COVID-19相关生物标志物的临床使用价值研究进展

王秋桐，安耀震，刘颖，赵瑞

截至2021年2月，世界卫生组织公布的数据显示，全球近240多个国家COVID-19确诊人数超过1亿人，死亡人数累计230万余人［1］。新型冠状病毒可通过飞沫、呼吸道分泌物、与COVID-19患者直接接触等方式传播［2］，也有证据表明，无症状感染者亦可传播病毒［3］。生物标志物可能会协助COVID-19的疾病早期预判、进展监测及辅助评估患者预后。目前，医学界针对COVID-19尚无特效治疗药物，因而寻找可早期判别疾病严重程度、指导分级诊疗及预测患者预后的相关生物标志物，对精准治疗有重大指导意义。

COVID-19患者临床症状以发热、干咳、呼吸急促和头痛较为常见［4］，有基础病史（高血压、糖尿病、心血管疾病等）的危重型患者70%以上还会迅速发展成为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratry distress syndrme，ARDS）、代谢性酸中毒、凝血功能障碍、急性心肌损伤或多器官功能衰竭（multiple organ failure，MOF），且其继发性死亡率较高［5-6］。而这些主要临床症状可借助生物标志物进行早期识别，为重症患者的早期干预治疗和预后的改善提供客观依据。原中华人民共和国卫生和计划生育委员会和中医药管理局联合发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）》提到，重型和危重型COVID-19患者淋巴细胞计数（lymphocyte，LC）进行性减少，白介素6（interleukin 6，IL-6）、C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）进行性上升［7］；有些研究还提到乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）和心肌肌钙蛋白（cardiac troponin，cTn）与COVID-19疾病严重程度有关［8-9］。笔者通过检索相关文献发现，白细胞计数（white blood cell count，WBC）、D-二聚体（D-Dimer，D-D）、降钙素原（procalcitonin，PCT）等20余种生物标志物的变化亦对COVID-19患者分级诊疗、病情严重程度判断及预后预测具有一定作用。本文旨在探讨COVID-19相关生物标志物的临床使用价值，以期为临床诊疗提供参考。

1 COVID-19相关生物标志物的分类

笔者将20余种生物标志物按类别划分为：血液学生物标志物、生物化学标志物、炎性因子生物标志物、凝血生物标志物、肾脏生物标志物5大类进行分析，发现重型和危重型COVID-19患者相关的生物标志物异常变化更明显，详见表1。

2 血液学生物标志物

与COVID-19相关的血液学生物标志物主要有：WBC、LC、中性粒细胞计数（neutrophil count，NC）、中性粒细胞与淋巴细胞比值（neutrophil to lymphocyte ratio，NLR）、血小板计数（platelet count，PLT）、嗜酸粒细胞计数（eosinophil count，EOS）、血红蛋白（hemoglobin，Hb）等。

研究显示，80%重型、危重型COVID-19患者均存在WBC增加，但仅有约20%的轻型COVID-19患者存在WBC增加［10］。一项回顾性研究发现，与非重症患者相比，重症患者WBC和NC明显增加（5.6×109/L比4.9×109/L，P＜0.001；4.3×109/L比3.2×109/L，P＜0.001），由于重症患者LC偏低，故NLR明显增加（5.5与3.2，P＜0.001）［11］。一项汇总了3 377例COVID-19患者的Meta分析结果表明，COVID-19患者WBC明显增加及LC、PLT下降可能是疾病进展的潜在标志［12］。但WBC预测疾病进展的准确性也会受到糖皮质激素治疗和某些病毒、细菌的影响。

T淋巴细胞和自然杀伤（natural killer，NK）细胞作为控制病毒感染所必需的细胞毒性淋巴细胞，其功能衰竭与COVID-19疾病进展呈正相关，且危重型患者血液中T淋巴细胞、NK细胞、B淋巴细胞总数相对参考范围下限偏低［13］。低水平CD8+T淋巴细胞是预测COVID-19病情严重程度的独立影响因素，高CD4+T淋巴细胞/CD8+T淋巴细胞患者常临床疗效不佳［14］，而特异性T淋巴细胞亚群与住院期间死亡率和危重症有关联，若CD4+T淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞、B淋巴细胞分别低于104、85、82个/μl的预警值，则COVID-19患者在住院期间死亡风险更高［15］。

有文献指出，EOS与LC呈正相关，入院患者EOS水平极低可能和预后不良存在关系［16］。LIU等［17］的研究也提到，入院前COVID-19患者EOS较低，出院时恢复至参考范围，可认为EOS恢复至参考范围可能是COVID-19患者临床症状改善的一个指标。但LIPPI等［18］认为，EOS减少与COVID-19病情进展并无关联〔WMD=-0.01×109，95%CI（-0.07×109，0.04×109），P=0.99〕。所以将EOS作为生物标志物预测COVID-19的灵敏度和特异度还有待大样本临床数据进一步验证。

