膿毒癥所致腦功能障礙患者血清caspase-1、NLRP3變化及臨床意義

曾禮，吳小波,張軼行,廖鵬,田勁,余政，鄧超

膿毒癥所致腦功能障礙(sepsis-indued brain dysfunction，SIBD)指膿毒癥引起的彌漫性腦功能障礙， SIBD是膿毒癥患者常見的死亡原因，病死率隨病情加重而增高[1]。SIBD早期缺乏典型的臨床癥狀和影像學表現，主要依賴排除法診斷，且缺乏特異性治療方法[2]，因此亟待探尋與SIBD相關的敏感生物學標志物。半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白水解酶-1(caspase-1)是一種促炎性介質，在腦血管細胞及神經細胞有一定程度表達，caspase-1可感知腦組織缺血缺氧等腦損傷信號，與多發性硬化癥、阿爾茨海默病和帕金森病等多種神經系統疾病有關[3-4]。核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)是先天免疫系統的受體，NLRP3激活后與caspase-1形成炎性小體，介導白介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、IL-18釋放，腦損傷時NLRP3炎性小體異常激活，可誘導小膠質細胞凋亡，加重神經損傷[5-6]。目前caspase-1、NLRP3在SIBD的相關報道十分少見，鑒于其在神經系統疾病的作用，推測caspase-1、NLRP3有望成為SIBD診斷的生物學指標，為此，現觀測SIBD患者血清caspase-1、NLRP3水平，并分析其與SIBD的關系及診斷SIBD的價值，報道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2018年1月—2021年1月重慶大學附屬涪陵醫院神經外科收治的SIBD患者60例為SIBD組；另選擇同期住院的未發生腦功能障礙的膿毒癥患者72例為對照組，認知功能正常，無異常神經或精神癥狀。SIBD組患者APACHEⅡ評分、SOFA評分，膿毒癥休克、呼吸窘迫綜合征、機械通氣、ICU住院時間≥10 d比例，S100β蛋白、NSE、IL-1β、IL-18、IL-6、TNF-α水平高于對照組(P<0.05)，見表1。本研究已經獲得醫院倫理委員會批準(批號20171205)，患者或家屬知情同意并簽署知情同意書。

表1 SIBD 組和對照組臨床資料比較

1.2 病例選擇標準 (1)納入標準：①符合“中國膿毒癥/膿毒性休克急診治療指南(2018) ”診斷標準[7]；②經臨床診斷SIBD，非鎮靜狀態患者采用ICU譫妄意識狀態評分法(CAM-ICU)評估，提示患者精神狀態急性改變或劇烈波動，鎮靜狀態患者采用腦電圖和感覺誘發電位檢測結果提示異常，且需排除中樞神經系統感染、顱腦外傷、腦血管栓塞、藥物引起的神經功能障礙[8]；③18歲<年齡<80歲 。(2)排除標準：①既往腦梗死、腦出血、顱腦手術史；②合并顱內腫瘤；③合并癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病；④嚴重精神疾病。

1.3 觀測指標與方法

1.3.1 血清caspase-1、NLRP3水平：患者入住ICU第1、3 d采集靜脈血3 ml注入促凝試管待血液凝固取上層液離心后取血清待測。以FAME20全自動酶聯免疫分析儀(瑞士Hamilton公司)采用酶聯免疫吸附試驗檢測血清caspase-1、NLRP3水平，試劑盒購自美國R&D公司。

1.3.2 實驗室相關指標檢測：患者入住ICU 24 h 內采集靜脈血3 ml注入促凝試管待血液凝固取上層液離心后取血清檢測，FAME20全自動酶聯免疫分析儀采用酶聯免疫吸附試驗檢測S100β蛋白、神經元特異性烯醇化酶(NSE)、IL-1β、IL-18、IL-6、TNF-α，試劑盒購自美國賽默飛公司。

1.3.3 APACHEⅡ、SOFA評分判定：急性生理與慢性健康評估Ⅱ(APACHEⅡ)評分,根據患者入院24 h內臨床指標(體溫、心率、呼吸等)最差值計算，分值0～71分，得分越高病情越重[9]。序貫器官衰竭評估(SOFA)評分根據患者入ICU每日呼吸系統指標、血液系統指標、膽紅素、循環系統指標、神經系統指標、肌酐、尿量最差值計算，分值0～48分，得分越高病情越重[10]。

2 結 果

2.1 2組血清caspase-1、NLRP3水平比較 SIBD組入住ICU第1、3 d血清caspase-1、NLRP3水平高于對照組(P<0.05)，見表2。

表2 對照組及SIBD組患者入住ICU第1、3 d血清caspase-1、NLRP3水平比較

2.2 不同種類膿毒癥患者血清caspase-1、NLRP3水平比較 膿毒癥休克患者入住ICU第1、3 d血清caspase-1、NLRP3水平高于膿毒癥患者(P<0.05)，見表3。

