后，可以在小鼠脑膜淋巴管道系统中检测到特异性荧光并显示出淋巴管道的分布。此外，在淋巴管道附近的T淋巴细胞以及主要相关抗原Ⅱ表达阳性细胞的水平显著高于静脉窦其他部位。脑膜淋巴管收集静脉窦及脑间的淋巴液，回流到颈部深部淋巴结，进一步汇入全身的循环系统。

脑膜淋巴管系统为免疫细胞进入脑组织提供了便捷的途径。一方面，脑膜淋巴管系统可直接参与静脉窦脑脊液及脑间质空隙的液体回流，影响其离子浓度和压力；另一方面，炎症细胞及淋巴细胞可由脑膜淋巴管运送及扩散，与中枢神经系统炎症及免疫疾病有密切联系^[10]。这也可能是淋巴瘤患者并发中枢神经功能紊乱的原因之一^[11]。因此，脑膜淋巴管功能异常有可能造成免疫细胞侵入脑组织，导致中枢神经系统损伤。

3 脓毒症时中枢神经系统的炎症免疫损伤

血脑屏障是炎症细胞侵入中枢神经系统的重要途径。脓毒症发生时，外周的致病原及炎症因子可刺激活化脑血管内皮细胞，而迷走神经传入支也可激活神经胶质细胞和内皮细胞，诱导γ氨基丁酸、促肾上腺皮质激素(adrenocorticotrophic hormone，ACTH)等神经内分泌递质，这些因素共同导致血脑屏障功能受损，为炎症免疫细胞、炎性介质损害脑组织提供条件。脑血管内皮细胞在内毒素、全身炎症因子的刺激下活化，表达黏附分子，募集炎症免疫细胞至脑血管。然后，血管内皮细胞通透性增加，血脑屏障受到破坏，血循环中性粒细胞、淋巴细胞、细胞因子等可通过血脑屏障进入脑组织，造成脑组织炎症免疫反应、细胞凋亡坏死以及脑水肿，严重的患者可在核磁共振检查中显示阳性改变^[12]。

脑组织中小胶质细胞以及星形胶质细胞在中枢神经炎症过程中发挥重要作用，在受到感染及创伤打击时，可激活并主动分泌TNF-α、IL-1β、IL-6、高迁移率族蛋白B1(high mobility group box-1 protein, HMGB1)等细胞因子；同时小胶质细胞及神经元细胞表达TLR4及晚期糖基化终末产物受体(receptor of advanced glycation endproducts, RAGE)增强，介导神经炎症反应^[13]。HMGB1作为广泛存在于人体细胞核内的非组蛋白DNA结合蛋白，不仅可参与脓毒症晚期全身炎症免疫反应，还可在中枢神经系统内激活胶质细胞和神经元细胞TLR4及RAGE，加重神经炎症损伤和细胞凋亡。脑损伤时，脑组织HMGB1水平明显升高，其二硫键型与充分还原型HMGB1具有致炎效应，参与神经细胞凋亡、缺血损伤、认知障碍及癫痫发生与发展。抗HMGB1单克隆抗体可抑制小胶质细胞活化，降低脑组织IL-1β、IL-6水平，减轻血脑屏障破坏及缺血脑损伤^[14]。另据报道，一种小胶质细胞神经炎症抑制剂inflachromene即是通过干扰HMGB1的定位及胞外释放来发挥调节作用^[15]。因此，HMGB1有可能成为中枢神经损伤的生物标志物及潜在干预靶点。此外，脑缺血可促进小鼠脑膜淋巴管生长，而应用基因敲除技术阻断脑膜淋巴管生长所依赖的血管内皮细胞生长因子受体3，能抑制脑膜淋巴管生长，并导致脑缺血小鼠恢复减缓，预后变差^[16]。