NLR作为一种炎性标志物，在评估COVID-19患者疾病严重程度和临床结局方面也有重要价值，COVID-19患者NLR升高可能由于感染病毒后导致病理性低密度NC增加及淋巴细胞死亡通路相关基因表达增强所引起。相关研究已证明，NLR是COVID-19患者疾病严重程度的独立影响因素［19］和危重症患者早期潜在生物标志物［20］。LAGUNAS-RANGEL［21］在Meta分析中也证实，重型和急危重型COVID-19患者的NLR明显升高与较差的临床结局存在联系。

研究显示，重型和危重型COVID-19患者Hb（P＜0.003 3）和红细胞计数（red blood cell count，RBC）（P＜0.004 7）明显低于参考范围下限［22］，推测可能与病毒直接侵害骨髓前体，造成细胞造血异常或抑制造血功能有关，这种推测在PRILUTSKIY等［23］的COVID-19患者尸检报告中也有提及，该现象还有待进一步深入研究。PLT也与危重型COVID-19患者死亡率及疾病严重程度分层存在独立相关性，低PLT常预示着疾病恶化和死亡风险增加［24］。COVID-19患者出现微血栓现象与PLT偏低也有直接联系［25］，分析原因为受伤的肺组织和内皮细胞激活了肺组织的血小板，促进了肺内微血栓的聚集，血小板消耗量增加。一项纳入113例COVID-19患者的研究通过多因素Cox回归分析计算出纤维蛋白原与白蛋白比值（fibrinogen to albumin ratio，FAR）和PLT是疾病进展的独立影响因素［26］，受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic curve，ROC曲线）分析也提示FAR＜0.088 3和PLT＞135×109/L的COVID-19患者不太可能发展成重症。

此外，还有证据显示，COVID-19患者中的单核细胞可激活两个可溶性标志物——可溶性CD14（soluble CD14，sCD14）和可溶性CD163（soluble CD163，sCD163），进而对疾病严重程度进行评估，危重型COVID-19患者的sCD14（2 444.0 ng/ml）、sCD163（911.5 ng/ml）水平明显高于健康对照组（1 788.0 ng/ml ，495.6 ng/ml ，P＜0.000 1），且sCD14水平与LDH（P=0.001）、CRP（P＜0.001）、PCT（P=0.009）、血 清 铁 蛋 白（P=0.009）、IL-6（P＜ 0.001） 等 炎 性 因子水平呈正相关，sCD163水平还与患者入院时间呈正相关（P=0.016）［27］，以上数据表明，单核细胞的这些可溶性激活标志物可用于监测单核细胞活性和外周血单核细胞炎性细胞因子的变化状态，也暗示了这些变化可能与COVID-19病情进展存在关联。

总之，与轻型COVID-19患者相比，重型和危重型COVID-19患者的WBC、EOS、Hb、PLT减少，NC、NLR增加，这些血液学生物标志物的变化有助于临床医生早期预判COVID-19患者疾病严重程度和预后。

3 生物化学标志物

与COVID-19相关的生物化学标志物主要有：丙氨酸氨基转移酶（alanine aminotransferase，ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（aspartate amino transferase，AST）、CK、LDH、cTn等。

AIKAWA等［28］的荟萃分析结果指出，COVID-19患者中，有心血管疾病病史者死亡率更高，新型冠状病毒引发的病毒性心肌炎和后期进展为MOF均会造成患者心肌损伤，hs-cTn水平升高与住院期间死亡率增加明显相关〔OR=22.7，95%CI（13.6，38.1），P＜0.001〕，可以为疾病进展和死亡率预测提供参考。HENRY等［29］和CHEN等［30］的研究均指出，出现MOF的危重型COVID-19患者的ALT、AST、CK、cTn水平均明显升高。CHEN等［30］的前瞻性试验还提示，cTn水平＞0.05 ng/ml是COVID-19患者死亡风险的独立预测因素。COVID-19也会破坏患者的肝功能，可能与新型冠状病毒直接与肝细胞结合有关，也有可能是炎性因子免疫反应导致肝脏受损。一项纳入5 711例COVID-19患者的多中心回顾性队列研究指出，COVID-19患者ALT与AST明显上升，且与死亡率密切相关，早期识别急危重型患者心肌损伤有助于ICU分诊治疗，并可提示及时使用强心剂和血管收缩药物［31］。

