艾 波 综述 李文强 审校
中国微循环学会血液流变学专业委员会秘书处
脓毒症生物标志物研究进展*
艾 波 综述 李文强#审校
脓毒症通常指由感染引起的全身炎症反应,是导致多器官功能障碍综合征(MODS)的重要原因,死亡率较高。脓毒症早期诊断和预后的生物标志物研究近来备受关注。结合脓毒症发病机制,合理应用C反应蛋白(CRP)、降钙素原(PCT)、正五聚蛋白3(PTX3)、血清淀粉样蛋白A(SAA)、白细胞介素(IL)、高迁移率族蛋白B-1(HMGB-1)、可溶性髓样细胞触发受体-1(sTREM-1)、可溶性尿激酶型纤溶酶原激活物受体(suPAR)、可溶性白细胞分化抗原14(sCD14-ST)、Toll样受体-4(TLR-4)、促血管生成素-2(Ang-2)、内皮黏附分子、肾上腺髓质素前体(pro-ADM)、N末端B型利钠肽原(NT-proBNP)、微小RNA(miR)等标志物可为诊断早期脓毒症、评估疾病严重程度及判断预后提供新的思路和方法。
脓毒症;生物标志物
感染性疾病在住院病人中非常普遍,大多数感染性疾病会导致脓毒症,尤其在重症监护室(ICU)。脓毒症的诊断延误已成为患者死亡的主要原因之一[1]。影响临床诊断的因素很多,如诊断前的抗生素治疗即为其中之一[2]。故需尽早明确诊断,以利于及时治疗,减少死亡。
生物标志物可以客观评价病理生理过程、辅助诊断疾病、监测疗效和判断预后。目前已报道170多种生物标志物可能有此作用,但因为大多数生物标志物缺乏敏感性和特异性或由于成本高而缺乏相关研究来证实其实用性,因此只有少数被用于临床[2]。其中用于脓毒症的生物标志物包括急性期蛋白:C反应蛋白(CRP)、降钙素原(PCT)、正五聚蛋白3(PTX3)、血清淀粉样蛋白A(SAA);细胞因子:白细胞介素(IL)、高迁移率族蛋白B-1(HMGB1);细胞表面可溶性受体:可溶性髓样细胞触发受体-1(sTREM-1)、可溶性尿激酶型纤溶酶原激活物受体(suPAR)、可溶性白细胞分化抗原14(sCD14-ST)、Toll样受体-4(TLR-4);内皮损伤标志物:促血管生成素-2(Ang-2)、内皮黏附分子;血管舒张相关标志物:肾上腺髓质素前体(pro-ADM)、N末端B型利钠肽原(NT-proBNP);以及微小RNA(miR)等。
本文综述这些不同种类生物标志物在脓毒症早期诊断、预测预后等方面作用的研究进展,帮助临床进一步利用生物标志物探索防治脓毒症的可行方法。
1.1 CRP
CRP主要在肝脏合成,生理状态下体内合成 CRP速率慢,血清含量低。脓毒症时,受白细胞介素-6(IL-6)等细胞因子刺激,CRP合成速率迅速加快并大量释放入血,使血清水平升高[3]。CRP 联合其它指标在脓毒症及脓毒性休克早期诊断中的作用已经得到广泛认可,但对预后判断仍存在争议[4],而且血清CRP水平对脓毒症的特异性不高,如其并不能区分心肌梗死、外科手术等伴有或不伴有脓毒症等。此外,Vassiliou等[5]对89例ICU患者的观察发现,CRP与脓毒症进展无关;Zu等[6]对194例烧伤和脓毒症患者的研究结果显示血清CRP水平对脓毒症患者的预后价值不大。
1.2 PCT
PCT为甲状腺 C 细胞分泌的降钙素前体蛋白,在炎症刺激特别是细菌感染或脓毒症状态下,可从各个组织和多种细胞中释放,在感染后的最初3h即可从外周血测得,6—12h达到峰值。与其它脓毒症生物标志物相比,PCT可以区分感染或非感染因素引起的全身炎症反应综合征(SIRS),以及细菌或病毒感染。
