老年肺炎相关生物标志物的研究进展

郭凯 殷少军 李微

·讲座与综述·

老年肺炎相关生物标志物的研究进展

郭凯 殷少军 李微

肺炎是老年患者重要的致死原因之一，包括社区获得性肺炎（community⁃ac⁃quired pneumonia，CAP），医院获得性肺炎（hospital⁃acquired pneumonia，HAP），呼吸机相关性肺炎（ventilator⁃associated pneu⁃monia，VAP）及护理机构获得性肺炎（nursing home⁃associated pneumonia，NHAP）。随着社会人口老龄化的到来，老年肺炎患者日趋增多。世界卫生组织（World Health Organization，WHO）的统计资料表明急性呼吸道感染在全球人口死因中排在第2位，肺炎病死率占呼吸道急性感染病死率的75.5%，≥65岁人群的CAP的发病率为55.6%［1］。我国在各种死亡病因中，肺炎占第5位，上海住院患者中肺炎的发病率是4.81%［2］。人类的呼吸系统一般在30岁以后即开始发生衰退性改变，随着年龄增长，在＞60岁更趋显著。与年轻人相比，老年肺炎的发病率和病死率明显增加。老年肺炎患者临床表现多样且无明显特异性，并且老年人全身和呼吸道局部的防御及免疫功能降低，对疾病的反应能力下降，容易被误诊和错误判断预后。因此及时评估老年肺炎的严重程度及预后对治疗决策的选择尤为重要。随着对肺炎，特别是老年肺炎研究的深入，越来越多的生物标志物被提出用来辅助肺炎的诊断、病情评估、推测预后和疗效观察，本文就此进行综述。

1 老年肺炎相关生物标志物

我们所称的“生物标志物”指的是一种生化分子，它存在于人体的血液、体液以及组织中，是反映体内正常或异常过程或者是疾病状态的一种标志物。生物标志物可以用来反映机体对于疾病治疗的应答情况［3］。因此，老年肺炎生物标志物应至少满足以下一项或多项要求：可以对老年肺炎进行快速、准确的诊断并且较少受到其他疾病的影响；可以识别特定的病原微生物类型从而便于进一步抗生素治疗；可以准确反映炎症治疗情况［4⁃5］。老年肺炎的相关生物标志物大多存在于病原体侵入宿主体内后所引起的特定的生物反应之中，其大致可分为4类：（1）微生物及其衍生物；（2）炎症介质；（3）炎症反应蛋白；（4）应激感知蛋白。

1.1 微生物及其衍生物 常规的实验室检查可以对宿主呼吸道中定植与生长的病原菌进行检测和分类。尽管这些方法具有高度特异性，但往往由于抗菌药物的使用而导致其敏感性较差。近年来，应用聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）技术检测可以明显减少细菌培养所需的时间从而达到早期诊断，即使痰培养阴性的老年肺炎患者仍然可以通过PCR法准确诊断。在丹麦的一项前瞻性研究中，应用PCR法测定支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluids，BALF）中的肺炎链球菌、流感嗜血杆菌和嗜血杆菌脑膜炎奈瑟菌的含量，当基因组＞105拷贝／m l时，其对肺炎链球菌和流感嗜血杆菌的敏感性和特异性均达到了80%～90%；即使在取样之前使用过抗生素，PCR法对两者的检出率也分别达到了36%和53%，而使用培养法相应的检出率仅有6%和20%［6］。PCR检测可以发现存在特定的有传染性的病原体［6⁃7］，但这些病原体并不能全部是老年肺炎的致病菌。

1.2 炎症介质 一旦感染性病原体侵入机体并开始成长，宿主体内便会快速释放一系列炎性细胞因子，如白细胞介素（interleukin，IL）⁃1β、IL⁃6、肿瘤坏死因子⁃α（tumor necrosis factor，TNF⁃α）和IL⁃8。在一项24例CAP患者的研究中发现，其中大多数患者治疗后IL⁃6和TNF⁃α同入院之前相比显著下降，并且IL⁃6与患者的急性生理与慢性健康评分Ⅱ（a⁃cute physiology and chronic health evaluationⅡ，APACHEⅡ）评分具有相关性。研究发现VAP患者BALF中IL⁃1β，IL⁃8，粒细胞⁃巨噬细胞系集落刺激因子（granulocyte⁃macrophage colony stimulating factor，GM⁃CSF），巨噬细胞炎性蛋白⁃1α（macrophage inflammatory protein⁃1α，MIP⁃1α）均显著升高。当病人BALF中的IL⁃1β＜10 pg／ml，进展为VAP的概率仅为2.8%，而IL⁃8水平＞2 ng／ml则相应的诊断VAP的概率可达61%［8⁃9］。然而，这些炎性细胞因子半衰期短、特异性低，并且血清中存在天然的抑制因子，因此目前临床应用较为局限。

