Intravenous administration of endotoxin reliably elicits dose-dependent physiological and immunological alterations consistent with several pathological states. This reductionist approach permits the investigation, modeling and experimental modification of systemic inflammation and its downstream effects in man.
炎症途径的激活代表在多种疾病状态的急性和慢性的中央机构。无论是通过病原体或组织损伤相关的分子图案为契机,共同的生化途径导致保守又变的生理和免疫学变化。解剖和决定因素和响应表型变异的潜在机制圈定预计产量新的治疗进展。
静脉内(IV)的内毒素(革兰氏阴性细菌脂多糖),一个特定的Toll样受体4激动剂,施用表示全身性炎症的在人的体内模型。国立卫生研究院临床中心参考内毒素(建业, 大肠杆菌 ○:113:H10:K负)被用来可靠地和可重复地生成血管,血液,内分泌,免疫学和器官特异性功能效应平行,在不同程度上那些在病理状态的早期阶段观察。剂量的变化(0.06 – 4纳克/千克)和时间尺度曝光的(大丸剂对输注)允许急性或慢性炎症和各种严重程度的复制被引出,与较高剂量(2 – 4纳克/千克)经常被用来建立一个“败血症样”状态。建立和新颖的药用化合物可额外给予前或后内毒素暴露欣赏他们对炎症级联效应。尽管在范围和普遍性的限制,人类IV内毒素的挑战提供了一个独特的平台来获得机械见解诱导的生理反应和炎症通路。合理使用它可能有助于这方面的知识转化为治疗的创新。
不同的病因,严重程度和持续时间的炎症在多种疾病的病理形成一个核心组成部分。从临界疾病状态,如败血症或外伤,其中严重的,相对短寿命炎症占优势,对慢性疾病,包括2型糖尿病,动脉粥样硬化和阿尔茨海默氏病,其中持续低水平炎症音被认为是病理因素,失调的炎症途径是不等全球发病率和死亡率1,2的关键驱动因素。
通过组织损伤3-5释放通常胞内组分-炎症是由病原体相关分子模式(PAMP)或危险相关分子模式(D-AMPS)的存在下引发。这些保守分子基序结合模式识别受体(的PRRs)如上皮细胞上发现的Toll样受体(TLRs),内皮细胞和那些先天免疫SYS的统,以触发共同的下游细胞内信号通路6。核转录因子核因子κB的活化,除其他外,导致编码建立炎症级联7促炎性细胞因子基因的转录。
炎症引起旨在隔离和删除初次损伤局部和全身的影响。当地改变包括上调附着力标记,趋化因子的释放,血管扩张,血管通透性增加,促进先天免疫细胞的轮回。补体和凝血系统也被激活。系统性,多器官特异性的生理变化观察,通过神经内分泌的网络策划。在体液调解显著上升出现和循环细胞轮廓从根本上改变。炎症的故障停止和内环境稳定,以重新建立,可能是由于在起始刺激持续性或专用分辨率的失败途径8。这些有力的机制,往往是脂类介质协调本身可能致病9,10。
在临床人群的炎症反应和这些关键调节步骤的调查是具有挑战性的。人口(年龄,性别,种族),时间(发病时间,暴露时间)和临床方差(启动刺激的类型,侮辱的严重程度,合并症负担,治疗干预)妨碍访问关键的生物学通路。传统的解决方案是使用动物模型。尽管,得到多重优势,其基本相似人类病理生理学11,12和输出的相关性,已受到越来越多的关注13-15。另一种方法是采用还原人体模型。
在20世纪60年代末开发,静脉注射(IV)施用内毒素对人提供了一个重要平台,通过它发现,划定和潜在的药物炎症通路16-19。内毒素(本文中脂多糖[LPS]同义使用)是一种强效的TLR4激动剂触发炎症级联以剂量依赖性。注入无论是作为大丸剂或输注它可因此被用于既低级别和不同持续时间的中度全身性炎症模型。所得短命炎症反应允许细菌感染期间,开发了高度复杂的宿主 – 病原体相互作用的单个组件的评估。而不是休克模型,IV内毒素挑战引发出现复制感染的早期阶段的反应。消除种间障碍,翻译,准确地模仿临床表型,如果定性不能定量,它可以提供炎症的影响,后果和机会来测试干预的实时解读。内毒素也可以被施用endobronchiallŸ20,21皮内或与LPS IV组合22,探索在不同车厢局部炎症反应。少广泛采用的替代方法包括近侧促炎细胞因子如肿瘤坏死因子α(TNFα),白细胞介素(IL)6 19的输注。这些将不进一步讨论。
由于这里展示并在最近的评论文章充分说明,人类IV内毒素的挑战是提供洞察背后广阔的人类疾病的炎症通路独特的实验平台。允许全身性炎症的控制,可重现感应,该模型允许访问炎症级联的初始阶段,消除潜在的混杂因素。
