生化和免疫感染指標在新型冠狀病毒感染患者中的應用

方佳丹，李偉峰，程歆琦△

1.北京協和醫學院/中國醫學科學院北京協和醫院檢驗科，北京 100730;2.深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司體外診斷上游市場部,廣東深圳 518000

冠狀病毒是一個大型病毒家族，既往曾引起中東呼吸綜合征(MERS)和嚴重急性呼吸綜合征(SARS)等嚴重傳染性疾病。目前，肆虐全球的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)為β冠狀病毒屬中新發現的病毒種，但與此前的嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)具有高度的親緣關系[1]。值得慶幸的是，SARS-CoV-2感染發生以來，我國政府、醫務人員和相關檢測廠商對該病毒進行了很多有價值的研究，對其的了解更加深入。本文針對本次SARS-CoV-2感染疫情中，實驗室相關的生化和免疫指標在新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)[2]的鑒別診斷、判斷患者病情嚴重程度及臨床分型、監測治療效果和預測臨床預后中的相關研究結果進行總結，以期對COVID-19及其他感染性疾病的治療和防控提供參考依據。

1 COVID-19簡介

冠狀病毒廣泛分布于人類、蝙蝠等嚙齒類動物及鳥類中，αCoV和βCoV多感染蝙蝠等嚙齒類動物和鳥類，δCoV和γCoV多感染鳥類。目前已知對人致病的冠狀病毒有6種，其中SARS-CoV和中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS-CoV)可引起嚴重的下呼吸道感染甚至死亡[3-4]。其余4種病毒(HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1)可引起自限性呼吸道感染，癥狀較輕。SARS-CoV-2為第7種可致人感染的冠狀病毒，其與bas SARS-like-CoVZXC21及bat SARS-like-CoVZC15的同源性高達89%。與SARS-CoV和MERS-CoV相似，SARS-CoV-2對紫外線和熱較敏感，56 ℃ 30 min、乙醚、75%乙醇、含氯消毒劑、過氧乙酸和氯仿等脂溶劑均可有效滅活病毒。

SARS-CoV-2潛伏期為1～14 d，多為3～7 d。其傳染源為COVID-19患者及無癥狀攜帶者。處于潛伏期的感染者多無明顯的臨床癥狀和體征，但具有傳染性，作為傳染源的意義較大，增加了切斷傳染源的難度[5-7]。潛在的感染者處于病毒攜帶狀態，其傳染能力只有確診患者的一半左右，但這些人卻成為導致全國80%確診病例的傳染源[8]。

COVID-19的病死率各國差異較大，我國COVID-19的病死率為2.3%(1 023/44 672)[9]，意大利為7.2%(1 625/22 512)[10]，而在危重癥患者中，病死率為26%[11]～49%[9]。該病毒具有強傳染性，國內傳播系數R0早期的估計值為2.24～3.58[12]，后期研究顯示，峰值可達3.82[13]。鑒于早期大量的無癥狀感染者未進行檢測，感染人群可能更為廣泛。對比SARS-CoV(病死率9.5%，傳播系數R0約為4)和MERS-CoV(病死率35.0%，傳播系數R0約為1)[14]，SARS-CoV-2對醫療資源的消耗和要求可能會更高。

SARS-CoV-2引起的COVID-19可導致患者出現肺部炎癥和廣泛的肺損傷。近期發布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》(以下簡稱為第七版方案)[15]納入了病理改變的部分(基于尸檢和穿刺組織的病理觀察結果)，結果提示了肺、免疫器官的病理改變，還觀察到其對心臟、血管、肝臟、腎臟和腦組織的浸潤和侵襲，所以感染康復后患者的預后和疾病轉歸也需要引起臨床醫師的關注。

2 血清學感染指標在COVID-19輔助診斷中的應用

雖然病毒核酸檢測已成為診斷SARS-Cov-2感染的標準確診方法，但這些核酸檢測試劑盒有很多局限性，如對實驗室條件要求高、陽性率偏低等。SARS-CoV-2的特定蛋白S蛋白和N蛋白會刺激機體的免疫系統引起抗體應答，最早出現的抗體是IgM、IgA抗體，然后是IgG抗體[16]。一組納入了238例COVID-19患者的研究顯示[17]，患者在出現癥狀后的0～5 d，IgM和(或)IgG抗體的陽性率較低(29.4%)，隨著疾病的迅速進展，10 d后抗體陽性率從不足50%躍升至80%以上。相反，病毒RNA的陽性率在出現癥狀之后的11 d內保持在60%以上，在發病超過16 d后低至40%。故抗體檢測在病程后期對核酸檢測有補充診斷價值，尤其是對無癥狀感染者的篩查，在流行病學統計中有重要意義。后經一組納入來自8個不同臨床實驗室的397例經PCR證實的COVID-19患者標本和128例核酸檢測陰性的標本，對比分析發現不同的血液標本(包括全血、血清和血漿)在檢測中具有良好的一致性，進一步提升了核酸檢測的臨床應用價值[18]。