4 脓毒症状态下中枢神经系统对外周免疫炎症反应失调

中枢神经系统通过分布于全身的神经纤维“感知”外周局部环境因素的变化，从而启动相应的反馈机制。脓毒症状态下，大脑可通过HPA轴、交感神经、副交感神经中迷走神经“胆碱能抗炎途径”发挥调控效应。许多资料证实，HPA轴在脓毒症早期即可活化。HPA轴活化后，下丘脑可释放促肾上腺皮质激素释放激素(corticorphin releasing hormone，CRH)，CRH接着促进脑垂体分泌ACTH。ACTH通过血循环到达肾上腺皮质，促使其释放盐皮质激素和糖皮质激素。在脓毒症初期，血浆中ACTH和皮质醇含量快速增加^[17]，同时伴随机体激素分泌节律的破坏、免疫紊乱的发生。此外，交感神经广泛分布于内脏和所有淋巴器官，是脓毒症时仅次于HPA轴的神经调控机制之一。交感神经可促进去甲肾上腺素和肾上腺素分泌，去甲肾上腺素和肾上腺素都属于儿茶酚胺类物质，对机体免疫系统有显著影响。研究发现，淋巴细胞、中性粒细胞、单核细胞及自然杀伤细胞均可表达儿茶酚胺受体，其中β2肾上腺素能受体是儿茶酚胺对免疫系统进行调节的关键受体。而且，交感神经能有效地影响淋巴细胞的流通分布、并分泌具有抗炎效应的神经递质腺苷和内源性阿片样肽^[18]。迷走神经是重要的副交感神经，其纤维广泛分布于拥有网状内皮系统的器官，如肝、肺、脾、肾和肠等。据报道，迷走神经传出支可通过分泌乙酰胆碱抑制TNF-α生成、参与抗炎调节，这种抗炎机制称之为“胆碱能抗炎途径”^[19]。有资料显示，通过电刺激迷走神经传出支激活胆碱能抗炎途径可改善多器官功能并增强CD4⁺T淋巴细胞增殖活性^[20]。进一步研究发现，肠源性感染可通过迷走神经参与SAE发病过程^[21]，而迷走神经活化则直接上调肝脏内巨噬细胞的吞噬活性，并间接调控胃肠道免疫功能^[22]。迷走神经刺激有可能成为抑制炎症反应的脓毒症潜在治疗措施^[23]。

5 新的挑战与研究展望

神经系统的结构异常复杂。首先，中枢神经内有多种不同细胞，包括神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞以及其他支持细胞，它们之间通过突触相互交联，形成异常庞大的网络连接，从而实现脑功能；其次，脑功能不仅与一级解剖构成有关，还有更多功能与不同神经单元之间的相互作用、甚至在基本构造上衍生出来的高级多维联系相关，离体标本观察及普通细胞培养无法呈现这些功能特点，这无疑为中枢神经的进一步研究造成了巨大困难。但是，许多新技术的进步有助于推动中枢神经系统的研究^[24]。一是活体研究技术的发展。例如研发目标蛋白的标记探针，利用加权核磁共振或者正电子发射成像在不同的实验条件下进行记录，可以进行活体生物标记和分子影像学成像。还有脑电记录，通过脑电图对SAE进行详细分析。二是大组织标本的处理技术进展。首先是标本的透明化处理技术，可将较为大块的组织标本如小鼠头部或整个小鼠进行透明化处理，通过双光子显微镜检查可得到立体三维的实验图像数据，在呈现神经分布联络方面具有较大优势。三是生物技术的不断进步，例如多种细胞共同体外培养技术，可简单模拟体内细胞间的相互影响。同时，成功构建针对小胶质细胞、脑及脊髓内巨噬细胞等的特殊抗体，有助于中枢神经系统的免疫炎症研究^[25]。四是神经网络模拟技术的突破，例如微控流芯片、微电极阵列、大数据及人工智能等^[26]。另外，显微镜检查技术也在快速发展。目前双光子显微镜扫描的深度已达到500 μm，可用于离体标本和活体组织的观察；多光子显微镜检查和激光片层扫描技术逐步应用，计算机的算力增加也使得扫描速度在成倍提高^[27]。总之，尽管中枢神经系统在脓毒症发病机制中的作用十分复杂，但随着技术手段的持续进步、研究不断深入，相信在不远的未来，会有更多激动人心的发现。