活化型蛋白質C對於敗血症治療的臨床應用
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活化型蛋白質C對於敗血症治療的臨床應用 生理暨藥理科 樓迎統教 授 黃秋峰博士生 根據行政院衛生署統計資料顯示：近年來，國人主要死亡原因中，敗血症的排序已從第十四位 ( 2000年 ) 上升至第十二位 ( 2006年 )1，此趨勢也發生於美國2。除此之外，敗血症亦為重症加護病房病患的主要死亡原因之一，死亡率甚至高達50%以上。因此，有許多醫藥研究中心與藥廠積極研發新藥物來降低嚴重敗血症 的死亡率。隨著醫藥科技的進步，對於敗血症及其併發症的致病機轉以及相關治療方式的研究已有顯著發展。雖然，敗血症發生率有下降的趨勢，但卻未能降低其死亡率。因此，如何藉由針對其致病機轉，改善敗血症及其併發症徵候與降低多重器官功能不全，是一門相當重要且複雜的課題。 敗血症 ( sepsis ) 是一種複雜的臨床症候群，其定義為：宿主對病原菌進入血液中的感染作用而引發一連串的全身性發炎症候群 ( systemic inflammatory response syndrome, SIRS )。然而，敗血症甚至可能會繼續惡化為嚴重性敗血症 ( severe sepsis )、敗血性休克 ( septic shock ) 以及多重器官功能不全症候群 ( multiple organ dysfunction syndrome, MODS )3。1992年經由美國胸腔醫學暨重症醫學會 ( ACCP/SCCM )，針對全身性發炎反應症候群、敗血症、嚴重性敗血症以及敗血性休克每個階段所表現的徵候，統整出一個標準定義，可有助於臨床與流行病學上的研究4。引起敗血症的病原菌包括：革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、病毒、黴菌 、寄生蟲，而其中以革蘭氏陰性菌為最常見。肺炎及泌尿道感染是最常見的前置病因。另外，除了重症病患，慢性疾病 ( 如：糖尿病 )、免疫力缺乏 ( 如：AIDS )、嚴重創傷與燒燙傷以及長期住院 ( 尤其是進行腹腔手術或多重插管 ) 等患者，皆為引發敗血症的高危險群5。敗血症可發生於任何人，但在流行病學上，年齡較長、體重過重或具有潛在併發症的嚴重敗血症患者死亡率較高。 以革蘭氏陰性菌為例，引發敗血症的致病機轉為：當大量病原菌進入血液後，其細胞壁會釋放脂多醣 ( lipopolysaccharide, LPS ) 或稱內毒素，LPS 會與 LPS 結合蛋白 ( LPS-binding protein, LBP ) 在血漿中結合形成 LPS/LBP 複合體，運送並促進 LPS 與巨噬細胞的 CD14 結合，同時使得 LPS 與細胞膜上的 TLR4 ( Toll-like receptor 4 ) 結合，並將訊號傳遞至細胞內。之後，藉由相關蛋白 ( 如：MyD88、TIRAP、Tollip與TRAF6 ) 的調節作用，使得 IKK ( Ikappa B kinase ) 複合體磷酸化，造成與 NF-κB 結合的抑制性 IκB 蛋白磷酸化 ( 可作為 ubiquitination 的訊號 )。接著，IκB 經由 proteosome 而降解，NF-κB 進入細胞核內進行轉錄與轉譯作用，產生並釋放相關蛋白，包括 cytokine ( 如：TNFα與IL-6 )、chemokine ( 如：MIP-1α/β與MCP-1/3 )、細胞黏附分子 ( 如：V-CAM與I-CAM ) 以及生長因子等6。這些物質會作用於各種細胞，包括白血球、血小板與血管內皮細胞等，影響免疫與凝血系統，並且活化體內補體系統以及造成血管內皮損傷。然而，敗血症最常發生的現象，包括過度的發炎反應與凝血功能異常。 發炎反應方面，臨床研究發現：嚴重性敗血症患者血液中的 TNFα、IL-6 與 IL-1 濃度都較正常人來得高。TNFα 為最重要的誘導發炎因子之一，可吸引及活化其他免疫細胞，並且刺激細胞釋放 cytokine ( 如：HMGB1、MIF、IL-1/6 與 TNFα )、脂質性介質 ( 如：tissue factor 與prostaglandins )、活性氧自由基 ( reactive oxygen species, ROS，如：NO與O2.