膿毒癥生物標(biāo)志物的最新進(jìn)展

趙景昕，繆朝玉，徐添穎,b （海軍軍醫(yī)大學(xué)：. 藥理學(xué)教研室, b. 麻醉藥理學(xué)教研室，上海 200433）

膿毒癥是因感染反應(yīng)失調(diào)而導(dǎo)致的危及生命的器官功能障礙，其發(fā)病率和死亡率很高。根據(jù)柳葉刀雜志最新報道，2017 年全球記錄的膿毒癥病例為4 890 萬例，與膿毒癥相關(guān)的死亡為1 100 萬例，約占全球所有死亡病例的20%[1]。發(fā)達(dá)國家如美國每年膿毒癥病例約為170 萬例，與膿毒癥相關(guān)的死亡約27 萬例[2]。在低收入及中等收入的國家，膿毒癥更是重癥監(jiān)護(hù)病房(ICU)患者的主要死亡原因，死亡率高達(dá)80%[3]。世界衛(wèi)生組織已經(jīng)認(rèn)識到膿毒癥對全球健康的重大威脅，并加強(qiáng)了對膿毒癥的預(yù)防、診斷和治療[4]。盡管如此，膿毒癥的死亡率依然很高，主要原因之一是目前并沒有診斷膿毒癥的金標(biāo)準(zhǔn)，臨床缺乏早期診斷和病情預(yù)測的手段。傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)微生物培養(yǎng)方法非常耗時，且有相當(dāng)比例的假陰性結(jié)果。降鈣素原(PCT)是唯一寫進(jìn)臨床指南的膿毒癥標(biāo)志物，可用于指導(dǎo)抗生素的使用，但并不具有獨(dú)立診斷的能力。C 反應(yīng)蛋白(CRP)作為傳統(tǒng)的炎性指標(biāo)，其診斷特異性較差。為了給臨床提供準(zhǔn)確及時的診斷及預(yù)后標(biāo)準(zhǔn)，膿毒癥標(biāo)志物一直是研究熱點(diǎn)。本文對近年來關(guān)注度較高的、新的膿毒癥候選生物標(biāo)志物進(jìn)行了綜述，主要包括急性期蛋白、可溶性受體、非編碼RNA和其他候選標(biāo)志物。

1 急性期蛋白

1.1 正五聚蛋白-3(pentraxin-3，PTX-3)

PTX-3 作為正五聚蛋白(pentraxins，PTX)長五肽亞家族的一員，由脂多糖(LPS)等微生物成分或炎性細(xì)胞因子刺激分泌，可以參與髓系細(xì)胞對病原體的識別，通過產(chǎn)生抗微生物微環(huán)境發(fā)揮抵抗作用[5]。

PTX-3 的產(chǎn)生不依賴肝臟，在反映快速炎癥過程方面優(yōu)于傳統(tǒng)的生物標(biāo)志物。多項(xiàng)研究已經(jīng)證明其較好的診斷價值[6-8]，認(rèn)為其診斷能力并不弱于PCT 和CRP 。

PTX-3 還被認(rèn)為可以作為膿毒癥的預(yù)后標(biāo)志物，既是28 d 死亡率的獨(dú)立相關(guān)因素[9]，也可以預(yù)測膿毒癥休克[10]。除此之外，Hu 等[11]的研究認(rèn)為PTX-3(AUC=0.78)在預(yù)測28 d 死亡率方面優(yōu)于PCT 和乳酸，并提出將PTX-3、PCT 和乳酸作為一組標(biāo)志物能更好的預(yù)測死亡率(AUC=0.90，95%CI 0.83～0.94)，這也為多種生物標(biāo)志物的聯(lián)合應(yīng)用指明了方向。

1.2 腎上腺髓質(zhì)素(ADM)與中區(qū)腎上腺髓質(zhì)素(MR-proADM)

腎上腺髓質(zhì)素(ADM)來源于更大的前體肽(Pro-ADM)，MR-proADM 是其活性形式。LPS、細(xì)胞因子和缺氧刺激導(dǎo)致的感染會促進(jìn)ADM 的合成和分泌。在膿毒癥過程中，ADM 既可以通過cAMP 介導(dǎo)血管擴(kuò)張作用，也具有穩(wěn)定內(nèi)皮屏障和抗菌抗炎的作用。在膿毒癥休克時ADM 水平可上升20～30 倍。膿毒癥患者初診ADM 濃度升高與血管活性藥物需求增加、器官衰竭惡化和死亡率增加有關(guān)。值得注意的是，內(nèi)源性ADM 水平在高血壓、缺血、內(nèi)分泌和代謝紊亂等情況下也會增加。