第七版方案中也納入了血清抗體檢測，SARS-CoV-2特異性IgM抗體多在3～5 d后開始出現陽性，IgG抗體滴度在恢復期較急性期有4倍以上增高；若IgM和IgG抗體陽性，可作為COVID-19的診斷指標之一；如疑似病例發病7 d后，SARS-CoV-2特異性IgM和IgG抗體仍為陰性，可再結合兩次核酸檢測陰性進行疑似病例的排除診斷[15]。

在血清學特異性IgM和IgG抗體的臨床應用過程中，也存在假陽性的情況，容易給臨床決策帶來困擾：一方面可能是由于全新研發的檢測方法cut off值的設定和驗證還不夠充分；另一方面也不能排除干擾的可能，如類風濕因子、嗜異性抗體等。既往有研究報道，SARS-CoV的N蛋白可與人類Ⅰ型冠狀病毒229E、貓傳染性腹膜炎病毒和豬傳染性胃腸炎病毒等抗原性Ⅰ類動物冠狀病毒的抗血清發生抗原性交叉反應。因此，需要注意的是，使用完整的N蛋白作為抗原進行血清學檢測可能會導致特異度降低[19]。目前已經有多種不同方法的SARS-CoV-2特異性IgM和IgG抗體檢測試劑盒，研發廠家和實驗室有必要進行適當的評估和驗證，盡量選擇臨床一致性較好的試劑盒用于常規檢測。

此外，在COVID-19的鑒別診斷中，可應用能進行動態監測的血清學感染指標，如C反應蛋白(CRP)、降鈣素原(PCT)、淀粉樣蛋白A(SAA)、紅細胞沉降率等，以便臨床醫師對感染引起的發熱和其他發熱進行快速鑒別診斷。另外，細菌性肺炎、流行感冒病毒導致的上呼吸道感染以及非呼吸道感染性疾病等可能與COVID-19輕癥患者的臨床表現非常相似，此時，可補充檢測PCT、CRP等血清學指標，在細菌或病毒導致的肺部感染中起到進一步的鑒別作用。

3 常規臨床生化指標在COVID-19治療監測中的應用

幾乎所有的COVID-19重癥患者均可出現急性呼吸衰竭綜合征，并可合并急性心肌損傷、腦梗死、腎功能不全等多器官衰竭的表現，有時還可合并其他病毒、細菌、真菌感染等。而治療藥物，如抗病毒藥物和解熱鎮痛藥亦有一定的肝腎毒性，因此臨床生化指標在COVID-19患者的治療監測過程中具有重要意義。

3.1肝損傷相關指標 在一項涉及1 099例COVID-19確診患者的研究中，丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、天門冬氨酸氨基轉移酶(AST)、總膽紅素(TBil)、乳酸脫氫酶(LDH)陽性率分別為158/741(21.3%)、168/757(22.2%)、76/722(10.5%)、277/675(41.0%)，其中ALT、AST、LDH在重癥患者中的陽性率較非重癥患者明顯升高[20]。見圖1。

圖1 重癥和非重癥COVID-19患者肝功能指標陽性率比較

另有兩項研究顯示，COVID-19重癥患者ALT、LDH和TBil水平明顯高于非重癥患者[21-22]。但這兩項研究中重癥患者和非重癥患者之間的AST水平比較，結果不一致，見表1。這可能與兩項研究納入的病例數量差異有關，Lancet上發表的研究僅納入了41例確診病例，且重癥僅有13例[21]。有學者稱COVID-19患者的肝損害可能與肝膽管細胞的損傷相關[23]，另有研究檢測γ-谷氨酰轉移酶(γ-GGT)、堿性磷酸酶(AKP)發現，僅少數患者輕度升高，陽性率分別為6.4%和3.0%[24]。

表1 COVID-19患者肝功能相關指標水平[M(P25,P75)]

3.2腎功能相關指標 早期有研究分析了41例武漢地區COVID-19確診患者，發現有4/41(9.8%)的患者出現肌酐(Cr)水平升高，Cr的異常率和水平在重癥監護病房(ICU)和非ICU患者之間差異有統計學意義(P<0.05)[21]。隨后進行的兩項更大規模的研究，分別納入了武漢地區138例患者和全國其他地區1 099例患者，非重癥患者和重癥患者Cr異常率和水平比較，差異均有統計學意義(P<0.05)，在死亡病例中發現血清尿素氮和Cr水平在患者死亡前呈進行性升高[20,22]。見圖2～3。

圖2 重癥和非重癥COVID-19患者血清Cr異常率比較

有研究報道99例COVID-19患者中有97例出現清蛋白水平降低，異常率為99.0%，清蛋白水平為(31.6±4.0)g/L[25]。可能是由于腎臟感染、炎性反應和(或)腎小球毛細血管壓力的改變，部分清蛋白由腎臟濾出，清蛋白從腎臟丟失增多所致。