PCT在临床上诊断脓毒症已经被证明是有效的,而且优于常用的临床变量(如CRP等)和其它实验室指标。系统回顾和荟萃分析结果表明,PCT诊断细菌感染比CRP更具有特异性,诊断非感染性因素引起的脓毒症的灵敏度和特异度均较高,分别为 77% 和 79%[7],而且血清 PCT 水平升高可以反映脓毒症和器官功能障碍的严重程度[8]。但Tang 等[9]通过 Meta分析发现在重症成年患者中,PCT不能有效区分脓毒症和SIRS。也有观察发现PCT水平在以下情况也会升高:术后、心源性休克、热休克、急性移植物抗宿主病、小细胞癌、甲状腺髓质C细胞癌等[10],这可能会降低PCT作为脓毒症生物标志物的特异性。
PCT对脓毒症有预后价值,特别是在动态监测PCT水平的基础上[11]。连续进行血浆 PCT 含量测定, 有助于早期预测和识别与脓毒症相关的多器官功能障碍综合症(MODS)的发生, 从而为早期干预奠定基础。有研究者证实,连续动态监测 PCT 水平可减少脓毒症患者抗菌药物的使用[12]。
1.3 PTX3
PTX3属正五聚蛋白家族成员,作为唯一的可溶性模式识别受体,其可结合多种可溶性受体配体,参与免疫防御、炎症、细胞凋亡、血管重塑及动脉粥样硬化等多种生物效应。在炎症状态下,炎症细胞及局部固有细胞在肝脏释放CRP之前迅速产生和释放PTX3,因此PTX3较CRP在外周血升高的速度更快,提示PTX3比CRP更能反映局部组织的炎症状态[13]。PTX3缺乏可能促进中性粒细胞的聚集、细胞死亡和炎症反应[14],而且PTX3水平与脓毒症严重程度密切相关[15]。但在脂多糖(LPS)诱导的急性肺损伤模型中,PTX3能够限制中性粒细胞表面的P选择素糖蛋白配体1与其结合,从而减少中性粒细胞聚集,减轻炎症状态下的组织损伤。所以,PTX3既可作为脓毒症的一个新的早期炎性指标,也有望在评定疾病活动性和严重性及治疗机制研究等多个方面得到更多应用。
1.4 SAA
SAA是一类多基因编码的多形态蛋白家族,是组织样蛋白A的前体物质。在炎症或感染急性期,经IL-1、IL-6和肿瘤坏死因子(TNF)刺激,SAA血液浓度可迅速升高,并在疾病恢复期迅速下降。Arnon等[16]发现 SAA 在脓毒症发生时即升高,8h后达峰值,阴性预测值达100%。 Yuan等[17]的Meta分析揭示SAA 用于诊断新生儿脓毒症的准确度适中,可以作为新生儿脓毒症的诊断指标。韦广莹等[18]的临床观察显示,SAA 对诊断脓毒症和脓毒性休克均有较高的敏感度,分别为(0.8±0.3)和(0.7±0.3),并且死亡组SAA水平较生存组显著升高,可以作为脓毒症患者预后的预测指标。因此,SAA也可用于诊断脓毒症、评估其疗效和预后。
2.1 IL
IL是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子,在传递信息、激活与调节免疫细胞及炎症反应中起重要作用。IL-6是一种多效细胞因子,能激活T细胞,诱导B细胞分化,参与炎症反应过程。研究显示,脓毒症患者血浆 IL-6 水平显著增高,而且增高幅度与脓毒症的严重程度和不良预后呈正相关[19]。Srisangthong等[20]发现脓毒症患者血浆IL-6 水平≥100pg/ml时,死亡率增加2.99%(95% CI:1.42-6.29,P<0.05)。并有学者认为IL-6 基因多态性或可作为评估严重创伤演变为脓毒症相关风险性的生物标记物之一[19]。有研究表明,IL-6 基因启动子-572 位点 C-G 的突变可降低 IL-6 基因的转录活性[21]。这提示IL-6 的基因多态性有望成为脓毒症的高危遗传标记物。
2.2 HMGB-1
HMGB-1是一种广泛存在的DNA结合蛋白,参与脓毒症等诸多病症的病理过程。正常人血清中未检测到HMGB-1,但并发脓毒症和器官功能障碍的危重患者血清中HMGB-1水平显著升高,且死亡组 HMGB-1水平高于存活组[22]。因此,血清HMGB-1水平可以作为反映脓毒症病理过程的一种新的标志物。但HMGB-1对脓毒症患者预后的预测价值尚无循证依据,需进一步探讨。