有研究表明，在貫序器官衰竭評估(SOFA)評分陰性的情況下，MR-proADM 同樣具有重要的診斷意義，且與器官衰竭和28 d 死亡率顯著相關(guān)[12-13]。值得注意的是，Buendgens 等[14]發(fā)現(xiàn)了ADM 在長達(dá)26 個月的隨訪中仍具有死亡率預(yù)測價值。

Daga 等[15]發(fā)現(xiàn)女性膿毒癥患者血清ADM 水平升高更為明顯，且女性患者的死亡率更低，認(rèn)為主要原因是ADM 發(fā)揮了作為神經(jīng)激素的正面保護(hù)作用。而后Ajith[16]對此文章發(fā)表了評論，雖然肯定了初診ADM 水平對血管活性藥物需求、惡化的器官功能障礙和死亡率的預(yù)測能力，但ADM 與膿毒癥的利害關(guān)系尚需繼續(xù)研究。有趣的是Daga等[17]也對此評論做出了回復(fù)，進(jìn)一步解釋并堅持其原有看法。

2 可溶性受體

2.1 可溶性白細(xì)胞分化抗原14 亞型(sCD14- ST，Presepsin)

CD14 是單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞表面的LPS 受體，Presepsin 是機(jī)體感染后產(chǎn)生的可溶性CD14 亞型。多項(xiàng)研究已經(jīng)表明Presepsin 具有診斷膿毒癥的能力[18]，但關(guān)于Presepsin 對預(yù)后的預(yù)測能力尚有爭議。有研究稱Presepsin 與免疫功能低下的膿毒癥患者的預(yù)后相關(guān)，而PCT 與不良預(yù)后無明顯相關(guān)性，究其原因，可能是生物標(biāo)志物產(chǎn)生機(jī)制的不同，PCT 是由LPS 和某些細(xì)胞因子誘導(dǎo)的，而Presepsin 的產(chǎn)生則并不依賴LPS 和細(xì)胞因子，這也解釋了一些研究者發(fā)現(xiàn)Presepsin 在小鼠盲腸結(jié)扎穿孔(CLP)模型中升高，而在LPS 模型中無明顯變化[19]。有趣的是，Kaplan 等[20]提出Presepsin 與白蛋白的比值具有更好的膿毒癥預(yù)后的預(yù)測能力。在預(yù)測膿毒癥并發(fā)癥方面，除了膿毒癥休克， Presepsin 還可預(yù)測膿毒癥急性腎損傷、急性呼吸窘迫綜合征、彌散性血管內(nèi)凝血[21]。另外，Presepsin 是革蘭陰性菌細(xì)胞壁中LPS 的受體之一，全血與細(xì)菌共培養(yǎng)結(jié)果表明革蘭陰性菌誘導(dǎo)的Presepsin 水平高于革蘭陽性菌，說明Presepsin具有鑒別細(xì)菌感染種類的潛能[22]。

2.2 可溶性髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體-1(sTREM-1)

髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體-1(TREM-1)表達(dá)于髓系細(xì)胞表面，在細(xì)菌和真菌感染時表達(dá)顯著增加，具有炎癥放大器的作用。sTREM-1 作為TREM-1 的可溶性形式，可以代表TREM-1 的激活情況，被認(rèn)為是膿毒癥的診斷和預(yù)測的候選生物標(biāo)志物。

多項(xiàng)研究認(rèn)為sTREM-1 具有診斷膿毒癥的作用，但診斷能力仍有爭議[23-24]。薈萃分析顯示sTREM-1 對膿毒癥的診斷能力中等，需要更多的大規(guī)模研究來進(jìn)一步評估sTREM-1 的診斷準(zhǔn)確性[25]。除此之外，sTREM-1 還被發(fā)現(xiàn)表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞和血小板，在非感染性炎癥中以及心血管手術(shù)后甚至非病理狀態(tài)下也會升高[26]。因此，血漿sTREM-1作為膿毒癥診斷標(biāo)志物仍需繼續(xù)研究。

sTREM-1 作為膿毒癥的預(yù)后標(biāo)志物似乎更有希望，Gibot 等[27]認(rèn)為sTREM-1 是與預(yù)后相關(guān)的獨(dú)立因素。多項(xiàng)研究描述了類似的結(jié)果，并且Zhang等[28]認(rèn)為血清sTREM-1 濃度比CRP 和PCT 更準(zhǔn)確地反映膿毒癥的嚴(yán)重程度，對膿毒癥預(yù)后的動態(tài)評估更敏感。Charles 等[29]的一篇高質(zhì)量研究也提供了有力證據(jù)，認(rèn)為與PCT 和CD64 相比，sTREM-1是更為理想的預(yù)后標(biāo)志物。

