中暑為何要命？中國科學家揭示熱射病致死機理

　　5月5日，中南大學湘雅三醫院呂奔教授團隊在《科學》（Science）上在線發表了題為“Z-DNA binding protein 1 promotes heatstroke-induced cell death”的研究論文，揭示了熱射病的重要致死機理——高體溫通過Z-DNA結合蛋白-1（ZBP1）誘發過度的程序性細胞死亡，進而導致危及生命的彌散性血管內凝血（DIC）與多臟器損傷。論文的第一單位是中南大學湘雅三醫院。

　　呂奔在修完中南大學臨床醫學博士學位后，赴美國Feinstein醫學研究所修第二個博士學位。2013年，他回到祖國。“80后”的他現為中南大學醫管處處長、湘雅醫學院副院長。

　　十年磨一劍。近10年來，呂奔帶領團隊一直圍繞危重癥的發病機制開展系列研究。在先后揭示膿毒癥休克和多臟器衰竭發生的重要病理生理機制、解密細菌感染誘發凝血反應的機制、揭示膿毒癥誘發彌散性血管內凝血的機制后，他終于帶領團隊找到了熱射病致死的重要機理。

　　既往熱射病治療不理想

　　熱射病又稱“重度中暑”，它是一種致命性急癥，病死率高。在過去20年中，破紀錄的熱浪在全球范圍內導致越來越多與熱有關的死亡病例，包括中暑。隨著全球氣候的持續變暖，熱射病引起的死亡人數還在逐年增加。今年2月發表在《自然》上的一篇綜述文章數據顯示，經典型重癥中暑的死亡率高達63.2%。

　　然而，高體溫如何導致臟器損傷與機體死亡的機制過去不甚清楚。

　　當前對熱射病患者的治療，一般是先為患者降溫，降溫后患者若出現臟器功能衰竭，再立即對患者進行相應臟器功能保護治療。盡管目前業界對腎臟、肝臟等臟器功能治療的設備和技術已很先進，但熱射病的治愈率仍較低。

　　為何熱射病的治療一直不理想？這可能和學術界對熱射病致死機理的了解不甚清楚有關。既往學術觀點認為，高體溫主要通過物理性損傷導致組織細胞死亡和炎癥反應。在這一觀點的指引下，業內普遍采取降溫和相應臟器支持的方式治療熱射病。

　　“有些國家的熱射病死亡率甚至更高。”呂奔是該論文通訊作者，他認為，某種程度上既往的學術觀點認識不夠全面，對熱射病的治療造成了一定的局限性。“既往觀點認為熱射病是一個物理性損傷過程，高熱產生細胞毒性作用，當人體內溫度持續升高達到一定的閾值時，會直接導致細胞產生不可逆性損傷，再引起炎癥反應、血栓等癥狀，繼發全身多臟器功能衰竭。盡管臨床上采取積極的降溫治療并實施臟器支持處理，但由于缺乏特異性的有效治療藥物和手段，熱射病的死亡率仍居高不下。因此我們團隊進一步探索新的機制，并取得重要進展，發現程序性細胞死亡在熱射病發生發展中起重要作用，可能為日后臨床救治找到潛在的干預靶點，提供精準治療思路。”呂奔說。

　　“降溫治療是重癥中暑患者救治的第一關鍵點。很多重癥中暑病人發病時存在高體溫，我們立即給病人對癥處理使其體溫迅速降至正常，但后續仍繼發各臟器功能損傷，甚至最后病人還是死亡了。這提示即使醫生能第一時間為高體溫的病人迅速降溫，依然不能阻斷熱射病的病程。”該論文第一作者、中南大學博士后袁芳芳說，“我們認為肯定存在其他某種機制引起熱射病死亡，而不是簡單的物理因素。”

　　簡言之，當前對熱射病的治療，沒有找到最關鍵的癥結所在。這導致了熱射病的高死亡率，也使得熱射病的治療長期不理想。

　　找到關鍵基因 全新揭示熱射病致死機理

　　危重癥是指病情嚴重且威脅患者生命的綜合征，常由感染、創傷、高體溫等誘發。其中，感染誘發的危重癥為膿毒癥，造成全球每年1100萬患者死亡。膿毒癥與熱射病常表現為全身炎癥反應、DIC和多臟器衰竭。

　　在前期開展膿毒癥相關研究中，呂奔團隊發現了一個有趣的線索。“我們采用高環境溫度（39℃）與高濕度（60%）制備熱射病小鼠模型時，發現了高體溫通過RIPK3途徑而非HMGB1-caspase-11途徑誘發多種程序性細胞死亡，進而導致DIC與多臟器損傷。高體溫可誘導肝、肺及腸等器官組織中RIPK3和MLKL的磷酸化，以及caspase-8等凋亡相關蛋白的剪切；敲除RIPK3基因能防止高體溫誘發的炎癥反應、DIC、多臟器損傷與死亡。”呂奔說。