LDH是葡萄糖代谢中乳酸转化的主要酶物质，其水平升高可提示病毒存在或有肺损伤。重型COVID-19患者的LDH水平高于非重型COVID-19患者（248 U/L与151 U/L，P=0.002），且重型COVID-19患者入院治疗几天后仍维持较高水平LDH（160 U/L与218 U/L，P=0.002）［32］，所以LDH水平可能是预测重型COVID-19患者的潜在标志物，若与CT联用，可能会更加有利于疾病严重程度的预判。

同型半胱氨酸（hemocyanin，Hcy）作为COVID-19生物标志物的相关研究较少，尤其是关于心血管疾病合并COVID-19患者的前瞻性研究更是罕见。YANG等［33］针对273例入院第1周行胸部CT检查的COVID-19患者的血液学指标和生化参数进行研究发现，胸部CT检查示病情进展的患者（71例）Hcy水平明显高于胸部CT检查示病情未进展的患者（202例）（10.7 μmol/L与9.3 μmol/L，P=0.006）；此外，预测COVID-19患者胸部CT检查示病情进展的Hcy最佳截断值为 10.58 μmol/L。

4 炎性因子生物标志物

CRP是肝脏细胞产生的血浆蛋白，是临床上常用的急性炎性反应标志物，其水平与COVID-19病情严重程度呈正相关［34］。一项单中心回顾性研究指出，重型COVID-19患者CRP水平明显高于非重型COVID-19患者（57.9 mg/L与33.2 mg/L，P＜ 0.001）［11］。LIU等［35］的研究还发现，当CRP水平＞41.8 mg/L时，患者进展为危重型的风险明显增加〔HR=4.394，95%CI（1.924，10.033），P＜0.001〕。以上两项研究均证实了CRP是COVID-19患者临床诊断和判别病情严重程度的一个强有力的生物标志物。

血清淀粉样蛋白A（serum amyloid A，SAA）也是一种急性炎性反应标志物和疾病严重程度的敏感指标，对COVID-19患者预后有一定预测价值［36］。CRP、SAA、LC、SAA/LC预测重型COVID-19的ROC曲线下面积从大到小分别为SAA/LC、CRP、SAA、LC，表明SAA/LC可能是区分重型COVID-19患者和轻型COVID-19患者的可靠指标；此外，若患者从入院到康复出院的过程中SAA、SAA/LC持续下降，则意味着患者可能会有更好的预后，动态监测SAA水平并联合CT检查可能对COVID-19的诊断和治疗具有重要价值［37］。

COOMES等［38］的荟萃分析提到，重型COVID-19患者IL-6水平比非重型COVID-19患者高出2.9倍，ARDS发生率和死亡率也明显偏高（P=0.02）。LIU等［35］的Cox回归分析结果显示，IL-6水平＞32.1 pg/ml时，可以用作预测COVID-19病情严重程度的指标〔HR=2.375，95%CI（1.058，5.329），P＜0.001〕。

在人体出现严重感染或炎性反应时，PCT水平会急剧上升，比参考范围上限高出百倍，当PCT水平＞0.07 ng/ml时，患者发生严重疾病的可能性明显升高（P＜0.000 1）［35］。LIPPI等［39］的Meta分析也提示，PCT水平升高使患者转变成重型COVID-19的风险提升了近5倍〔OR=4.76，95%CI（2.74，8.29）〕。虽然PCT在患者初诊时可协助预判疾病严重程度，但会受到类似充血性心力衰竭等基础病的干扰，在预测患者预后方面并不可靠。

此外，相关临床研究还提到了IL-2、IL-7、IL-10、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、干扰素诱导蛋白（interferon induced protein，IP）-10、单核细胞趋化蛋白（monocyte chemotactic protein，MCP）-1、巨噬细胞炎症蛋白（macrophage inflammatory ptotein，MIP）-1α、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF），这些指标不仅与COVID-19疾病严重程度存在关联，还可能与患者死亡率有关［6，12，40-42］，但 IP-10、MCP-1 目前只限于应用于重型、危重型COVID-19患者，其他类型患者还有待进一步研究。