2.3 可溶性尿激酶型纖溶酶原激活物受體(SuPAR)

尿激酶型纖溶酶原激活物受體(uPAR)是尿激酶型纖溶酶原激活物的膜結(jié)合型受體。SuPAR 是其可溶性形式，廣泛存在于體液中。當(dāng)身體處于炎癥或其他疾病狀態(tài)時，激活的免疫細(xì)胞尤其是中性粒細(xì)胞使SuPAR 水平顯著上調(diào)，其濃度與免疫系統(tǒng)活動呈正相關(guān)[30]。

在鑒別膿毒癥和全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)方面，SuPAR 表現(xiàn)出了比PCT 更好的鑒別能力(AUC 0.89 vs 0.82)，但在預(yù)測膿毒癥患者死亡率方面PCT更具優(yōu)勢[31]。

SuPAR 的預(yù)后價值研究更為廣泛。希臘的膿毒癥研究小組在2020 年報道，SuPAR＜4 ng/ml 被認(rèn)為可以安全出院，SuPAR＞6 ng/ml 是不良結(jié)果的警示信號，SuPAR＞12 ng/ml 的患者28 d 死亡率在17%～50%[32]。一項(xiàng)法國學(xué)者[33]的前瞻性、多中心的國際研究表明，SuPAR 聯(lián)合可溶性血管內(nèi)皮生長因子受體-2(sVEGFR2)對早期病情惡化有較好的預(yù)測能力(AUC=0.70)。Pregernig 等[34]的一項(xiàng)納入44 項(xiàng)研究的薈萃分析肯定了SuPAR 預(yù)測死亡率的作用，得出臨界值為5.2 ng/ml (95% CI 4.5～6.0，P＜0.01)。2020 年的一篇綜述，系統(tǒng)地回顧分析了SuPAR 的膿毒癥診斷和預(yù)后價值，共納入30 項(xiàng)研究的6 906 名患者，認(rèn)為SuPAR 具有診斷膿毒癥(AUC=0.83)、預(yù)測死亡率(AUC=0.78)以及鑒別膿毒癥與SIRS 的作用(AUC=0.81)。與以往Meta 分析確定的PCT 有效性相比，SuPAR 具有相似的臨床指導(dǎo)價值，但SuPAR 表現(xiàn)出更高的特異性，有助于彌補(bǔ)PCT 的不足[30]。

3 非編碼RNA

3.1 微小核苷酸(MicroRNA，miRNA)

miRNA 是由20 到24 個核苷酸組成的非編碼RNA，可與靶mRNA 結(jié)合減少蛋白質(zhì)表達(dá)甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄沉默。在應(yīng)激條件下，miRNAs 可通過對多個靶標(biāo)的協(xié)同效應(yīng)來改變細(xì)胞反應(yīng)，精細(xì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的模式[35]。近年來陸續(xù)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了miRNAs的膿毒癥診斷和預(yù)測作用。

在診斷方面，miR-16a 作為新生兒敗血癥的診斷標(biāo)志物，可抑制IL-6 和TNF-α 等促炎因子的mRNA表達(dá)，并促進(jìn)IL-10 等抗炎因子mRNA 表達(dá)[36]。miR-328 也表現(xiàn)出了較好的診斷潛能(AUC=0.926)，抑制miR-328 的表達(dá)水平可以改善膿毒癥患者的心功能障礙和心臟炎癥[37]。Hermann 等[38]的研究表明，miR-193a-5p 和miR-542-3p 可用于鑒別非感染性疾病和感染性疾病(社區(qū)獲得性肺炎或膿毒癥)，miR-1 246 的表達(dá)水平隨著疾病嚴(yán)重程度的增加而發(fā)生顯著變化，從而鑒別健康人群、社區(qū)獲得性肺炎和膿毒癥。

