膿毒癥是宿主對感染的反應失調，產生危及生命的器官損害；是重癥監護病房患者死亡的主要原因。內毒素作為觸發體內瀑布式炎癥級聯反應的源頭，引起大量促炎及抗炎因子釋放，在膿毒癥的發病中起重要作用。因此，目前認為清除內毒素是改善膿毒癥預后的有效手段。目前多黏菌素 B 吸附柱（PMX）和吸附性血濾膜（oXiris）均能吸附內毒素。該文總結了現有的體外實驗、動物實驗和臨床試驗，認為部分膿毒癥患者可通過清除內毒素獲益，同時根據臨床專家使用 oXiris 的經驗對 oXiris 的臨床應用提出建議。
引用本文： Mark R.Marshall, 張凌, 王敏敏, 劉新宇, 周昱. oXiris-內毒素吸附技術的臨床應用. 華西醫學, 2018, 33(7): 797-800. doi: 10.7507/1002-0179.201806041 復制
1 背景
膿毒癥是宿主對感染的反應失調而導致的危及生命的器官功能障礙。近 10 年間全球發達國家膿毒癥人群發病率為 437/（10 萬·年），病死率為 17%，且以每年 8%～13% 的速度急劇增加；嚴重膿毒癥發病率為 270/（10 萬·年），病死率為 26%[1]；符合 Sepsis 3.0 膿毒癥休克的患者病死率超過 40%。雖在危重病的支持治療方面已取得很大進步，但膿毒癥仍是全球重癥監護病房患者死亡的主要原因。
內毒素是革蘭陰性（G–）菌細胞壁中的脂多糖成分，細菌死亡時釋放。當大量內毒素進入血液，內毒素通過激活巨噬細胞、中性粒細胞、補體系統及凝血系統等啟動瀑布式級聯反應，引起膿毒癥。級聯反應產生的白細胞介素-1、6、8 和腫瘤壞死因子等作用于血管壁導致微循環障礙，形成內毒素休克。
在 20 世紀 40 年代青霉素剛剛問世時，青霉素對腦膜炎奈瑟菌引起的流行性腦膜炎療效顯著；但當病情嚴重而加大青霉素劑量時，多名患者死亡。后研究發現，大劑量使用青霉素導致腦膜炎奈瑟菌短期內大量死亡，大量內毒素同時釋放，引起內毒素休克，加速患者死亡。因此，對于 G– 菌感染患者，除抗菌藥物控制感染外，需同時清除內毒素及內毒素誘導產生的炎癥因子。
膿毒癥的病理生理機制非常復雜，迄今尚未闡明。已知其與交互作用的體液介質相關。但由于復雜旁路交互影響的復雜性，針對阻斷這些單一介質（如腫瘤壞死因子抗體、白細胞介素-1 抗體等）的努力都失敗了。目前較有希望的方法是血液凈化，非選擇性地清除血液里的多個介質和循環毒素，有益于人體的炎癥反應調節，以改善治療結局。近來的重大技術進步也不斷擴寬血液凈化技術的應用范圍，如高容量血液濾過、級聯血液濾過、血液吸附、血漿置換、配對血漿濾過吸附、高吸附血液濾過和高截量血液透析技術都在不斷發展，顯示獨特的臨床探索價值。但目前高容量血液濾過、高截留血液透析等技術都被大型臨床研究否定，指南已不推薦；部分療法如配對血漿濾過吸附、級聯血液濾過等操作難度大，且缺乏臨床研究證據，故而目前在臨床應用中受到一定限制。目前研究集中于膜材料的改進，期待通過膜材料的改進清除內毒素及炎癥介質，從而改善膿毒癥患者預后。
目前能夠清除內毒素的產品僅限于多黏菌素 B 血液吸附柱（Toraymyxin，PMX）及 Primaflex 配套 oXiris 膜材。2009 年 Cruz 等[2]在 JAMA 發表意大利 EUPHAS 研究結果，該研究為多中心前瞻性隨機對照研究，納入對象為腹部急診術后 G– 菌感染導致的嚴重膿毒癥或膿毒癥休克患者，PMX 聯合傳統治療的患者 28 d 病死率低于傳統治療組（32% vs. 53%），序貫器官衰竭評分（Sequential Organ Failure Assessment，SOFA）較傳統治療組亦降低（P<0.001）。