5 凝血生物标志物

凝血生物标志物异常常与患者预后不良有关，尤其是危重型COVID-19患者会存在严重的凝血功能障碍及血栓形成。研究显示，COVID-19患者D-D水平较参考范围上限增加40%左右，与严重并发症发生率、死亡率存在相关性，也是疾病严重程度的独立预测因子［43-44］。亦有研究显示，D-D水平有助于ICU COVID-19患者的分流和早期恶化的检测（重型COVID-19患者中位D-D水平为2.4 mg/L，非重型COVID-19患者的中位D-D水平为0.5 mg/L，P=0.004 2）［5］。D-D水平＞1.0 μg/ml时会增加COVID-19患者的死亡风险（P＜0.003 3），＞2.0 μg/ml可以作为预测住院期间死亡率的一个临界值［45］。凝血酶原时间（prothrombin time，PT）可能与疾病严重程度及死亡率有关。WANG等［46］的一项涉及296例COVID-19患者的回顾性研究指出，治疗期间死亡患者的平均PT和活化部分凝血活酶时间（activated partial thromboplastin time，APTT）长于生存患者。TANG等［47］也得出相似结论，死亡患者PT明显延长，而且D-D和纤维蛋白降解产物（fibrinogen degradation products，FDP）水平也明显高于生存患者。在急危重型COVID-19患者的抢救过程中，机械通气的效果并不理想，甚至会导致局部肺损伤，这与重型COVID-19患者常伴随较严重的凝血功能异常和继发性纤溶存在一定关联。在COVID-19治疗中加入抗凝治疗具有重要应用价值，由于COVID-19患者普遍存在PT、APTT、FDP、D-D等凝血参数异常升高、PLT严重减少，极易造成血液高凝态并伴随弥散性血管内凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）［48］，再加之危重型COVID-19患者抢救使用体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）可能会增加血栓性疾病的发病率［49-50］，临床中需密切关注COVID-19患者的凝血指标，出现预警时应及时干预。

6 肾脏生物标志物

COVID-19的表现不仅是弥漫性肺泡损伤和急性呼吸衰竭，肺部发生感染后，病毒可能会进入血液，在肾脏中积聚并损害肾脏细胞，因而肾脏生物标志物变化或许与COVID-19存在关联。XIANG等［51］研究表明，重型COVID-19患者反映肾小球滤过率功能的生物标志物——尿素、Cr、半胱氨酸蛋白酶抑制剂C（cystatin C，CysC）水平明显高于轻微型COVID-19患者（P＜0.001），这3个指标也可能在判别重型COVID-19和轻型COVID-19上有一定的应用价值。CHENG等［52］的一项纳入701例COVID-19患者的前瞻性研究显示，基线Cr水平升高的患者急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）的发生率明显高于基线Cr水平正常的患者（11.9%与4.0%，P＜0.001）；住院期间Cr水平升高的患者死亡率为33.7%，高于住院期间Cr水平正常的患者（13.2%）；Cox回归分析结果显示，蛋白尿〔HR=6.80，95%CI（2.97，15.56）〕、 血 尿〔HR=8.89，95%CI（4.41，17.96）〕、Cr峰 值 ＞ 133 μmol/L〔HR=3.09，95%CI（1.95，4.87）〕 是COVID-19患者院内死亡的影响因素。综上，COVID-19患者入院时出现肾功能不全和住院期间出现AKI，会增加治疗期间的死亡率。所以在COVID-19的治疗中，临床医生有必要对住院患者早期进行肾功能筛查和预防肾脏损伤，对肾脏疾病及时干预可能有助于降低COVID-19患者死亡率并改善预后。

7 小结与展望

综上所述，COVID-19相关生物标志物可能在该疾病的临床早期辅助诊断（D-D）、疾病严重程度区分（CD8+T淋巴细胞、CD4+T淋巴细胞/CD8+T淋巴细胞、NLR、PLT、LDH、CRP、IL-6、PCT、尿素、Cr、CysC、SAA/LC）、疾病进展预 测（WBC、LC、FAR、sCD14、sCD163、PT）、ICU 患 者分级治疗（ALT、AST、D-D）和预后改善（SAA、EOS、NLR、cTn、D-D、SAA/LC）等方面有一定的应用价值，这不但有利于整合医疗资源配置、提升临床治疗效果和严重并发症的预防，也有助于患者改善预后和降低死亡率。但目前世界范围内对该疾病的研究尚在起步期，期待未来在世界范围内进行大样本量的临床试验来验证这些生物标志物的作用。此外，血管紧张素（angiotensin，Ang）Ⅱ［53］、Ang-（1-7）、alamandine［54］、可溶性细胞间黏附分子1（soluble intercellular adhesion molecule-1，sICAM-1）［55］等新的生物标志物也正在研究中，这些生物标志物可用于COVID-19的筛选、临床管理和严重并发症的预防，但其应用价值还需要大样本量的临床试验予以验证。

作者贡献：王秋桐进行文章的构思与设计，撰写论文；王秋桐、赵瑞进行文章的可行性分析，论文的修订，负责文章的质量控制及审校；王秋桐、安耀震、刘颖进行文献/资料收集与整理；赵瑞对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。