1.3 炎症反应蛋白

1.3.1 正五聚蛋白：固有免疫系统是宿主防御病原体入侵的第一道防线，它包括免疫细胞和可溶性屏障结构。可溶性屏障结构的主要成分为模式识别蛋白，如胶原凝集素、纤维胶凝蛋白和正五聚蛋白，它可以在免疫反应启动时识别病原相关分子模式（pathogen⁃associated mo⁃lecular patterns，PAMP）。正五聚蛋白是一个急性时相蛋白质家族，根据其主要结构的不同，正五聚蛋白可分为2种：短正五聚蛋白和长正五聚蛋白。C反应蛋白（C⁃reactive protein，CRP）和人血清淀粉样P蛋白（serum amyloid P component，SAP）是典型的短正五聚蛋白，而人五聚素3（pentraxin 3，PTX3）是典型的长正五聚蛋白［10⁃11］。在正常状况下血浆中的正五聚蛋白几乎很难检测，只有当机体发生感染时才会快速升高，因此正五聚蛋白对于诊断老年肺炎是一项很有价值的指标。

1.3.1.1 CRP：1930年在肺炎患者血清中首次发现了CRP。当钙存在时，CRP可以识别并结合多个PAMP从而参与清除微生物的作用。CRP主要在IL⁃6刺激介导下由肝细胞合成，此外TNF⁃α和IL⁃1β等细胞因子也可以刺激机体合成CRP。健康成人血浆CRP水平很低（＜53 mg／L），但在某些疾病状态下，可以升高到原来的1000倍，一般在感染发生后的4～6 h开始升高，36～50 h达到峰值，而一旦刺激解除，CRP则以半衰期19 h的速度迅速下降［12］。

有报道称CRP水平升高对于诊断老年肺炎具有较好的敏感性和特异性，其效果优于白细胞计数或红细胞沉降率。在绝大多数病毒感染的患者中，CRP的血清浓度变化不大甚至不变。而严重的细菌感染，尤其在肺炎链球菌或军团菌所致的肺炎患者中，CRP水平往往会有较大幅度的升高。患者CRP水平持续降低通常提示抗生素治疗有效［13］。在一项多中心前瞻性研究中，抗生素治疗72～96 h后，重症CAP患者中幸存者的CRP值与入院当天相比减少30%～50%。然而，CRP是一个非特异性炎症指标，机体内其他慢性损伤和炎症反应均可导致其不同程度的增高。此外病人的一般情况，如年龄、性别等，都会影响CRP水平。因此，当CRP异常时，我们不能简单的认为机体存在着感染。

1.3.1.2 PTX3：作为可溶性固有免疫模式识别受体，PTX3在固有免疫系统的活化中起着关键的作用，并且PTX3可以增强巨噬细胞和树突状细胞对病原体的吞噬。然而，PTX3同短五聚蛋白相比，在基因结构、染色体定位、细胞来源、诱导因素和配体识别上均有所不同。PTX3同CRP和SAP的结构类似，但在羧基端五聚域结构上结合有一个不相关的长氨基末端结构域［10］。短五聚蛋白基因位于1号染色体上，而PTX3基因位于染色体3q25上。与CRP由肝细胞产生不同，Toll样受体和初级细胞因子TNF⁃α和IL⁃1β等促炎细胞因子诱导单核吞噬细胞、树突状细胞、成纤维细胞及内皮细胞等表达PTX3，而IL⁃6不能诱导产生PTX3。因此血清PTX3受其他炎症性疾病的影响较小，可以直接反映感染的严重程度。

正常条件下PTX3水平很低（在人体内＜2 ng／ml），随着病情的进展其水平梯度升高。较高的PTX3水平往往提示预后较差。血浆中PTX3的浓度与老年肺炎的严重程度和住院天数具有相关性，并且在老年肺炎患者预后分层中比CRP具有更高的预测价值［14⁃15］。

1.3.2 降钙素基因相关肽（calcitonin⁃gene related peptide，CGRP）家族：包括降钙素原（procalcitonin，PCT）、CGRP、肾上腺髓质素（adrenomedullin，AM），是内分泌细胞产生的参与调节全身活动的激素。CGRP表达于各种实质细胞中，并在微生物毒素或促炎性细胞因子的刺激下释放。血清CGRP的水平，可以用于提示机体是否存在着感染。