隨后的隨機對照研究 EUPHRATES 納入內毒素水平>0.6 EU/mL 的成人膿毒癥休克患者，雖然針對所有納入人群的分析 PMX 組與對照組 28 d 病死率無明顯差異（31.9%vs. 36.9%），但對于部分患者（內毒素水平 0.6～0.9 EU/mL 且多器官功能障礙評分>9 分），PMX 可降低 28 d 病死率（26.1%vs. 36.8%，P=0.047 4）[3]。基于 PMX 研究結果，我們認為部分患者可通過清除內毒素改變最終結局。
oXiris 膜材是在 AN69 水凝膠結構基礎上的新迭代產品，基礎膜材料 AN69（丙烯和甲磺酸鈉聚合物）可吸附多種促炎及抗炎因子，其表面采用多層線性結構的聚乙烯亞胺陽離子聚合物修飾處理，使其表面帶正電荷，在濾過清除的同時可通過離子鍵吸附表面為負電荷的內毒素，因此在現有的血液凈化產品中功能最為全面（圖 1）；同時，表面預嫁接肝素有利于體外循環抗凝，增加膜材血液相容性及生物相容性（圖 2）。oXiris 膜材已在歐洲及中國上市，隨機對照試驗研究正在進行中，目前已有一些小型臨床研究及動物隨機對照實驗證實其良好的臨床療效。
圖1
現有血液凈化產品功能
常規連續性腎臟替代治療（CRRT）僅帶器官支持功能，AN69 及 AN69ST 膜材除常規 CRRT 功能外還支持細胞因子吸附；oXiris 膜材在 AN69 基底膜表面進行表面修飾，除器官支持功能外還同時吸附內毒素及細胞因子。現有針對膿毒癥血液凈化治療的產品 Toraymyxin 和 CytoSorb 僅分別支持內毒素吸附及細胞因子吸附
圖2
預嫁接肝素體外抗凝原理
①：肝素與抗凝血酶結合位點（ATⅢ），ATⅢ與肝素相互作用導致 ATⅢ結構改變；②：ATⅢ與凝血酶結合，形成抗凝血酶Ⅲ-凝血酶復合物（TAT）；③：在 TAT 作用下，凝血酶失活，纖維蛋白原不能轉變為纖維蛋白；④：TAT 與肝素分離，肝素結合位點可再次與抗凝血酶結合
2 oXiris-內毒素吸附技術的基礎及臨床研究
2.1 體外實驗研究
當牛血漿中內毒素起始濃度為 40 EU/mL、血流量為 250 mL/min 時，oXiris 膜治療 1 h 可清除 66% 的內毒素[4]。Malard 等[5]研究發現，oXiris 與 PMX 在 120 min 時吸附內毒素無差異，oXiris 與 PMX 均顯著高于 Cytosorb 吸附柱；oXiris 吸附炎癥因子與 Cytosorb 吸附柱無差異，均顯著高于 PMX。
2.2 動物實驗研究
隨機對照動物實驗表明 oXiris 治療膿毒癥休克生存率顯著高于 Cytosorb 組及對照組[6]。隨后，多項研究均顯示 oXiris 可改善膿毒癥患者血流動力學，減少血管活性藥應用，提高平均動脈壓[7-12]，從而改善組織灌注，改善器官功能，降低 SOFA 評分[6, 11, 13]，是膿毒癥及多臟器功能衰竭安全有效的治療措施[8, 10, 14]。
2.3 臨床試驗研究
小型臨床研究表明，對于高內毒素血癥患者，oXiris 可顯著降低患者體內內毒素水平[15-16]，同時高效清除炎癥介質[17-19]，并通過清除炎癥介質降低患者病死率[20]。有研究通過對 34 例心臟術后嚴重膿毒癥及膿毒性休克患者初步研究發現，oXiris 可顯著減少血管活性藥用量，提高平均動脈壓，改善器官灌注，從而改善器官功能，降低 SOFA 評分；另外，oXiris 治療后患者的實際腎功能恢復率及生存率均高于基于 SOFA 評分的預期腎功能恢復率及生存率（腎功能恢復率 82% vs. 23%，生存率 77% vs. 50%）[21]。香港一項前瞻性病例與歷史對照研究發現，oXiris 治療 48 h 后患者 SOFA 評分改善顯著優于歷史對照組（降低 37% vs. 增加 3%）[19]。另外，對于出血風險高的患者，使用 oXiris 進行無抗凝連續性腎臟替代治療（continuous renal replacement therapy，CRRT），濾器壽命與全身抗凝相比并無明顯差異[22-23]，因此對于高出血風險不宜全身肝素化或枸櫞酸抗凝禁忌的患者是一個新的選擇[24]。