- ) 以及急性期蛋白 ( 如：c-reactive protein, CRP ) 等。TNFα 亦可調節細胞黏附分子，使發炎性細胞遷移進入組織。此外，損傷的內皮細胞亦能釋放 cytokine，進而加劇發炎反應。然而，細胞所釋出的物質又會進一步作用於其他細胞。因此，此發炎反應會持續不斷發生。最後，導致發炎與抗發炎系統之間失衡，造成身體處於過度發炎狀態。 凝血系統方面，凝血功能異常主要是由三種作用所引起：(1)凝血路徑活化：經由 cytokine 活化的單核球，以及受損的內皮細胞表面，皆會表現 tissue factor。Tissue factor 藉由與 factor Ⅶa 結合的凝血外在路徑，而促進 thrombin 與 fibrin 的形成。(2)抗凝血路徑去活化：thrombin 的形成乃受限於抗凝血物質的作用，包括 antithrombin、protein C 以及 TFPI ( tissue factor pathway inhibitor )。在嚴重敗血症患者，由於內皮細胞損傷，使得抗凝血物質合成量降低，並且持續消耗，造成血液中 antithrombin 與 APC ( activated protein C ) 濃度都非常低。(3)纖維蛋白溶解 ( fibrinolysis ) 被抑制：調控纖維蛋白溶解作用的活化因子與抑制因子，皆由血管內皮細胞合成與釋放。許多研究顯示：TNFα 與 IL-1 會增加內皮細胞合成，或釋出抑制因子 -PAI-1 ( plasminogen activator inhibitor-1 )，並且降低活化因子 t-PA ( tissue plasminogen activator ) 的合成。另外，產生的 thrombin 會藉由活化 TAFI ( thrombin-activatable fibrinolysis inhibitor ) 而抑制纖維蛋白溶解。在菌血症或內毒血症的例子中，纖維蛋白溶解活性會被大量產生的 PAI-1 所抑制，因此，無法有效清除 fibrin。藉由以上三種機制共同作用下，造成體內 fibrin 堆積，以及凝血因子消耗。影響程度可從輕微的血小板數減少與凝血時間延長，至嚴重的瀰漫性血管內凝血發生 ( disseminated intravascular coagulation, DIC )，導致微血管血栓 ( microvascular thrombosis ) ( 器官組織內的微小血管 )，以及大血管出血時不易凝血。大部分敗血症的死亡原因，乃因DIC造成多重器官功能不全所致7。 敗血症的致病機轉相當複雜，因此，敗血症治療的研究之路非常艱辛。到目前為止，已有許多針對敗血症的治療方法被提出，包括高劑量類固醇、對抗內毒素或 cytokine 的抗體、接受器拮抗劑或抗氧化劑等，但皆無臨床證據證明其有效性。目前在臨床上對於嚴重敗血症治療的主要方向包括：控制感染源、使用抗生素、維持體液平衡、維持營養與生命支持。但是在死亡率方面，卻沒有明顯下降的趨勢。直到從1998至2001年所執行的一項跨國性實驗研究計劃第三期試驗-PROWESS ( Recombinant Human Activated Protein C Worldwide Evaluation in Severe Sepsis )8顯示：在1690位嚴重敗血症患者中，持續靜注96小時 ( 24μg/kg/hr ) 經由基因工程所研發 rhAPC ( recombinant human activated protein C，Dortrecogin alfa，商品名為Xigris ) 的病患，其28天內總死亡率 ( 24.7% ) 比安慰劑組 ( 30.8% ) 降低 20%。Dortrecogin alfa 的結構，類似於人體自然產生的 APC，除了降低嚴重敗血症患者的死亡率，亦具有抗發炎與抗血栓的特性。Dortrecogin alfa 是目前唯一經美國 FDA 於2001年11月核准上市用於治療敗血症的藥物，對於敗血症治療藥物的發展，又向前跨了一大步。 Protein C 主要是由肝細胞、內皮細胞合成與分泌於血液中的一種維生素 K 依賴性絲胺酸蛋白酶。