参与者的响应可以相对于严重程度和持续时间,以及在他们的表型上介绍的基因组影响评价进行调制。此外,该模型可以用作试验台为治疗剂,不仅那些针对LPS配体本身,但LPS诱导的信号通路和两个炎症的急性和分辨率相介质。这可能包括针对内毒素耐受,免疫系统的低反应状态具有相似性,以重大疾病,我的恢复代理EP3受体激动剂诱导免疫麻痹33,34能够在不仅复制急性16和慢性炎症27的关键特征的生理/功能级别,而且一个转录一次35,IV内毒素攻击看似具有基本科学突破的翻译来发挥关键作用临床实践。当连接到中能够更加紧密地复制特定疾病( 如鼠类盲肠结扎穿孔和败血症)的病理生理反应适当的动物模型直接调查这一研究性模式可能会特别强大。
在任何健康人的志愿者模型参与者的安全是至关重要的。 IV内毒素攻击已在2较高剂量范围施用- 4纳克/千克至数千人用,我们和其他作者的知识,没有严重的或永久性的不良事件(个人通信,安东尼苏弗雷迪尼博士)19。不Ë不过严重的孤立迷走神经反应的帐户已被报道36,37。其病因大概代表着高品质的休息迷走神经张力,禁食一夜后血容量不足和儿茶酚胺的释放与发热,寒战症状的发作,以夸张的Bezold-Jarisch反射达到高潮。这种风险可以通过排除与先前血管迷走神经晕厥或正倾斜测试,并与前和内毒素攻击37中的静脉注射液容积负荷个体得到改善。采用高剂量的内毒素的挑战(尤其是4纳克/千克)的研究人员应切实心动过缓和/或心脏停顿的风险,警告他们罕见的,但潜在发生的参与者,采用适当的监控,并有复苏设备一应俱全。其它排除标准,除了那些在协议中所述,可能需要依赖于实验问题。例如,而谨慎的做法是要排除那些有PArticipated在其他临床试验或经验丰富的手术/创伤,在过去三个月中,先前已在IV内毒素挑战试验可能也尝过条目(或使用一个平行组不是一个交叉设计的干预性研究)对这些限制内毒素耐受持续的时间在体内 38,39未知长度:如果免疫应答是待评估是必需的。
数限制是与模型显而易见。它在健康年轻男性志愿者联合国代表临床人口的传统进行。任何干预都需要施用内毒素的表型的后果来解决。纯化的LPS注射提供暴露于只有一个单一的TLR配体,而不是几个免疫原性部分上的活病原体。通过道德的必要性只有相对温和的炎性反应可引起。 DISE的每一个病理生理特征的模仿ASE没有实现40。因此,“任何期望该模型完全复制严重,局部或全身革兰氏阴性感染的临床状况是无许可的”18。
然而,我们会认为该模型的优势在于没有不适当的外推到临床上,但在询问的生理,血液学,免疫学,神经内分泌和一键炎症刺激感受态细胞和器官系统的代谢反应。瞬态变化的解释周到内毒素管理挑起并通过药理挑战自己调制一直是,而且将继续是,在设计新的治疗方法和预测其疗效翔实。
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr. Anthony Suffredini (Critical Care Medicine Department, National Institutes for Health Clinical Center, Bethesda, USA) for his careful review of the manuscript and many thoughtful suggestions. We would also like to thank the National Institutes of Health for making freely available the Clinical Center Reference Endotoxin employed within this study.
JNF and DWG are funded by the Wellcome Trust, which supported the generation of the described data and the publication of this article.
Clinical Center Reference Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negative) | National Institutes for Health | n/a | GMP Manufactured Endotoxin |
Syringes (1ml, 5ml) | |||
Water for injection | |||
0.9% sodium chloide (sterile, clinical grade) | |||
Intravenous cannulae | Miminum 20G French | ||
Sphygmomanometer | If intraarterial line placed, transduction equipment for invasive blood pressure monitoring | ||
Pulse oximeter | |||
Thermometer | Typmanic, oral or core (rectal, oropharyngeal) | ||
Electrocardiograph machine | |||
Sample collection tubes | As utilized by local clinical laboratory |