　　該團隊隨后采用RIPK3激酶失活小鼠、MLKL敲除小鼠及MLKL-Caspase-8雙基因敲除小鼠，證實了高體溫誘導的致死效應主要依賴RIPK3激酶與其磷酸化底物MLKL介導的程序性細胞壞死，小部分依賴caspase-8介導的程序性細胞死亡。

　　“也就是說，我們發現高體溫并不是快速直接‘殺死’細胞，導致細胞的物理性損傷，而是激活了細胞的程序性死亡通路。熱應激能直接誘發RIPK3依賴的程序性細胞死亡。RIPK3基因是高體溫誘發炎癥反應、多臟器損傷甚至死亡的關鍵。”呂奔說。

　　在此基礎上，該團隊進一步鑒定了ZBP1為熱應激誘發RIPK3磷酸化與程序性細胞死亡的關鍵分子。

　　既往研究表明，ZBP1為一種細胞內的模式識別受體，能被病毒或宿主來源的Z型核酸活化，在抗病毒感染中發揮重要作用。呂奔團隊通過進一步研究，首次發現ZBP1是熱應激活化RIPK3和細胞程序性死亡的關鍵分子，并介導高體溫誘導的DIC、多臟器損傷與死亡。

　　“有趣的是，熱應激能誘導ZBP1的表達。生物信息學分析提示ZBP1基因啟動子上存在熱休克因子1的結合元件。通過突變分析，我們證實了熱應激通過誘導HSF1與ZBP1基因啟動子的結合來增強ZBP1的表達。”呂奔表示，這些發現徹底顛覆了此前業界對熱射病“高體溫通過物理性損傷導致組織細胞死亡和炎癥反應”的學術觀點。

　　發現細胞內存在“溫度感受器”

　　2021年的諾貝爾生理學或醫學獎表彰了“溫度和觸覺感受器的發現”。其中，美國學者戴維·朱利葉斯團隊發現了辣椒素受體TRPV1為一種能被熱應激活化的膜離子通道，揭示了機體感知高溫的機制。

　　呂奔團隊發現，僅ZBP1的表達不足以導致RIPK3的活化與細胞程序性死亡。他們在探討熱應激如何活化ZBP1的過程中發現，高溫誘導的ZBP1活化不依賴其對Z型核酸的識別。ZBP1蛋白含有Za結構域與RHIM結構域。其中，Za結構域的主要功能是識別病毒或宿主來源的Z型核酸。

　　既往的學術觀點認為，Za結構域與Z型核酸的結合是ZBP1活化的必要環節。然而，該團隊通過構建一系列ZBP1突變體發現，熱應激誘導的ZBP1活化依賴RHIM結構域而并不依賴Za結構域。雖然Za結構域缺失的ZBP1完全不能被病毒感染所激活，但它仍能夠介導熱應激誘發的RIPK3活化與程序性細胞死亡。這一發現打破了學術界對ZBP1的認識，揭示了ZBP1活化的新機制。

　　“戴維·朱利葉斯團隊發現細胞膜離子通道‘溫度感受器’，在此基礎上，我們的這些研究明確提示了細胞內也可能存在另外的‘溫度感受器’，當受到熱應激時能誘發ZBP1與RIPK3依賴的程序性細胞死亡。該生命現象雖然可能在抗感染免疫中發揮保護作用，但在持續性高體溫作用下可誘發過度的細胞程序性死亡，最終引起DIC、炎癥反應、多臟器損傷乃至死亡。”呂奔表示。

　　該論文投稿后共有四個審稿人，受到編輯和審稿人的高度認可，其中一個審稿人對論文提出零修改，直接建議接收文章，其他兩位審稿人也“強烈建議《科學》立即出版”。他們認為：“這個研究非常重要，且數據清晰明確。”“這是一個全新且非常重要的發現，揭示了引起熱射病病程的新機制。”

　　“在該項研究中，我們揭示了熱射病發病機制的新理論，并創新地將臨床與科研深度結合，基于多學科交叉進行研究方法和技術路線上的全新嘗試。”呂奔說，這項研究的理論科學意義不僅在于揭示了熱射病的致死機理，還在于提示了細胞內也存在另外的“溫度感受器”，展示了細胞程序死亡和“溫度感受器”等之間的內在聯系，提示了潛在的藥物干預靶點，為熱射病等危重癥的防治提供了重要思路。

　　呂奔表示，下一步，團隊將致力于揭示細胞內“溫度感受器”的具體成分和和活化機制，尋找熱射病潛在的藥物干預靶點，探索未來的熱射病防治策略。

　　該研究得到了國家杰出青年科學基金項目、國家自然科學基金項目、中國博士后科學基金項目、湖南省重點研發項目的資助。