1.3.2.1 降钙素原（PCT）：是一种由甲状腺滤泡旁细胞产生的激素原（分子量13 kDa）。PCT在正常人血清中的浓度极低（＜0.1 ng／ml）。当机体发生感染时，脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）、IL⁃1β、IL⁃6和TNF⁃α可促进CALC⁃I基因表达，使肝脏和外周血单核细胞等实质组织释放PCT入血增加。血液循环中PCT水平的变化可以反映感染的严重程度，便于对危重患者的死亡风险进行早期的识别评估。此外，血液循环中PCT升高可导致死亡率显著增加。PCT＞10 ng／m l可作为老年肺炎预后不良指标。因此，测定循环中PCT水平变化已经广泛用于监测老年肺炎病情进展情况以及抗菌治疗后的反应情况［16］，但支气管肺泡灌洗液中的PCT和CRP水平不能区分及证实是否存在肺部感染［17］。在一项研究中，测定1671例肺炎患者入院时的PCT、CRP、白细胞计数（white cell count，WBC）、CAP CRB⁃65评分的得分，并随访28 d确定其死亡率。结果表明，PCT水平在准确预测肺炎方面同CRB⁃65得分相类似，并且PCT在预测肺炎的病情变化及预后方面比CRP或WBC具有更高的准确性，可以独立识别那些低死亡风险的患者［18］。PCT的动态变化水平同样可以指导抗生素的使用。Christ⁃Crain等［19］在一项随机试验调查显示，连续监测患者PCT变化缩短了CAP患者抗生素的治疗时间，其抗生素治疗持续时间的中位数从12 d下降到5 d。

1.3.2.2 AM：AM基因编码的肾上腺髓质素前体含有185个氨基酸残基，将信号肽移除后可以生成肾上腺髓质素原（pro⁃adrenomedullin，pro⁃AM），进一步处理后生成有活性的AM和肾上腺髓质素前体N端20肽（proadrenomedullin N terminal 20 peptide，PAMP）［20］。AM作用广泛，除了具有强效的舒张血管作用之外，还可以调控补体的激活从而起到杀菌作用。AM主要受LPS、TNF、IL⁃1等刺激介导产生。血清AM的水平可反映感染的严重程度，然而，循环中的AM清除速度极快。因此临床上多应用pro⁃AM代替［15］。

pro⁃AM水平对老年患者的个人风险评估和预测预后均有很大帮助。先前的研究表明，在健康人群中pro⁃AM水平的中位数为0.4 nmol／L（0.21～0.97 nmol／L），而在那些脓毒症、严重脓毒症和脓毒性休克的患者中分别为1.8 nmol／L（0.4～5.8 nmol／L），2.3 nmol／L（1.0～17.6 nmol／L）和4.5 nmol／L（0.9～21 nmol／L）。在一项前瞻性观察研究中，pro⁃AM水平同老年肺炎的严重程度呈正相关，因此入院时测定pro⁃AM可以预测老年肺炎患者的死亡率。但pro⁃AM诊断值范围较大，因此仍然需要进一步寻找其诊断的合适截点。

1.3.3 髓样细胞触发受体⁃1（sTREM⁃1）：sTREM⁃1是近年来发现的表达于髓样细胞表面的免疫球蛋白超家族活化受体。当人体受到细菌感染时，其可以在组织浸润的中性粒细胞和单核细胞高水平表达，并可进一步诱发如IL⁃8、单核细胞趋化蛋白⁃1和TNF⁃α等炎性细胞因子的分泌，从而提高中性粒细胞清除微生物的活性。因此BALF中的sTREM⁃1水平在老年肺炎中可能具有重要的诊断价值。然而最近的一项研究发现，即使证实为VAP患者中BALF的sTREM⁃1浓度高于尚未证实为VAP患者，但两者之间并无统计学意义［21⁃22］。在另一项前瞻性队列研究中，老年VAP患者的sTREM⁃1平均浓度值很高，但同样缺乏统计学意义。此外，当慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）和哮喘加重时，血清中的sTREM⁃1同样也会显著升高。sTREM⁃1水平升高可能与炎症相关，但其单独诊断老年肺炎似乎准确性较低。因此，sTREM⁃1必须与其他标记物相结合才能够准确评价老年肺炎。