3.1 sTREM-1
TREM-1是一种新近发现的受体免疫球蛋白超家族成员,由成熟多形核粒细胞和单核细胞表达。sTREM-1是TREM-1的可溶性形式,可在体液,如血浆、胸膜液体、尿液和脑脊液等中检测到。尽管TREM-1的许多功能目前还不清楚,但它在调节T细胞增殖和活化抗原递呈细胞过程中发挥作用已众所公认[23]。Bopp等[24]通过临床观察发现,血浆sTREM-1水平在生存组和死亡组当中不能准确鉴别SIRS、脓毒症及脓毒症休克。Gibot 等[25]进行的单中心前瞻性研究发现,血浆 sTREM-1 水平对脓毒症患者预后判断具有重要作用;但目前关于sTREM-1与脓毒症预后关系的研究仍存在较大异质性,需进一步研究。
3.2 suPAR
suPAR是一种新的反映免疫系统激活的生物标志物。在炎症反应过程中,尿激酶通过蛋白酶的作用在细胞表面裂解,形成可溶性受体,即suPAR,它可以在血液、尿液、脑脊液中检测到。有研究表明,脓毒症患者suPAR水平升高,但其诊断价值并不优于其它生物标志物如CRP、PCT、sTREM-1等。一项对1 914例脓毒症患者的研究表明[26],suPAR联合急性生理与慢性健康(APACHEⅡ)评分可以预测脓毒症患者的预后,特别是APACHEⅡ≥17且suPAR≥12ng/ml与患者的不良预后明显相关。Savva等[27]研究表明,suPAR是脓毒症和呼吸机相关性肺炎患者死亡的独立预测因素,当suPAR水平大于12.9ng/ml时,对不良预后的特异性为80%,阳性预测值为76.1%。
3.3 sCD14-ST
sCD14 是一种存在于人和动物血液与尿液中的糖蛋白,可由单核细胞、巨噬细胞或中性粒细胞直接释放,是介导内皮细胞和上皮细胞发生炎症反应的重要物质。sCD14-ST是sCD14在血浆中被蛋白酶切割后N端的片段,健康状态时血清浓度很低,但在细菌感染时浓度增加。Liu 等[28]研究表明sCD14-ST对脓毒症的早期诊断和预后评估有重要价值;韦国华等[29]的Meta分析结果也显示,sCD14-ST对脓毒症具有较好的诊断价值;Ulla 等[30]通过前瞻性研究发现脓毒症患者死亡组sCD14-ST水平高于存活组,同时指出sCD14-ST在SIRS、 脓毒症、脓毒症休克的早期诊断中均有意义;孔金水等[31]对146例创伤性脓毒症患者的观察结果表明sCD14-ST水平升高与患者病情严重程度及预后相关;Philipp等[11]研究发现,sCD14-ST水平对ICU脓毒症和脓毒性休克患者具有独立的诊断和预后价值。因此,sCD14-ST亦可作为评估脓毒症患者病情及预后的血清学指标之一。
3.4 TLR-4
TLR为1型跨膜蛋白,是LPS的受体,是导致细胞因子释放及严重院内获得性感染的重要胞内信号传感器。TLR-4 是病原体相关分子模式的重要受体之一,与严重脓毒症及多脏器功能衰竭的发生、发展有关。Kim等[32]通过动物实验发现,抑制TLR-4信号通路可减轻脓毒症,从而证实TLR-4参与了脓毒症的发生、发展。李建红等[33]认为脓毒症的发病和进展与 TLR-4及其下游的信号通路有关,其中非 MyD88 依赖性途径占主要地位。TLR-4不同位点的基因多态性与脓毒症的关系,研究最广泛的是TLR-4的Asp299Gly 基因多态性。Nachtigall等[34]研究发现,发生TLR-4 Asp299 Gly 基因突变的患者更易发展为脓毒症,且此类患者的APACHEⅡ评分也显著增高。这表明 TLR-4的Asp299Gly 基因变异型患者更易进展为脓毒症、严重脓毒症甚至脓毒性休克。因此,TLR-4基因多态性有可能成为预测脓毒症患者预后的有效生物标志物。
4.1 Ang-2