基于目前的研究結果及臨床應用經驗，百特急重癥專家顧問會對 oXiris 的臨床應用提出建議：適用于 G– 菌導致的膿毒癥急性腎損傷患者，合并血流動力學不穩定者療效更為顯著；盡早使用且每 12 小時更換濾器可能對患者預后及臨床結局具有較好的影響；治療方法及參數與普通濾器均無差別。同時有專家提出，對于低血小板高出血風險患者，oXiris 表面血液相容性強，對血小板無影響且可能減少抗凝，提高 CRRT 安全性。
3 內毒素吸附技術未來展望
關于 oXiris 的多項隨機對照臨床研究正在進行中，各項研究針對不同的膿毒癥患者亞群，如比較膿毒癥急性腎損傷患者 oXiris 與普通濾器對內毒素與炎癥因子的清除（NCT02600312），對比膿毒癥休克患者 oXiris 與 PMX 清除內毒素與炎癥因子（NCT01948778），心肺流轉術中使用 oXiris 是否降低心臟術后急性腎損傷發生率（NCT02518087），高出血風險患者無系統抗凝時 oXiris 與普通濾器壽命對照（NCT01779635），等等。這種增強對流機制中吸附能力的技術，對于未來血液凈化機制協同作用的研發和應用提供了新的希望。
4 結語
重癥醫學科不同于其他專科，疾病多樣化且患者病情輕重程度不一使隨機對照試驗難以取得陽性結果，每一項技術都需要尋找適合的患者亞群；將有限的醫療資源合理分配，為合適的患者提供合適的治療，給每一位患者爭取最大利益，是重癥醫學科的目標。另外，隨著重癥醫學界普遍實施國際診治指南，2000 年—2012 年間嚴重膿毒癥的病死率已由 35% 下降至 18.4%[25]，因此臨床研究需要更大的樣本量以達到統計學效應，所以開發新的統計方法或新的臨床評估指標成為當務之急。
1 背景
膿毒癥是宿主對感染的反應失調而導致的危及生命的器官功能障礙。近 10 年間全球發達國家膿毒癥人群發病率為 437/（10 萬·年），病死率為 17%，且以每年 8%～13% 的速度急劇增加；嚴重膿毒癥發病率為 270/（10 萬·年），病死率為 26%[1]；符合 Sepsis 3.0 膿毒癥休克的患者病死率超過 40%。雖在危重病的支持治療方面已取得很大進步，但膿毒癥仍是全球重癥監護病房患者死亡的主要原因。
內毒素是革蘭陰性（G–）菌細胞壁中的脂多糖成分，細菌死亡時釋放。當大量內毒素進入血液，內毒素通過激活巨噬細胞、中性粒細胞、補體系統及凝血系統等啟動瀑布式級聯反應，引起膿毒癥。級聯反應產生的白細胞介素-1、6、8 和腫瘤壞死因子等作用于血管壁導致微循環障礙，形成內毒素休克。
在 20 世紀 40 年代青霉素剛剛問世時，青霉素對腦膜炎奈瑟菌引起的流行性腦膜炎療效顯著；但當病情嚴重而加大青霉素劑量時，多名患者死亡。后研究發現，大劑量使用青霉素導致腦膜炎奈瑟菌短期內大量死亡，大量內毒素同時釋放，引起內毒素休克，加速患者死亡。因此，對于 G– 菌感染患者，除抗菌藥物控制感染外，需同時清除內毒素及內毒素誘導產生的炎癥因子。
