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熱原-從皮下注射用針頭說起

注射針頭的發(fā)明提供了一種新的給藥方式，但是早期的藥物注射由于種種原因并不安全，經(jīng)常伴隨感染、不良反應(yīng)、不明原因發(fā)燒甚至休克死亡。在19世紀(jì)下半葉，人們發(fā)現(xiàn)藥物注射是導(dǎo)致體溫異常升高的原因之一，但是具體機(jī)理并不清楚，因此這種“致熱因子”導(dǎo)致的疾病被描述為“注射熱”。

如今，大家對致熱原的來源、分子機(jī)理越來越清晰，控制和檢測越來越常規(guī)化，注射藥物也越來越安全。引起恒溫動物體溫異常升高的致熱物質(zhì)，稱為“熱原”，從來源看包括細(xì)菌性熱原、內(nèi)源性高分子熱原、內(nèi)源性低分子熱原及化學(xué)熱原等，從成分上看有細(xì)菌內(nèi)毒素、脂質(zhì)膽酸、CpGDNA、鞭毛蛋白和其他非內(nèi)毒素?zé)嵩∟EPs）。

熱原與內(nèi)毒素

致熱能力*強(qiáng)的“熱原”是革蘭氏陰性桿菌的產(chǎn)物，其次是革蘭陽性桿菌類，革蘭陽性球菌則較弱，霉菌、酵母菌、甚至病毒也能產(chǎn)生熱原。大腸桿菌、銅綠假單胞菌等死亡或自溶后，游離脂多糖（LPS）可以從細(xì)胞表面或從制藥用水系統(tǒng)生成的生物膜釋放出來，或者從原料進(jìn)入制藥用水或無菌系統(tǒng)。由于這種物質(zhì)不是細(xì)菌分泌到體外的毒素（外毒素，如破傷風(fēng)毒素），而是不被分泌的“存在于細(xì)菌體內(nèi)的毒素”，所以又被稱為內(nèi)毒素。LPS由三部分組成：類脂A、核心多糖、O-抗原。類脂A部分致熱作用*強(qiáng)，在LPS的生理活性表現(xiàn)中被認(rèn)為起到重要作用。

內(nèi)毒素LPS分子結(jié)構(gòu)示意圖

“嚴(yán)格地講，不是每一種熱原都是具有脂多糖結(jié)構(gòu)，但是所有已知的細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖都有熱原活性”。在藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理控制GMP條件下，藥品生產(chǎn)的質(zhì)量控制一般可以接受的觀點(diǎn)是：不存在細(xì)菌內(nèi)毒素意味著不存在熱原。內(nèi)毒素只是熱原的一種類型。

在藥物生產(chǎn)過程中，熱原可以通過原料、溶劑、容器具帶入，制備過程中污染，滅菌不或包裝不嚴(yán)也產(chǎn)生熱原。因此生產(chǎn)實(shí)踐中除了原料內(nèi)毒素控制外，還得在制藥用水、生產(chǎn)過程中以及產(chǎn)品放行中廣泛進(jìn)行內(nèi)毒素監(jiān)控，以用藥安全。

熱原的特點(diǎn)非常明顯：耐熱，注射劑通常滅菌的條件下，往往不足以破壞熱原，一般在250℃加熱30分鐘以上才能失活；兩極性；吸附性；能被強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及超聲波破壞等。藥品生產(chǎn)中必須兩方面進(jìn)行控制，防止熱原污染和污染之后設(shè)法除，檢測顯得尤其重要。

內(nèi)毒素檢測基本上只針對注射劑和醫(yī)療器械

人類與微生物世界處于一個共存的環(huán)境，健康的人也是微生物的宿主。但是人類在進(jìn)化過程中建立了天然防御系統(tǒng)（如皮膚和消化道），可以將微生物及其代謝物（毒素等）限制在可以耐受的范圍。但注射給藥或醫(yī)療器械（如醫(yī)用輸液、輸血、注射器、植入器械等）使得熱原（如果存在）會繞過正常的身體防御，而直接進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，免疫系統(tǒng)對熱原如LPS產(chǎn)生免疫應(yīng)答，信號通路觸發(fā)和級聯(lián)反應(yīng)，釋放多種具有抗菌抗炎作用的細(xì)胞因子和趨化因子，作用于體溫調(diào)節(jié)中樞引起發(fā)熱，嚴(yán)重時能導(dǎo)致多臟器損傷。細(xì)菌內(nèi)毒素主要針對注射劑，口服制劑和外用藥物制劑一般不做內(nèi)毒素檢測。

內(nèi)毒素導(dǎo)致“發(fā)熱”的分子機(jī)理

制藥行業(yè)內(nèi)大家通常會把“內(nèi)毒素”和“熱原”通用，用內(nèi)毒素檢測替代熱原檢測，來監(jiān)測生物制品的安全性。內(nèi)毒素對宿主產(chǎn)生的影響是全身性的（如發(fā)燒），而不是像大多數(shù)外毒素那樣嚴(yán)格意義上的神經(jīng)學(xué)影響。內(nèi)毒素對人的急性毒性相對較低，表現(xiàn)出低階免疫反應(yīng)。從熱原產(chǎn)生機(jī)理角度看，注射時即使是微量的熱原同樣也會通過一類稱為Toll樣受體（TLR）的蛋白質(zhì)，來觸發(fā)自然免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致恒溫動物的體溫異常升高。

那么，熱原是如何通過免疫系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng)的呢？

Toll樣受體是跨膜蛋白，在所謂的前哨細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞）中占表達(dá)豐富，在先天免疫系統(tǒng)的激活中起著至關(guān)重要的作用。它們充當(dāng)模式識別受體，由微生物或病原體相關(guān)分子識別觸發(fā)級聯(lián)反應(yīng)。

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)13種TLR家族蛋白，每種受體都充當(dāng)一種或幾種特定配體的受體，作為對潛在有害微生物或其他外源劑的反應(yīng)的基礎(chǔ)。例如，當(dāng)細(xì)胞外TLR4識別大腸桿菌LPS的脂質(zhì)A組分，并與其他反應(yīng)協(xié)作，導(dǎo)致免疫細(xì)胞釋放熱原性細(xì)胞因子。其中兩種熱原細(xì)胞因子，即IL-1和IL-6，會刺激下丘腦，導(dǎo)致前列腺素E2的分泌，引起腦膜炎。其他LPS和NEPs也會與不同類TLR結(jié)合，觸發(fā)免疫系統(tǒng)級聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生發(fā)熱反應(yīng)。這種反應(yīng)是身體抵抗有害病原體能力的方式，然而，內(nèi)毒素導(dǎo)致的發(fā)熱卻可能致命。熱原在體外對巨噬細(xì)胞以外的多種細(xì)胞也有直接作用。這些影響可能包括有絲分裂、抑制有絲分裂、誘導(dǎo)形態(tài)學(xué)改變和細(xì)胞毒性。

不同的熱原因子與TLR特異性結(jié)合方式