Ang-2是连接于酪氨酸激酶受体的血管内皮生长因子。Ricciuto等[35]对70例严重脓毒症患者进行的多中心队列研究结果显示,生存者Ang-2水平较死亡者低,而且Ang-1和 Ang-2 联合检测比单一Ang-2检测对预测严重脓毒症患者 28 天的死亡率具有更高的价值。Giamarellos-Bourboulis等[36]对54例多发伤患者的研究发现,当患者出现脓毒症或严重脓毒症时,血清Ang-2水平明显升高,并与疾病严重程度评分和恶性预后结果相一致,尤其Ang-2水平增加到15 200pg/ml以上时,这种相关性更明显。
4.2 内皮黏附分子
E-选择素和P-选择素是内皮相关分子,主要在内皮细胞表达,当受到炎性因子IL-1、LPS等刺激后表达增加,维持24—48h后从胞膜脱落进入血液,成为可溶性E-选择素(sE-选择素)和可溶性P-选择素(sP-选择素),因此sE-选择素和sP-选择素水平可作为内皮细胞炎性损伤的生物标志物。Vassiliou等[5]研究了ICU 89例初始诊断为非脓毒症的病危患者,入住ICU后第一天测量其sE-选择素和sP-选择素水平即显著升高,与之平行检测的CRP和PCT水平也升高,应用ROC曲线分析结果显示,sP-选择素和sE-选择素较CRP和PCT对脓毒症有更高的预测价值(RR=1.041, 95%CI:1.019-1.065;P<0.01)。Vassiliou等[37]研究报道sE-选择素和sP-选择素联合血清乳酸检测结果对分析ICU脓毒症患者预后的敏感度和特异度均为76%,可用作脓毒症临床预后指标。
5.1 pro-ADM
肾上腺髓质素(ADM)是由52个氨基酸组成的肽链,具有调节免疫、代谢和舒张血管作用。pro-ADM比ADM更稳定,其中间片段(MR-pro-ADM)是ADM中最稳定部分,可在脓毒性休克患者血浆中检测到。意大利研究人员比较了200例脓毒症患者、90例SIRS患者及30例健康者血浆PCT和pro-ADM水平,结果显示pro-ADM能更早期诊断脓毒症[2],因其水平升高早于PCT。Suberviola 等[38]检测合并严重脓毒症和脓毒性休克的社区获得性肺炎患者血浆pro-ADM 水平后发现,pro-ADM可用于病情严重程度分级和预后判断,而且其准确性与肺炎严重程度(CURB-65)评分系统相近。此外,有研究者[39]认为联合检测PCT和MR-pro-ADM可提高脓毒症检测阳性率到99.8%,有利于脓毒症的早期诊断。
5.2 NT-proBNP
B型利钠肽原(BNP)是由心室合成和分泌的具有利钠、利尿、扩张血管等作用的神经激素,NT-proBNP是BNP前体进一步分解而成的神经激素,常用于评估心力衰竭患者的预后。Wang 等[40]通过Meta分析表明,BNP 或NT-proBNP 水平升高对脓毒性休克患者的不良预后具有良好预测作用(OR=8.65, 95% CI:4.94-15.13,P<0.01)。Cheng等[41]对ICU严重脓毒症或脓毒性休克患者的回顾性分析结果也显示,死亡组NT-proBNP水平较存活组明显升高(P<0.01),而且NT-proBNP水平和 APACHEⅡ评分同时升高对患者不良预后的预测价值更高。
miR是一系列单链非编码RNA,可以通过降解mRNA 或抑制其翻译来调节蛋白质的合成,最终调控基因表达。miR 存在于血液和尿液中,容易获得且可快速测定。越来越多的研究表明, miR可以影响TLR-核因子-κB(NF-κB)信号通路,从而在脓毒症的发生发展中起到重要作用。
