热射病（Heat Stroke，HS），即严重中暑，是热损伤疾病谱中的极端表现，通常在高温环境下发生。由于机体无法有效散热，导致核心体温迅速升高，超过40°C以上，并伴随中枢神经系统异常及多器官功能衰竭的危急重症。且幸存者可能会长期出现神经、心血管和肾脏并发症，并有持续的死亡风险（图1）。

图1

从成因上，热射病可分为劳力型热射病(Exertional heat stroke, EHS)和经典型热射病(Classical heat stroke, CHS)。

劳力型热射病（EHS）主要发生在高温环境下进行高强度体力活动的人群中，如消防员、运动员、参训官兵、建筑工人等。由于长时间暴露在高温、高湿环境或有高强度运动时，体温调节功能失衡，热射病的发生往往快而强烈。

非劳力型热射病（又称经典型热射病，CHS）主要发生在老年人、儿童、及患有慢性疾病的人群中。由于这类人群本身的体温调节能力和适应能力较差，热射病的发生更加隐匿，更易出现多器官功能衰竭等严重并发症，且死亡率更高。

受到治疗时效性和多种严重并发症的不良预后影响，热射病的公共卫生主题主要以早期识别和及时干预为主。本文将从科研角度出发，探索biomarker发现、药物递送改良、发病机理探究等不同角度的热射病相关研究思路。

1. 器官损伤相关biomarker的确定

热射病人的器官损伤有多种并发和持续死亡升高的特点，越短时间发现早期器官损伤相关Biomarker，越可准确制定新的器官保护治疗策略，改善预后。

在目前的诸多研究中，除了广谱性细胞损伤标志物（如胞外热休克蛋白72/60、组蛋白H3、高迁移率族蛋白B1，HMGB1），热射病与心血管、肾脏、大脑、肠道和骨骼肌损伤的早期诊断生物标志物已比较完善，但尚未发现与肝脏或肺损伤相关的新型生物标志物（图2）。

图2

长期预后差异较大的脑部损伤判定

热射病存活患者的长期认知和运动障碍源于HS导致的脑部病变，且大脑神经系统的细微变化和症状并不容易被检测到，脑成像检测中也不会有明显结构损伤。相对地，HS恢复后数月的随访检测可发现患者小脑、前额叶皮质或海马体的损伤。通过小鼠模型脑组织的检测，星形胶质细胞表达的S100 钙结合蛋白 β (S100β)和神经元特异性烯醇化酶 (NSE)都可作为脑损伤的标志Biomarker，临床上，血清和脑脊液中也可测得S100β水平，是具有实际应用意义的Biomarker。

2. 新型纳米颗粒辅助的药效增强和递送方式

由于血脑屏障的存在，神经系统疾病的靶向给药一直是治疗的大问题。热射病伴随而来的脑部热应激会导致脑部炎症、神经元损伤等诸多长期或短期健康隐患。

姜黄素(curcumin，Cur)是一类提取自姜黄(Curcumalonga L.)的疏水性酸性化合物，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性。但由于姜黄素本身会被机体代谢，其生物利用率并不高。此前的研究中，已有各种新型材料介入姜黄素的包被（如：姜黄素纳米颗粒curcumin nanoparticles，Cur-NPs，2022），辅助其发挥更好作用。研究人员希望借由一种可穿过血脑屏障的纳米粒子PAMAM将姜黄素靶向递送至脑部，以提高稳定性和药效。

PS：姜黄素属于酚酸类物质，在血药浓度方面的研究中，也可使用多酚代谢组来探索其递送和起效浓度。

图3

在对新型材料相关的生物药效验证研究中，研究角度选择面非常广。如图4所示，研究者在确定了PAMAM作为辅助药物递送的纳米材料后，通过UV-Vis吸收光谱、DLS、Zeta电位测量、TEM图像等化学物理检测手段，证明PAMAM@Cur纳米粒子具有良好的稳定性、生物相容性和光稳定性。图5对比了IVIS成像下的小鼠脑组织中Cy5.5标记的PAMAM@Cur分布，荧光图像可见在PAMAM材料的加持下，Cur穿透血脑屏障能力大幅提升，靶向性优秀。