在預(yù)測方面，循環(huán)miR-10a 水平可以區(qū)分膿毒癥和感染，并預(yù)測28 d 的死亡率。膿毒癥患者miR-223 的表達(dá)與APACHE II 評分(P＜0.001，r=0.526)和SOFA 評分(P＜0.001，r=0.390)呈正相關(guān)。膿毒癥患者外周血單個核細(xì)胞miR-10a 水平降低，且與病情嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)[39]。另外，在28 d 內(nèi)死亡的患者中，miR-223 的表達(dá)高于28 d 的幸存者[40]。

此外，miRNAs 在預(yù)測膿毒癥并發(fā)急性腎損傷方面具有獨(dú)特作用。膿毒癥患者其血、尿miR-22-3p 水平都會降低，可預(yù)測急性腎損傷和28 d 生存率[41]。血清 miR-21-3p 聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)對膿毒癥并發(fā)急性腎損傷具有較高的預(yù)測價值(AUC=0.962)[42]。

Chen 等[43]綜述了miR-155 與膿毒癥的相關(guān)性，對比多項(xiàng)研究，肯定了循環(huán)miR-155 作為診斷標(biāo)志物和預(yù)后標(biāo)志物的作用，但入院后48 h 循環(huán)miR-155 明顯下降，表明miR-155 的上調(diào)僅存在于膿毒癥早期。需要注意的是，Link 等[44]提出了不同意見，在對miR-26b-5p、miR-122-5p、miR-143-3p、miR-146a-5p、miR-193-3p、miR-223-3p 研究之后，并沒有發(fā)現(xiàn)獨(dú)立的miRNAs 能夠明確區(qū)分膿毒癥和非膿毒癥ICU 患者，認(rèn)為miRNAs 的診斷能力并不優(yōu)于現(xiàn)行評分系統(tǒng)。

3.2 長鏈非編碼RNA(lncRNA)

lncRNA 是一類超過200 個核苷酸的RNA，通過調(diào)控靶基因的表達(dá)廣泛參與細(xì)胞的增殖、分化和凋亡[42]。有結(jié)果顯示膿毒癥患者的血漿中多種lncRNA表達(dá)增加至28～70 倍，單純的LPS 誘導(dǎo)也有相同的結(jié)果[45]。

lncRNA 肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子1( MALAT1)已被證明通過抑制NF-кB 活性來調(diào)節(jié)LPS 刺激的促炎細(xì)胞因子TNF-α 和IL-6 的表達(dá)[46]。一項(xiàng)對120 名膿毒癥患者進(jìn)行的前瞻性隊(duì)列研究顯示，lncRNA MALAT1 具有診斷膿毒癥的價值(AUC=0.910)，對膿毒癥休克和死亡率也有較好的預(yù)測能力[47]。 lncRNA 鋅指蛋白反義鏈1(zinc finger antisense 1，ZFAS1)被認(rèn)為與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和急性心肌梗死等炎癥性疾病有關(guān)，Xu 等[48]發(fā)現(xiàn)lncRNA ZFAS1對膿毒癥也有較好的診斷(AUC=0.814)和預(yù)測死亡率(AUC=0.628)的能力。

其余l(xiāng)ncRNA 多在預(yù)后方面起預(yù)測作用。lncRNA富含豐富的轉(zhuǎn)錄本1 (nuclear-enriched abundant transcript 1，NEAT1)是核體類斑點(diǎn)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，調(diào)節(jié)IL-8 等抗病毒基因的表達(dá)，在先天免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。膿毒癥患者中l(wèi)ncRNA NEAT1水平的升高與APACHE II 和SOFA 評分呈正相關(guān)，并與不良預(yù)后相關(guān)[49-50]。lnc 母系表達(dá)基因3 (maternally expressed gene 3 ，MEG3)的水平也與炎癥反應(yīng)和器官損傷程度正相關(guān)，通過作為多種miRNAs 的分子海綿即長效競爭性抑制劑發(fā)揮作用，如miR-21。近期一項(xiàng)納入219 名膿毒癥患者和219 名健康對照者的研究中，對入院后24 h 內(nèi)采集的血漿樣本中l(wèi)nc-MEG3 和miR-21 含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)lnc-MEG3(AUC=0.887)和 lnc-MEG3/miR-21 比值 (AUC=0.934)對預(yù)測膿毒癥風(fēng)險升高有較好的預(yù)測價值，而miR-21(AUC=0.801)對膿毒癥風(fēng)險降低有較好的預(yù)測價值[51]。與之相反，膿毒癥患者lncRNA 牛磺酸上調(diào)基因1 (taurine up-regulated 1，TUG1)的表達(dá)與急性生理與慢性健康評分(APACHE II)和序貫器官衰竭評分(SOFA)呈負(fù)相關(guān)，28 d 死亡組的lncRNA TUG1 表達(dá)低于28 d 存活組[40]。