3.3心肌損傷標志物 心肌酶譜、超敏心肌肌鈣蛋白I(hs-cTnI)、腦鈉肽(BNP)是重要的心肌損傷檢測指標，在COVID-19患者中存在心肌酶的異常，同時這些指標可能和患者的預后及存活密切相關。一項對41例COVID-19患者的研究中，有5例(12.2%)發生病毒相關性心肌損害，并出現hs-cTnI水平升高，其中13例ICU患者中有4例hs-cTnI水平升高，28例非ICU患者僅有1例升高。雖然ICU患者中hs-cTnI升高的比例高于非ICU患者，但hs-cTnI水平(中位數)在兩組患者之間差異無統計學意義(P>0.05)，這可能與該研究納入的ICU患者較少有關[21]。而另一項涉及138例患者的研究顯示,ICU患者的hs-cTnI水平顯著高于非ICU患者[22]，見圖4。另外，有研究顯示肌酸激酶(CK)的異常率為13.7%[20]～33.0%[21]，肌紅蛋白(Myo)的異常率為15.0%[25]，但CK水平與患者疾病的嚴重程度無明顯相關性(P>0.05)。

圖3 重癥和非重癥COVID-19患者血清Cr水平的比較

COVID-19可累及機體多個器官，造成器官的損傷和纖維化，影響患者的生命健康與預后。所以在SARS-CoV-2的侵襲下，生理、生化指標的檢測都顯得非常重要，在臨床檢測中應加以重視。同時需要注意的是，有部分COVID-19患者合并基礎疾病，如心臟病、糖尿病、慢性腎病、高血壓等，對于其血糖、血壓和器官功能的監測也是必不可少的。

圖4 重癥和非重癥COVID-19患者hs-cTnI水平比較

4 COVID-19的預后

COVID-19患者的死亡與年齡、入院前是否合并其他基礎疾病有直接關系。死亡患者主要集中在50歲以上，多死于呼吸衰竭。同時，研究發現，COVID-19患者死亡時多合并膿毒癥、循環衰竭、腎衰竭等[26-27]。SARS-CoV-2與SARS-CoV和MERS-CoV的致病機制可能相似，病毒在攻擊各個組織器官的同時，人體啟動強烈的自身防御反應，可導致細胞因子風暴(CRS)，產生大量的細胞因子，包括白細胞介素(IL)-1β、IL-6、γ-干擾素和單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)等，絕大多數(89.2%)患者全身免疫炎癥指數超過500，對機體造成嚴重的傷害[27]。因此，在患者的預后監測中，一些細胞因子的動態監測對及時識別CRS，決定是否應用人工肝血液凈化系統，及時改變治療方案起到重要的作用[28]。

有許多臨床生化指標和免疫指標與患者的預后息息相關。一項分析82例患者死亡原因的研究指出，部分臨床指標有較高的異常率，如CRP(100.0%)、LDH(93.2%)、D-二聚體(97.1%)[27]；部分指標水平的升高可能與患者存活天數存在一定的相關性，如hs-cTnI(≥6.126 pg/mL)、氨基末端腦鈉肽前體(≥1 800 pg/mL)、IL-6(>10 pg/mL)[27,29]。在第七版方案中也指出重癥和危重癥患者的外周血炎性因子如IL-6、CRP水平升高，乳酸水平升高，可作為患者的預警指標[15]。

除此之外，各組織炎性浸潤和器官纖維化可能給COVID-19患者預后帶來影響，尤其是血管緊張素轉化酶2的RNA和蛋白在人體多個部位和器官的高表達，感染后可造成器官損傷，如病毒性心肌炎導致擴張性心肌病，慢性腎損傷、男性睪丸的損傷導致男性生育功能受損等[30]。

5 小結和展望

SARS-CoV-2突然來襲，臨床生化和血清學、免疫學指標在COVID-19的輔助診斷、治療監測和預后判斷中均有重要的意義，如特異性血清IgG和IgM抗體、CRP、PCT可能會作為急性感染期輔助診斷的優良標志物；一些生化免疫標志物，如肝功能相關的指標、Cr、IL-6、IL-1β、腫瘤壞死因子-α可能對患者的疾病監測具有較高的價值。通過文獻檢索和總結，在感染性疾病中還有一些新的被報道的炎性標志物，如高遷移率族蛋白1(HGM-1)、可溶性髓樣細胞觸發受體1(sTREM-1)等或可起到重要作用。

我國對本次COVID-19疫情的抗疫經驗總結，發現控制好傳染性疾病中的三要素，即傳染源、傳播途徑和易感人群，可對抑制疾病的快速傳播起到至關重要的作用。在控制傳染源的部分，如何快速、準確地識別傳染源，是未來檢驗人需要重點關注和實現的目標。倘若未來還有感染性疾病來襲，如何更快、更好地輔助臨床，提供可靠的診療依據應引起檢驗人的深思。