图4

图5

第二步，研究者分别考量了姜黄素Cur, 纳米材料PAMAM, 以及联合包被用药的PAMAM@Cur对热射病小鼠治疗效果（图6）。经PAMAM@Cur治疗的小鼠行动能力、认知能力和细胞实验中的存活率都明显高于单独Cur给药。Western Blot也通过经典炎症相关biomarker:IL-1β、TNF-α、HSP70、HIF-1α确认了PAMAM@Cur对下丘脑神经元的保护和抗炎作用。

通过小鼠下丘脑组织的转录组和蛋白质组研究，发现PAMAM@Cur治疗后的显著差异基因表达水平共上调/下调趋势明显，说明治疗可引起特定基因的表达变化。在KEGG和GO分析更发现了铁死亡、氧化应激反应、中枢神经系统髓鞘形成等与神经元损伤和修复相关的关键通路，为进一步研究Cur治疗热射病导致的神经损伤机理提供思路。

图6

更进一步地，通过多组学进行的药物治疗机理研究中，研究者发现一种RNA结合蛋白PCBP2在PAMAM@Cur治疗后显著上调，又通过PCBP2的敲低、过表达干预及下游基因 SLC7A11和GPX4的mRNA半衰期缩短，确认了PCBP2的功能：PCBP2可能通过直接结合SLC7A11和GPX4 mRNA来增强它们的稳定性，从而增强细胞对铁离子的调控，减少铁死亡（图7）。

图7

3. 热射病导致死亡的发病机理研究

由于劳力性中暑 (EHS)的常见并发症横纹肌溶解症 (RM) 在临床上常是导致患者死亡的直接原因，研究人员在文章中着重探讨了发生横纹肌溶解的标志物和机理，以期望可以更对症地找到应对方案。
整体研究思路请见图9总结：

研究人员采用小鼠 作为模型，使用转录组RNA-Seq来确定EHS发病后发生横纹肌溶解症RM 的病理途径。从显著差异RNA的功能及后期抑制剂对比验证中发现铁死亡会导致横纹肌溶解，并最终导致小鼠死亡。

再通过蛋白组、氧化脂质检测、铁元素检测，确认发生横纹肌溶解的肌肉组织中靶向蛋白谷胱甘肽过氧化物酶 4 (GPX4) 的降低，而横纹肌溶解液与上调的氧化脂质含量相关。同时，损伤组织中Acsl4的 mRNA表达和蛋白表达都非常高。

进一步原理的发现中，研究者通过在体外RNA沉默或体内使用抑制剂来抑制酰基辅酶A合成酶长链家族成员4 (ACSL4)，测量了组织学变化、铁积累、氧化磷脂酰乙醇胺种类以及骨骼肌组织中的组织学评估和脂质代谢物水平，发现ACSL4基因可诱导YAP蛋白的表达，增加细胞铁元素摄取，使得GPX4蛋白降解，最终导致细胞铁死亡。

图7

结合本文发现的热射病后铁死亡介导的横纹肌溶解症原理，联系前期研究中ACSL4特异性抑制剂Rosi的治疗可以显着阻断脑损伤并改善卒中后的神经功能，研究者对此类致命的横纹肌溶解症提出了潜在治疗方案：采用特异性抑制剂（如Rosi）抑制ACSL4蛋白的表达，可能是降低铁死亡与EHS后肌肉损伤的新治疗策略。

总结

一直以来，热射病的治疗都主要集中在应对急性器官损伤、降低核心体温、缓解心率呼吸频率等多种并发症状上。在当前的研究中，除了诊断和现有治疗方法的探讨，热射病导致各种严重预后状况的致病机理也逐渐成为新的主流。通过深入了解疾病过程中的基因修饰、表达改变、下游蛋白质、代谢物及biomarker等，也为热射病导致的长期损伤和短期治疗方案提供新的临床应用可能。

Reference

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