目前,脓毒症中研究较多的是miR-223和miR-146。Wang 等[42]通过对脓毒症患者、SIRS患者及健康者的血样本中7种miR水平进行对比研究发现,脓毒症患者血清miR-223和miR-146水平较SIRS患者和健康对照组明显降低,初步表明miR-223和miR-146可以鉴别SIRS患者及健康者。另一项临床实验研究[43]也提示了类似的结论。一项针对新生儿脓毒症的研究结果[44]提示miR-15a和miR-16可作为新生儿脓毒症诊断及预后的标志物,通过提高miR-15a和miR-16水平可以下调内毒素诱导的炎症通路。Tacke等[45]观察到危重患者血清miR-133a水平均明显升高,尤其是脓毒症患者升高更显著,而且与疾病严重程度、器官功能损害明显相关,即高水平的miR-133a预示患者预后不良。Roderburg等[46]研究发现miR-150水平降低则预示着患者脏器功能衰竭及病死率增高,即miR-150可以作为判断危重患者预后的指标之一。
研究miR对脓毒症的作用及机制不仅可以加深对脓毒症的了解,同时对探索新的治疗方法有重要意义。已有实验研究[47]表明,对脓毒症动物miR水平进行干预可以改善其病情及预后,这为脓毒症特异性治疗提供了新的治疗靶点。
上述生物标志物在脓毒症早期诊断、预测预后等方面有重要作用,可为临床防治脓毒症提供新的见解和认识,但其特异性和灵敏度尚不尽如人意。随着有关研究的逐步深入,新的标志物将会不断被报道并应用于临床,为脓毒症的早期诊断、治疗和判断预后带来新的希望。
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本文第一作者简介:
艾 波(1989-),男,汉族,硕士研究生,研究方向:脓毒症发病机制
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中国微循环学会血液流变学专业委员会秘书处
血液流变学与微循环2016全国学术大会暨国际研讨会及中国微循环学会血液流变学专业委员会第一届常务委员会第二次全委会于2016年10月10日-12日在黑龙江省齐齐哈尔市召开。本次大会由中国微循环学会血液流变学专业委员会、国家教育部“生物流变科学与技术”重点实验室(重庆大学)主办,黑龙江省齐齐哈尔市血液中心承办。
10月11日上午大会开幕,中国微循环学会副秘书长、中国协和医科大学张华教授代表中国微循环学会对大会的召开表示热烈祝贺;齐齐哈尔市卫计委林世昌副主任代表齐市卫计委和承办单位致辞;重庆大学生物工程学院院长王贵学教授代表教育部“生物流变科学与技术”重点实验室和重庆大学生物工程学院致辞。大会特邀血液流变学专业委员会资深名誉委员廖福龙教授、魏茂元主任、蔡绍皙教授及美国加州大学圣地亚哥分校K. -L.Paul Sung教授讲话,他们深情回顾了国际血液流变学的发展及其对中国生物医学工程学和血液流变学建立和发展的推动作用,并寄望年轻一代科学工作者,进一步推进血液流变学在我国的发展,以引领未来世界血液流变学研究和应用。
张华教授在开幕式上作了“聚焦精准医学、关注医学创新”的大会报告,报告从宏观层面概述了精准医学的需求与挑战、医学科技发展的历史机遇及国家医学科技发展的重大改革。张教授高屋建瓴的报告给与会者以极大的启示。
开幕式后召开了中国微循环学会血液流变学专业委员会第一届常务委员会第二次全委会。血液流变学专业委员会主任委员杨力教授作了《血液流变学专业委员会2014-2016年工作报告》,重点总结了2015-2016年我国血液流变学基础研究和临床应用的成绩和进步:血液流变学专委会依托单位重庆大学生物工程学院完成的“生物流变科学与技术” 教育部重点实验室顺利通过教育部评估;重庆大学生物工程学院承担的863计划“新型临床即时检验分析(POCT)仪器试剂一体化检测系统”子课题三“便携式血流变分析系统和直接酶法POCT 糖化血红蛋白检测仪”研制项目于2016年9月顺利通过科技部的结题验收;由中国科学院、清华大学、重庆大学、北京大学等单位专家组团于2015年5月出席了第十五届国际生物流变学和第八届临床血液流变学大会,多位年轻学子分别进行了大会报告、分题报告和墙报交流,彰显了中国在血液流变学和生物流变学领域的科研实力和可持续发展的科研梯队建设;专委会石冬敏副主任委员于2015年主办的江苏省第九届微循环学术会议,探讨了血流变与微循环障碍、周围血管疾病发生和进展的密切相关性。出席大会的代表热烈讨论了杨力教授的报告。会议向当选常务委员颁发了中国微循环学会血液流变学专业委员会常务委员证书。