其可藉由內皮細胞上的二種接受器-TM ( thrombomodulin ) 與 EPCR ( endothelial protein C receptor ) 而活化。當 thrombin 與 TM 結合形成複合體時，與 EPCR 結合的 protein C 會被活化而形成所謂的 APC。接著，APC 在 protein S 的存在下，分解凝血因子 factor Ⅴa 與 Ⅷa，使其失去活性，因而降低thrombin產生。另外，APC 可藉由抑制 TAFI 與 PAI-1 活性而促進纖維蛋白溶解。因此，發揮其抗凝血功能。在嚴重敗血症患者中，由於內皮細胞損傷、嗜中性白血球酯酶 ( esterase ) 活化，以及大量 cytokine 的作用，使得 TM 從內皮表面脫離而釋出至循環中，並且降低內皮細胞上 TM 與 EPCR 的表現，造成 TM 生物可利用性下降，以及血漿中 APC 濃度降低。由此可知，APC 的介入性治療，可能有助於改善病患狀況。然而，Dortrecogin alfa 的作用也類似於人體內的 APC，有些研究結果也發現：Dortrecogin alfa 可藉由降低血漿中 cytokine ( TNFα、IL-1 與IL-6 ) 濃度，凝血因子 factor Ⅴa 與 Ⅷa 去活化，並且抑制單核球與嗜中性白血球的遷移以及 tissue factor 活化，因而抑制 thrombin 形成，且減少微血管血栓現象發生8。 Dortrecogin alfa 治療方法並非所有敗血症患者皆適用，主要建議使用於具有高死亡風險的患者，包括敗血症所誘發的多重器官衰竭、敗血性休克或敗血症所誘發的呼吸窘迫症候群，以及APACHE Ⅱ score≧25且≦53的敗血症患者9 ( 根據 ADRESS 臨床試驗顯示：Dortrecogin alfa 對於score≦25的患者，藥物效果較為不佳，然而，≧53的患者死亡率非常高 )。除此之外，Dortrecogin alfa 並不適用於容易出血的高危險群、具有進行性出血、過度凝血或瀕臨死亡狀態的病患。由於Dortrecogin alfa 最常發生且最嚴重的副作用為出血，臨床實驗亦顯示：Dortrecogin alfa 的使用會延長 APTT ( activated partial thromboplastin time ) 與 PT ( prothrombin time ) 的凝血時間，因此，藥物使用時應謹慎評估，並且適時追蹤 APTT、PT、D-dimer 與全身血球細胞數 ( complete blood count，CBC )，觀察相關症狀 ( 如：瘀血 )。 Xigris 在國內的使用情形仍不夠普及，原因包括 Xigris 的藥價昂貴，一個療程可能需花費約三十萬以上；另外，給付規定條件嚴苛，而延誤用藥時機也可能是原因之一。健保局對於 Xigris 的給付條件為：限於重度敗血症患者，並且包括下列條件：(1)十八歲以上之成人，且因敗血症導致急性的第一個主要器官衰竭，並入住加護病房十二至四十八小時。(2)經感染症專科醫師會診，懷疑或確認有感染症發生。(3)除了本次敗血症之外，必須有良好之存活預後 ( 存活預期大於六個月 )。(4)至少需符合體溫、心跳、呼吸速率或白血球數目異常指標中的三項。(5)至少需符合二項以上的急性器官衰竭，如腎臟或呼吸等。(6) APACHE II score 大於等於二十五分且小於五十三分10。 另外，在 XPRESS 第四期臨床試驗結果發現：低劑量的抗凝血劑-heparin ( 15μg/kg/hr ) 亦可與 Dortrecogin alfa 合併使用，並且不會影響 Dortrecogin alfa 的藥效或加劇其副作用。 雖然 Dortrecogin alfa 是目前唯一經大型研究，試驗證實且 FDA 核准上市，用於降低嚴重敗血症死亡率的藥物；但針對其他程度的敗血症患者而言，仍沒有適當的藥物可使用，並且 Dortrecogin alfa 的作用也未全然瞭解。不過，此藥物的研發對於嚴重敗血症患者是一大福音。到目前為止，針對敗血症及其併發症致病機轉仍有許多藥物正在開發中。因此，在敗血症的治療上，仍有相當大的發展空間。
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