表3 不同種類膿毒癥患者入住ICU第1、3 d血清caspase-1、NLRP3水平比較

2.3 SIBD發病危險因素分析 以SIBD為因變量(賦值：0=否，1=是)，APACHEⅡ評分、SOFA評分、呼吸窘迫綜合征(賦值：0=否，1=是)、機械通氣(賦值：0=否，1=是)、ICU住院時間(賦值：0=<10 d，1=≥10 d)、膿毒癥休克(賦值：0=否，1=是)、S100β蛋白、NSE、IL-1β、IL-18、IL-6、TNF-α、caspase-1、NLRP3為自變量，連續性變量原值代入方程，結果顯示，高SOFA評分、高TNF-α、高入住ICU第3 dcaspase-1、高入住ICU第3 d NLRP3是SIBD 發病的危險因素(P<0.05)，見表4。

表4 SIBD發病的多因素Logistic回歸分析

2.4 血清caspase-1、NLRP3診斷SIBD的價值分析 入住IUC第3 d血清caspase-1、NLRP3診斷SIBD的曲線下面積為0.693、0.755，二者聯合為0.884，高于單獨caspase-1、NLRP3診斷(Z/P=3.642/<0.001、2.586/0.010)，見表5、圖1。

表5 入住ICU第3天血清caspase-1、NLRP3診斷SIBD的效能

圖1 入住ICU第3 d血清caspase-1、NLRP3診斷SIBD的ROC曲線

3 討 論

SIBD是膿毒癥最嚴重的并發癥之一，SIBD發生明顯增加患者殘疾率、病死率及長期認知功能損害，增加患者家庭和社會負擔。目前SIBD發病機制尚不清楚，現有研究顯示與腦灌注異常、微循環障礙、血腦屏障破壞、線粒體功能障礙、神經遞質傳遞和含量異常、炎性介質過度激活、免疫調節失衡等有關[2]。膿毒癥全身炎性反應致使大量炎性因子釋放，TNF-α可誘導腦組織中性粒細胞浸潤、活性氧產生，相互作用促使神經細胞水腫、凋亡，血腦屏障通透性增加，外周血炎性因子穿過血腦屏障進入中樞神經系統，加重神經炎性損害，影響神經遞質傳遞，導致彌漫性腦功能障礙[11-12]。

caspase-1廣泛表達于免疫細胞、神經細胞、小膠質細胞、星形膠質細胞及肺內皮細胞，在病原體感染、組織損傷、內源性介質作用下形成炎性小體復合物，參與炎性反應、細胞凋亡調節過程[13]。本研究發現，入住ICU第3 d高水平caspase-1是SIBD發病的危險因素，caspase-1水平隨著神經損傷的加重而增高。血腦屏障損傷后caspase-1的表達顯著升高，隨著神經元壞死加重caspase-1表達逐漸增高[14]。caspase-1在SIBD發病機制中尚不清楚，推測為caspase-1是感知神經病理損傷的關鍵細胞內多蛋白信號傳導介質，caspase-1激活可促使IL-1β、IL-18、IL-6、TNF-α等多種炎性因子釋放，促使神經細胞凋亡和神經功能損傷[15]。

NLRP3是炎性小體的關鍵組成部分，參與宿主炎性信號傳導，NLRP3炎性小體通過激活下游IL-1β、IL-18等促炎介質的釋放，誘導機體先天免疫和炎性反應，被認為是感染性疾病生物學標志物和潛在治療靶點[16-18]。NLRP3還可引起淀粉樣蛋白、核蛋白在腦組織沉淀，導致神經退行性病變，NLRP3炎性小體參與腦外傷后的神經炎性反應[19-20]。本研究發現，NLRP3水平與SIBD患者神經損傷程度有關，分析可能的機制為：SIBD繼發神經損傷后，小膠質細胞和星形膠質細胞中NLRP3、caspase-1被激活，與凋亡相關微粒蛋白等組成大分子多蛋白復合體，即NLRP3炎性小體，進一步激活炎性信號通路，擴大神經炎性反應，導致神經變性和脫髓鞘[21]。NLRP3激活后下游炎性因子TNF-α大量釋放，TNF-α通過激活T淋巴細胞啟動免疫應答，誘導血管壁強烈炎性反應，促使神經細胞壞死和凋亡[22]。

ROC分析ICU第3 d時血清NLRP3、caspase-1水平同時升高的膿毒癥患者發生SIBD的風險更高，臨床應給予重視，及時干預以預防SIBD發生。

綜上，SIBD患者血清NLRP3、caspase-1水平均升高，NLRP3、caspase-1水平與SIBD的發生及神經損傷程度均有關。血清NLRP3、caspase-1可作為膿毒癥患者發生SIBD的警示性指標，聯合2項指標有助于提高診斷效能。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻聲明

曾禮:設計研究方案，實施研究過程，論文撰寫；吳小波:資料搜集整理；張軼行:分析實驗數據；廖鵬:論文修改；田勁：技術支持；余政：進行統計學分析；鄧超:論文指導審核