1.4 应激感知蛋白 在老年肺炎中，固有免疫系统释放多种炎症介质及相关蛋白对病原体进行应答。在此期间，炎症介质分泌的失控、病原体的生长和内毒素的释放都可以导致如组织水肿、脏器功能衰竭、休克等不良后果。下丘脑⁃垂体⁃肾上腺（hypothalamo⁃pituitary⁃adrenal，HPA）轴通过释放促肾上腺皮质激素释放激素（corticotropin⁃releasing hormones，CRHs）调控机体的许多生理进程从而适当地应对应激反应。在CRHs和精氨酸加压素（arginine vasopressin，AVP）的协同刺激下，可促进促肾上腺皮质激素（adre⁃nocorticotropic hormone，ACTH）分泌增加从而进一步刺激肾上腺皮质产生皮质醇。在此级联过程中，血液中AVP和皮质醇水平可以作为评价老年肺炎严重程度的指标［23⁃24］。

1.4.1 和肽素：血液中的AVP以脉冲的方式释放，在血浆中不稳定，并且同血小板相结合，所以其难以测量［23］。具有生物活性的AVP来自于一个较大的前体肽，称为加压素原。它由164个氨基酸组成，包括一个信号肽、AVP、神经垂体激素运载蛋白Ⅱ（neurophysinⅡ）、以及和肽素［25］。和肽素是一段糖基化的肽链，其核心段富含亮氨酸。由于其在前体加工过程中随AVP同时释放，因此可以视为是一种替代AVP浓度的指标。此外，和肽素在数天后的血液中仍然稳定，并且可以快速、方便地测量［26］。

一项有关下呼吸道感染患者的研究表明，患者和肽素的水平显着增加，并且CAP患者的和肽素水平最高［27］。和肽素水平同样也与老年肺炎的严重程度相关，死亡者入院时的和肽素水平明显高于幸存者。血液循环中和肽素水平作为一个准确的标记物可用来对老年肺炎患者进行早期危险分层以及管理。

1.4.2 皮质醇：HPA轴激活的特征在于皮质醇水平的增加，因此同和肽素一样，皮质醇对于机体在应激状态下生存必不可少。人体血清中的皮质醇多数同蛋白质相结合，然而，在调节生理功能方面，游离皮质醇比结合皮质醇的作用更大。因此尽管总皮质醇水平可以更准确地反映HPA轴激活的强度，但是游离皮质醇的浓度更适合作为病人危重的指标［28］。目前已有报道表明随着CAP病情的日益加重，总皮质醇和游离皮质醇浓度显著增高［29⁃30］。皮质醇在预测老年肺炎患者死亡率和疾病危重性方面，独立于临床评分和其他炎症标志物，具有潜在的预测价值。

2 确定新的标志物的方法

除了之前讨论过的生物标志物，像心房钠尿肽、B型钠尿肽、红细胞分布宽度等其他的生物标志物也都已证明其可以提高老年肺炎诊断和预后的能力。随着蛋白组学在2D凝胶电泳，质谱分析和生物信息学分析方面明显进展，其成本的降低、具有较高的分辨率和快速的性能，目前已较多的应用于大型的临床干预试验阶段。此外，代谢组学领域也有了迅猛的发展。代谢物通过抗氧化、抗炎、抗菌以及能量代谢途径与宿主的免疫应答相关。通过对生物的血液、唾液、尿液等流体代谢物进行定性和定量的研究，对老年肺炎的诊断和病因研究提供新的信息。

3 结论

肺部感染是老年人最常见的临床问题之一。据统计，我国每年肺炎患病数达250万，死亡12.5万，其中老年人占70%。如何准备诊断老年人肺部感染并有效治疗一直是研究的重点。这些生物标志物根据其原有的生物学特性在预测老年肺炎方面可以表现出不同的临床价值。首先，明确微生物及其衍生物可以帮助确定老年肺炎的病因。其次，评估炎症介质和炎症反应蛋白可以反映机体对病原体免疫反应的程度，便于对老年肺炎的管理。最后，血液循环中的应激感知蛋白能够反应疾病的一般情况，从而有助于对疾病进行风险分层和预测预后。总之，这些生物标志物应当作为对常规临床及实验室检查的补充从而提高老年肺炎相关决策的制定。

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R 563.1

A

10.3969／j.issn.1003⁃9198.2014.01.019

2013⁃06⁃04）

上海市干部保健局科研基金资助项目（2011GB24）；上海市卫生局科研基金项目（2010082）

200072上海市，同济大学附属第十人民医院老年科（郭凯，李微）；201306上海市，上海交通大学附属第六人民医院东院呼吸内科（殷少军）

殷少军，Email：yinshaojun2010＠163.com