膿毒癥的病理生理機制非常復雜，迄今尚未闡明。已知其與交互作用的體液介質相關。但由于復雜旁路交互影響的復雜性，針對阻斷這些單一介質（如腫瘤壞死因子抗體、白細胞介素-1 抗體等）的努力都失敗了。目前較有希望的方法是血液凈化，非選擇性地清除血液里的多個介質和循環毒素，有益于人體的炎癥反應調節，以改善治療結局。近來的重大技術進步也不斷擴寬血液凈化技術的應用范圍，如高容量血液濾過、級聯血液濾過、血液吸附、血漿置換、配對血漿濾過吸附、高吸附血液濾過和高截量血液透析技術都在不斷發展，顯示獨特的臨床探索價值。但目前高容量血液濾過、高截留血液透析等技術都被大型臨床研究否定，指南已不推薦；部分療法如配對血漿濾過吸附、級聯血液濾過等操作難度大，且缺乏臨床研究證據，故而目前在臨床應用中受到一定限制。目前研究集中于膜材料的改進，期待通過膜材料的改進清除內毒素及炎癥介質，從而改善膿毒癥患者預后。
目前能夠清除內毒素的產品僅限于多黏菌素 B 血液吸附柱（Toraymyxin，PMX）及 Primaflex 配套 oXiris 膜材。2009 年 Cruz 等[2]在 JAMA 發表意大利 EUPHAS 研究結果，該研究為多中心前瞻性隨機對照研究，納入對象為腹部急診術后 G– 菌感染導致的嚴重膿毒癥或膿毒癥休克患者，PMX 聯合傳統治療的患者 28 d 病死率低于傳統治療組（32% vs. 53%），序貫器官衰竭評分（Sequential Organ Failure Assessment，SOFA）較傳統治療組亦降低（P<0.001）。隨后的隨機對照研究 EUPHRATES 納入內毒素水平>0.6 EU/mL 的成人膿毒癥休克患者，雖然針對所有納入人群的分析 PMX 組與對照組 28 d 病死率無明顯差異（31.9%vs. 36.9%），但對于部分患者（內毒素水平 0.6～0.9 EU/mL 且多器官功能障礙評分>9 分），PMX 可降低 28 d 病死率（26.1%vs. 36.8%，P=0.047 4）[3]。基于 PMX 研究結果，我們認為部分患者可通過清除內毒素改變最終結局。
oXiris 膜材是在 AN69 水凝膠結構基礎上的新迭代產品，基礎膜材料 AN69（丙烯和甲磺酸鈉聚合物）可吸附多種促炎及抗炎因子，其表面采用多層線性結構的聚乙烯亞胺陽離子聚合物修飾處理，使其表面帶正電荷，在濾過清除的同時可通過離子鍵吸附表面為負電荷的內毒素，因此在現有的血液凈化產品中功能最為全面（圖 1）；同時，表面預嫁接肝素有利于體外循環抗凝，增加膜材血液相容性及生物相容性（圖 2）。oXiris 膜材已在歐洲及中國上市，隨機對照試驗研究正在進行中，目前已有一些小型臨床研究及動物隨機對照實驗證實其良好的臨床療效。
圖1
現有血液凈化產品功能
常規連續性腎臟替代治療（CRRT）僅帶器官支持功能，AN69 及 AN69ST 膜材除常規 CRRT 功能外還支持細胞因子吸附；oXiris 膜材在 AN69 基底膜表面進行表面修飾，除器官支持功能外還同時吸附內毒素及細胞因子。現有針對膿毒癥血液凈化治療的產品 Toraymyxin 和 CytoSorb 僅分別支持內毒素吸附及細胞因子吸附
圖2
預嫁接肝素體外抗凝原理
①：肝素與抗凝血酶結合位點（ATⅢ），ATⅢ與肝素相互作用導致 ATⅢ結構改變；②：ATⅢ與凝血酶結合，形成抗凝血酶Ⅲ-凝血酶復合物（TAT）；③：在 TAT 作用下，凝血酶失活，纖維蛋白原不能轉變為纖維蛋白；④：TAT 與肝素分離，肝素結合位點可再次與抗凝血酶結合
2 oXiris-內毒素吸附技術的基礎及臨床研究
2.1 體外實驗研究