全委会后,举行了学术大会暨国际研讨会。首先由廖福龙教授和 Sung教授作大会特邀学术报告:廖教授代表诺贝尔奖获得者屠呦呦教授课题组报告《青蒿素的发现与诺奖的启发》,介绍基于青蒿素类抗疟药的联合治疗方案(ACTs)成为WHO首推抗疟疗法,挽救了数百万患者的生命;青蒿素课题获得诺奖是继“两弹一星” 之后,中国科技界对于人类健康的一大贡献,表现了以屠呦呦为代表的科研人员对于国家使命的尽职与担当、奋斗与奉献、求实与创新、协作与求精;启示我们,科研选题、研究动力和创新思维对于形成原创成果的重要性。Sung教授作了《Profiles of Catabolic and Anabolic Enzymes in Injury Tissues》的学术报告,介绍了近年加州大学圣地亚哥分校与重庆大学在组织修复工程领域的合作研究,引起与会者广泛兴趣。日本青年学者江启慧教授作了《Therapeutic Angiogenesis for Critical limb Ischemia by Using Small Molecule Drug》的大会报告,报告发现小分子化合物SA能成功诱导缺血性下肢疾病的血管新生与血液循环的恢复,并解析了其分子机制,为开发下肢缺血性疾病治疗新方法提供了重要实验依据。印度尼西亚的华裔医生黄玉秀女士作了“微循环与血液流变学、干细胞生长因子及药物研究在印尼的发展前景”的报告,分享了她在微循环和血流变学领域的临床医学实践。
10月11日下午,大会举行学术交流活动。来自全国各地从事微循环与血液流变学及相关学科研究的30余位委员和青年学者作了学术报告,报告内容涵盖心脑血管疾病、休克与创伤、亚健康与治未病、脑卒中、肿瘤、输血与凝血功能、血液代用品、临床检验等,学术气氛活跃,交流热烈。更令人欣喜并值得关注的是,交流论文中有不少关注微循环与血液流变学检测技术和标准化等血流变学基础与前沿科研内容,如微流控芯片技术、流场流体黏度分析、微循环灌注数值模拟、血流动力学分析、非牛顿血液黏度标准化研究、细胞力学、生物力药理学与载药体系细胞表面工程等。
10月12日,参观齐市血液中心,受到专委会常委、齐市血液中心郑慧丽站长和王书记的热情欢迎和接待。
本次会议圆满达成预期目标,于10月13日胜利闭幕。
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分 栏 索 引
说 明:1. 本索引所录文章均发表于2016年第26卷《微循环学杂志》。2. 本索引为分栏,栏目顺序不分先后,录入同一栏目的文章以原刊的出版顺序和排列为准。3. 本索引作者署名为三人,超过三人均只署前三名作者,后加“等”。4. 排列顺序为:作者. 文题.(期):起页。5. 索引未收录一般性学术动态、消息、文摘、书讯、新药及仪器介绍等文章。
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血液流变学与微循环2016全国学术大会
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湖北省自然科学基金(2012FKB04445)
武汉大学人民医院,武汉 430060;#
本文2016-05-15收到,2016-07-14修回
R631.2
A
1005-1740(2016)04-0071-06