4 其他生物標(biāo)志物

4.1 鈣保護(hù)素

鈣保護(hù)素是一種異源二聚體鈣結(jié)合蛋白，高表達(dá)于髓系細(xì)胞的胞漿中。近期的兩項(xiàng)研究[52-53]都認(rèn)為鈣保護(hù)素對膿毒癥有較好的診斷效能。有趣的是，Wirtz 等[54]提出初診鈣保護(hù)素高水平可能與死亡風(fēng)險相關(guān)，而入院后鈣保護(hù)素水平的升高則與長期良好結(jié)局相關(guān)。

4.2 中性粒細(xì)胞白細(xì)胞分化抗原64(nCD64)

nCD64 又稱高親和力Fcγ 受體I，在中性粒細(xì)胞中靜息狀態(tài)下水平很低，在感染過程中被炎性因子上調(diào)。近期一篇納入133 名患者的研究[55]表明，nCD64 對診斷新生兒膿毒癥的敏感度為94.7%，特異度為93.6%，AUC 值為0.925。Hashem 等[56]關(guān)于診斷作用也得出了類似的結(jié)論(AUC=0.922)。我國學(xué)者2020 年的一項(xiàng)研究[57]同樣表明nCD64在診斷和預(yù)測死亡率方面均優(yōu)于PCT。

4.3 腸道微生物群

腸道是所有人體部位中微生物分布最密集和異質(zhì)性最強(qiáng)的部位，腸道微生物群被認(rèn)為是糖尿病、肝硬化、癌癥和動脈粥樣硬化等疾病發(fā)生發(fā)展的生物標(biāo)志物。膿毒癥會損害腸道微生物群的完整性，腸道微生物群也會影響膿毒癥和器官衰竭的進(jìn)程。根據(jù)El MEHS 等[58]的報道，腸道微生物群檢測可在發(fā)病前1 天預(yù)測遲發(fā)性膿毒癥的發(fā)生(AUC=0.78)。Agudelo 等[59]發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者的腸道微生物群特征為副桿菌屬、梭桿菌屬和嗜血桿菌屬等炎癥相關(guān)微生物的增加，認(rèn)為其可以預(yù)測膿毒癥的發(fā)展，尤其是腸球菌種類的豐富度可能是膿毒癥潛在的預(yù)后生物標(biāo)志物。遺憾的是，近期的一項(xiàng)納入150 名患者的前瞻性隊(duì)列研究[60]表明微生物多樣性降低與死亡率的增加無關(guān)。而且飲食、抗生素和其他治療手段都會引起腸道微生物群的變化，腸道微生物群作為膿毒癥的生物標(biāo)志物前景并不樂觀。

4.4 血管生成素

血管生成素(Angpt)是血管生成生長因子家族中的一員，由血管內(nèi)皮細(xì)胞在炎癥等應(yīng)激條件下分泌。Angpt-1 發(fā)揮穩(wěn)定血管內(nèi)皮和抗炎的正面作用，而Angpt-2 對Angpt-1 產(chǎn)生競爭性拮抗作用[61]。Angpt-2 可能具有預(yù)測膿毒癥休克的能力(AUC=0.631)[10]。Angpt-2/Angpt-1 的比值也具有預(yù)測作用，據(jù)韓國的一項(xiàng)報道[62]，Angpt-2/1 預(yù)測28 d 死亡率的能力與SOFA 評分無顯著差異(AUC 0.736 vs 0.745 )。

5 小結(jié)

本文綜述的急性期蛋白、可溶性受體、非編碼RNA 和其他的標(biāo)志物的作用及效能如表1 所示。早期診斷和正確治療是降低膿毒癥病死率的關(guān)鍵。但由于膿毒癥病理生理機(jī)制復(fù)雜，個體差異較大，體征和癥狀無特異性，早期診斷極為困難。目前被研究的診斷標(biāo)志物主要參與先天免疫反應(yīng)的初始發(fā)病機(jī)制，預(yù)后標(biāo)志物通常與膿毒癥引起的器官功能障礙有關(guān)。這些候選標(biāo)志物在膿毒癥發(fā)病機(jī)制中的作用以及最佳聯(lián)合使用策略，都需要進(jìn)一步的研究，以供將來的臨床使用。

表1 膿毒癥生物標(biāo)志物作用及效能比較

(續(xù)表1)