當牛血漿中內毒素起始濃度為 40 EU/mL、血流量為 250 mL/min 時，oXiris 膜治療 1 h 可清除 66% 的內毒素[4]。Malard 等[5]研究發現，oXiris 與 PMX 在 120 min 時吸附內毒素無差異，oXiris 與 PMX 均顯著高于 Cytosorb 吸附柱；oXiris 吸附炎癥因子與 Cytosorb 吸附柱無差異，均顯著高于 PMX。
2.2 動物實驗研究
隨機對照動物實驗表明 oXiris 治療膿毒癥休克生存率顯著高于 Cytosorb 組及對照組[6]。隨后，多項研究均顯示 oXiris 可改善膿毒癥患者血流動力學，減少血管活性藥應用，提高平均動脈壓[7-12]，從而改善組織灌注，改善器官功能，降低 SOFA 評分[6, 11, 13]，是膿毒癥及多臟器功能衰竭安全有效的治療措施[8, 10, 14]。
2.3 臨床試驗研究
小型臨床研究表明，對于高內毒素血癥患者，oXiris 可顯著降低患者體內內毒素水平[15-16]，同時高效清除炎癥介質[17-19]，并通過清除炎癥介質降低患者病死率[20]。有研究通過對 34 例心臟術后嚴重膿毒癥及膿毒性休克患者初步研究發現，oXiris 可顯著減少血管活性藥用量，提高平均動脈壓，改善器官灌注，從而改善器官功能，降低 SOFA 評分；另外，oXiris 治療后患者的實際腎功能恢復率及生存率均高于基于 SOFA 評分的預期腎功能恢復率及生存率（腎功能恢復率 82% vs. 23%，生存率 77% vs. 50%）[21]。香港一項前瞻性病例與歷史對照研究發現，oXiris 治療 48 h 后患者 SOFA 評分改善顯著優于歷史對照組（降低 37% vs. 增加 3%）[19]。另外，對于出血風險高的患者，使用 oXiris 進行無抗凝連續性腎臟替代治療（continuous renal replacement therapy，CRRT），濾器壽命與全身抗凝相比并無明顯差異[22-23]，因此對于高出血風險不宜全身肝素化或枸櫞酸抗凝禁忌的患者是一個新的選擇[24]。
基于目前的研究結果及臨床應用經驗，百特急重癥專家顧問會對 oXiris 的臨床應用提出建議：適用于 G– 菌導致的膿毒癥急性腎損傷患者，合并血流動力學不穩定者療效更為顯著；盡早使用且每 12 小時更換濾器可能對患者預后及臨床結局具有較好的影響；治療方法及參數與普通濾器均無差別。同時有專家提出，對于低血小板高出血風險患者，oXiris 表面血液相容性強，對血小板無影響且可能減少抗凝，提高 CRRT 安全性。
3 內毒素吸附技術未來展望
關于 oXiris 的多項隨機對照臨床研究正在進行中，各項研究針對不同的膿毒癥患者亞群，如比較膿毒癥急性腎損傷患者 oXiris 與普通濾器對內毒素與炎癥因子的清除（NCT02600312），對比膿毒癥休克患者 oXiris 與 PMX 清除內毒素與炎癥因子（NCT01948778），心肺流轉術中使用 oXiris 是否降低心臟術后急性腎損傷發生率（NCT02518087），高出血風險患者無系統抗凝時 oXiris 與普通濾器壽命對照（NCT01779635），等等。這種增強對流機制中吸附能力的技術，對于未來血液凈化機制協同作用的研發和應用提供了新的希望。
4 結語
重癥醫學科不同于其他專科，疾病多樣化且患者病情輕重程度不一使隨機對照試驗難以取得陽性結果，每一項技術都需要尋找適合的患者亞群；將有限的醫療資源合理分配，為合適的患者提供合適的治療，給每一位患者爭取最大利益，是重癥醫學科的目標。另外，隨著重癥醫學界普遍實施國際診治指南，2000 年—2012 年間嚴重膿毒癥的病死率已由 35% 下降至 18.4%[25]，因此臨床研究需要更大的樣本量以達到統計學效應，所以開發新的統計方法或新的臨床評估指標成為當務之急。
